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CN110369242A - 一种防氧化烧损基材的制造工艺及防氧化烧损钢坯制品 - Google Patents

一种防氧化烧损基材的制造工艺及防氧化烧损钢坯制品 Download PDF

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CN110369242A CN201910681374.7A CN201910681374A CN110369242A CN 110369242 A CN110369242 A CN 110369242A CN 201910681374 A CN201910681374 A CN 201910681374A CN 110369242 A CN110369242 A CN 110369242A
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Abstract

本发明公开了一种防氧化烧损基材的制造工艺及防氧化烧损钢坯制品，属于耐火材料防氧化烧损涂料技术领域。制造工艺步骤包括：首先，清理基材表面浮灰后，将粉状填充物涂覆到基材表面上，以填充基材表面的凹陷空隙，再对基材整个表面涂覆防氧化烧损涂料；其中，粉状填充物以面方式是指涂覆的基材整个表面，粉状填充物选择性地涂覆是指针对填充基材表面凹陷处，进行部分涂布。进一步地，所述基材为钢坯时，得到防氧化烧损钢坯，钢坯表面依次包括粉状填充物层和防氧化烧损涂层。本发明的方法简单，易于操作，且在无需打磨处理基材的情况下，提高基材与防氧化烧损涂层的紧密度，降低基材的氧化烧损率。

Description

一种防氧化烧损基材的制造工艺及防氧化烧损钢坯制品
技术领域
本发明属于耐火材料防氧化烧损涂料技术领域，特别是涉及一种防氧化烧损基材的制造工艺及防氧化烧损钢坯制品。
背景技术
在生产加工领域，对于一些需要高温加热处理进行加工的基材，往往需要考虑到基材是否会在高温下氧化烧损，一旦基材容易存在氧化烧损，如何降低基材的氧化烧损是企业亟需解决的问题。容易想到，在基材表面涂覆耐火材料制成的涂料，可以保护基材，减少其的氧化烧损。但是，这就需要基材表面比较平整，涂料才会更紧贴基材，减少基材与氧化性气体的接触面积。事实上，对于高温加热仅为基材加工的中间工序，打磨基材表面比较费时、费工，不适宜大批量的生产加工。这就需要开发一种制造工艺，在节约成本、提高生产效率的同时，高效保证基材的质量。
特别的，在钢材加工领域，钢坯轧制前需经高温加热软化。然而在加热炉加热过程中，炉内氧化性气体在高温条件下与钢坯表面的铁元素发生氧化反应，造成不同程度的氧化烧损，使钢的成材率降低。有的生产厂家为了减少氧化烧损，也曾采取各种措施，如控制加热炉内的气氛、提高高压水的压力、在钢坯上包铁皮等，但效果并不理想。由于防氧化涂料保护法具有投资少、操作简单等优点，因此被广泛应用于各大钢厂以降低钢坯氧化烧损，提高成材率。采用防氧化涂料来防止钢材加热过程中的氧化烧损是一种较好的方法，但是这类涂料应用条件较为苛刻，往往需要对工件表面进行喷砂打磨和溶剂清洗，但是对于形状不规整的钢坯，打磨其表面工作量大，而且钢坯轧制只是钢材成材的中间工序，此时对钢材的精打磨是没有必要的工作量，成本较大，降低生产效率。而现有的防氧化涂料施工方法为刷涂或喷涂。
