專利名稱：隔熱耐火材料的制作方法
工業(yè)尤其冶金工業(yè)上，采用隔熱耐火材料來降低熱損失及節(jié)約能量。這些材料也可用于涂敷制品。它們也可用材料本身生產(chǎn)隔熱部件。它們也可用于生產(chǎn)單獨形成隔熱單元的諸如板條或磚塊的元件。
在連續(xù)鑄鋼中，用耐火部件傳送各種容器之間的熔融鋼液，尤其傳送在舀勺與分配器和分配器與連續(xù)鑄造模具之間的熔融鋼液。例如，這些隔熱部件(在對部件預熱時)可以提高預熱效率，降低出鐵口內(nèi)壁鋼的固化作用，而在用于分配器的澆注部件時可減少鑄造部件與模具壁間的架橋。在一實施例中，裝在柱塞桿上的隔熱耐火材料套筒可通過保留燃燒爐的熱量來提高預熱效率。
一般，浸漬陶瓷纖維的紙片或紙墊包括隔熱耐火材料。盡管陶瓷紙品隔熱良好，但它有幾個缺點。陶瓷紙品的填筑要求進行費時費力的切割、填筑及膠粘的操作。此外，陶瓷紙片或板的裝卸可能造成致癌陶瓷纖維的逸散，而被操作工吸入。
用于鑄鋼部件的隔熱耐火涂層也是已知的(EP 0 296 981)。這種涂層是由一種含30～85重量％精細粉碎的成分如熔凝硅石、氧化鋁或氧化鋯粉末和氧化鋁微球的水懸浮液和一種包括氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯、二氧化鈦或氧化鉻～氧化鋁、或甚至氧化鋁或氧化鋯微球的纖維的陶瓷進料的組合物而獲得。這種組合物也包括至多7重量％粘結(jié)劑，如六偏磷酸鈉或硅酸鈉，和至多40重量％的燒結(jié)玻璃。
這種涂層避免了用陶瓷纖維浸漬的陶瓷紙板的某些缺點。尤其它安裝更快，因為它不需很多的操作。此外，它有利于避免對操作工健康有害的陶瓷纖維的存在。但是，它仍然有某些缺點。其隔熱特性不是很好，因為其孔隙率低(大約20％)。這樣的孔隙基本上也是開孔的，這就決定了其隔熱特性不如閉合孔隙好。此外，它還難在鑄件上沉積相當厚的涂層。要增加涂層的厚度，在涂敷之前必須預熱部件，這就需要追加一個階段和意味著追加了費用。此外，沉積第一層之后，不可能沉積第二層，因為涂層外表面是平滑而不可滲透的，其不能與第二層很好粘結(jié)。
本發(fā)明的目的是一種可補救這些缺點的隔熱耐火材料。本發(fā)明的另一目的在于提供一種預熱后或使用時不出現(xiàn)裂隙或微龜裂的隔熱耐火材料。
該隔熱耐火材料特別適于制備隔熱涂層，用于比較寬范圍的各種耐火制品，諸如例如用于薄板連續(xù)鑄造的所謂魚尾澆注口。確實現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，由于對這種制品加熱時出現(xiàn)的苛刻表面限制因素，該涂層可能受到剝離。
無論如何都必須避免隔熱涂層的剝離或損壞。首先，如果有底層防護材料(諸如釉面)存在，底層防護材料會由于表面層剝離而被損壞。反過來，保護層的損壞又會引起構(gòu)成該制成品的耐火制品的氧化。第二，隔熱涂層的部分剝離會使部分涂敷的制品暴露于極高溫度下，不過余下部分仍受保護和隔熱。由此產(chǎn)生的溫度梯度是一種可損害制品的重要熱沖擊。
這種隔熱耐火材料由20～80重量％陶瓷基質(zhì)、5～40重量％隔熱微球體、0.5～15重量％一種或更多種粘結(jié)劑、5～20重量％的一種在預熱或使用第一分鐘時即可熔化的金屬或金屬合金和至多25重量％的水組成。該基質(zhì)可以是一種玻璃狀顆?；|(zhì)，特別是二氧化硅，優(yōu)選霧化二氧化硅；和也可包括非玻璃狀顆粒如氧化鋁或氧化鎂。優(yōu)選基質(zhì)不包括超過30重量％的非玻璃狀顆粒基質(zhì)。優(yōu)選該基質(zhì)包括5～20重量％范圍的非玻璃狀顆粒，如氧化鋁或氧化鎂。
