钢材在热轧之前一般需要经过在1250℃左右的加热炉内较长时间的加热过程，这一过程会使钢材表面的氧化烧损非常严重，表现为：从加热炉出来的钢材表面会形成一层氧化铁皮，必须将这层氧化铁皮从钢材表面剥离，如果不采取任何防护措施，氧化铁皮会比较厚，且剥离时基材表面容易有残留。通常钢材加热过程烧损率高达0.5～2.5％，这种氧化烧损不仅降低了成材率，也会影响钢材的表面质量。为了减少钢材的氧化烧损，需要在钢材表面刷涂防氧化涂料，涂料在钢材表面形成保护层来阻止钢材表面在加热时的氧化/脱碳，在随后的冷却过程中使保护层剥落，降低氧化铁皮的厚度，达到提高成材率，改善钢材表面质量的目的。
为了达到减少钢材氧化烧损的目的，要求所使用的钢材防氧化涂料在钢材表面能形成完整致密的防护层，而该防护层要求适应加热炉中的高温，在钢材出炉后氧化铁皮和防护层还应易于剥落，并尽可能减薄氧化铁皮，使热处理后的钢材表面仍保持原有的金属光泽。
有关这种防氧化涂料的研究也出现了很多的相关报道，例如中国专利申请CN1632137A公开了一种防止钢制工件在热处理加热时氧化/脱碳的防护涂层材料，其由10～20％玻璃粉，33～30％石英砂，23～20％硅砂，24～20％Al2O3，2～10％C组成，该涂层材料适用于各种钢在800～1200℃/4～10小时加热时防氧化/脱碳，在随后冷却过程中能够自然剥落。经过热处理之后的钢制工件表面仍然具有原有金属光泽，钢制工件表层仍然保持原有化学成分。根据该专利申请的记载，该涂层材料使用方便，防氧化/脱碳效果优良，适用性广。但是这种涂料的应用温度要求在1200℃以下，限制了加热炉的操作；该涂料的应用需要将热钢材先冷却，再刷涂涂料，然后还要再次升温热轧，造成能源浪费，费时费工。
中国专利申请CN1300805A公开了一种高温防氧化涂料，其为将SiO2：50～62份；Al2O3：12～20份；Fe2O3：2～8份；MgO：1～5份；CaO：2～7份；Na2O：2～6份；K2O：2～6份和FeO：1～5份混和后入窑炉在800～1300℃下熔制3小时呈珐琅，冷却后粉碎，加入少量尖晶石、粘土和水，球磨使其粒度为＜180目，该涂料颗粒细小，呈悬浮状，不易沉淀，不需要立辊侧压设备，使用简单，能在900～1200℃时使用，并且成本低。但是这种涂料的制备工艺比较复杂，必须提前将涂料组分熔制成珐琅然后冷却粉碎，耗时耗能，而且涂料的应用温度在1200℃以下，同样不能适用于直接在普通钢材热轧前的加热处理温度下刷涂。
中国专利申请CN1179448A公开了一种高温耐热钢周防氧化涂料，该涂料是以沉淀碳酸钡、硅石为主，加入助熔剂硼酸，以水玻璃为媒介物。在高温作用下产生连续釉层。釉层铺展性好，不剥离，不气化，不产生釉滴，防氧化性能优良，可以防止耐热钢长期使用中的氧化。但是这种涂料是针对耐热钢的高温防氧化，用于冶炼金属镁的耐热钢表面，而且涂料需在常温喷涂自然干燥成膜后方可升温使用，并不具有普适性。
中国专利申请CN1036396A公开了一种MgO-Cr2O3系硅钢板坯加热用防氧化涂料，以工业镁砂为主要原料，制备工艺简单，涂料成本低，使用前无须对板坯作任何清理，该涂料具有良好的导热能力和耐高温性能，使用涂料后不会延长板坯加热时间，对硅钢成品质量无不良影响，能有效地防止硅钢加热时的氧化烧损；同时还可提高加热炉的作业率，大幅度增加硅钢的一次轧制量。但是这种涂料针对的是对硅钢板坯的高温防氧化，并不具有普适性。
可以看到，目前使用的这些防氧化涂料虽然均在一定程度上对指定的钢材具有良好的高温防氧化作用，但是防护温度均难以超越1200℃，限制了其应用的范围，而涂料在钢材表面涂覆前还需要对钢材实施降温处理，增加了能源耗费。如何提高涂料在钢材表面的涂覆温度，提高涂料层的防护温度，目前的技术还存在有待改进之处；另外，为了保证涂料的性能，目前的涂料多是采用玻璃粉类为粘结媒质，而玻璃粉的制备必须经过高温烧结和水淬研磨等复杂的加工工艺，这给整个涂料的前期制备工艺增加了难度。

本发明所要解决的主要技术问题在于针对目前钢材防氧化涂料存在的问题，提供一种可适用于高温处理的钢材防氧化涂料，该涂料可以直接喷涂在钢材表面形成防护层，并具有更高的防护温度，达到减少钢材热处理过程的氧化烧损、提高出材率及钢材表面质量的目的。
本发明的另一个目的是提供上述可适用高温处理的钢材防氧化涂料的制备方法，可以利用廉价的原料，甚至可以使用冶金废弃物和矿物原料，并且工艺简单，在提高了涂料性能的同时也降低了成本。
