适于高温应用的陶瓷制品的制作方法

文档序号:1939759阅读:258来源:国知局

专利名称::适于高温应用的陶瓷制品的制作方法适于高温应用的陶资制品本发明涉及一种适于高温应用的陶瓷制品,其中所述高温意指高于1000。C的应用温度。适于高温应用的陶资制品是例如工业炉的内衬所需的。该工业炉可以是用于制备、处理或用于输送冶金熔体的炉,但也可以是用于煅烧某些制品如煅烧(Calzinieren)石灰石或烧制(Brennen)水泥熟料的炉。下面对现有技术和本发明的教导均按用于水泥回转窑(Drehrohr6fen)的内衬的陶乾制品来描述,但本发明并不限于此。特别是在高热负荷区(如有加料侧和排料侧过渡区的烧制区或炉出料口),大多衬砌(内衬)有碱性耐火建筑材料。虽然纯的MgO制品具有高的耐火性,但特别脆。在转炉中这恰恰是缺点。因此提出通过尖晶石添加剂来提高结构弹性(DE4403869)。在评价磨损特性时热力学应力仅是一个方面。特别在使用烧制成形的耐火制品时,会导致在烧制水泥熟料时形成的熔融液相的渗入。"stahlundeisenSpecial",2006年11月中包括Dr.PeterBartha的论文"AMgO誦Cmaterialtypeforapplicationheavilyloadedwithalkali"。其中描述了碳添加剂阻止熔体的渗入(抗润湿效应)。其还描迷,由粗粒MgO-原料(粒度(Korngr6卩)达5mm)制成的制品比具有较小的MgO粒度(达1.2mm)的相应制品具有更低的强度。其中解释道,通过提高液态合成树脂(粘合剂成分)的比例和更均匀的结构实现了强度的改进。在"stahlundeisen"中已知的MgO-C制品含呈片状石墨形式的碳。该石墨在其层平面方向具有优良的导热性。在(单轴向)压制时,该层平面垂直于压制力排列。在安装砖结构后该方向对应于水泥回转窑的径向,因此对应于热流方向。由此在回转窑的径向的导热性比其垂直向的导热性高4艮多。这就导致在炉衬(Ausmauerung)的外围区内即炉的外钢壳区内有较高的温度。这是不利的。本发明的目的在于提供一种特别适于在水泥回转窑中的高温应用的前述陶瓷制品,其除优良机械特性外还尽可能满足下列准则耐熔体和气体腐蚀、尽可能各向同性的导热性、有利的结构灵活性。在系统实验中,研究了原料、其粒度、质量比例、粘合剂等的影响。结果表明,如果该碳-成分以粒度d5o、有利地d95〈125pm存在,则该碳成分对陶瓷制品的抗渗入性很重要,而对制品的导热性无不利影响。以此方式明显减少或避免了石墨层沿特定层平面的取向。细碎碳的应用导致该碳尽可能的各向同性分布,并由此导致该相关制品尽可能的各向同性的导热性。根据本发明,用于制备该陶瓷制品的配料中的氧化物成分的粒度d50、按一个实施方案d95<125pm。在本发明的实施方案中,本发明涉及一种适于高温应用的陶瓷制品,其30-100重量%按如下构成-至少一种选自烧结氧化镁、熔融氧化镁、白云石烧结体(Dolomasinter)、溶融白云石(Schmelzdoloma)的含MgO的成分,隱其粒度级分(Komfraktion)d50<125jim,-其质量比例为70-93%,-至少一种选自石墨、炭黑、煅烧无烟煤、电极碎片的含碳成分,-其粒度d5Q〈125pm,-其质量比例为7-30%,-任选地至少一种其它的固体成分,其质量比例<10%,-通过100质量°/。的该固体成分与至少一种临时性的粘合剂一起造粒接着经压制而制得。该制粒包括相关的混合法和压实法如压块、挤压。如下适用于造粒该含MgO的成分可以是源自天然原料的氧化镁烧结体、合成的烧结氧化镁,但也可以是源自天然原料的白云石烧结体或熔融白云石。作为Fe203计算的铁含量按100质量。/。的含MgO的成分计通常应<1质量%,按实施方案其低于0.6或0.3质量%。这可避免在高温区应用时发生Fe203还原成金属铁,并由此可氧化碳及降低碳含量。其它的固体成分是任选的,例如包括金属粉末,如基于硅、铝、镁或其合金的粉末。在制品中该金属粉末可满足多种功能。其确保小的氧分压并由此阻止碳的过早烧掉。该金属粉末也形成碳化物如碳化铝-AUC3或碳化硅-SiC,其也对陶瓷体系的粘合起有利作用。按一个实施方案,该其它的固体成分的粒度级分也为d5o<125nm,4要一种方案d95<125|iim。用于从固体成分如氧化镁、白云石、石墨加工成颗粒的粘合剂可以是含碳粘合剂如合成树脂、煤焦油沥青、煤焦油或沥青制品。粘合剂的具体实例是酚醛树脂,其可呈水溶液形式(可熔酚醛塑胶)或非水溶液(盼醛清漆树脂)使用。将配料成分加工成颗粒可用通常的造粒工艺制成<5mm或<3mm,特别是〈lmm的粒度。如果粒度d5o〈lmm,那么是有利的。按一个实施方案d95〈lmm。借助于制粒将细碎的配料成分和粘合剂均匀混合。接着例如用水压机制成成型件如砖,该成型件例如在90-150。C下通常经预先干燥(硬化)。