按照本發(fā)明可采用的金屬或金屬合金必須能夠在涂敷的制品預熱過程中被熔化(在制品被預熱時)或在使用涂敷的制品的第一分鐘時必須能夠熔化，以便使該液體或半液體的金屬或金屬合金可浸漬涂層內(nèi)的孔隙和(微)空隙。通常，該金屬或金屬合金也會被氧化，并就地形成金屬氧化物。因此，按照本發(fā)明的具體實施方案，選擇金屬是氧化后可形成耐火金屬氧化物的金屬。適宜的金屬及金屬合金包括鋁、鋁合金(比如AA1100、AA5052等)、銅、黃銅、錳青銅、鋅等。其中鋁是優(yōu)選的。
加入的這些金屬或金屬合金可以是顆?；蛐跗瑺畹模瑑?yōu)選顆粒平均粒徑至多0.2毫米。這種材料可含5～20重量％，優(yōu)選8～15重量％，更優(yōu)選約10重量％的金屬或金屬合金。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，添加金屬或金屬合金增大了最終涂層的熱傳導率，但對其隔熱性質(zhì)會有不利影響。令人驚訝地是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，要達到涂層無裂隙而隔熱性良好的這種對立要求，可以通過選擇適宜的金屬或金屬合金量加以平衡。
為避免使用前涂層中金屬或金屬合金的腐蝕或老化，并由此來延長涂敷制品的使用期限，可能必需包括一種抗氧化劑和防老化劑。這種耐火材料可包括至多0.2重量％的一種防腐蝕劑。特別適宜的助劑是三聚磷酸鈉或二聚磷酸四鈉，但其它常用抗氧化劑也可使用。優(yōu)選，常規(guī)防老化劑也可按常規(guī)量使用。該材料也可具有至多4重量％的抗絮凝劑和至多20重量％的膠態(tài)二氧化硅。優(yōu)選，它具有0.5～4重量％的抗絮凝劑和0.5～20重量％的膠態(tài)二氧化硅。
所述隔熱微球體可以是空心球體的耐火材料，它一般是基于二氧化硅及/或氧化鋁的。在一優(yōu)選實施方案中，該微球體包括55～65重量％的二氧化硅和27～33重量％的氧化鋁。
本發(fā)明的粘結(jié)劑對隔熱材料的流變性有影響，特別是作為水懸浮物或滑泥(slip)。這種隔熱材料的流變性影響其使用方法。例如對采用在滑泥中浸涂或浸漬耐火坯件方法，要求所用隔熱材料滑泥具有特定的流變性。形成規(guī)則而均勻的涂層確實取決于滑泥的粘度。浸涂的適宜粘度一般高于8Pa·s，優(yōu)選高于10Pa·s。按照本發(fā)明可用的粘結(jié)劑為高嶺土型的粘土和有機粘結(jié)劑，諸如多糖(如糊精)。
本發(fā)明也涉及特別是用于鑄鋼的部件，它具有用本發(fā)明隔熱材料涂敷的耐火材料主體。該部件也可以是一種本發(fā)明的材料部分形成的復合件。這種部件可通過簡單操作如鑄造生產(chǎn)，或由幾個組件組裝構(gòu)成。
本發(fā)明也涉及用于實現(xiàn)隔熱涂層或制造隔熱部件的組合物的一種制備方法。按照這種方法-將一種或多種粘結(jié)劑溶于一定量的水中；-加入抗絮凝劑；-加入陶瓷基質(zhì)顆粒(包括霧化的玻璃狀二氧化硅顆粒)同時攪拌該溶液，使它們水合并形成滑泥；-加入防腐劑；-加入隔熱材料微球體和金屬或金屬合金，同時繼續(xù)攪拌該滑泥，保持其均勻。
在本方法的優(yōu)選變異方案中，在抗絮凝劑之后加入膠態(tài)二氧化硅。
