TW202231381A - 耐火鑄件的材料、設備和方法 - Google Patents

Abstract

本文提供一種用於產生耐火產品之系統、設備及方法，且更特定言之，本文提供產生加熱耐火材料、被動耐火材料、過渡板、可模製耐火材料及配件(諸如加熱流出槽、加熱銷、套管及壩)。如本文所揭示之一加熱耐火通道可包含：一工作表面以將熔融金屬限制在該通道內；一核心，其鄰近於該工作表面；一個或多個加熱元件，其等安置於該核心內；及絕緣，其中該核心安置於該工作表面與該絕緣之間。該一個或多個加熱元件可模製於該核心中。該等加熱元件可為電阻加熱元件。

Description

耐火鑄件的材料、設備和方法

本發明係關於一種用於產生耐火產品之系統、設備及方法，且更特定言之，本發明係關於產生加熱耐火材料、被動耐火材料、T形板、可模製耐火材料及配件(諸如加熱流出槽、加熱銷、套管及壩)。

金屬產品可以多種方式形成；然而，許多形成方法首先需要一鑄錠、坯料或可充當可自其製造(諸如透過(例如)滾動、擠壓或加工)一金屬最終產品之原料之其他鑄件。一種製造一鑄錠或坯料之方法係透過稱為直接冷鑄之一連續鑄造程序，藉此一垂直定向之模穴位於垂直向下平移至一鑄坑中之一平台上方。一起動器區塊可位於平台上且至少最初形成模穴之一底部以開始鑄造程序。可使用多個模穴執行直接冷鑄，藉此將熔融金屬分佈至各種模穴。有問題的係，在一模穴陣列之一個側引入之熔融金屬在其到達遠離熔融金屬源之模穴時冷卻至不同溫度。使用耐火通道熔融金屬將供應至模穴，其中通道由抵抗熱之一耐火材料形成且歸因於耐火材料之性質，當熔融金屬沿耐火通道行進時，減少熔融金屬之熱損失。然而，熔融金屬之熱損失可仍顯著，特別係跨具有複數個模穴之一模型框。此外，金屬溫度自熔爐下降至熔爐流槽中之台。在一些情況中，將熔融金屬自熔爐攜帶至坯料台之此等熔爐流槽可為約100英呎。

熔爐與各種坯料模穴之間的溫度變動存在問題。溫度變異通常發生在鑄造之持續時間，其中耐火材料最初係冷的，但隨著鑄造進行而加熱使得金屬最初損失顯著熱量至耐火材料。在鑄造程序快結束時，耐火材料已由自金屬移除之熱來加熱使得較少熱自金屬損失以導致鑄造程序期間模具處之金屬之溫度之溫度變動。溫度亦因鑄型而異。耐火材料在一第二次鑄造操作開始時可具有餘熱使得溫度將不同於第一次鑄造操作。熔融金屬之溫度在無補償熱之情況中趨向於隨著熱自金屬損失而下降。來自熔爐流槽之溫度變異可為約50°C，其對鑄造不利。溫度本身之誤差可為有害的，該誤差之可變性亦係有害的。

透過一個或多個耐火通道將熔融金屬供應至模穴且分佈至模穴，接著熔融金屬冷卻，通常使用一冷卻流體。其上具有起動器區塊之平台可以一預定速度下降至鑄坑中以允許金屬離開模穴且隨著起動器區塊下降以固化。隨著更多熔融金屬進入模穴，及固體金屬離開模穴，平台繼續下降。此連續鑄造程序允許根據模穴之輪廓形成金屬鑄錠及坯料且具有僅受限於鑄坑深度及液壓致動平台之一長度。

本發明係關於一種用於產生耐火產品之系統、設備及方法，且更特定言之，本發明係關於產生加熱耐火材料、被動耐火材料、T形板、可模製耐火材料及配件(諸如加熱流出槽、加熱銷、套管及壩)。本文所提供之實施例包含一種加熱耐火通道，其包含：一工作表面，以將熔融金屬限制在該通道內；一核心，其鄰近於該工作表面；一個或多個加熱元件，其等安置於該核心內；及絕緣，其中該核心安置於該工作表面與該絕緣之間。根據一些實施例，該一個或多個加熱元件模製於該核心中。該核心可界定經構形以接納該一個或多個加熱元件之模制於其中之一個或多個通道。該一個或多個加熱元件可包含電阻加熱元件。一些實施例之該工作表面經構形以由該一個或多個加熱元件加熱至300°C以上。該一個或多個加熱元件可維持在1,000°C以下。

根據一實例性實施例，該電阻加熱元件可形成一線圈，其中該線圈形成於該加熱耐火通道之一槽周圍之該核心內。該核心可包含具有具有至少0.5重量%之微氣泡之一耐火材料。該等微氣泡包括具有約60微米之一直徑之空心玻璃氣泡。

本發明之實施例可提供一種用於形成用於鑄造金屬之耐火組件之耐火材料，其包含：膠體二氧化矽或膠體氧化鋁之至少一者；二氧化矽凝集體；纖維及微氣泡，其中該耐火材料之密度小於1,200千克/立方米。該等微氣泡可占該材料之至少0.5重量%。該膠體二氧化矽可為該材料之至少50重量%。該耐火材料可形成為用於直接冷鑄之一過渡板。該耐火材料可為約90體積%之二氧化矽凝集體。該材料可包含大於1重量%之微氣泡。該纖維可為用於強化之一陶瓷纖維。