然而在防氧化烧损涂料施工过程中，由于钢坯表面存在不平整的现象，且钢坯与防氧化烧损涂料形态不同，两者之间存在间隙，导致涂敷在钢坯表面的涂料不均匀。高温下，即使涂有防氧化烧损涂料，也不能完全保证钢坯不被氧化。
例如，中国专利申请号为201810676394.0，申请公开日为2018年11月16日的专利申请文件公开了一种用于热轧加热炉水梁保温衬的防粘渣涂料。该专利的防粘渣涂料包括以下重量百分比的原料：40～55％的镁橄榄石、15～25％的烧结镁砂、1～4％的生矾土细粉、8～15％的活性α-Al2O3微粉、10～25％的硅溶胶、3～6％的碳化硅微粉和1～3％的鳞片石墨。该发明所述的防粘渣涂料适用于高比例氧化铁含量钢渣工况条件，其隔离了水梁及立柱耐火保温衬与氧化铁熔渣的直接接触，可以阻止氧化铁熔渣的渗透与侵蚀，降低涂层界面处氧化铁渣的凝固点，利于熔渣的顺利流淌，有效抑制了耐火保温衬的粘渣挂渣，便于清理维护，延长耐火保温衬的使用寿命，利于生产效率和钢坯质量的提高。但是，由于涂料为液态，钢坯是固态，且钢坯表面不平整，涂料涂抹在钢坯上往往不可避免与之存在空隙，高温下，涂料还未软化前，空隙间的空气导致钢坯在轧制前的高温加热软化工序中存在一定的氧化烧损。
再如，中国专利申请号为2017101130326，申请公开日为2017年06月27日的专利申请文件公开了一种带石墨涂层的彩钢瓦及其制备方法。该专利彩钢瓦包括中间层的基板，其两面均涂刷有石墨浆料形成的涂层；其中石墨浆料采用按重量份计的以下材料制成：细鳞片石墨微粉50-200份、腰果油改性酚醛树脂或环氧树脂40-160份、聚乙烯醇缩醛10-50份、酒精40-160份，偶联剂2-10份，消泡剂2-10份，增塑剂1-10份，液体丁腈橡胶2-10份。该发明得到的带石墨涂层的彩钢瓦，能够大幅度延长其使用寿命；解决了传统树脂瓦的易老化，强度韧性低，不阻燃等问题；解决传统彩钢瓦重量重，难安装问题；还能有效的增加室内室外热交换率，解决传统彩钢瓦高温工厂恶劣工作环境问题；还解决了目前市场细鳞片石墨大量堆积低附加值问题。该专利中提到了由于钢坯表面质量的粗糙，钢坯密度远大于石墨料浆层密度，为了让石墨料浆层与钢坯粘结复合更加牢固，因此在涂料中加了鳞片石墨，但是，该带有石墨的涂料依然是带有树脂的粘性液体，不能满足填充钢坯表面不平整的要求。
因此，为了减少钢坯轧制前的氧化烧损率，提高钢坯的质量，亟需开发一种防氧化烧损基材的制造工艺及防氧化烧损钢坯制品。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有基材表面不平整，特别是表面不平整的钢坯，防氧化烧损涂层与钢坯之间会存在间隙，导致加热过程中钢坯还会产生氧化铁皮的问题，本发明提供一种提高钢坯防氧化性能的制造工艺。通过有效填充钢坯表面的凹陷空隙处，减少钢坯表面与防氧化烧损涂层之间的空隙，使得钢坯与加热炉内的氧化性气体接触面减少，进而防氧化烧损涂料在高温下防氧化烧损作用达到最佳效果，提高钢坯的质量，在无需打磨钢坯且低成本的情况下，降低钢坯加热时的氧化烧损率。
本发明还提供一种防氧化烧损钢坯，进一步降低了钢坯在高温加热时的氧化烧损率。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种防氧化烧损基材的制造工艺，首先，清理基材表面浮灰后，将粉状填充物以面方式或选择性地涂覆到基材基材表面的凹陷空隙内，形成薄薄的粉状填充层，再对基材整个表面涂覆防氧化烧损涂料，形成防氧化烧损涂层；其中，粉状填充物以面方式是指涂覆的基材整个表面，粉状填充物选择性地涂覆是指针对填充基材上明显比较大的凹陷处，进行部分涂布。
