一种中间包超低硅镁质涂料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种中间包超低硅镁质涂料，所述涂料是由以下重量份的原料组成：95镁砂250-300、97镁砂500-700、粘土20-40、膨润土10-30、α-Al2O320-40、纸纤维10-20、木质素1-2、三聚磷酸钠0-3、金属铝0.1-0.5、十二烷基磺酸钠0.01-0.15、聚乙烯醇0.5-2。本发明中使用聚乙烯醇作为成膜剂，从而在放入少量凝胶材料时就能达到良好的塑性(涂抹性能)。本发明中使用超细纳米级高粘性球状粘土代替传统涂料中的硅微粉、广西泥和高岭土，配合成膜剂PVA，就能达到良好的施工性能。同样的涂料涂抹性能，本发明的涂料只需加入超细纳米级高粘性球状粘土2％，而传统镁质涂料则需硅微粉(4-6％)、普通粘土(1-2％)，解决硅微粉中游离SiO2的带入问题。

说明书

技术领域

本发明涉及化学化工技术领域，尤其涉及一种中间包超低硅镁质涂料及其 制备方法。

背景技术

在炼钢连铸工艺系统中，最初中间包只起着钢包和结晶器之间的缓冲器的 作用。随着连铸工艺的优化及对连铸钢坯质量要求的提高，中间包已经演变为 钢水精炼的终端设备,其作用主要有两个：一是钢水的精炼；二是非金属夹杂的 消除。为实现新的功能，要求中间包所用耐火材料工作衬(内衬之一，通常包 括永久衬和工作衬)，一是“长寿化”，二要“洁净化”。不同的的钢种有不同的 有害元素。一般来说特别对不锈钢来说，[S]、[P]、[O]、[H]是主要的有害元素。 因此，除了其它标准和条件，作为中间包涂料的耐火材料还应该具备与钢水接 触不易氧化钢水和产生的氧化物夹杂少这样的条件。中间包镁质涂料以其碱性 不增氢、增碳的优势占有着独特的位置。特别是洁净钢和特殊钢的冶炼中，伴 随着冶金技术的发展和企业对成本效益的重视，中间包镁质涂料高连浇的趋势 日益迫切。镁质耐火材料的抗侵蚀性能良好，施工快捷方便。

冶金研究相关各种资料表明：(1)某种氧化物或氧化物化合物的平衡曲线位 置较高者，当它接触钢水时，钢水浓度高，即钢水容易被氧化；某种氧化物或 氧化物化合物的平衡曲线位置较低者，当它接触钢水时，钢水浓度低，即钢水 不容易被氧化。(2)任何氧化物或氧化物化合物的平衡曲线上某点位置较高者， 当它接触钢水时，该条件下钢水浓度高，即钢水容易被氧化；某种氧化物或氧 化物化合物的平衡曲线位置较低者，当它接触钢水时，该条件下钢水浓度低， 即钢水不容易被氧化。矿物组成以方镁石(MgO)为主和镁橄榄石(2MgO·SiO₂) 为副的镁质涂料对钢水污染比以矿物组成莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)为主或方石英 (SiO₂)为副的高铝质涂料对钢水污染少。近期宝钢等钢厂在提高钢材质量时要 求进一步降低钢水氧的含量，涂料中8-10％的含硅量成为降低钢水中氧含量较大 阻碍。因此，宝钢等用户提出在特殊钢种冶炼时使用Si含量很低的镁质涂料。 涂料中8-10％的含硅量其中5％左右来自主结合剂硅微粉。如单纯通过降低硅微 粉用来降低镁质涂料中的SiO2含量，涂料就无法实现涂抹的施工性能。

国内中间包内衬镁质涂料的运用已相当普遍，适应了洁净钢的冶炼需求。 原材料组成有：镁砂、硅微粉、粘土、有机减水剂、无机减水剂、有机纤维、 防爆剂等。结合剂为硅微粉、粘土等，没有引入含C、S、P元素的物质。施工 时需加入15-30％的水，烘烤后产生凝胶结合的镁质涂层。

宝钢等钢厂提出SiO₂含量小于2％超低硅涂料的概念，对涂料的施工性能来 说是一个严峻的考验，如何少用或不用硅质结合系统是一个关键。既要确保使 用过程中不发生涂料涂抹不上、塌包等风险，又要保持原涂料长寿命、对钢水 不污染的性能。研发的中间包超低硅涂料通过超细纳米级高粘性球状粘土、适 量成膜剂和合理的高温烧结剂很好地解决了上述难题。使钢厂在不改变原有冶 炼工艺的前提下提高了钢水的质量，达到了钢厂通过改变涂层下降钢水氧含量 的目的。