本文所提供之實施例包含一種加熱耐火通道，其包含：一工作表面；一核心，其鄰近於該工作表面；一支持物，其鄰近於該核心；一個或多個加熱元件，其等安置於該支持物與該核心之間；及絕緣，其鄰近於該支持物，其中該核心安置於該工作表面與該支持物之間。該支持物可接合至該核心。該加熱元件可密封於該支持物與該核心之間以屏蔽該加熱元件免受熔融金屬影響。

本文所提供之實施例可包含一種用於模製耐火組件、修復耐火組件或接合耐火組件之耐火材料，該材料包含：一黏結劑材料；一填充材料；一加強材料；及至少0.5重量%之微氣泡。該材料可具有小於1,200千克/立方米之一密度。該加強材料可包含一陶瓷纖維。

本文所提供之實施例可包含一種加熱耐火組件，其包含：一工作表面，以固持或導引熔融金屬；一核心，其鄰近於該工作表面；一個或多個加熱元件，其等安置於該核心內；及絕緣，其中該核心安置於該工作表面與該絕緣之間。該加熱耐火組件可包含一流出槽、一套管、一銷、一壩、一過渡板或一通道之至少一者。

本文所提供之實施例可包含一種用於直接冷鑄之過渡板，其中該過渡板由包含至少90重量%二氧化矽之一材料形成且具有小於1,200千克/立方米之一密度。該材料可包含至少0.25重量%之微氣泡。該材料可包含鹽以當形成該過渡板時引起該材料膠凝。

下文將參考附圖更完全地描述本發明之實例性實施例，其中展示本發明之一些而非所有實施例。實際上，實施例可採取許多不同形式且不應被解釋為受限於本文所闡述之實施例；確切而言，提供此等實施例使得本發明將滿足可適用之法律要求。相同數字係指相同元件。

本發明之實施例通常係關於一種用於產生耐火產品之系統、設備及方法，且更特定言之，本發明係關於產生加熱耐火材料、被動耐火材料、T形板、可模製耐火材料及配件(諸如加熱流出槽、加熱銷、套管及壩)。儘管圖及揭示內容聚焦於實施為一耐火通道或槽之一例示性實施例，但實施例可實施於用於處置熔融金屬之一鑄造操作之各種其他組件中。如上所述，此等組件可包含(尤其)加熱流出槽、過渡板及組件(諸如熔爐流槽、鑄錠流槽、坯料台等)。因此，本文所描述之主要實施例應繪示加熱耐火組件之結構且不受限於圖中所繪示之結構。

用於鑄造金屬之鑄造操作通常涉及將熔融金屬自一熔爐運輸至模具。例如，在直接冷鑄中，一模具台可包含一坯料模具陣列，其中多個坯料鑄造模具可配置於一模具台內。將熔融金屬引入鑄造模具之各者涉及將熔融金屬自熔爐運輸至各模穴。熔融金屬通常首先引入一模具台之一個側，且沿耐火通道流動以到達各模穴。然而，熔融金屬溫度跨模具台之耐火通道變動，因為熔融金屬溫度在沿其耐火通道流動時相對快速地冷卻，而不管與熔融金屬絕緣之通道之耐火材料。跨一鑄造操作之分佈點之此溫度變動可對鑄造程序不利。

金屬溫度控制係一耐火通道或耐火系統之一關鍵功能要求。理想地，熔融金屬溫度將自熔爐直至模具保持恒定，其中熔融金屬溫度將最終冷卻且固化。期望最小溫降。然而，真實世界耐火通道自熔融金屬吸收一些熱且冷卻金屬。此熱損失可使用增加熔爐溫度來補償；然而，此可降級鑄件之品質且增加成本，同時在跨複數個模具之熔融金屬溫度中仍具有可變性。

本文所提供之實施例包含在熔融金屬被運輸至模穴時最小化或消除熔融金屬中之溫度損失之耐火通道、系統及產品。本文所描述之一實例包含一內部加熱耐火材料。實施例可包含整合於處置熔融鋁之耐火材料內之電加熱元件。內部加熱元件允許耐火材料之精確溫度控制，其中耐火材料可預熱以避免當熔融金屬首次引入耐火材料(諸如引入一耐火通道中)時溫度突然下降。此外，耐火材料可透過一耐火通道或配件(例如套管、流出槽等)加熱以獲得穩態熔融金屬流。熱可連續施加於耐火材料以補償自對流及輻射之損失。本文所描述之實施例提供比被動(非加熱)耐火通道更大之材料流動及一致性控制。

圖1繪示包含當熔融金屬流動通過槽105時與熔融金屬接觸之一工作表面110之一耐火通道100之一實例性實施例。可覆蓋工作表面以阻擋輻射及對流。一材料(諸如鋁箔)可針對工作表面110提供輻射及對流阻擋。耐火通道進一步包含具有接近工作表面之緻密耐火材料之一核心120。核心120可為約0.5英吋至約1.0英吋厚。輕質絕緣之一支持物140支撐核心120且可接合至核心。電加熱元件130可安置於核心120與支持物140之間。電加熱元件130可具有多種構形，諸如直徑約為0.2英吋之一導電線。耐火通道100可安裝於一絕緣鋼框架內。