本发明同时还提供了实现钢材热处理过程中防氧化的方法，通过使用本发明的防氧化涂料，对应用温度的限制更加宽泛，利于在实际生产中的应用。
本发明首先提供了一种钢材防氧化涂料，该涂料是利用含镁矿物、层状硅酸盐、冶金固体废弃物、铝粉、有机增稠剂、无机粘结剂为主要原料与水混合而成的浆状物，且以该涂料干粉为基准，包含化学组分：
Al2O3   15～32wt％
SiO2    20～40wt％
MgO     10～35wt％
B2O3    0～20wt％
P2O5    0～10wt％
CaO      4～15wt％
Fe2O3    2～20wt％
C        1～5wt％
Na2O     0～10wt％
该涂料的密度在1100～1500kg/m3。
本发明提供的上述钢材防氧化涂料应用于加热炉处理工序时，具有非常宽泛的应用温度，既可喷涂或涂刷在常温钢材表面干燥成膜，又可直接喷涂在高温红热(高达1000℃)的钢材表面，并在高温作用下形成连续的致密保护涂层，在加热炉内的承受温度可以提高到1300℃，可有效降低板坯热轧前输送及加热过程中的高温氧化烧损，而不改变钢材基体原有性能。
用以提供所述化学组分的主要原料中：
所述含镁矿物可以选用菱镁矿粉、白云石矿粉、工业镁砂等中的一种或几种；
所述的冶金固体废弃物可为氧化铁皮、赤泥等的一种或几种；
所述的有机增稠剂可为羧甲基纤维素类、聚乙烯醇类中的一种或几种；
所述的层状硅酸盐可以包括蛭石、累托石、硅藻土、云母中的一种或几种；
所述的无机粘结剂例如可选用硼砂、水玻璃、磷酸铝粘结剂等以及经相应改性后的无机粘结剂中的一种或几种。
本发明的原料之一是使用了铝粉，以满足该涂料中对氧化铝的含量要求和对钢材的防护效果，理论上可以使用纯铝粉，但在工业生产中最好使用各种规格的工业铝粉，在确保涂料功效的同时降低生产成本。
上述原料中含镁矿物、冶金固体废弃物、层状硅酸盐以及有机增稠剂和无机粘结剂的选择不应局限在所列举范围内，而是以提供要求的化学成分为最终目的，由于不同原料之间成分的差异，选用不同原料时会有相应的原料配比，前提是满足上述主要化学组分的组成，其它微量组分可忽略不计。
本发明的涂料为具有一定流动性的浆料，可以通过涂刷或喷涂而施用于不同温度的钢材基体表面，为使涂料体系各组分均匀分散和喷涂时不至于堵塞喷嘴，所述原料的粒度均为100目或小于100目。
本发明涂料的制备方法也非常简单，包括：按照所要求的化学成分确定原料配比，将各原料混配成粒度为100目或小于100目的粉料，混合均匀后加水调节成为密度在1100～1500kg/m3的浆状物。
本发明使用的大部分原料可以是来源广泛且非常廉价的矿物原料，甚至是冶金废弃物，因此生产成本可显著降低。
本发明的防氧化涂料是一种适用范围很宽的涂料，即，可以适用于多种钢材的加热处理过程中，例如普通钢和各种型号的合金钢，而应用时不要求对钢材先进行降温处理，因此更利于工业化生产过程的应用。
本发明的另一个方面是提供了一种钢材防氧化工艺，来自连铸连轧工序的钢材(钢坯)在进入加热炉前，于钢材表面喷涂本发明的防氧化涂料，并使之在钢材表面形成均匀连续涂层；喷涂时钢材基体的表面温度不高于1000℃。由于涂料喷涂后会马上在钢材表面形成致密牢固涂层，因此不需要干燥工序而可以直接将钢材送入加热炉作业。该涂层可以使钢材在加热炉内800～1300℃下热处理2～10小时不会发生氧化烧损，并且在钢材出炉后的瞬间，涂料和少量氧化铁皮易于剥落。
采用上述方法只需在钢材进入加热炉的前段增加喷涂装置，尤其对于红热钢坯，可直接高温喷涂，有别于已有报道的常温喷涂工艺，能耗的节省是非常可观的。
本发明的涂料也可以用于常温钢材热轧前热处理工艺，即，将涂料涂刷或喷涂在常温钢材表面，经干燥成膜进入加热炉实施热处理。
总之，本发明提供的钢材防氧化涂料具有特定化学组成和特性，可以产生更好的高温防氧化效果，与现有技术的这类涂料相比，其优点和积极效果充分表现为：
1.本发明的防氧化涂料能够在高至1000℃的红热钢材的表面直接喷涂，在体系水分挥发的同时涂料中的功能组分与粘结剂瞬间可在基体表面发生聚合粘结，从而依靠钢材自身的热量形成了致密的涂层；实际生产中可直接在热轧车间加热炉前对红热钢材表面喷涂该防氧化涂料，通过该涂料在高温作用下形成连续保护涂层，能够有效降低板坯热轧前输送及均热过程中的高温氧化烧损，不改变钢材基体原有性能，加热完成后涂层自然剥落能力强；这与通常使用的防氧化涂料需要常温涂刷、自然干燥后升温的应用工艺相比，大大提高了涂料的实用性，降低了冶金能源损耗，缩短了作业时间。