进一步地，所述粉状填充物的涂覆方式为用毛刷或滚刷蘸满石墨粉刷于基材表面。
进一步地，所述粉状填充物的涂覆方式为将石墨粉直接倒于基材表面，再用毛刷或滚刷基材表面。
进一步地，所述粉状填充物的涂覆方式为机器自动涂覆的方式。
进一步地，所述粉状填充物为润滑性好且熔点高的颗粒材料，优选粉状填充物为石墨粉。
进一步地，所述石墨粉的粒度为200～400目。
进一步地，所述石墨粉的粒度优选为325目。
进一步地，所述的石墨粉为含碳量≥94％的鳞片石墨。
进一步地，所述的基材为所有含碳的钢坯，及不同形状尺寸规格的钢坯。
进一步地，所述防氧化烧损层优选为含所述粉状填充物的防氧化烧损涂料或有防氧化烧损效果的隔离剂。
进一步地，所述防氧化烧损涂料含石墨粉，其配方为：烧结镁砂50～80份，石墨粉20～40份，硅溶胶2～10份，高温结合剂5～20份，水，所述水的加入量为前述四种组分总质量的15～25％；其中，所述高温结合剂选自六偏磷酸钠、氯化镁、三聚磷酸钠中的一种或几种。
进一步地，所述防氧化烧损涂料中石墨粉优选鳞片石墨。
一种上述的制作工艺获得的防氧化烧损钢坯，钢坯表面依次包括粉状填充物层和防氧化烧损涂层。
3、有益效果
与现有涂敷防氧化烧损技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的制造工艺在涂敷防氧化烧损层前，先在基材表面涂抹薄薄的一层粉状填充物，因涂料具有一定的粘度，即使在刷涂或喷涂的过程，仅会将基材涂覆的粉状填充物浮灰去除，基材上还留有粉状填充物，可以减少基材与防氧化烧损层之间的空隙，在不用打磨基材表面平整度的情况下，使防氧化烧损层与基材更为服帖，能有效提高防氧化烧损层的防氧化效果，有效降低基材的氧化烧损，不影响基材受热均匀和基材的表面质量，从而提高防氧化烧损层的防氧化效果；
(2)本发明的粉状填充物为熔点高且润滑性好的材料，在高温下不易形变，并且不易掉落紧密附着于基材上，优先选择石墨粉为粉状填充物，用来填充钢坯基材表面凹陷处，一方面，由于石墨在500℃开始氧化，在800℃左右与氧发生氧化反应，而涂料在750℃左右开始软化，因此，在涂料软化前，石墨粉优先发生氧化反应，而石墨也不影响后续涂料在高温下对基材的防氧化作用；另一方面，增加的石墨粉，在常温下，石墨粉可以充分填充钢坯表面凹陷处空隙，并且石墨粉为防氧化烧损层的配方成分之一，它可以紧密连接防氧化烧损层与钢坯，使得防氧化烧损层均匀的涂敷于钢坯表面；最终，在高温下，石墨粉受热与氧发生氧化反应生成CO2或CO，可优先氧化，保护钢坯，没有添加任何杂质，不影响钢坯受热均匀以及表面质量，大大提高了防氧化烧损涂料的防氧化效果；
(3)本发明的石墨粉的粒度为200～400目，可以保证石墨粉的粒径足够细，可以充分填充基材表面的空隙处，减小基材与气体的接触面积，降低基材的氧化烧损率，保证基材的质量；
(4)本发明的石墨粉优先选择鳞片石墨，天然鳞片石墨是一种优质耐火材料原料，其为含碳量在94～99％之间的高碳石墨，其结晶完整，片薄且韧性好，物化性能优异，具有良好的润滑性、可塑性、热传导性、导电性、抗热震性和耐腐蚀性等，是目前与钢坯之间的附着力较强的材料；
(5)本发明的防氧化烧损涂料配方中含有相应使用的粉状填充物，即在使用含有鳞片石墨的防氧化烧损涂料涂布钢坯前，先使用鳞片石墨粉体对钢坯表面的不平整处进行填充，可以有效使粉状填充物层与防氧化烧损涂层之间紧密相连，使钢坯、粉状填充物层和防氧化烧损涂层三者之间的附着力更大，空隙更小；