圖2繪示包含當熔融金屬流動通過槽時與熔融金屬接觸之一工作表面110之一耐火通道100之另一實例性實施例。耐火通道包含接近工作表面110之核心120；然而，圖2之實施例不需要圖1之支持物140。相反地，電加熱元件130嵌入核心材料內，如下文將進一步描述，因此不需要一支持物材料。

本文所描述之實施例經設計以使用所揭示之之加熱系統加熱一耐火通道100之工作表面110。期望使工作表面110之一溫度在待流動通過槽105之熔融金屬之一預界定相似度內，使得工作表面110與流動通過通道100之熔融金屬之間不存在熱轉移。此預界定相似度可為一溫度範圍或一百分比，諸如5%、2%或甚至1%之一相似度。工作表面110溫度可視情況維持在熔融金屬之溫度以上之一預定量以補償透過對流及輻射之來自熔融金屬之熱損失。實例性實施例之工作表面110係不易受鋼清潔工具(諸如鋼刷及刮刀)之損壞影響之一相對堅硬材料。此外，工作表面110可相對平滑以避免熔融金屬黏附於表面瑕疵或粗糙度。一平滑工作表面110有助於鑄造之後之清潔。根據一些實施例，工作表面可使用一硬化塗層(諸如與二氧化矽凝集體混合之膠體二氧化矽)處理以閉合工作表面之孔隙且增加硬度。此外，可在工作表面110上塗覆氮化硼塗層以使表面顯得不潤濕於鋁。

實例性實施例之耐火通道之核心120用於平衡相反目標。本文所描述之實施例之核心120具有足夠強之一材料以抵抗鋼清潔工具(包含掘起力及衝擊力)且具有導熱係數以有效地自加熱元件130接收熱而不會使元件過熱。儘管此等性質表明一高密度材料，但實例性實施例之材料亦具有一低熱容量使得其預熱更快。此外，核心120材料可具有一低導熱係數及低熱容量使得當核心120之溫度較低時，其將自流動通過槽105之熔融金屬中吸收少量熱。此等性質表明一種低密度材料。本文所描述之實施例提供一種包含添加微氣泡(或使用泡沫或一填料，諸如細纖維素)而藉由添加耐火纖維來達成韌性之核心材料。

圖3描繪包含具有用於由經由電導線135供應之電力供電之加熱元件130之界定於其中之通道之核心120的耐火通道100之一實例性實施例之一部分。圖中所繪示之具有一工作表面110之核心120將接納一支持物140以將加熱元件130及絕緣150圍封於支持物外部。本文所描述之實例性實施例之核心120可具有約1000千克/立方米至約1,500千克/立方米之一密度。較低密度可不夠堅固及耐用，而較高密度對強度提供較少益處。

本文所描述之實例性實施例之支持物140，儘管並非如上文相對於圖2所繪示之所有實施例中所必需，但具有若干功能。支持物140使核心120之背面絕緣以熱隔離核心。支持物可實體上支撐核心且防止來自耐火通道之熔融金屬洩漏。背襯材料可包含一乾燥絕緣材料，諸如粒狀微孔絕緣及/或一輕質可鑄材料。微孔粒狀絕緣具有一低導熱係數且提供非常良好之熱效能；然而，其不提供抵抗熔融金屬洩漏之有效密封。一輕質可鑄材料(諸如一膠體二氧化矽混合物)比微孔絕緣更導熱，但具有堅固地接合至核心以達成優良強化及屏蔽熔融金屬洩漏之優點。該輕質鑄件材料可具有一相對較輕之密度(諸如在500千克/立方米至1,000千克/立方米之間)以最大化絕緣值同時保持充分實體能力以支撐核心120。當核心實體上安裝於一最終位置中時(諸如當將一耐火通道安裝至可與半英吋或更厚之微孔板絕緣之一鋼框架或鋼槽框架中時)，可應用實例性實施例之支持物140。圖4繪示與所應用之一鑄造支持物140一起倒置之一耐火通道100。

實例性實施例之電加熱元件將熱施加於工作表面。依此方式，流動通過耐火通道100之熔融金屬之熔融金屬溫度在通道內保持恒定。元件130係一電阻加熱導線，其可為(例如)鎳鉻合金80或Kanthal A1。電加熱元件130之導線直徑可為(例如)約0.03英吋至約0.05英吋且可形成為可具有約0.2英吋之一線圈外徑之一線圈。線圈有助於塑形元件且將更多實體長度添加至導線以增加總電阻。

根據一些實施例，一加熱耐火通道100可使用不具有線圈之電阻加熱導線製作。此一元件需要較少總厚度，此可改良熱效能。然而，筆直導線更難以製造。元件130之一線圈形式歸因於拉伸之能力而通常係較佳的以在設計及安裝程序中允許另一自由度，從而導致一更大程度之標準化。相同線圈元件可用於一案件上之大多數加熱耐火組件(例如通道)且針對各獨特零件拉伸至不同節距，且導致更容易安裝，因為線圈可比筆直導線更容易地壓入溝槽中或在支柱周圍拉伸。例如，實例性實施例之加熱元件130可設計為5瓦/平方英吋之工作表面。在此一實施例中，一20英吋長之耐火通道可具有500平方英吋之一工作表面110，其將以500瓦至2,500瓦加熱。取決於核心130材料及支持物140材料，伴隨低至30分鐘之預熱時間，此熱通量依據測試在工作表面達成非常高之溫度(例如高於攝氏900度)。取決於應用，實施例可採用5瓦/平方英吋或低至1瓦/平方英吋之加熱，其可改良成本及耐久性。

