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_3

文档序号:9438233阅读:来源:国知局
内 的组合物的总重量),优选为10与18重量百分比之间,更优选为12与15重量百分比之间。 溶剂优选为水或基于水的溶剂,水是优选的。运些量包括组合物的组分中存在的任何含水 介质,例如像在使用娃溶胶情况下的聚合物乳液等。一旦将第一涂层施加到耐火元件的表 面上面,则必须除掉溶剂(如水)。运可W通过将第一涂层与其施加到上面的碳结合元件一 起赔烧来完成,或者当不可能运样做时,通过在室溫或在低于20(TC的升高溫度下干燥涂层 来完成。显然要消耗更多的时间和能量来干燥W高含量溶剂(或高含量水)施加的涂层。 另一方面,溶剂和/或水不足可导致涂层的可涂敷性不充分。可W按本领域中已知的任何 方式将第一涂层施加到耐火元件的表面上面。特别地,通过喷涂、漉涂、刷涂或浸涂施加涂 层。
[0051] 在许多应用中,将第一涂层施加到碳结合陶瓷的表面上,所述碳结合陶瓷在其制 造期间已经历了其赔烧循环。运是大多数制造商遵循的最普遍的路线。为得到赔烧产品, 将产品放入通常由钢制成的赔烧箱中。赔烧箱的目的是要保护碳结合陶瓷件不被氧化。在 赔烧期间可能会发生显著的尺寸变化,因此在赔烧后常常是将物件在施加第一涂层(1)和 任选最终釉料(2)之前将物件加工成其最终尺寸。因为物件的加工是在其赔烧之后,因此 仅有可能在物件的赔烧之后施加第一涂层(1)和任选的釉料(2)。由于有利的是将本发明 的第一涂层施加到碳结合陶瓷元件的要在1200°CW上、通常是1500°CW上的高溫下接触 金属烙体或烙渣的区域上,因此将通过与金属烙体或烙渣进行热接触而在使用期间赔烧涂 层。正是由于液相形成剂的存在,氧化错在从单斜到四方的相转变期间所经历的体积变化 被液相"吸收"。
[0052] 然而对于一些产品来说,最终尺寸容差较大,因此有可能避免进行加工。运就提供 了进行"敞开式赔烧"或基本上在不用赔烧箱的情况下赔烧物件的机会。运显著地节省了成 本。可W不需要进行加工的物件的例子包括钢包长水口(lllout)和塞棒(20)。对于运些 类型的物件来说,将有可能在赔烧耐火元件之前施加第一涂层(1)和任选的釉料(2)。施加 第一涂层(1)和任选的釉料(2)本身与上文的描述没有不同,然而,在赔烧期间碳结合陶瓷 可能会显著地脱气,因为在该过程期间挥发性组分W显著的速率释放。运种快速的气体析 出可将第一涂层(1)吹离基底表面,使第一涂层和上覆的釉料均无效,并且导致产品破碎。 单独釉料(2)不会造成碳结合陶瓷在其赔烧期间的脱气的问题,因为釉料(2)在脱气溫度 下呈微流动性,并且可允许气体穿过釉料出去,而氧化错涂层的气孔较少,因此可能会在压 力下截留气体。
[0053] 在本发明的优选实施方案中,本发明的组合物可W调节W控制第一涂层(1)在其 赔烧期间的孔隙度,并因此适应碳结合陶瓷脱气的问题。有许多可W实施的替代或补充解 决方案:
[0054] (1) 一定比例的细颗粒单斜氧化错可W用较粗颗粒氧化错材料替换。优选地,介 于2与50重量百分比之间、更优选介于5与20重量百分比之间的氧化错材料是较粗颗粒。 如上文所讨论的那样,当细颗粒氧化错可具有不粗于100目(美制){=149鲜的的平均 粒度时,粗颗粒氧化错可具有至少50目(美制)(-297}im)前平均粒度。粗颗粒不仅在 涂层中充当缺陷而允许形成气体通道,而且还在上层釉料上产生薄区,其也可W更自由地 让所释放的气体通过。运些缺陷不影响涂层在高溫下的化学性质,并且通过形成液相而被 封住; 阳化5] (2)如果由粗颗粒产生的脱气通道不足,则可W将粗颗粒在混入主涂层材料之前 在低溫燃烧/烙融材料中进行预涂覆。然后可如上文所讨论的那样施加第一涂层(1)。在 赔烧的早期阶段,低溫燃烧材料在低于800°C、优选低于500°C的溫度下燃烧并且被移除, 在第一涂层中开创了允许基底脱气的稍大的气体释放通道。又在应用期间的高溫下,液相 可关闭运些通道,并且最终涂层化学性质不会受到不利影响。低溫燃烧/烙融材料可例如 为蜡或聚合物涂层。一个例子是1 : 1比例的醒树脂和甲醇的涂层,W1. 5重量百分比涂 覆到粗氧化错颗粒上面;