发明内容

本发明目的在于提供一种中间包超低硅镁质涂料及其制备方法。

本发明采取的技术方案是：

本发明的中间包超低硅镁质涂料是由以下重量份的原料组成：95镁砂 250-300、97镁砂500-700、粘土20-40、膨润土10-30、α-Al₂O₃20-40、纸纤维 10-20、木质素1-2、三聚磷酸钠0-3、金属铝0.1-0.5、十二烷基磺酸钠 0.01-0.15、聚乙烯醇0.5-2。

优选：本发明的涂料是由以下重量份的原料组成：95镁砂280、97镁砂625、 粘土30、膨润土20、α-Al₂O₃30、纸纤维15、木质素1.5、三聚磷酸钠2、金属 铝0.25、十二烷基磺酸钠0.1、聚乙烯醇1。

95镁砂的粒径为1-3mm。

97镁砂中粒径为3－1mm；1-0mm和180目的重量比为280:350:275。

所述的粘土为超细纳米级高粘性球状粘土，其粒径为＜5μm。

所述的金属铝的粒径为325目。

制备本发明的中间包超低硅镁质涂料的方法的具体步骤如下：

(1)首先将95镁砂和97镁砂分别进行粉碎，然后按配比称取95镁砂、97镁 砂、粘土、膨润土α-Al₂O₃和纸纤维，并进行混合；

(2)按配比称取木质素、三聚磷酸钠、金属铝、十二烷基磺酸钠和聚乙烯醇， 并进行混合；

(3)将步骤(2)得到的混合物加入到步骤(1)的混合物中，并混合均匀，然 后进行包装即可得到本发明的中间包超低硅镁质涂料。

本发明引入成膜剂技术。成膜助剂是乳胶漆中运用较广。成膜助剂是一种 暂时性增塑剂，能促进乳胶粒子的塑性流动和弹性变形，改善其聚结性，可在 广泛的施工温度范围内成膜。理想的成膜助剂应具有下列特性：作为聚合物乳 液的良溶剂，可降低乳液聚合物的最低成膜温度；在水中溶解度小；具有一定 的挥发性，成膜过程中能滞留在涂膜中发挥作用，成膜后不影响漆膜性能；不 影响乳液的稳定性。成膜剂在建筑等水性涂料中早有运用。乳胶漆等水性涂料 主要是聚合物颗粒的水分散体和颜料颗粒的水分散体的混合物。但它们没有良 好的施工性能,难于得到好的膜层,必须添加各种助剂来达到所要求的施工性 能和成膜质量,而成膜助剂是乳胶漆中最重要的助剂之一。本发明在耐火涂料 中很好在运用了这一技术原理：利用亲水性成膜助剂迁移至乳液粒子的亲水性 壳部,起增塑剂的作用,促进乳液的亲水性壳部首先有效的结合时,并引发起 始的聚结成膜网，从而在放入少量凝胶材料时就能达到良好的施工性能。经过 大量针对性试验，找到聚乙烯醇(PVA)是中间包镁质涂料中最为适宜的成膜剂。 构成聚乙烯醇薄膜的主要原料是聚乙烯醇,由于含有大量的羟基,可在水中溶胀 或溶解,是迄今发现的唯一具有水溶性的高聚物。

超细纳米级高粘性球状粘土的运用，传统镁质涂料中由硅微粉(4－6％)与 粘土作为主要粘结组成。广西泥、高岭土等粘土(1－2％)作为辅助粘结材料， 虽然价格低廉，但要达到良好的塑性，加入量必需较大，否则达不到良好的施 工效果。但大量的广西泥、高岭土引入会使涂料中的低熔点增加，涂料更易烧 结与不耐侵蚀，影响涂料的使用寿命与解体性能。超低硅涂料中由于硅微粉只 能加入很少量甚至不加，仅靠原有1－2％的粘土量来达到很好的塑性与施工性能 是比较困难的。因此，我们运用超细高粘性球状粘土来实现这个效果。将普通 膨润土加工成＜50纳米的纳米尺寸膨润土，不用任何有机材料包裹的情况下， 完全呈现水性。此时水性纳米膨润土除具有无机材料的刚性强、韧性好的特点 外，还具有纳米材料小尺寸、高比表面积、高活性、吸收紫外线等纳米技术特 性。(纳米技术简介：因为材料达到纳米尺寸时，才具有高比表面积，高活性； 水性纳米膨润土1-4nm尺寸含量占58％；纳米材料尺寸在2nm时，表面原子数 占总原子数的80％，达到1nm时，表面原子数占总原子数的99％；表面原子数 越多，表面活性越大)。将具有无机材料特点和具有纳米材料特性的“水性纳米 膨润土”与水性高分子材料复合；因水性纳米膨润土尺寸远小于水性高分子材 料(乳液)，在复合改性后，水性纳米膨润土包裹在水性高分子材料的外围，呈 现“核壳结构”；当材料形成这种结构时，可达到以下几种作用：