用于制造該材料的組合物可以是一種包含20～70重量％的霧化的玻璃狀二氧化硅顆粒、5～40重量％的隔熱微球體、0.5～20重量％的一種或多種粘結(jié)劑、3.0～15.0重量％的金屬或金屬合金以及5～25重量％的水的滑泥。該組合物還可包括至多4重量％的抗絮凝劑、至多0.15重量％的防腐劑和至多10重量％的膠態(tài)二氧化硅。優(yōu)選的是它還包括0.5～4重量％的抗絮凝劑和0.5～10重量％的膠態(tài)二氧化硅。這種組合物的粘度可在9～12Pa·s之間。
本發(fā)明也涉及一種具有所述隔熱涂層的耐火部件。本發(fā)明也涉及用本發(fā)明的組合物對用于熔融金屬尤其是鋼鑄造中的耐火部件進行涂敷的方法。這種涂敷耐火部件的方法包括，將該部件浸漬于如上所述組合物中至不足一分鐘的時間，并使其戶外干燥2～4小時。重復這種方法可形成多層隔熱層。
本發(fā)明的材料有許多優(yōu)于陶瓷紙品的優(yōu)點，包括易于應用和減少有害纖維。另外，它可保證更好的隔熱，因為隔熱微球體提供了較高的孔隙率和閉口的孔結(jié)構(gòu)。此外，還提高了隔熱質(zhì)量，因為有可能在坯件上沉積較厚的涂層，而不會損害其隔熱特性。其厚度范圍在單層時可至多4毫米和在雙層時至多7毫米。此外，該涂敷的制品裂隙或微細龜裂非常少，甚至在預熱之后或使用第一分鐘之后都會非常少。最后，可能易于生產(chǎn)全部或部分是這種材料的隔熱部件。
參閱以下詳細說明和實施實例，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點會變得更為明顯。
實施例I制取具有下述組成的滑泥。采用COUVROT～LAINE商標的行星式混合器連續(xù)攪拌加入這些成分。
水 12.1％糊精 2.9％膠態(tài)二氧化硅 7.8％Dolapix CE 641.7％Fillite SG 500 8.6％粘土(HYMOD RF粘土) 4.1％霧化的二氧化硅 42.9％氧化鋁 10.7％鋁(金屬) 9.1％三聚磷酸鈉 0.1％將糊精(一種有機粘結(jié)劑)溶于水中。加入高嶺土型粘土作為第二粘結(jié)劑和懸浮劑。連續(xù)攪拌保證粘土均勻和完全水合，從而避免結(jié)塊。加入DOLAPIX CE 64(由德國ZSCHIMMER & SCHWARZ AG公司銷售)作為抗絮凝劑。DOLAPIX是一種分散劑/抗絮凝劑，用于基于羧酸而無堿的原材料和陶瓷塊體，尤其指定用于陶瓷氧化物、滑石等的抗絮凝。然后，添加包括30重量％二氧化硅的含水膠態(tài)二氧化硅。接著，將霧化的二氧化硅顆粒引入至該滑泥中。這些顆粒是由含水膠態(tài)二氧化硅獲得的。用熱空氣除去除該膠體中的水，形成顆粒，顆粒為粒徑50微米～1.5毫米的二氧化硅的或多或少的完全微球體。然后將氧化鋁粉(最大粒徑小于45微米)摻至該滑泥中。加入Fillite SG-500的隔熱微球體，該微球體包括粒徑在5～500微米之間的氧化鋁-硅酸鹽。包括該微球體的氧化鋁～硅酸鹽的密度在2.7～2.8克/立方厘米之間，但微球體的表觀密度僅為0.6～0.8克/立方厘米。然后，添加防腐劑水溶液，最后摻入鋁粉(最大粒徑小于200微米)。
將包括氧化鋁-石墨組合物的細長主體注料口，以每分鐘幾米的速度浸入該滑泥中。保持該注料口浸入不到1分鐘，例如10秒的時間。以每分鐘不到3米的速度緩慢從滑泥中取出注料口，其上滑泥于不到2分鐘的時間內(nèi)滴干，并空氣干燥2～4小時。任選地，可以同樣方法在干燥僅45分鐘時間之后涂敷第二或其后的涂層。然后將涂敷的注料口于爐內(nèi)在恒溫100℃下充分干燥1小時。
