用于耐火元件的氧化锆基涂层以及包括这种涂层的耐火元件的制作方法

文档序号:9438233阅读:451来源:国知局
用于耐火元件的氧化锆基涂层以及包括这种涂层的耐火元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及连续金属诱铸设备中的碳结合耐火元件。特别地,其设及包括涂有氧 化错基涂层的表面的运类元件,所述氧化错基涂层在使用中具有耐侵蚀、耐腐蚀、抗开裂和 抗剥落性。
【背景技术】
[0002] 在金属成形过程中,烙融金属被从一个冶金容器转移到另一个冶金容器中,然后 被转移到模具或转移到工具中。例如,如图1中所示,用从烙炉中出来的金属烙体装入钢 包(100)并转移至中间包(200)。然后可W将烙融金属从中间包诱铸到结晶器(300)中, 用于形成板巧(si油)、圆巧化loom)、方巧化illet)或其它类型的连续诱铸产品,或者诱铸 到锭或铸造模具中的其它非连续限定的形状中。在重力作用下金属溶液通过各种水口组件 (101,lOlin,lOlout,111,lllin,lllout)流出冶金容器,所述水口组件位于运类容器的底 部。可通过塞棒(20)来控制经过中间包的水口的金属流。烙融金属W及(特别是)通过 烙融金属与保护渣反应而在其表面形成的烙渣在升高的溫度下形成对诱铸设备中所使用 的耐火材料具有侵蚀性的环境。
[0003] 在钢铁及玻璃工业中,氧化错基涂层已经被应用于耐火部件的表面上W提高耐侵 蚀及耐腐蚀性。例如,W0199704:M60 和Saito等,J.Tech.Assoc.Refract.Japan, 20,(1) (2000),53公开了涂W未稳定化的氧化错狂r〇2)涂层的陶瓷部件,其在金属诱铸应用中用 于害炉和水口。然而,氧化错在约1173°C的溫度下经历从单斜晶体到四方晶体的相变,导致 体积显著急剧收缩,运会产生重大的应力,导致裂纹形成和涂层的脱落。
[0004] 可W用一定浓度的例如氧化锭、氧化巧或氧化儀对氧化错进行渗杂W形成所谓的 (部分)稳定化氧化错,其在1000°C与1500°C之间不显示相转变。包含(部分)稳定化氧 化错的涂层或耐火组合物公开(例如)在SU710782、JP11012035、JP9241085中。尽管它们 的性能良好并且在加热到1200°CW上的使用溫度期间没有相变,但稳定化材料仍然不具有 纯单斜材料所具备的耐钢渣性。运是由于稳定剂(氧化巧、氧化锭、氧化儀等)离开晶格与 钢渣的组分发生反应。运又导致在氧化错晶体中出现局部规模的显著体积变化,导致在涂 层中形成裂纹并且碎屑被钢/烙渣侵蚀冲走。
[0005] W097/43460公开了陶瓷或金属害炉装置,在其表面覆盖有不透气的热沉积未稳定 化氧化错涂层。未稳定化的氧化错是热喷涂到基底上面的。热喷涂技术是其中将烙化(或 受热)的材料喷涂到表面上面的涂覆工艺。通过电(等离子体或电弧)或化学手段(燃烧 火焰)加热"原料"(涂层前驱体)。特别是;采用等离子体喷涂来制备运种涂覆的固定装 置。在等离子体喷涂中,将通常为粉末的待沉积材料(原料)引入到从等离子体炬发出的 等离子体射流当中。在溫度级别为10, 000K的射流中,材料被烙化并朝向基底推进。烙融 液滴在那里变平、快速固化并形成沉积物。沉积物由通过液滴变平形成的大量被称为"喷瓣 薄层(splat)"的煎饼状薄片组成。因为原料粉末通常具有数微米到100微米W上的尺寸, 所w薄片具有的厚度在微米范围内,并且横向尺度从数微米到数百微米。在运些薄片之间 有小的空隙,如孔、裂缝和不完全粘合的区域。由于运种独特结构的原因,沉积物可具有与 块材料显著不同的性质(参见ht1:p ://en. w;Lkipedia. org/w;Lki/Plasma_spray)。
[0006] W003/099739公开了包含未稳定化氧化错和烙融石英的涂层组合物,其作为标记 施加在诸如碳化娃或氮化娃的陶瓷材料上,随后进行赔烧W烧结材料。由于其组成(10重 量百分比W上量的二氧化娃)W及低厚度,运种涂层不适合应用于连续诱铸设备中,在运 种设备中涂层材料会和1500度甚至更高溫度的烙融金属持续接触。
[0007] US4319925公开了用于在诱铸铁、钢及其它合金中使用的金属模具的耐火模具涂 层。所述涂层包含未稳定化氧化错和娃溶胶。再次地,具有10重量百分比W上的二氧化娃 的运种涂层的组成使其不适合应用在高溫遭侵蚀状况下。此外,涂覆金属模具的表面比起 涂覆碳结合陶瓷元件的表面来说是相当容易的。
[0008]因此,在连续诱铸设备中的碳结合耐火元件领域中仍然需要能提高部件表面(如 塞棒头部、水口内孔、渣线材料等)的耐侵蚀性的耐热涂层。本发明提出的是特别适合于大 幅度提高在连续诱铸设备中使用的碳结合耐火陶瓷元件的耐腐蚀性和耐侵蚀性的涂层组 合物。续文给出本发明的运些及其它优点。