[0056] (3)可W将低溫燃烧/烙融纤维或其它形状的颗粒材料直接添加到涂层材料中W 直接增加气孔率并在涂层或釉料中产生气体释放通道。优选的材料是聚合物纤维,优选性 质上是疏水的,并且长度介于5mm与15mm之间,直径0. 01mm,如聚丙締纤维。通过在赔烧循 环的早期阶段在低于800°C、优选低于500°C的溫度下加热来直接移除纤维或其它低燃烧/ 烙融颗粒材料,从而在涂层中开创出气体释放通道,并允许在较高溫度下脱气。再次地,高 溫形成的液相形成封住气体释放通道并防止涂层性能的损失。可W在0. 1至10重量百分 比、优选0. 5-1. 0重量百分比的范围内添加纤维。
[0057] 如本发明中定义的第一涂层可W是稍微多孔性的。在某些情况下可能期望有一定 的气孔率W辅助过渡性液相形成剂防止在涂层中形成裂缝。如上文所讨论的那样,可利用 组成的氧化错粉末的粒度和形态来控制孔隙度及其它重要的微结构特征。多孔且均匀赔烧 的第一涂层(1)可有效地保护耐火元件的表面。第一涂层(1)在高溫下诱铸期间的实际使 用中通常比按湿态施加并随后干燥的第一涂层更具多孔性。在赔烧后,涂层气孔率将增加, 并且还导致在氧化错颗粒之间的网状构造。运意味着虽然涂层将充当屏障,但烙渣将能够 透过涂层到基底材料,并且在一定程度上参与反应。反应如先前本领域中已知的那样产生 容易冲洗掉的被腐蚀的材料。然而,由于涂层仍存在于耐火元件的涂覆表面的外侧上,因此 被腐蚀的材料不再暴露于通常存在的侵蚀力作用,因此避免被侵蚀掉。随着被腐蚀的材料 厚度增加,其形成一种纯化层,并且反应速率由于扩散限制的动力学原因而降低。只要多孔 第一涂层不被完全移除,系统就会保持平衡。因此,涂层充当屏障,物理地减缓侵蚀性炉渣 至IJ达基底的进程,并且然后作为"网",将被侵蚀的产品保持在适当位置。
[0058] 在本发明中,耐侵蚀的有益效果可源自干燥或赔烧后不薄于0. 3mm的涂层,优选 不薄于0. 75mm,更优选不薄于1. 0mm。然而较好的有益效果将获自厚达3. 0mm、4. 0mmW及 甚至5. 0mm的较厚的涂层。超出运个厚度,穿过第一涂层的重要的溫度梯度的风险可导致 涂层在暴露于金属诱铸溫度时过早失效。
[0059] 如图5(a)和(C)中所示,可朗尋根据本发明的第一涂层(1)直接施加到碳结合陶 瓷元件(101,111)的表面上面,后者一般表示为1x1)。如上文所讨论的那样,可W将釉料 (2)施加在充当底漆的第一涂层的顶面上,如图5(c)和(d)中所示。本领域技术人员熟知 的是,传统的氧化错和氧化儀碳结合陶瓷混合料难W上釉。运意味着由于材料的表面活性 原因,难W施加能经受住生产期间的赔烧和/或使用期间的预热而不形成缺陷(如针孔) 的釉料(2)涂层,所述缺陷会导致耐火物质的氧化和使用寿命的损失。本发明的第一涂层 (1)可提供利于上釉的表面,从而在其经受各种热循环的过程中提供釉料(2)与基底(1x1) 之间的良好粘合,并且同时不损害本体的耐火性。运是通过涂层的化学组分和理想的孔隙 率实现的,涂层的化学组分提供了和基底材料W及釉料之间的化学结合,理想的孔隙率供 釉料锁入涂层材料表面。例如,运种底漆对于涂覆塞棒头部(20n)来说是理想的。由于塞 棒头部经常是由难w上釉的粗颗粒材料(如碳结合氧化儀)组成的,同时受限于其用途及 使用条件,塞棒头部(20n)需经受烘烤期间W及在诱铸开始时的极端热循环条件。施加在 塞棒(20)头部的釉料涂层(2)的耐性通过在其表面上施加的根据本发明表述的用作底漆 的第一涂层(1)而得W提高。在本申请中,0.1-0. 5mm的薄涂层是优选的。 W60] 也可W有利地将第一涂层(1)施加在釉料涂层0)的预面上,如图5(b)和(d)中 所示。运例如对于涂覆塞棒头部(20n)是有利的。如之前强调的那样,塞棒头部经历严酷 的烘烤条件,其可导致釉料烙化。如果在运时将塞棒放入中间包中处于关闭位置,则有将釉 料(2)从塞棒头部(20n)移除的显著风险。当然在后面的预热中将塞棒(20)再次打开时, 头部可能不会受到釉料保护并因此被氧化,缩短使用寿命,或者导致严重事故。釉料(2)外 侧上的具有较少液相的硬质氧化错基第一涂层(1)可有助于
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