CN1938235A - 引导和传送凝固材料的耐火制品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于引导或传送凝固材料的包含玻璃质氧化硅基质的耐火制品，特别是辊或引导元件，并且涉及制造所述制品的方法，该制品不会表现出现有技术制品中通常观察到的粘着问题。本发明的耐火制品包含玻璃质基质，并且其中均匀分布有碳质材料。

Description

引导和传送凝固材料的耐火制品及其制备方法
本发明涉及用于引导或传送凝固材料的包含玻璃质氧化硅基质的耐火制品，并且涉及所述制品的制备方法。
玻璃质氧化硅是指称二氧化硅的玻璃态(无定形或非晶态)形式的通用术语。高纯砂或石英沉积物提供原料，该原料在极高温度下电弧熔炼以便分别提供熔融氧化硅或熔融石英。玻璃质氧化硅通常能承受超过1250℃的温度，由于其非常低的热膨胀系数，可以对其快速加热和冷却而基本不会发生由于热冲击导致破裂的危险。玻璃质氧化硅坚韧且坚硬，因此由其制成的制品表现出良好的抗表面损坏性和优异的耐磨损性。
典型地，玻璃质氧化硅具有1.8-2.2g/cm3的(堆积)密度，0.50-0.95×10-6/℃的热膨胀系数(室温下)，0.62-1.38W/m.°K的热导率和7-16％的表观孔隙率。
利用这些性能的玻璃质氧化硅的许多工业应用是已知的。例如可以用作传送辊用于在炉中传送薄板、带材或箔材形式的凝固材料(例如金属或玻璃)，或者用作电镀槽中凝固金属线的引导。
已发现，构成用于传送薄板、带材或箔材通过炉的传送机的玻璃质氧化硅辊的表面，或者形成电镀槽中线材引导的制品的表面，易于聚集来自该薄板、带材、箔材或线材的材料的沉积物，从而使通过所述表面的片材、带材、箔材或线材留下痕迹、刮痕和/或凹痕。该沉积物形成现象是复杂的且受制品所传送或引导的薄板、带材、箔材或线材的组成的影响，并受设备的组成和温度及制品表面性能的影响。这种沉积物被称为积聚或粘着(pickup)，并在下文称为粘着。
这种留下痕迹的薄板、带材、箔材或线材当然不是理想的，必须废弃或定为较差等级。在保持设备处于热态的同时进行这些制品的简单替换并不是一定能够实现的，因此当制品达到这种粘着阶段时，通常必须关闭设备直到可以用研磨机将制品抛光或甚至将其更换。这种关闭是长时间的过程从而严重缩短了用于生产的时间。设备的冷却可能需要数天的时间，并且在设备能够再次运行前需要另外的时间用于实际的抛光或制品的替换。即使在无需关闭整个设备进行制品替换的情况下，也要求对热且重的制品进行困难的操作并会引起其它问题。
在一种已知应用中，使用“刮板(scrapper)”辊在熔融锡槽末端和退火线起点之间传送平板玻璃带。在刮板辊下方提供成型碳块以刮削辊的表面，除去玻璃带所携带并转移到辊表面的所有锡。事实上，已观察到刮板块使一些锡进入辊的孔隙中。使用多年以后，所述锡的相当大的一部分被氧化。产生的氧化锡会损坏辊表面并使玻璃带留下痕迹。
在另一种已知应用中(例如USP4412503所述)，使用玻璃质氧化硅的耐火段(segment)引导电镀槽中的钢线材。一段时间后，在该段与线材接触的表面上可以观察到混合的锡和铁氧化物的大量粘着，使得线材留下严重的痕迹。
在本领域中已进行了若干尝试以改善玻璃质氧化硅在粘着方面的性能。迄今为止，最常见的方法是使用玻璃质氧化硅以外的材料用于特别苛刻的应用(例如高硅钢)。因此人们已建议，提供具有特殊合金涂层的辊(USP2695248)，或使用由特定钢等级制成的轴(USP4470802)。
还提出使用由不同材料例如石墨制成的辊，或使用具有由层状结构材料例如滑石、石墨或氮化硼制成的层的辊(FR-A1-2672586)。