【发明内容】

[0009] 所附的独立权利要求限定本发明。从属权利要求限定优选的实施方案。特别地, 本发明设及用来在高于1200°c的溫度下施加的涂层组合物,其包含:
[0010] (a)介于80. 0与99. 9重量百分比之间的未稳定化的氧化错;
[0011] 化)介于0. 1与5. 0重量百分比之间的液相形成剂,其在环境溫度下为固体,并且 在不低于l〇〇〇°C的溫度W上烙化或反应或者分解W形成液相;其中(a)和化)中的重量百 分比是按室溫下涂层组合物的总固体重量计表示的(即,不包括水),和
[0012] (C)相对于包括溶剂在内的组合物的总重量而言介于8与25重量百分比之间的溶 剂。
[0013] 合适的溶剂可W是水、甲醇、乙醇、异丙醇或它们的混合物。也可W考虑其它合适 的溶剂。水便宜且特别适合用于将本发明的涂层施加到耐火元件上面。水是稀释剂,用W 允许通过浸涂、刷涂或其它手段进行涂敷。对于涂覆耐火材料的表面,组合物优选包含水W 形成浆料,优选水介于8与25重量百分比之间,更优选水介于10与20重量百分比之间,甚 至更优选水介于12与16重量百分比之间。一旦将涂层施加到耐火元件的表面上面,则对 其进行干燥W除水和/或进行赔烧。如果在使用前不进行赔烧,则与高溫金属烙体或烙渣 发生接触的涂层部分在使用时经历局部原位烧成反应。
[0014] 液相形成剂可选自二氧化娃(优选为烙融石英)和侣娃酸盐粘± (特别是高岭石 粘± )。液相形成剂优选存在量占0. 5与4. 5重量百分比之间,更优选1. 5与3. 5重量百分 比之间,其优选在室溫下的存在形式为不粗于50目(美制)(S 297 fim)、优选不粗于100 目(美制)(姿149 |im)的细粉末。
[0015] 未稳定化的氧化错优选重量百分比介于85. 0与99. 0之间,优选90. 0与98. 0之 间;更优选91. 0与96. 0之间。在室溫下优选其形式为不粗于100目(美制)(a149 口m)、 优选不粗于200目(美制)(尝74H锁)且更优选不粗于500目(美制)'(尝31护m)的单 斜氧化错粉末。
[0016] 本发明的涂层组合物优选包含选自W下的添加剂:
[0017] (a)低溫粘结剂,如有机粘结剂,优选存在量占0. 1与5. 0重量百分比之间,并且选 自淀粉、明胶和簇甲基纤维素(CMC); 阳〇1引 化)防水剂,如聚合物乳液(例如,Primal),优选存在量占0. 1与5. 0重量百分比 之间;
[0019] 和/或
[0020] (C)流变改性剂/流变控制剂,像蒙脱石粘±,如膨润±,优选存在量占0. 1与0. 8 重量百分比之间;
[0021] 其中重量百分比是按室溫下涂层组合物的总固体重量计表示的。
[0022] 本发明还设及金属诱铸设备的耐火元件,其包括涂覆表面,所述涂覆表面包括如 上所定义的组合物的第一涂层并且是通过喷涂、漉涂、刷涂或浸涂施加的。单独使用的术语 "喷涂"在本文中是指运样的涂覆方法,其中容纳在加压容器中的悬浮液或分散体通过适当 的喷嘴W细雾的形式被释放,并因此而喷射于待涂覆的表面。运个术语单独使用时不涵盖 由包括术语"喷涂"(或其衍生词)的组合表达所指的另类涂覆方法,如"热喷涂"、"等离子 体喷涂"、"爆炸喷涂"、"金属丝电弧喷涂"、"火焰喷涂"、"高速氧燃料涂层喷涂(HV0F)"、"暖 喷涂"、"冷喷涂"等,它们明显不同于如上所定义的单独使用
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