该制品可由完全或部分是由所述颗粒组成的配料制备。按一个实施方案,颗粒中含MgO的成分的质量比例大于80%,按另一个实施方案,颗粒中的含碳的成分的质量比例大于10%。含MgO的颗粒成分的粒度可降到dso或d95<50nm的值。这也可选择性或累积性适用于含碳的成分以及其它固体成分。该颗粒也可作为不含造粒的成分的配料的组分应用。该颗粒比例^30质量%,按一些实施方式>40质量%,〉60质量%,〉85质量°/。,295质量%。未造粒的配料份仅仅或主要由在高温应用时起耐火作用的成分组成,特别是呈通常粒度(达6mm)的含MgO的成分,但也可完全或部分呈细i争形状(<250(im)。下面用不同的实施例详述本发明。表1示出直径d95<1mm的颗粒的组成,该果贞4立接着经压制成成型件。该成型件未经烧制而应用。该制品的耐火特性是在引入例如水泥回转窑中后才形成的。本发明的制品可经烧制和未经烧制。虽然含相对高比例的细碎(d80<3pm-碳(10质量%或更高),该制品可经压制。这主要归因于制粒。同时基本上避免由单一的或相接触的石墨微粒形成连贯的如呈垂直于压制方向的层平面排列的石墨层。由于碳的细分散性(Feinteiligkeit)有利于产生该制品的各向同性的导热性。与通常的镁碳制品相比的结果表明在相同组成下,本发明的制品的导热性比具有各向异性的导热性的通常的镁碳砖的导热性的最大值小。其原因为在通常工艺制备的镁碳砖情况下,仅在粗颗粒间的基质体积可用于碳载体(特别是石墨)的分布。由此产生各石墨微粒的大量相互接触。这增加了导热性。相反,在本发明的制品中,该碳载体以细分散和均匀分散在匀质的制品(比例)中。碳载体的微粒接触明显稀少,并且导热性较小。这对除所述颗粒外还含其它用作耐火成分的制品特别适用。这些成分可以是含MgO成分如烧结氧化镁或熔融氧化镁、烧结白云石等。其它的配料成分和制品成分可呈粗粒使用。相比于颗粒组分,在本发明中粗粒意指大于125^im或d50〉0.5mm,如1-4mm。在制品中至少占30质量%的该粗粒比例也可为>50质量%或>60质量%。为不危及该颗粒的作用,颗粒比例通常>30质量%。通过粗粒成分有助于和附加地中断制品中的热传导,因为通过粗粒加大了石灰微粒的间距。在表中给出的残余碳含量是基于在1000°C下降低成焦后的值。所有重量数据均为质量%。由颗粒或颗粒和耐火添加剂成分制成制品后,依粘合剂在150-350°C下进行硬化或退火。表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2:<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1.适于高温应用的陶瓷制品,其30-100重量%按如下构成1.1.1至少一种选自烧结氧化镁、熔融氧化镁、白云石烧结体、熔融白云石的含MgO的成分,1.1.2粒度级分d50<125μm,1.1.3质量比例为70-93%,1.2.1至少一种选自石墨、炭黑、电极碎片、煅烧无烟煤的含碳成分,1.2.2粒度d50<125μm,1.2.3质量比例为7-30%,1.3任选地一种或多种其它的固体成分,其质量比例<10%,1.4通过100质量%的所述固体成分1.1-1.3与至少一种临时性的粘合剂一起造粒并接着经压制而制得。2.权利要求1的制品,所述颗粒中的含MgO成分的质量比例2800/。。3.权利要求l的制品,颗粒中的含C成分的质量比例^100/。。4.权利要求1的制品,其含至少一种选自金属、金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物的其它固体成分。5.权利要求1的制品,其含至少一种粒度级分d95<125nm的含MgO成分。6.权利要求1的制品,其含至少一种粒度d95〈125iiim的含碳成分。7.权利要求1的制品,该制品的其它固体成分的粒度级分d50〈1258.权利要求1的制品,其颗粒尺寸d5o<lmm。9.权利要求1的制品,其颗粒尺寸d95<1mm。10.权利要求1的制品,其中至少50质量%的固体成分的粒度d95<50,。11.权利要求1的制品,除含由颗粒形成的质量比例外,该制品还含至少一种在应用时起耐火作用的其它成分。12.权利要求ll的制品,该制品的其它成分是含MgO的成分如烧结氧化镁或熔融氧化镁。全文摘要本发明涉及一种的适于高温应用的陶瓷制品,其中高温意指高于1000℃的应用温度。适于高温应用的陶瓷制品例如是工业炉的内衬所需的。文档编号C04B35/103GK101578247SQ200880002322公开日2009年11月11日申请日期2008年2月21日优先权日2007年3月3日发明者B·杜里西克,H·哈穆思申请人:里弗雷克特里知识产权两合公司
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