使用其表面不易聚集粘着物的相对“软”的石墨辊或石墨涂覆辊已经获得一些好的结果。对于这类制品，已观察到形成有所述粘着物的制品外层易于被制品所传送的片材、带材或箔材所侵蚀，该侵蚀快于沉积物的形成，因此没有观察到粘着。这种制品的明显缺点是它们的耐侵蚀性差，因此由于上面所讨论的问题，还必须经常更换它们。
因此，本发明的目的是提供用于引导或传送凝固材料的耐火制品，该制品具有玻璃质氧化硅制品的优异机械性能而不会表现出现有技术制品中通常观察到的粘着问题。这种制品还应具有长的使用寿命。
利用根据权利要求1的制品解决了这些和其它的问题。
根据第一个实施方案，玻璃质氧化硅基质包含化学粘合的(胶粘剂粘合和/或树脂粘合)玻璃质氧化硅聚集体。典型地，该化学粘合的玻璃质氧化硅聚集体由如下的混合物制成，该混合物包括(i)至少75重量％、优选大于85重量％的非晶氧化硅，(ii)2-23重量％的化学粘结剂和(iii)水。适合的化学粘结剂是铝酸钙、硅酸钙、例如聚二乙氧基硅氧烷(硅酸乙酯)的聚烷氧基硅氧烷、硅胶、乙酸铝或乙酸锆、氧化镁等及其混合物。铝酸钙是优选的粘结剂。将该混合物成型并干燥。通常不需要对这种化学粘合的玻璃质氧化硅聚集体进行烧制。干燥后的化学粘合玻璃质氧化硅聚集体通常包括75-96重量％的玻璃质氧化硅、2-23重量％的化学粘结剂和2-4重量％的水。
根据第二个并且是优选的实施方案，玻璃质氧化硅基质通常包括至少60重量％的非晶氧化硅，优选大于90重量％，更优选大于95重量％且典型大于99重量％。玻璃质氧化硅形成基体，可以通过制备玻璃质氧化硅基体的任何已知的制备方法例如粉浆浇注或注射模塑获得。一旦成型，则对玻璃质氧化硅进行烧制。通常通过在高于1000℃的温度下进行烧结使成型体致密化。
根据本发明，可以通过依据权利要求6的方法制备这种制品。可以对新形成的制品或在回收的制品(加工表面之后)实施该方法。
有利地，用液体碳质材料例如焦油(沥青)或树脂浸渍包含玻璃质氧化硅基质的耐火制品。除减少粘着之外，碳浸渍还可以将表观孔隙率减少到低至约2％或更小，还可用于进一步保护耐火氧化硅不受另外可能发生的腐蚀性侵蚀的影响。将要浸渍的制品放置在容器中并排出空气。维持真空15分钟至1小时。这可确保将制品内部孔中的截留空气去除。这时，向容器中引入液体树脂或焦油。要求的浸渍物粘度取决于制品孔尺寸。具有细分布孔隙的物品需要低粘度浸渍物以确保充分的浸渍。粘度范围典型是10-100厘泊。如果用适当的溶剂稀释，也可以使用较高粘度的树脂。一旦将浸渍物引入容器，则施加典型为5-25巴的压力以迫使树脂或焦油进入孔隙。这完成了浸渍过程。用于浸渍玻璃质氧化硅基质的适当碳质材料是焦油或沥青以及树脂(例如酚醛树脂)。
任选地，可以在浸渍之前或过程中将制品加热到最高300℃以确保充分的浸渍。
然后任选将浸渍制品进行干燥(例如在90℃)，然后加热到200-750℃最高持续10小时以排除低温挥发性化合物。可以通过在还原或惰性气氛中加热到950℃并持续最高24小时，将固化的树脂或焦油碳化以形成固定碳。
有利地，可以对容器加高压(最高达25巴)以促进固化树脂或焦油的裂解。
浸渍制品包含1-6重量％的碳质材料。如果需要，可以对制品进行几个浸渍步骤以达到希望的碳质材料量。值得注意的是，可以在由制品表面起数毫米或者全部厚度上浸渍制品。
特别地，这种制品表现出意想不到的低粘着倾向，同时具有所有上文讨论的玻璃质氧化硅制品的优异性能，特别是耐侵蚀性。因此，这种制品在需要研磨或替换前具有特别长的使用寿命。包含多个这种辊的输送装置可有利地用于在非常苛刻的应用中传送薄板、带材或箔材形式的材料，例如用于传送退火炉中或电镀生产线上的高硅钢(晶粒取向的)、不锈钢的薄板、带材或箔材，或用于传送玻璃的薄板、带材或箔材。