加熱元件130可使用一回路控制器及開關控制。回饋可為安裝於加熱元件及工作表面110附近內之一K型熱電偶。根據一實例性實施例，一熱電偶可使用一薄氧化鋁管作為一電介質安裝於加熱元件130之線圈內部。可視情況採用線圈內部之一不銹鋼熱電偶套管，其使用耐火砂漿黏附於核心以達成良好熱耦合。熱電偶用於讀取指示元件溫度之核心之熱面。控制元件溫度可有助於防止過熱且穩定系統以避免超過/不足所要溫度。此間接地控制工作表面之溫度。量測反饋回路之工作表面溫度可不切實際，因為工作表面與熔融金屬接觸。實施例可經設計以在無任何溫度控制之情況中在低功率(諸如以1瓦/平方英吋)下運行。設計及構形可禁止過熱使得反饋回路可顯得不必要。

加熱耐火通道100採用絕緣150以達到且維持高溫。支撐耐火通道100之一框架可由一絕緣(諸如一半英吋厚之微孔板或等效物)與通道絕緣。實例性實施例之工作表面110覆蓋有抑制對流及輻射熱轉移之一材料，其中甚至鋁箔亦可足夠。在無適當絕緣150存在下，系統可不達到最佳結果所需之高溫。儘管可使用用於支撐耐火通道100之一鋼框架，但可自耐火通道省略一蓋。例如，在具有複數個坯料模穴之一直接冷鑄台上，坯料模穴之清晰可見度可比最大化一預熱或維持一耐火通道之熱更重要。在無一蓋之存在下，工作表面110可達成攝氏400度或更大之一溫度，其中熔融鋁係近似攝氏700度。儘管存在溫差，但攝氏400度之一預熱係有價值的且在工作表面正下方，核心120可被熱浸至一高很多之平均溫度(更接近攝氏700度)，使得耐火通道100之塊接近金屬溫度以改良鑄件一致性。實施例可在耐火通道上使用一工程蓋以省略一溫度控制器且以一低功率構形運行全功率。例如，一低功率槽可經設計以在無任何蓋之情況中以1瓦/平方英吋連續運行使得內部溫度不再過熱。

基於上述設計及構形，如本文所描述之一一體加熱耐火通道預熱相對較快且具有相對較低之功率消耗。實施例將工作表面110保持在或接近金屬溫度。實例性實施例之一加熱耐火通道100可包含加熱至攝氏700度之一金屬溫度之一工作表面。歸因於透過通道之構造引導至工作表面之熱，預熱可相對較快且需要相對較低之功率且由於熱未自熔融金屬轉移至加熱耐火通道或反之亦然，因此可改良鑄件一致性。

根據本文所描述之實例性實施例，工作表面110由構形於一適當相對位置處之一加熱元件130隔離及加熱。加熱元件與工作表面之間的距離可對應於目標之熱阻及目標之熱質量。由於加熱元件130位置更靠近工作表面110，因此熱阻及熱負荷減小。實例性實施例之加熱元件130可定位為盡可靠近工作表面。在真實實踐中，由於熔融金屬導電且不準與加熱元件130實體接觸，因此需要一些分離。工作表面110與加熱元件130之間的分離距離因應用而異。一大型耐火通道100在加熱元件130與工作表面110之間可需要半英吋之材料厚度而由耐火材料製成之一流出槽在一加熱元件130與與熔融金屬接觸之流出槽之一表面之間可僅需要四分之一英吋之材料。加熱元件130相對於與熔融金屬接觸之工作表面之位置係一平衡動作。更靠近之接近性以加熱元件曝露及核心120耐久性為代價改良效能。

來自加熱元件130之熱自元件在所有方向上轉移。根據各向量相對於其他向量之溫度梯度及熱阻劃分熱之比例。當溫度梯度與熱阻之比最高時，該等向量接收最大熱。理想地，所有熱將傳輸至核心120及工作表面110而無熱轉移至支持物140。為完成此方法或此方案，實例性實施例之支持物140具有相對於工作表面處之耐火通道之一大幅降低之熱轉移係數。實例性實施例之支持物140可具有係小於核心120之一量值之一導電性位準使得核心將自加熱元件130接收大多數功率及熱。加熱元件130至工作表面110之接近性降低熱需求，而加熱元件130與支持物140之隔離增加來自可用於工作表面之加熱元件之熱之供應或比例。

如上文相對於圖2所繪示，實施例可不需要一支持物140且加熱元件130可完全圍封於核心120中。在此一實施例中，將加熱元件130圍封於核心120內可保護加熱元件免受損壞。絕緣150可藉由使核心120絕緣以促進朝向工作表面110之熱遷移來提供類似於支持物之功能性之一些功能性。由一支持物140提供之結構支撐可由核心120材料及用於圍封加熱元件130之核心材料之添加厚度提供。