图1的(a)显示采用已有涂料在高温钢材表面喷涂后的涂层情况，(b)显示采用本发明涂料在红热钢材表面直接喷涂后的涂层情况，喷涂温度均为800℃，可以看出，(a)中形成的涂层很不完整，而(b)具有非常均匀完整的涂层，说明本发明的涂料可在热钢材表面形成均匀完整的涂层。
当然，如果需要，本发明的防氧化涂料也可以使用于常温钢材的表面涂刷，涂刷后在升温过程中同样可以形成致密完整的防护层。
2.本发明的防氧化涂料可适用于多种钢材如普碳钢和各种合金钢等在800～1300℃/2～10小时加热时的防氧化，热处理后涂层极易剥落，板坯表面光滑，没有脱碳及合金元素流失现象。在800～1300℃热处理过程中，涂料与基体表面会因吸附而形成更加致密牢固的保护层，有效地防止了外界氧化性气体的渗透，阻止了基体表面的氧化和脱碳。由于涂层自始至终处于烧结态，体系中无机粘结剂经过高温过程牢牢束缚住其他功能组分完好地封闭钢材表面，而在钢材出炉后瞬间的表面降温过程由于涂层与基体热膨胀系数的显著不同涂层很容易自然剥落。
3.本发明的钢材防氧化涂料所选用的大部分原料廉价易得，更有冶金废弃物和矿物原料的采用，实现了废弃物的资源化利用，变废为宝，而且制备工艺简单，相比于现有技术制备防氧化涂料时对原料的特别制备要求，本发明的实施同时降低了涂料的成本，使得钢铁生产过程的防氧化更具有现实意义。
4.本发明的钢材高温防氧化涂料不影响现有冶金现场的生产工艺，直接在加热炉前段增加喷涂装置，来自连铸工序的红热钢坯经喷涂该涂料后送入加热炉，即可实现钢材的高温氧化烧损降低50～80％，提高板坯成材率和产量，经济和社会效益非常可观。
附图说明
图1显示本发明防氧化涂料与现有技术报道防氧化涂料于800℃喷涂在钢材表面的成膜对比，图中(a)为现有技术报道涂料的成膜，(b)为本发明涂料的成膜。
图2为钢材表面1250℃热处理后氧化皮SEM形貌比较，图中(a)为无涂料保护情况，(b)为喷涂了实施例1的涂料防护后的情况。
图3为钢材氧化铁皮厚度比较，上图为无涂料保护的氧化铁皮厚度照片，下图为采用本发明涂料防护后的氧化铁皮厚度照片。

以下结合具体实施例详细说明本发明的实施，以具体揭示本发明的实质所在，但不能理解为对本发明可实施范围的任何限定，在不脱离该实质精神的基础上可以有不同的更改和修饰。
实施例1、
分别取白云石粉、蛭石粉、赤泥、工业铝粉、硼砂、羧甲基纤维素钠、水玻璃等按干粉料化学组成：20％Al2O3，34％SiO2，21％MgO，5％B2O3，10％CaO，5％Fe2O3，2％C，3％Na2O进行物料混合，研磨至粒度100目以下，加水调节到最终涂料浆的密度为1100kg/m3，得到本发明的高温防氧化涂料I。
在加热炉前段设置喷涂装置，Q235-B钢材进入加热炉前将该涂料喷涂于钢材表面，钢材表面温度800℃，即形成一层灰色保护涂层(参见图1)。进入加热炉经1250℃加热处理2h后，出炉后可以看到由于有涂层保护，仅产生一层很薄的氧化铁皮，且致密性非常好，由于瞬间的冷却涂层自然剥离，基体表面均匀光洁，无残留物。
以未加涂层保护的钢材作为对比，参见图2和图3的SEM形貌及氧化铁皮厚度的比较，可以看到，采用本发明涂料形成保护层后产生氧化铁皮的厚度明显减薄，氧化烧损率降低70％以上，且涂层经冷却能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例2、
分别取菱镁矿粉、累托石粉、赤泥、工业铝粉、羧甲基纤维素钠、水玻璃等按干粉料化学成分：15％Al2O3，24％SiO2，33％MgO，18％CaO，2％Fe2O3，3％C，5％Na2O分别研磨至120目以下，进行物料混合，加水均匀稀释至最终涂料浆的密度为1500kg/m3，得到本发明的高温防氧化涂料II。
与实施例1相同操作，将该涂料涂刷于1000℃的GCr15SiMn钢材表面，即形成一层灰色保护涂层。经1200℃热处理2h后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低70％以上，且钢坯离开加热炉后涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例3、
分别取菱镁矿粉、硅藻土、氧化铁皮、工业铝粉、聚乙烯醇、磷酸铝等按干粉料化学成分：25％Al2O3，39％SiO2，15％MgO，5％P2O5，8％CaO，5％Fe2O3，3％C进行物料混合，粉料研磨至150目，加水搅拌均匀至最终涂料浆的密度为1300kg/m3，得到本发明的防氧化涂料III。