(6)本发明的制作工艺大大提高防氧化烧损涂料使用效果，可有效降低钢坯氧化烧损率90％左右，提高了防氧化烧损涂料的效果，且除磷后的钢坯表面光滑，色泽光亮均匀，改善了钢坯表面质量，提高了成材率；
(7)本发明的制作工艺操作方法简单，性能稳定，成本低，适用于手工喷涂和在线喷涂；在提高防氧化烧损涂料在高温下的防氧化效果的同时，对钢坯无有害侵蚀，对环境无污染；
(8)本发明的防氧化烧损钢坯其上涂覆有防氧化烧损涂层对钢坯起到保护作用，涂层在高温下还未软化、熔融、扩散时，粉状填充物层优先与钢坯-涂料间的空气氧化，保护钢坯，涂层在750℃左右开始软化，在高温下，涂料软化形成致密的保护层，能有效地降低钢坯与氧化气体的接触面积，降低其氧化烧损率；通过各层组分之间的物理化学反应，生成很致密的氧化膜，阻止金属原子向外扩散以及氧原子向内扩散，从而降低钢坯的氧化速度，产生不同温度下的烧结相，兼具低、高温防止氧化；
(9)由于钢坯轧制加热温度比金属处理温度要高的多，本发明的防氧化烧损钢坯可以完全能达到高温钢铁防氧化要求，其上涂覆的粉状填充物层和防氧化烧损涂层，耐温可以达到1300℃，时间长达2～6小时高温加热，粉状填充物层采用纳米鱼鳞片状结构的鳞片石墨，在高温下氧化成CO2或CO，一定程度上降低了炉内氧化性气氛的浓度，可以有效保护金属高温下不被氧化，使钢铁金属氧化烧损率低于5％以下；
(10)本发明的粉状填充物层的形成不需要进行热处理或者通过压力使涂层均匀，只需涂抹薄薄的一层粉状填充物，可以紧密贴合在基体上，便可降低基体的氧化烧损情况，提高基体的使用寿命。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的阐述，但这些实施例并不是对本发明做任何限制。本领域技术人员在说明书的启示下对本发明实施中所做的任何变动都将落在权利要求书的范围内。
实施例1
本实施例的一种防氧化烧损基材的制造工艺，针对45#普碳钢为基材，在清理完钢坯表面浮灰以后，采用98％含碳量的325目鳞片石墨，使用滚刷将石墨粉涂抹于板坯表面，再手工刷涂0.3mm厚的钢坯防氧化烧损涂料。
具体的步骤为：
(1)钢坯表面预处理：清理钢坯表面浮灰；
(2)涂覆粉状填充物：在钢坯表面或者是明显不平整凹陷较大处，用毛刷或滚刷蘸满石墨粉刷于钢坯表面，形成厚度为0.05～0.1mm的粉状填充物层；
(3)配制防氧化烧损涂料：将烧结镁砂59份，碳粉28份，硅溶胶10份，六偏磷酸钠8份，混合后加入质量为前述四种组分总质量的20％的水，然后在行星式球磨机搅拌均匀，搅拌40分钟后过400目筛网，制得防氧化烧损涂料；
(4)涂布防氧化烧损涂料：将步骤(3)制得的防氧化烧损涂料喷涂于经步骤(2)处理的45#普碳钢表面，涂料厚度为0.3mm，将涂料自然干燥后，置于加热炉中加热，随着温度的升高，粉状填充物石墨在500度开始氧化，涂料在750度左右开始软化，随着温度的升高，在1100度左右时，完全融化成液态，包裹在钢坯表面，隔离炉内高温气体，在钢坯表面形成致密的防氧化烧损涂层，得到本发明的高温氧化烧损率低的钢坯。
经1250℃高温加热4.0h后采用高压水除磷，钢坯表面光泽均匀，无残留物，喷涂前钢坯重量为1506g，喷涂后钢坯重量为1513g，钢坯加热后重量(除磷后)为1503.7g，得到氧化烧损率为0.15％。
而未涂抹石墨粉，直接刷涂防氧化烧损涂料在同等加热条件下，氧化烧损率为0.20％，得到本发明的方法得到的钢坯氧化烧损率减少了0.05％。
