一種在含碳耐火材料表面形成光滑致密層的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及耐火材料表面處理技術，具體涉及一種在含碳耐火材料表面形成光滑致密層的方法。
【背景技術】
[0002]含碳耐火材料在高溫環(huán)境下具有優(yōu)異的抗侵蝕性、耐熱震性以及高溫穩(wěn)定性，因此在冶金工業(yè)中得到了廣泛應用。如在鋼鐵冶煉過程中，所使用的鋼包工作層、塞棒、長水口、浸入式水口等零部件有90 %以上的材質均由含碳耐火材料構成，在有色冶煉領域中，含碳耐火材料多被作為鋅、鋁的工作層而使用。
[0003]然而，由于含碳耐火材料中的主要原料為石墨或碳黑，此種原料在500-800°C高溫環(huán)境中很容易被氧化從而對構件造成損壞。因此，為了提高含碳耐火材料的抗氧化性，一般采用的方法是在制備相關零部件的過程中添加抗氧化劑，在耐火材料基體和表面形成一層由抗氧化劑構成的氧化物保護層，使抗氧化劑在石墨或者碳黑氧化之前氧化。另外的一種防止含碳耐火材料氧化的方法是在耐火材料構件表面涂覆一層防氧化涂層，目前主要采用噴涂或浸漬的方法將泥漿狀或者熔融態(tài)的防氧化物質覆蓋在耐火材料表面。這些方法的實施提高了含碳耐火材料的抗氧化性，有效延長了其使用壽命，基本能使含碳耐火材料的抗氧化性能達到預期目標。
[0004]但是，與鋼液等金屬熔體直接接觸的含碳耐火材料的工作層，由于金屬液的沖刷、溶解等侵蝕作用，先期在耐火材料表面形成的氧化層被侵蝕而降低了耐火材料的抗氧化性能，從而降低了耐火材料的使用壽命。
[0005]因此，含碳耐火材料作為容器與熔融金屬接觸時，如果能使金屬中的非金屬夾雜物迀移至耐火材料表面形成致密保護層，對于提高耐火材料的抗氧化性和耐侵蝕性具有重要意義。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明采用在熔融金屬中施加低電流密度下的脈沖電流處理方法使熔融金屬中的氧化物夾雜迀移至含碳耐火材料工作層，在其表面形成光滑致密層，從而不僅降低鋼液中氧化物夾雜，提高鋼液純凈度，而且覆蓋在含碳耐火材料表面形成光滑的致密層，進而能夠有效提高含碳耐火材料工作層的抗氧化性及抗侵蝕性。
[0007]一種對含碳耐火材料的與金屬液體直接接觸的表面進行保護處理的方法，該方法包括:利用外加電場的方式，即以與金屬液體直接接觸的含碳耐火材料工作層為負極，以插入到金屬液體中的鋁碳質耐火材料棒為正極，施加具有一定脈沖電流密度和脈沖頻率的電場，使其表面能夠生成光滑致密層。
[0008]根據本發(fā)明的示例性實施例，所述脈沖電流密度為:0.000001-10.0A.cm_2，脈沖頻率為:100-6000Hz。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0010](I)采用在熔融金屬中施加低電流密度下的脈沖電流處理方法進行含碳耐火材料的表面處理，使得金屬液體中的氧化物夾雜被有效驅動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壽命。
[0011](2)在電場的作用下，金屬液體中的氧化物夾雜固定在含碳氧化物表面之后，有效地提高了金屬液體(如鋼水)的純凈度，進而提高了金屬制品的質量。
[0012](3)本發(fā)明所涉及的設備極其簡單，容易實施且成本低廉，具有顯著的經濟效益。
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明采用脈沖電流處理的方法使熔融金屬中高熔點氧化物(如氧化鋁、氧化鎂等)，迀移至含碳耐火材料表面并形成光滑致密層，達到了理想的目的。本發(fā)明的機理是利用高熔點氧化物夾雜與熔融鋼液電阻率的不同，在低電流密度脈沖電流的作用下，氧化物夾雜被推至耐火材料表面而均勻沉積形成光滑致密保護層。
[0014]實施例1
[0015]本發(fā)明首先在60t鋼包上進行實施。在鋼包靜置過程中，以鋼包壁的鎂碳質耐火材料工作層為負極，以從鋼包上方中部插入到鋼液中的鋁碳質耐火材料棒為正極，施加脈沖電流密度為0.0lA.αιΓ2，脈沖頻率為2000Hz的低密度脈沖電流，平均電壓為0.2V。鋼包的使用周期結束后，在作為負極的鎂碳質耐火材料的與鋼液直接接觸的表面形成以氧化鋁(>90% )為主要成分的厚度為2-3_的光滑致密層，使鋼包工作層的鎂碳耐火磚的使用壽命延長了 20%，平均使用壽命從30次延長到36次。
[0016]實施例2
[0017]將本發(fā)明應用在20t中間包下方的鋁碳質耐火材料浸入式水口上，以水口外表面的鋁碳質耐火材料為負極，以插入到水口中心鋼液中的鋁碳質耐火材料棒作為正極，施加脈沖電流密度為0.1A.cm_2，脈沖頻率為4000Hz的低密度脈沖電流，經過連續(xù)使用后，在鋁碳質耐火材料的內表面形成了氧化鋁含量超過90%、厚度為4-8mm的光滑致密層，使浸入式水口的使用壽命延長了 35%。平均使用壽命從5.80爐次延長到7.83爐。
[0018]本發(fā)明采用了低電流密度正負脈沖電流，電流強度低，形成的感應磁場或者熱量不平衡極小，當熔融金屬液中的高熔點氧化物(如氧化鋁、氧化鎂等)在電場的作用下迀移到含碳耐火材料表面處后沉積在其上，形成致密的保護層，而不會再繼續(xù)發(fā)生新的迀移。
【主權項】
1.一種在含碳耐火材料表面形成光滑致密層的方法，其特征在于所述方法包括:以與金屬液體直接接觸的含碳耐火材料為負極，以插入到金屬液體中的鋁碳質耐火材料棒為正極，施加具有預定脈沖電流密度和預定脈沖頻率的電場，從而在含碳耐火材料的與金屬液體直接接觸的表面形成光滑致密層。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述預定脈沖電流密度為.0.000001-10.0A.CnT2，所述預定脈沖頻率為 100_6000Hz。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在含碳耐火材料表面形成光滑致密層的方法，屬于耐火材料表面處理技術。該方法包括：以與金屬液體直接接觸的含碳耐火材料為負極，以插入金屬液體中的鋁碳質耐火材料棒為正極，施加脈沖電流密度為0.000001-10.0A·cm-2，脈沖頻率為100-6000Hz的低密度脈沖電流，從而在含碳耐火材料的與金屬液體直接接觸的表面形成光滑致密層。本發(fā)明的特點在于：簡單易操作，不會污染熔融金屬。
【IPC分類】C04B41-85
【公開號】CN104725079
【申請?zhí)枴緾N201510109724
【發(fā)明人】戴文斌, 于景坤
【申請人】東北大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月12日