[发明专利]一种在含碳耐火材料表面形成光滑致密层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐火材料表面处理技术，具体涉及一种在含碳耐火材料表面形成光滑致密层的方法。

背景技术

含碳耐火材料在高温环境下具有优异的抗侵蚀性、耐热震性以及高温稳定性，因此在冶金工业中得到了广泛应用。如在钢铁冶炼过程中，所使用的钢包工作层、塞棒、长水口、浸入式水口等零部件有90％以上的材质均由含碳耐火材料构成，在有色冶炼领域中，含碳耐火材料多被作为锌、铝的工作层而使用。

然而，由于含碳耐火材料中的主要原料为石墨或碳黑，此种原料在500-800℃高温环境中很容易被氧化从而对构件造成损坏。因此，为了提高含碳耐火材料的抗氧化性，一般采用的方法是在制备相关零部件的过程中添加抗氧化剂，在耐火材料基体和表面形成一层由抗氧化剂构成的氧化物保护层，使抗氧化剂在石墨或者碳黑氧化之前氧化。另外的一种防止含碳耐火材料氧化的方法是在耐火材料构件表面涂覆一层防氧化涂层，目前主要采用喷涂或浸渍的方法将泥浆状或者熔融态的防氧化物质覆盖在耐火材料表面。这些方法的实施提高了含碳耐火材料的抗氧化性，有效延长了其使用寿命，基本能使含碳耐火材料的抗氧化性能达到预期目标。

但是，与钢液等金属熔体直接接触的含碳耐火材料的工作层，由于金属液的冲刷、溶解等侵蚀作用，先期在耐火材料表面形成的氧化层被侵蚀而降低了耐火材料的抗氧化性能，从而降低了耐火材料的使用寿命。

因此，含碳耐火材料作为容器与熔融金属接触时，如果能使金属中的非金属夹杂物迁移至耐火材料表面形成致密保护层，对于提高耐火材料的抗氧化性和耐侵蚀性具有重要意义。

发明内容

本发明采用在熔融金属中施加低电流密度下的脉冲电流处理方法使熔融金属中的氧化物夹杂迁移至含碳耐火材料工作层，在其表面形成光滑致密层，从而不仅降低钢液中氧化物夹杂，提高钢液纯净度，而且覆盖在含碳耐火材料表面形成光滑的致密层，进而能够有效提高含碳耐火材料工作层的抗氧化性及抗侵蚀性。

一种对含碳耐火材料的与金属液体直接接触的表面进行保护处理的方法，该方法包括：利用外加电场的方式，即以与金属液体直接接触的含碳耐火材料工作层为负极，以插入到金属液体中的铝碳质耐火材料棒为正极，施加具有一定脉冲电流密度和脉冲频率的电场，使其表面能够生成光滑致密层。

根据本发明的示例性实施例，所述脉冲电流密度为：0.000001-10.0A·cm^-2，脉冲频率为：100-6000Hz。

本发明的优点在于：

(1)采用在熔融金属中施加低电流密度下的脉冲电流处理方法进行含碳耐火材料的表面处理，使得金属液体中的氧化物夹杂被有效驱动并固定在了含碳耐火材料表面，有效地提高了含碳耐火材料的使用寿命。

(2)在电场的作用下，金属液体中的氧化物夹杂固定在含碳氧化物表面之后，有效地提高了金属液体(如钢水)的纯净度，进而提高了金属制品的质量。

(3)本发明所涉及的设备极其简单，容易实施且成本低廉，具有显著的经济效益。

具体实施方式

本发明采用脉冲电流处理的方法使熔融金属中高熔点氧化物(如氧化铝、氧化镁等)，迁移至含碳耐火材料表面并形成光滑致密层，达到了理想的目的。本发明的机理是利用高熔点氧化物夹杂与熔融钢液电阻率的不同，在低电流密度脉冲电流的作用下，氧化物夹杂被推至耐火材料表面而均匀沉积形成光滑致密保护层。

实施例1

本发明首先在60t钢包上进行实施。在钢包静置过程中，以钢包壁的镁碳质耐火材料工作层为负极，以从钢包上方中部插入到钢液中的铝碳质耐火材料棒为正极，施加脉冲电流密度为0.01A·cm^-2，脉冲频率为2000Hz的低密度脉冲电流，平均电压为0.2V。钢包的使用周期结束后，在作为负极的镁碳质耐火材料的与钢液直接接触的表面形成以氧化铝(>90％)为主要成分的厚度为2-3mm的光滑致密层，使钢包工作层的镁碳耐火砖的使用寿命延长了20％，平均使用寿命从30次延长到36次。

实施例2

将本发明应用在20t中间包下方的铝碳质耐火材料浸入式水口上，以水口外表面的铝碳质耐火材料为负极，以插入到水口中心钢液中的铝碳质耐火材料棒作为正极，施加脉冲电流密度为0.1A·cm^-2，脉冲频率为4000Hz的低密度脉冲电流，经过连续使用后，在铝碳质耐火材料的内表面形成了氧化铝含量超过90％、厚度为4-8mm的光滑致密层，使浸入式水口的使用寿命延长了35％。平均使用寿命从5.80炉次延长到7.83炉。

本发明采用了低电流密度正负脉冲电流，电流强度低，形成的感应磁场或者热量不平衡极小，当熔融金属液中的高熔点氧化物(如氧化铝、氧化镁等)在电场的作用下迁移到含碳耐火材料表面处后沉积在其上，形成致密的保护层，而不会再继续发生新的迁移。