与实施例1相同操作，将该涂料喷涂900℃的20CrMnTi钢材的表面，即形成一层灰色保护涂层。经1280℃热处理5h后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低50％以上，且钢坯离开加热炉后涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例4、
分别取工业镁砂、云母、赤泥、工业铝粉、聚乙烯醇、硼砂等按干粉料化学成分：18％Al2O3，22％SiO2，30％MgO，12％B2O3，7％CaO，2％Fe2O3，2％C，7％Na2O进行原料调配，研磨至100目以下，按粉料∶水质量比为1∶4进行稀释，搅拌均匀，最终涂料浆的密度在1400kg/m3，得到本发明的防氧化涂料IV。
将该涂料涂覆于600℃的A36钢材的表面，即形成一层灰色保护涂层。经1300℃热处理3h后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低60％以上，且钢坯离开加热炉后涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例5、
分别取菱镁矿粉、累托石、氧化铁皮、工业铝粉、羧甲基纤维素钠、水玻璃等按干粉料化学成分：16％Al2O3，24％SiO2，32％MgO，13％CaO，5％Fe2O3，4％C，6％Na2O进行原料调配，研磨至150目，按粉料∶水质量比为1∶3进行稀释，搅拌均匀，最终涂料浆的密度在1500kg/m3，得到本发明的防氧化涂料V。
将该涂料涂覆于400℃的Q-235B钢材的表面，即形成一层灰色保护涂层。经1200℃热处理6h后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低75％以上，且钢坯离开加热炉后涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例6、
分别取白云石粉、硅藻土、氧化铁皮、赤泥、工业铝粉、羧甲基纤维素钠、硼砂等按干粉料化学成分：32％Al2O3，30％SiO2，12％MgO，7％B2O3，4％CaO，8％Fe2O3，1％C，6％Na2O进行原料调配，研磨至150目，加水混合搅拌均匀至最终涂料浆的密度在1500kg/m3，得到本发明的防氧化涂料VI。
将该涂料涂覆于700℃的42CrMo钢材的表面，即形成一层灰色保护涂层。经1100℃热处理2h后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低70％以上，且钢坯离开加热炉后涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例7、
分别取工业镁砂、硅藻土、氧化铁皮、赤泥、工业铝粉、聚乙烯醇、三聚磷酸铝等按干粉料化学成分：25％Al2O3，36％SiO2，10％MgO，7％P2O5，5％CaO，12％Fe2O3，2％C，3％Na2O进行原料调配，研磨至150目，加水混合搅拌均匀至最终涂料浆的密度在1400kg/m3，得到本发明的防氧化涂料VII。
将该涂料涂刷在常温的Q195钢材的表面，干燥即形成一层灰色保护涂层。经1300℃热处理3h后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低65％以上，且钢坯离开加热炉后涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例8、
分别取工业镁砂、蛭石、氧化铁皮、赤泥、工业铝粉、聚乙烯醇、磷酸铝、水玻璃等按干粉料化学成分：22％Al2O3，35％SiO2，13％MgO，5％P2O5，6％CaO，15％Fe2O3，1％C，3％Na2O进行原料调配，研磨至200目，加水混合搅拌均匀至最终涂料浆的密度在1400kg/m3，得到本发明的防氧化涂料VIII。
将该涂料涂刷在常温的Q-235B钢材的表面，干燥即形成一层灰色保护涂层。经1250℃热处理2h后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低80％，且钢坯离开加热炉后涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。