[發明專利]納米防滲碳涂料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410004476.2
• 申請日: 2014-01-06
• 公開（公告）號: CN103771883A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 劉墨;宋君廣;張進;馮力
• 申請（專利權）人: 世林（漯河）冶金設備有限公司
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 張春;王曉麗

技術領域

本發明屬于鑄造或熱處理涂料技術領域，具體地說涉及一種納米防滲碳涂料，用于鑄鐵冷卻壁冷卻水管的防滲碳處理。

背景技術

隨著冶煉行業的快速發展，大型高爐的興起與日俱增，為了提高煉鐵高爐的使用壽命，對高爐冷卻壁的質量要求更加嚴格。高爐鑄鐵冷卻壁的冷卻原理是爐內熱量依次傳給耐火材料襯里、冷卻壁鑄鐵基體、無縫鋼管壁，最終由鋼管中的循環冷卻水把熱量帶出爐外。由此可見，高爐鑄鐵冷卻壁的主要任務是起冷卻散熱作用。

在鑄鐵冷卻壁澆鑄過程中，鑄鐵中的碳原子在高溫下往往會通過擴散過程而進入冷卻壁的冷卻水鋼管的管壁中，冷卻水管一般是用低碳鋼制作而成，當冷卻水管滲碳后，珠光體含量增加，嚴重時會出現游離態碳化物。當冷卻水管滲碳后，隨著珠光體含量的逐步增加，韌性逐漸下降，導致冷卻壁工作狀態下抵抗熱波動的能力變差，縮短其使用壽命。在鑄鐵冷卻壁鐵水澆鑄和鑄鐵冷卻過程中，冷卻壁鑄鐵基體與鋼管由于熱脹冷縮條件不同產生的間隙大于0.1mm，行業內稱之為氣隙。通過做冷卻壁熱態實驗和傳熱學計算分析，0.1mm氣隙產生的熱阻大于185mm厚的鑄鐵本體，高爐內熱量不能有效地通過冷卻水傳遞出去，冷卻壁熱面長期工作在高溫狀態下，造成冷卻壁機械性能大大下降，冷卻壁鑄鐵基體破損，同時冷卻水管在高溫熱交變應力作用下，開裂漏水，造成冷卻壁設備失效，影響高爐24小時連續順行生產。因此，冷卻壁的冷卻水管防滲碳效果和氣隙大小是直接影響冷卻壁質量與壽命的重要參數。

從化學角度來說防滲碳主要是利用一些化學穩定性很高的物質，通過物理隔絕來實現。解決防滲碳主要途徑有：通過熱噴涂在冷卻壁水管上噴涂一層合金材料或氧化物；或者涂刷一層涂料以防止滲碳。前者技術上可行的，造價昂貴；后者的解決方法相對經濟的，但市面上相應的產品，在澆注過程中產生的氣隙均大于0.1mm，涂層本身的導熱率較低，與冷卻水管的結合力也較差，涂層易脫落，難以滿足鑄鐵冷卻壁的惡劣工況條件。基于現有商業涂料的缺點，以及代替工藝的昂貴成本，研究低氣隙、高效率、性能好、低成本的水基涂料，是今后相關涂料發展的必然趨勢。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足提供一種納米防滲碳涂料及其制備方法和應用，通過加入納米粉料使涂層產生一定程度的小尺寸效應，增強涂層的防滲碳能力和附著力，提高鑄鐵冷卻壁的質量和使用壽命。

本發明的目有通過以下技術方案來實現：

一種納米防滲碳涂料，由以下重量份的原料制備而成：氧化鋁30-50，三氧化二鉻3-20，二氧化硅10-30，碳化硅1-10，鉀長石0.5-10，膨潤土1-5，滑石粉0.1-8，硅酸鈉0.1-8，黃原膠0.1-8，液態硅酸鉀30-50，液態硅酸鋰5-30。

上述納米防滲碳涂料，由以下重量份的原料制備而成：氧化鋁35-45，三氧化二鉻5-15，二氧化硅16-23，碳化硅4-8，鉀長石3-8，膨潤土2-4，滑石粉2-6，硅酸鈉3-7，黃原膠3-7，液態硅酸鉀34-46，液態硅酸鋰11-26。

上述納米防滲碳涂料的制備方法：包括以下步驟：按上述配比稱重，膨潤土和黃原膠需分別提前兩天用少量水水發，水發好的膨潤土和黃原膠與液態水玻璃低速攪拌下混合均勻，加入氧化鋁、三氧化二鉻、二氧化硅、碳化硅、鉀長石、滑石粉、硅酸鈉濕磨球磨混合制得納米防滲碳涂料。

上述納米防滲碳涂料的制備方法，所述原料中：氧化鋁、三氧化二鉻、二氧化硅、碳化硅、鉀長石、膨潤土、滑石粉、硅酸鈉、黃原膠、液態硅酸鉀和液態硅酸鋰均是至少為400目的顆粒，其中氧化鋁、三氧化二鉻和碳化硅是含有質量百分含量為1-10%的20-50納米的粉料。

上述納米防滲碳涂料的應用，用于鑄鐵冷卻壁，其步驟如下：（1）低碳鋼管表面拋丸除銹除油處理，（2）在處理好的鋼管表面涂刷或噴涂納米防滲碳涂料，（3）待涂層固化后，將鋼管放置在溫度為60℃的烘房中，烘烤12小時，（4）將涂層固化后的鋼管放置在鑄造型腔內，澆注高溫鐵水，制成埋管鑄鐵冷卻壁。

上述納米防滲碳涂料的應用，步驟（2）所形成的涂料層厚度為0.1-0.2mm。

本發明的納米防滲碳涂料的優良性能和各項指標如下：

本發明納米防滲碳涂料具有優異的防滲碳性能，涂層與基體具有相近熱膨脹系數，涂層與鐵水浸潤性良好，可以增強涂料的附著力并減少氣隙，具體指標為：

1．1mm內最大增碳量小于0.06%，最大氣隙小于0.04mm，涂層高溫下性能穩定，能有效防止高爐爐氣侵蝕。