用於改良加熱元件與環境之接近性及隔離之程序通常與耐火材料之耐久性及熔融金屬洩漏之抗受力相反。接近性促進一薄核心120且隔離促進提供較少支撐之輕質支持物140材料。如本文所描述之一加熱耐火材料基於兩個主要潛在失效模式：(加熱元件之)結構失效及電氣失效。加熱耐火通道100及其他加熱耐火組件忍受以鋼工具撬動、衝擊、及清潔及氣動壩倒塌之形式連同其他物理力之物理創傷/損害。需要屏蔽加熱元件免受將攻擊及破壞一加熱元件之熔融金屬影響。熔融金屬可透過核心120中之一裂紋入侵一加熱元件通道或通過通道組件之間的一接頭中之故障洩漏至一加熱元件通道中。一較厚核心120及更耐久之支持物140改良耐久性但犧牲加熱元件之接近性定位及隔離使得可影響效能。

本文所描述之實施例提供一種場鑄支持物以滿足結構、電氣及熱需求。場鑄使得支持物140能夠理想地填充核心120後面之空隙以一致地支撐核心。核心120較薄，但相對較硬，而支持物140可與接合及密封至核心之一砂漿相比較。絕緣及框架針對加熱耐火通道提供結構支撐，其中絕緣最終隔離總成。

電加熱元件在熔融金屬鑄件中通常具有一相抵較短之壽命。氧氣腐蝕最終破壞電加熱導線。來自導線之鉻可產生屏蔽導線免受進一步腐蝕之一保護屏障(即，氧化鉻)。然而，此薄氧化層易碎且可自由振動、衝擊或其他偏轉誘發之機械應力碎裂。由於氧化鉻之熱膨脹遠比基底金屬之熱膨脹小得多，因此機械應力可源自導線之快速淬火，其中淬火引起其中外部比內部冷之一溫度梯度且由於熱膨脹，氧化層碎裂。

本文所描述之具有加熱耐火組件之實施例藉由將加熱元件囊封於無動及溫度穩定之耐火材料內，保護加熱元件130免受此等效應影響。在大多數應用中，加熱耐火材料可完全靜止。然而，即使在其中移動必需之應用中(諸如直接冷鑄中之傾斜台)，加熱元件亦由堅硬耐火材料實體約束使得抑制偏轉。此外，耐火材料可針對空氣淬火提供緩衝以導致加熱元件之較少溫度衝擊。由於耐火材料略重且絕緣，因此保護加熱元件使得元件不遭遇直接淬火。

加熱元件130壽命亦取決於溫度，因為熱能驅動腐蝕。藉由加熱元件130至工作表面110之接近性及加熱元件與環境之隔離之原理，最小化實例性實施例之元件溫度。實例性實施例之元件溫度通常保持在攝氏900度以下。鎳鉻合金及Kanthal A1在攝氏1,000度以上開始降解。此外，在一支持物140與一核心120之間或完全在核心120內隔離加熱元件可改良加熱效率使得不必將溫度升高至其中降解可開始之一點以上。根據本文所描述之實例性實施例，耐火通道100之工作表面110維持在流動通過通道之熔融金屬之固化溫度以上。對於鋁，此溫度可為約攝氏660度，使得工作表面可維持在此溫度以上，且較佳地高於攝氏685度以避免預固化，諸如在約攝氏700度以補償損失且在所需溫度下供應金屬。為將一工作表面維持在約攝氏700度，將加熱元件130加熱至高於工作表面110處之所需溫度之一溫度。

加熱元件130需要加熱至工作表面110之目標溫度以上之增量取決於加熱耐火通道100之效率。歸因於加熱元件至工作表面之接近性及加熱元件之隔離，本文所描述之實施例具有自加熱元件至工作表面之一非常高之熱轉移效率。因此，加熱元件130需要加熱至高於工作表面110之目標溫度之增量相對較小，諸如攝氏50度至攝氏100度。此將使加熱元件維持在攝氏900度以下且遠低於加熱元件開始降解之溫度，通常在攝氏1,000度左右。

本文所描述之核心120之製造可以若干方式執行。例如，一核心可在背面鑄造溝槽，其中一電加熱元件可安裝於核心之凹入溝槽中。加熱元件130線圈可在使用螺柱鑄造核心120之前在模具本身內塑形，其中線圈圍繞模具內之螺柱拉伸。在此一實施例中，螺柱可整合於模具中且可在鑄造之後自模具回縮以允許脫模。螺柱可體現為螺釘、定位銷、銷等。替代地，在鑄造之前，加熱元件可嵌入聚矽氧核心模具之母凹入溝槽中。替代地，在鑄造期間，可將一預塑形線圈壓入可鑄核心中。根據本文所描述之實例性實施例，可鑄物本身可將線圈固持在適當位置。圖5繪示鑄造有溝槽125以在其中接納一加熱元件130之一核心120之一實例性實施例。圖5亦繪示使用模製於模製核心中之加熱元件模製之一核心120，其中電導線135曝露。

一核心120之模製可使用聚矽氧模具執行，因為其等耐用，形成優良細節，且可自複雜形狀(諸如溝槽)脫模。為產生聚矽氧模具，製作零件幾何形狀之一三維列印。可構建一盒來支撐印刷品及最終之聚矽氧模具。使用盒，聚矽氧被鑄造在3D印刷品周圍以形成零件幾何圖形之一負片。一旦聚矽氧固化，3D列印零件即脫模且重新構建聚矽氧模具將以準備鑄造耐火材料。接著，將耐火材料鑄造至聚矽氧模具中。取決於加熱元件係相鄰或嵌入，加熱元件在鑄造耐火材料之後安裝至耐火材料溝槽中或在鑄造耐火材料之前安裝於聚矽氧溝槽中。在耐火材料固化之後，將其脫模且重新構建聚矽氧模具以備一後續耐火材料鑄造。用於製作聚矽氧負片之3D列印可產生高度詳細之幾何形狀(諸如窄溝槽)以捕獲加熱元件130。模具可視情況三維列印、自鋁加工或透過其他模具形成技術形成。