作为一个例子，制备两个依照本发明的玻璃质氧化硅辊，并与除使用碳质材料以外完全相同的辊进行比较。表I显示了本发明的辊(辊3和4)与浸渍碳质材料前的相同辊(辊1)相比所测得的各种性能。与辊1相同的另一个辊(辊2；比较例)具有0.2mm的石墨涂层。辊3浸渍沥青；辊4浸渍酚醛树脂(深3mm)。
表I
    辊1     辊2     辊3     辊4
绝对(堆积)密度(kg/dm3)     2.208     2.208     2.161     2.039
相对密度(kg/dm3)     1.984     1.984     2.030     1.977
开放孔隙率     10.14％     7％     6.1％     3.05％
平均断裂模量(MPa)     32.674     32.674     33.984     35.123
平均孔径(μm)     0.11     0.050     0.057     0.050
碳含量(重量％)     0     表面：100％芯部：0     2.16％     表面：4.30％芯部：0
将辊1和2安装到用于传送高硅钢带材的传送装置上。在其使用寿命期间，对辊1和辊2的表面以及所传送的带材的表面定期进行检查，结果如表II所示。
表II
  参考时间     辊1     辊2     辊3     辊4
  15天1个月2个月3个月6个月12个月18个月     A，EB，EB，FC，GC，GD，G-     A，EB，EB，EC，FC，GD，G-     A，EA，EA，EA，EA，EB，EB，F     A，EA，EA，EA，EA，EA，EB，E
符号：A：未观察到粘着。
      B：可以用放大镜观察到一些粘着。
      C：可以目视观察到一些粘着。
      D：严重的粘着。必须更换辊。
      E：传送的带材没有留下痕迹。
      F：传送的带材留下轻微的痕迹。
      G：传送的带材具有明显的痕迹，必须将其定为较差等级。

Claims (7)

1.用于引导和传送凝固材料的耐火制品，包含玻璃质氧化硅基质，和均匀分布在其中的碳质材料。
2.根据权利要求1的耐火制品，其中该制品包含1-6重量％的碳质材料。
3.根据权利要求1或2的制品，其中该陶瓷氧化物基质由化学粘合的陶瓷氧化物聚集体组成，该化学粘合的陶瓷氧化物聚集体包含75-96重量％的陶瓷氧化物，2-23重量％的化学粘结剂和2-4重量％的水。
4.根据权利要求3的制品，其中该化学粘结剂选自铝酸钙、硅酸钙、聚烷氧基硅氧烷、硅胶、乙酸锆、乙酸镁、氧化镁和它们的混合物，优选铝酸钙。
5.根据权利要求1或2的制品，其中该陶瓷氧化物基质由烧结陶瓷氧化物基体组成，该烧结陶瓷氧化物基体包含至少60重量％，优选大于90％重量％，更优选大于95重量％，还更优选大于99重量％的陶瓷氧化物。
6.制备根据权利要求1-5任一项的耐火制品的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
b)用碳质材料浸渍玻璃质氧化硅基质，优选在加热和/或压力条件下进行。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于浸渍步骤之后是如下步骤：
c)在加热条件下裂解浸渍的碳质材料，优选在压力下进行。
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