其中，氧化烧损率计算公式：氧化烧损率(％)＝(喷涂前钢坯重量(g)-钢坯加热后重量(g))/喷涂前钢坯重量(g)×100％。
值得说明的是，在实际生产中，发明人使用粒度为200～400目的石墨粉作为粉状填充物，得到的钢坯氧化烧损率均低于0.20％，比未涂抹石墨粉，直接刷涂防氧化烧损涂料的钢坯氧化烧损率低。
更为重要的是，本发明的防氧化烧损涂料不限于本发明提及的涂料配方，任何防氧化烧损涂料均能达到本发明制作工艺得到的制品的效果。
实施例2
本实施例的一种防氧化烧损基材的制造工艺。与实施例1基本相同，其不同之处为：针对无取向硅钢为基材，在清理完板坯表面浮灰以后，采用98％含碳量的325目鳞片石墨，将鳞片石墨粉直接倒于钢坯表面，再用毛刷或滚刷钢坯表面，再手工刷涂0.3mm厚的钢坯防氧化烧损涂料。
具体的步骤为：
(1)钢坯表面预处理：清理钢坯表面浮灰；
(2)涂覆粉状填充物：在钢坯表面或者是明显不平整凹陷较大处，将鳞片石墨粉直接倒于钢坯表面，再用毛刷或滚刷钢坯表面，形成厚度为0.06mm的粉状填充物层；
(3)配制防氧化烧损涂料：将烧结镁砂50份，碳粉20份，硅溶胶2份，六偏磷酸钠、氯化镁和三聚磷酸钠混合物5份，混合后加入质量为前述六种组分总质量的15％的水，然后在行星式球磨机搅拌均匀，搅拌40分钟后过400目筛网，制得防氧化烧损涂料；
(4)涂布防氧化烧损涂料：将步骤(3)制得的防氧化烧损涂料喷涂于经步骤(2)处理的无取向硅钢，涂料厚度为0.4mm，将涂料自然干燥后，置于加热炉中加热，随着温度的升高，粉状填充物石墨在500度开始氧化，涂料在750度左右开始软化，随着温度的升高，在1100度左右时，完全融化成液态，包裹在钢坯表面，隔离炉内高温气体，在钢坯表面形成致密的防氧化烧损涂层，得到本发明的防氧化烧损钢坯。
经1250℃高温加热4.0h后采用高压水除磷，钢坯表面光泽均匀，无残留物，喷涂前钢坯重量为1635g，喷涂后钢坯重量为1643g，钢坯加热后重量为1632g，得到氧化烧损率为0.18％。
而未涂抹石墨粉，直接刷涂防氧化烧损涂料在同等加热条件下，氧化烧损率为0.24％，得到本发明的方法得到的钢坯氧化烧损率减少了0.06％。
其中，氧化烧损率计算公式：氧化烧损率(％)＝(喷涂前钢坯重量(g)-钢坯加热后重量(g))/喷涂前钢坯重量(g)×100％。
值得说明的是，在实际生产中，发明人使用粒度为200～400目的石墨粉作为粉状填充物，得到的钢坯氧化烧损率均低于0.24％，比未涂抹石墨粉，直接刷涂防氧化烧损涂料的钢坯氧化烧损率低。
更为重要的是，本发明的防氧化烧损涂料不限于本发明提及的涂料配方，任何防氧化烧损涂料均能达到本发明制作工艺得到的制品的效果。
实施例3
本实施例的一种防氧化烧损基材的制造工艺。本实施例针对含碳耐火材料，具体为铝碳质浸入式水口。在清理完板坯表面浮灰以后，采用98％含碳量的325目鳞片石墨，将鳞片石墨粉用毛刷或滚刷涂覆于铝碳质水口表面，再刷涂0.3mm厚的防氧化涂料。
具体的步骤为：
(1)铝碳质浸入式水口表面预处理：清理铝碳质浸入式水口的表面浮灰；
(2)涂覆粉状填充物：在铝碳质浸入式水口表面或者是明显不平整凹陷较大处，将鳞片石墨粉用毛刷或滚刷涂覆于铝碳质浸入式水口表面，形成厚度为0.05mm的粉状填充物层；
(3)配制防氧化涂料：防氧化涂料主要有高岭土59份，B4C 20份，玻璃粉21份，羧甲基纤维素0.5份，混合均匀后，加入适量的水，充分搅拌均匀，静置12h；