將加熱元件130嵌入核心120之一鑄件中可為一高度有效程序。工作表面110之一內部形狀可三維列印或自一先前工作恢復/回收。加熱元件130可藉由拉伸成形且使用透過元件施加之電流使元件退火來執行。核心材料可混合用於具有一充分一致性之鑄件以保持形狀而不發生塌陷。核心材料可應用於工作表面至一半深度且可使用一刮刀來塑形材料以獲得相對一致之厚度。接著，可將預形成之加熱元件壓入核心材料中(較佳地使用一視覺指南或模板)以改良元件之佈局之效率及準確度。接著，可將核心材料之剩餘部分應用於工作表面以覆蓋加熱元件。電流可施加於加熱元件以減少固化時間。此程序需要比替代方法少之成本及零件來構建一模具及產生核心之一鑄件。

各種材料可用於耐火材料之實例性實施例中，其中材料可包含具有低熱膨脹、與熔融金屬(諸如鋁)之相容性、在1瓦/米開爾文(1 W/m-K)之範圍內之導熱係數、適當溫度容量及強度，且係廣泛可用且價格合理之基於二氧化矽之耐火材料。低熱膨脹使材料顯得熱穩定及抵抗溫度碎裂。所要自然導熱係數應與加熱元件設計相容。

用於耐火材料之材料可包含鋁酸鈣水泥及/或膠體二氧化矽之黏結劑。黏結劑在生料狀態下(例如燒結之前之固化條件)提供強度。零件必須能夠脫模且在熔爐中處置而不斷開。當零件在熔爐中烘烤時，藉由高溫局部燒結來達成完全強度，之後黏結劑變得不太相關。

鋁酸鈣水泥及膠體二氧化矽非常不太。水泥藉由與水之化學反應工作，類似於波特蘭(Portland)水泥。水泥產品提供優良綠色強度；然而，水泥之高溫耐久性較差，因此最終零件可變弱。膠體二氧化矽隨著含水量蒸發而硬化且在溶液中沉澱15奈米顆粒。由於水移位空氣，因此顆粒由真空接合。乾燥水引起零件變硬。此可透過自然蒸發完成，其可取決於幾何形狀而需要一天或更長。在自然蒸發時，水在乾燥時遷移使得表面歸因於二氧化矽顆粒隨水遷移而變得非常硬。替代地，可藉由施加熱(諸如對流、輻射，或甚至微波功率)快速乾燥零件。此可在幾秒鐘或幾分鐘內固化零件使得水不遷移且零件更均勻地硬化。快速乾燥可趨向於引起蒸汽噴發(其可損壞零件)，使得快速乾燥需要瞭解及理解零件之程序及幾何形狀。本文所描述之實施例可採用核心120內之加熱元件加熱及乾燥材料以通常在一小時內均勻乾燥。

耐火材料之快速固化可藉由使一模具更頻繁地使用來改良生產力。典型固化時間可為12至24小時；然而，快速固化可將固化時間減少至1小時以下且在一些情況中僅為幾分鐘。本文所描述之實施例可透過使用熱添加及鹽添加來減少固化時間。由於被模製之組件本身能夠被加熱，因此可容易地應用由整合加熱線圈提供之熱。一模具可視情況放置於一熔爐內進行固化。對於膠體二氧化矽鑄件，熱將水排出以實現硬化且最小化硬化顆粒之遷移。對於水泥鑄件，熱增加增化學反應之速率。對於膠體二氧化矽鑄件，此效應係明顯的，因為使用高熱可導致鑄件在幾分鐘內硬化。透過添加鹽(諸如食鹽)，膠體二氧化矽鑄件將膠凝。程序對鹽含量及溫度敏感。使用一低鹽濃度(諸如少於1質量%)時，鑄件將在室溫下非常緩慢地膠凝，其允許操作者將產品摻入模具中。當鑄件加熱至約50°C時，鑄件將在幾分鐘內快速膠凝。存在膠凝之兩個主要益處：(1)若凝膠非常硬，則其可立即脫模，及(2)膠凝可防止硬化顆粒之遷移。通常，當膠體二氧化矽蒸發時，水分遷移至其中發生蒸發之自由表面且遷移帶走硬化顆粒。接著，自由表面變得非常硬及強，且零件之剩餘部分變弱。膠凝防止此遷移使得零件均勻硬化，其對大多數模具有益，因為模具通常無法呼吸且零件可需要在模具無法呼吸之位置硬化。

耐火材料可易碎使得併入纖維(諸如耐火陶瓷纖維(RCF))可用於材料中。纖維可為未經潤滑之吹製矽酸鋁纖維使得其等吸收水。纖維可首先與水混合成一泥漿，接著與耐火材料混合物混合。纖維實質上加固濕可鑄料，其可尤其在與下文所描述之微氣泡混合時有用。纖維給予濕混合物可在無需一模具之情況中自由塑形之一結構。

