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引言

在铸铁冷却壁浇铸过程中，铸铁中的碳原子在高温下往往会通过扩散过程而进入冷却壁的冷却水钢管的管壁中，冷却水管一般是用低碳钢制作而成，当冷却水管渗碳后，珠光体含量增加，严重时会出现游离态碳化物。当冷却水管渗碳后，随着珠光体含量的逐步增加，韧性逐渐下降，导致冷却壁工作状态下抵抗热波动的能力变差，缩短其使用寿命。在铸铁冷却壁铁水浇铸和铸铁冷却过程中，冷却壁铸铁基体与钢管由于热胀冷缩条件不同产生的间隙大于0.1 mm，行业内称之为气隙。由于气隙的存在，高炉热量不能有效地通过冷却水传递出去，冷却壁热面长期工作在高温状态下，造成冷却壁机械性能大大下降，冷却壁铸铁基体破损，同时冷却水管在高温热交变应力作用下，开裂漏水，造成冷却壁设备失效，影响高炉24 h连续顺行生产。因此，冷却壁的冷却水管防渗碳效果和气隙大小是直接影响冷却壁质量与寿命的重要参数。

解决防渗碳主要途径有：通过热喷涂在冷却壁水管上喷涂一层合金材料或氧化物；涂刷一层涂料以防止渗碳。前者技术上可行的，造价昂贵；后者的解决方法相对经济的，但市面上相应的产品，在浇注过程中产生的气隙一般为0.2 mm左右，涂层本身的导热率较低，与冷却水管的结合力也较差，涂层易脱落，难以满足铸铁冷却壁的恶劣工况条件。基于现有商业涂料的缺点，以及代替工艺的昂贵成本，研究低气隙、高效率、性能好、低成本的水基涂料，是今后相关涂料发展的必然趋势。

1  

试验部分

1.1  

研究开发的目的

通过利用新型防渗碳涂料良好的冷却效果，提高钢铁行业炼铁高炉操作运行稳定性，减少高炉非正常休风，实现钢铁行业节能、环保的行业政策。

通过改进材料粒度配比、优化选材，降低冷却壁铸造过程中冷却水管和基体的气隙，提高冷却壁的综合导热率，改善球墨铸铁的高温负荷，使冷却壁的高效长寿成为可能。

1.2

选择的

研究方案和实现途径

在纳米防渗碳涂料研究方案选择和实现途径方面，项目组将展开以下工作：

纳米防渗碳涂料的基本配方设计和试验验证。

纳米防渗碳涂料的各项性能指标的测试。

纳米防渗碳涂料的工业试验和导热率热态试验。

根据试验结果微调配方，确保纳米防渗碳性能高于行业标准要求，导热性能远大于市场的商业涂料。

纳米防渗碳涂料的工业化生产设备购进。

纳米防渗碳涂料全部替代商业KC-202防渗碳涂料，通过工业化生产应用，完善涂料配方和涂料制作工艺。

高效导热铸铁冷却壁工业化布点应用，跟踪各项使用性能指标。

1.3

研发过程

1.3

.1

纳米防渗碳涂料配方设计思路和过程

纳米防渗碳涂料的研究开发在于克服现有商业涂料导热性差、气隙大的不足，利用纳米技术，选择低成本的系列纳米防渗碳材料，形成防渗碳涂层，解决铸铁冷却壁水管在浇铸过程中所出现的渗碳、与铁水不浸润及产生气隙的主要问题。

涂料中的纳米微粉，均匀的分布在大颗粒周围，可以更加有效的填充空隙，提高涂层的自然堆积致密度，强化隔绝性能，提高防渗碳能力，纳米粉料表面化学性质活泼与铁水界面形成较好的浸润和消除气隙能力。

纳米防渗碳涂料配方材料成分具有以下4种功能：

涂料中第一部分材料成分具有防渗碳功能；

涂料中第二部分材料成分具有高热导率功能；

涂料中第三部分辅助添加剂成分具有低温和高温粘结功能；

涂料中第四部分辅助添加剂成分具有与铁水浸润消除气隙功能。

为了解决高温纳米防渗碳涂料涂层与铁水的浸润性差的问题，项目组进行大量试验和分析，先后收集20多种粉料和几十种助剂，通过文献查阅和试验分析，进行了大量正交试验，对每种配方均进行了样品制作、样品解剖、样品检测、数据分析等大量研究工作，通过近百次的浇铸试验和几十次的分散试验，最终确立高温纳米防渗碳涂料的配方。

1.3

.2  

纳米防渗碳涂料的主要技术指标

根据设计要求，根据高温纳米防渗碳涂料的配方设计，确定主要技术指标要求如下。

    涂料材质：铝硅等无机粉料；

    涂料密度：2.1~2.5 g/cm

3

；

    耐水性：涂刷烘干后，放置潮湿环境≥3 d不脱落，不掉色；

    施工性：可以手工涂刷、喷涂及浸涂；

    贮存性：≥180 d（可以沉淀，轻轻搅拌即可正常使用）；

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