(4)涂布防氧化烧损涂料：将步骤(3)制得的防氧化烧损涂料喷涂于经步骤(2)处理的铝碳质浸入式水口上，涂料厚度为0.3mm，阴干；在高温下形成防氧化涂层，得到本发明的防氧化烧损铝碳质浸入式水口。
经110℃烘烤4h后，再经1000℃高温烧成，保温3h后，所测得的脱碳层厚度为0.3mm；在1500℃的高温使用下，防氧化涂层可经受6h的高温。
而未涂抹石墨粉，直接刷涂防氧化涂料在经110℃烘烤4h后，再经1000℃高温烧成，保温3h后，铝碳质浸入式水口的脱碳层厚度是0.5mm；在1500℃的高温使用下，防氧化涂层只能经受4.5h的高温。
以上数据表明，本发明的方法有效提高了铝碳质浸入式水口上防氧化涂料的防氧化效果，提高了其使用寿命。
更为重要的是，本发明的防氧化烧损涂料不限于本发明提及的涂料配方，任何防氧化烧损涂料均能达到本发明制作工艺得到的制品的效果。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，其不同之处在于：本对比例的45#普碳钢钢坯未涂抹石墨粉层，直接刷涂防氧化烧损涂料。
对比例2
本对比例与实施例2基本相同，其不同之处在于：本对比例的无取向硅钢钢坯未涂抹石墨粉层，直接刷涂防氧化烧损涂料。
对比例3
本对比例与实施例2基本相同，其不同之处在于：本对比例的铝碳质浸入式水口未涂抹石墨粉层，直接刷涂防氧化涂料。
实施例4
本发明防氧化烧损钢坯的性能测试
将按照上述制造的所有防氧化烧损基材(本发明实施例1～3、对比例1～3)，对其外观、防氧化烧损性能等性能进行测试，并将结果示于表1。
表1本发明实施例与对比例评价结果
其中，氧化烧损率计算公式：氧化烧损率(或重量损失率)(％)＝(喷涂前基材重量(g)-基材加热后重量(g))/喷涂前基材重量(g)×100％。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种防氧化烧损基材的制造工艺，其特征在于：首先将粉状填充物以面方式或选择性地涂覆到基材表面的凹陷空隙内，形成薄薄的粉状填充层，再对基材整个表面涂覆防氧化烧损涂料，形成防氧化烧损涂层。
2.根据权利要求1所述的一种防氧化烧损基材的制造工艺，其特征在于：所述粉状填充物的涂覆方式为用毛刷或滚刷涂覆。
3.根据权利要求1所述的一种防氧化烧损基材的制造工艺，其特征在于：所述粉状填充物的涂覆方式为机器自动涂覆的方式。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种防氧化烧损基材的制造工艺，其特征在于：所述粉状填充物优选石墨粉。
5.根据权利要求4所述的一种防氧化烧损基材的制造工艺，其特征在于：所述石墨粉的粒度为200～400目。
6.根据权利要求5所述的一种防氧化烧损基材的制造工艺，其特征在于：所述石墨粉的粒度为325目。
7.根据权利要求5～6任意一项所述的一种防氧化烧损基材的制造工艺，其特征在于：所述的石墨粉为含碳量≥94％的鳞片石墨。
8.根据权利要求1所述的一种提高基材防氧化性能的制作工艺，其特征在于：所述的基材为含碳量小于0.25％的低碳钢。
9.根据权利要求1所述的一种提高基材防氧化性能的制作工艺，其特征在于：所述防氧化烧损层优选为含所述粉状填充物的防氧化烧损涂料。
10.一种权利要求1～9所述的制作工艺获得的防氧化烧损钢坯，其特征在于：钢坯表面依次包括粉状填充物层和防氧化烧损涂层。
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