二氧化矽顆粒可作為凝集體添加至耐火材料。此等可為二氧化矽凝集體或顆粒大小之量值不同之二氧化矽顆粒。較精細之顆粒可產生更細致零件，其可對線圈溝槽較為重要，但較大顆粒可添加實質強度。此等凝集體可形成水泥混合物之可鑄物之塊體，類似於具有礫石或砂之波特蘭混合物，但對於膠體二氧化矽，其等係主要添加以產生良好表面精度及細節之一較小成分。除二氧化矽之外，亦可使用其他顆粒，諸如氧化鋁凝集體及膠體氧化鋁。氧化鋁可用於改良耐火材料之溫度容量及強度。

根據本文所提供之實例性實施例，可將微氣泡添加至耐火材料中以降低密度且改良耐火材料之可塑形性。微氣泡係具有約60微米之一直徑及約半微米之一厚度之空心玻璃氣泡。此等微氣泡可承受高達200磅/平方英吋之流體壓力以使其等適合於普通耐火材料混合及鑄造。微氣泡可進一步承受輕微泵送。微氣泡可降低耐火可鑄材料之密度使得可自具有超過1,800千克/立方米之一通常密度之一材料達成小於500千克/立方米之一密度，同時保持一平滑修飾面、不可見之孔隙率及中等強度。藉由使用膠體二氧化矽及凝集體硬化表面，大幅改良強度。零件可製成非常輕質同時具有顯著強度。

微氣泡使耐火材料更易塑形、更平滑且更抗裂。在適當水含量之情況中，混合物可由手塑形且將保持形狀直至乾燥。此藉由使材料足夠輕以支撐自身且不在其自身之重量下流動而提供一有用硬度。此外，當被激勵時，混合物容易流動。微氣泡大體係球形，因此其等能夠以較小阻力滾動且混合物可如同熱奶油般散布。此可塑形性作為可用於修復一耐火零件、填充接頭、填充孔或在適當位置自由塑形零件之一「可模製」材料係有用的。材料亦用於原始鑄造程序。

微氣泡趨向於在非常高之溫度(諸如高於攝氏600度)下軟化及流動，使得其等不用於耐火材料。然而，即使當微氣泡軟化及流動時，其等只留下非常精細之空隙。微氣泡可失效，但由周圍膠體二氧化矽及二氧化矽凝集體塑形之空隙將保存。眼睛看不見孔隙率且零件即使其80%係空氣時亦呈固態。為了耐火而期望低導熱係數及容量之對應熱性質，且取決於密度，此等零件可變得非常強，尤其係藉由使用膠體二氧化矽及二氧化矽凝集體進行表面硬化。此等看不見之孔隙可忍受約攝氏1,000度之溫度而無明顯降解。然而，當溫度達至攝氏1,200度時，孔隙之燒結及聚結可發生。

實例性實施例之本文所描述之微氣泡混合物係用於處置需要約攝氏700度之目標溫度之熔融鋁之一優良材料。使用有效整合加熱器，加熱器溫度保持在攝氏900度以下以使材料顯得穩定。已發現約65%之膠體二氧化矽、22%之二氧化矽凝集體、8%之纖維及5%之微氣泡之一基於質量之混合物產生一期望耐火材料。此材料在耐火件之間接合具有良好抗裂性。此混合物可變動以產生一廣泛範圍之性質。藉由添加水，混合物可變得自由流動。藉由添加纖維及微氣泡，混合物可變得乾燥及硬以在一模具上塑形。一乾燥混合物可具有以下之一成分：55質量%之膠體二氧化矽；25質量%之二氧化矽凝集體、11質量%之纖維及9質量%之氣泡。

使用本文所描述之材料之零件可受益於一些形式之後處理。由於鑄件通常有意地具有一些位準之孔隙率，因此可期望閉合表面處之孔隙。此可改良零件之硬度及總強度。膠體二氧化矽與二氧化矽凝集體之一混合物適於密封耐火材料。此材料可在烘烤零件之後應用使其將非常乾燥且準備接受塗層。可混合塗層使其自由流動且相對較軟。

儘管本文所揭示之主要實施例包含一加熱耐火通道100或槽，但本文所描述之耐火材料及形成程序之實施例可用於套管、流出槽、銷、壩、過渡板或其類似者。基本上，使用耐火材料且促進熔融金屬之流動及分佈之一鑄造程序之任何組件都可受益於加熱耐火組件材料且如本文所描述形成。此外，本文所描述之耐火材料可充分塑型且具有傳導以用作為用於修復開裂及碎裂耐火組件之一耐火修復材料及用作為接合耐火組件(諸如接合通道區段)之一材料之性質。本文所描述之耐火材料係多功能以用作為前述組件之任何者且在對熔融金屬具有彈性時接合/修復組件。此外，在耐火材料中使用微氣泡，儘管通常不鼓勵用於曝露於600°C以上之溫度之材料中，但已發現儘管曝露於遠超600°C之溫度，但可在降低密度時提供改良耐火材料性質。因此，實施例以不同於其預期用途之一方式提供使用非習知組成及成分之一耐火材料以達成有益於如本文所描述之耐火組件之意外結果。

用於在連續鑄造模具(諸如鑄錠模具)中施配熔融金屬之流出槽歸因於其幾何形狀而可損失實質熱且由於其等通常由具有一高密度及相對高之傳導性之熔融矽石製成。根據上述程序及構形形成流出槽提供促進熔融金屬流動而無有害熱損失之一流出槽。