1、有机和无机材料很好复合并且结构稳定，互相发挥各自长处；可以做到 同时提高了拉伸强度、撕裂强度、模量、硬度、耐磨擦、耐划痕、耐水性等指 标，使涂料成膜后的物理指标和力学性能大幅提高。

2、纳米材料包裹材料可使整个产品体系均匀、稳定分散，同时具有明显的 触变性，流变性能、流挂性能提高。

3、由于水性纳米膨润土具有很低的表面张力，复合后产品整个体系表面张 力都会下降，这将会大幅提高干燥速度，提高与基材表面的润湿性能，提高附 着力。

中、高温烧结剂活性α－Al₂O₃粉的引入，有效地弥补了传统镁质涂料在此 温度区间强度下降的问题。

本发明的积极效果如下：

本发明中使用聚乙烯醇作为成膜剂，利用亲水性成膜助剂迁移至乳液粒子 的亲水性壳部,起增塑剂的作用,促进乳液的亲水性壳部首先有效的结合时, 并引发起始的聚结成膜网，从而在放入少量凝胶材料时就能达到良好的塑性(涂 抹性能)。

本发明中使用超细纳米级高粘性球状粘土代替传统涂料中的硅微粉、广西 泥和高岭土，配合0.02％的成膜剂PVA，就能达到良好的施工性能。同样的涂料 涂抹性能，中间包超低硅涂料只需加入超细纳米级高粘性球状粘土2％，而传统 镁质涂料则需硅微粉(4－6％)、普通粘土(1－2％)。解决硅微粉中游离SiO2的 带入问题。

本发明中微粉中加入高温烧结剂活性Al₂O₃，有效地弥补了传统镁质涂料在 此温度区间强度下降的问题。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。

实施例1

1.1本发明的中间包超低硅镁质涂料是由以下重量份的原料组成(Kg)：

95镁砂250、97镁砂700、粘土20、膨润土30、α-Al₂O₃20、纸纤维20、 木质素1、三聚磷酸钠3、金属铝0.1、十二烷基磺酸钠0.15、聚乙烯醇0.5。

97镁砂中粒径为3－1mm；1-0mm和180目的重量比为280:350:275。

1.2本发明的中间包超低硅镁质涂料的制备方法：

(1)首先将95镁砂和97镁砂分别进行粉碎，然后按配比称取95镁砂、97镁 砂、粘土、膨润土α-Al₂O₃和纸纤维，并进行混合；

(2)按配比称取木质素、三聚磷酸钠、金属铝、十二烷基磺酸钠和聚乙烯醇， 并进行混合；

(3)将步骤(2)得到的混合物加入到步骤(1)的混合物中，并混合均匀，然 后进行包装即可得到本发明的中间包超低硅镁质涂料。

实施例2

2.1本发明的中间包超低硅镁质涂料是由以下重量份的原料组成(Kg)：

95镁砂300、97镁砂500、粘土0、膨润土10、α-Al₂O₃40、纸纤维10、木 质素2、金属铝0.5、十二烷基磺酸钠0.01、聚乙烯醇2。

97镁砂中粒径为3－1mm；1-0mm和180目的重量比为280:350:275。

2.2本发明的中间包超低硅镁质涂料的制备方法

制备方法同实施例1的1.2。

实施例3

1.1本发明的中间包超低硅镁质涂料是由以下重量份的原料组成(Kg)：

995镁砂280、97镁砂625、粘土30、膨润土20、α-Al₂O₃30、纸纤维15、 木质素1.5、三聚磷酸钠2、金属铝0.25、十二烷基磺酸钠0.1、聚乙烯醇1。

97镁砂中粒径为3－1mm；1-0mm和180目的重量比为280:350:275。

1.2本发明的中间包超低硅镁质涂料的制备方法

制备方法同实施例1的1.2。

实施例4本发明的中间包超低硅镁质涂料的性能

对实施例3制备的涂料进行性能测定，并与传统镁质涂料以及国外镁质涂 料进行对比，结果如表1所示：

表1

从表1可以看出本发明的中间包超低硅镁质涂料的性能明显优于传统镁质 涂料以及国外镁质涂料。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言， 可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变 化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。