由這種組合物獲得的涂層的化學組成如下
實施例II制造一種用于中間包柱塞桿(tundish stopper rod)的預熱套筒。該套筒具有裝在該柱塞桿外徑上的圓筒形部份和完全覆蓋分配器出鐵口的向外張開的體內(nèi)部份。這種套筒是通過將實施例1的滑泥澆注至石膏模具中而用本發(fā)明隔熱耐火材料制成的。
實施例III制造一種用于玻璃工業(yè)的澆注槽蓋板。該蓋板為平行六面體，厚度50毫米。該蓋板用本發(fā)明的隔熱耐火材料通過澆注實施例1的滑泥至石膏模具中而制成。
權(quán)利要求
1.一種隔熱耐火材料，其特征在于該材料由包括20～80重量％的陶瓷基質(zhì)、5～40重量％的隔熱微球體、0.5～15重量％的一種或多種粘結(jié)劑、5～20重量％的能在預熱或使用第一分鐘期間熔化的金屬或金屬合金和至多5重量％的水的組合物制成。
2.按照權(quán)利要求1的材料，其特征在于該組合物包括8～15重量％，優(yōu)選約10重量％的金屬或金屬合金。
3.按照權(quán)利要求1或2的材料，其特征在于該組合物包括金屬，優(yōu)選為鋁。
4.按照權(quán)利要求1～3中任一項的材料，其特征在于該組合物還包括一種防腐劑。
5.按照權(quán)利要求1～4中任一項的材料，其特征在于該陶瓷基質(zhì)包括玻璃狀顆粒。
6.按照權(quán)利要求1～5中任一項的材料，其特征在于該玻璃狀顆粒包括二氧化硅顆粒，特別是霧化的二氧化硅。
7.按照權(quán)利要求5或6的材料，其特征在于該陶瓷基質(zhì)也包括非玻璃狀顆粒，特別是氧化鋁。
8.按照權(quán)利要求1～7中任一項的材料，其特征在于該隔熱微球體包括含有二氧化硅和氧化鋁的材料的空心球體。
9.按照權(quán)利要求8的材料，其特征在于該包括二氧化硅及氧化鋁的材料含有55～65重量％的二氧化硅和27～33重量％的氧化鋁。
10.按照權(quán)利要求1～9中任一項的材料，其特征在于所述一種或多種粘結(jié)劑包括有機粘結(jié)劑。
11.一種特別是用于鑄造具有耐火材料主體的熔融金屬的制品，其特征在于該主體具有按照權(quán)利要求1～10中任一項材料的涂層。
12.一種特別是用于熔融金屬鑄造的制品，其特征在于它全部或部分由按照權(quán)利要求1～10的耐火材料制成。
13.一種用于生產(chǎn)隔熱耐火材料的含水組合物，包括20～70重量％的陶瓷組分、5～40重量％的隔熱微球體、0.5～20重量％的一種或多種粘結(jié)劑、5～20重量％的金屬或金屬合金和5～25重量％的水。
14.一種由按照權(quán)利要求13的含水組合物獲得的隔熱耐火材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無裂隙隔熱耐火材料，其由包括20～80重量％的陶瓷基質(zhì)、5～40重量％的隔熱微球體、0.5～15重量％的一種以上的粘結(jié)劑、5～20重量％的能在預熱或使用第一分鐘的過程中熔化的金屬或金屬合金及0～25重量％水的組合物制成。該陶瓷基質(zhì)優(yōu)選由玻璃狀及非玻璃狀顆粒組成。
文檔編號C22C29/12GK1391540SQ00815844
公開日2003年1月15日 申請日期2000年11月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月18日
發(fā)明者C·德斯維格尼斯, G·蘭庫勒 申請人:維蘇維尤斯·克魯斯布公司