上述實例性實施例通常包含具有安置於核心內之加熱元件130之一核心(諸如圖1及圖2之核心120)。上述槽可或可不亦包含一支持物140，儘管圖1及圖2之槽使用絕緣150絕緣。一些耐火組件可不需要如相對於上述加熱耐火通道100中所繪示及描述之絕緣。例如，一流出槽可不需要包圍其之一支持物或絕緣，因為流出槽在無此絕緣之情況中亦可或實質上亦可起作用。

流出槽210係一空心耐火圓柱體，其將熔融金屬自槽中倒入一直接冷卻模具中以充當槽通道200之底部之一排水管。圖6繪示一槽通道200內之一典型流出槽210及銷205。流出槽210經構形以將熔融金屬自通道200透過流出槽之一鑽孔引導至直接冷鑄模具。流出槽210可為基於特定構形之各種大小，包含長度及直徑。槽通道200可為如上文所描述之一加熱耐火通道。槽通道200由一框架220支撐。流出槽(如圖6中所展示)包含延伸至流出槽210之鑽孔中之一銷205。銷可用作為阻擋流出槽之出口之一插塞且防止熔融金屬自通道200流動通過流出槽210之鑽孔。升高銷205允許金屬在受到限制之情況中流動通過流出槽210。減小間隙引起流量減少使得銷位置控制金屬流率。銷與流出槽之間的出口處之橫截面積可較小。在流出槽210之出口處，金屬流速高且產生一稀流。因此，銷與流出槽之間的熱轉移非常高。若銷及流出槽係冷的，則金屬可在流出槽內固化且破壞銷及流出槽。

可加熱實例性實施例之銷205，藉此加熱流出槽，使得使用一加熱銷調節透過流出槽之熔融金屬流降低金屬將在流出槽內凍結之可能性。然而，加熱銷具有有限有效性。本文之實施例提供一種加熱流出槽以更佳地確保熔融金屬不在流出槽內凍結。在一流出槽內凍結之金屬可較昂貴，因為一鑄造操作可受損且流出槽及銷可被犧牲。本文所提供之實施例可包含將流出槽維持在一足夠溫度下以確保金屬不在流出槽內凍結之一加熱流出槽。圖7繪示其中移除銷205之圖6之流出槽210及通道200。

實例性實施例中之一加熱流出槽包含由耐火材料鑄造且具有一內部加熱元件之一流出槽。歸因於一些流出槽之小尺寸，可省略圖1及圖2之耐火組件中所繪示之絕緣。由於流出槽通常較小，因此可忽略因加熱流出槽周圍不具有絕緣而增加之功率消耗。一加熱耐火流出槽之本文所描述之實施例採用一高功率密度加熱器，諸如(例如)約11瓦/平方英吋。此一加熱流出槽能夠在無絕緣之情況中達成540°C以上之一溫度。一實例性加熱流出槽在輸送足夠熱以確保金屬不在流出槽內凍結時可消耗可小於1,000瓦之功率。

加熱耐火流出槽採用圍封於耐火材料內之一加熱器使得耐火材料保護加熱元件免受腐蝕及損壞，同時提供結構至流出槽。如本文所描述之加熱耐火流出槽可視情況包含流出槽之外部周圍之絕緣以達成較高溫度及/或消耗更少能量。然而，鑑於一加熱耐火流出槽之相對較低之功率消耗，因此可不必需此等絕緣加熱耐火流出槽。若在一些環境中，功率消耗係一關鍵因數且效率係一優先事項，則一絕緣流出槽可係較佳的；然而，根據本文所描述之實例性實施例，此不必要。

過渡板或一直接冷卻坯料鑄造模具中之一鑄造套管與一鑄造模穴之間的板通常係歸因於過渡板之開裂及降級而定期替換之一可消耗零件。過渡板對於鑄件坯料至關重要使得其等大量消耗。由上述耐火材料鑄造之一輕質二氧化矽過渡板可解決開裂問題且大幅改良過渡板壽命以解決熱應力之核心問題同時提供一類似製造成本點。

圖8繪示一坯料鑄造截面圖之一實例性實施例，其中一耐火通道100具有透過過渡板160流動通過套管150且進入模具170之腔穴之熔融金屬145，其中熔融金屬175固化至鑄件180中。過渡板160係位於一坯料模具170之頂部之一圓盤。熔融金屬透過穿過過渡板之一孔徑165進入模具且徑向擴散至坯料之全直徑。例如，一8英吋之坯料鑄件之一孔徑可為約3英吋。過渡板徑向分佈金屬。其通常係中間具有一孔徑之一扁平環，其中孔徑與一套管配合以形成將熔融金屬饋送至模具中之管路。恰在熔融金屬在模具內固化之前，過渡板直接與熔融金屬交互作用。此係鑄造程序中之一關鍵功能，因為金屬在無阻力之情況中流動非常重要且過渡板上之預固化係有害的。過渡板必須具有一低導熱係數及熱質量使得其不與金屬轉移熱。圖9繪示界定孔徑165之一過渡板160之一實例性實施例。

過渡板之一底面在其流動至模具中時與金屬介接，而過渡板之頂部相對較冷，因為其係水冷模具總成之部分。此溫度梯度係過渡板之一功能要求且必須確保金屬在已達到鑄件之最終直徑之前不將熱轉移至水冷模具。溫度梯度根據材料之熱膨脹係數及硬度導致應力。過渡板可由稱為「N17」之石墨加強矽酸鈣板製成。熱膨脹係數由製造商列為7 × 10^-6/°C。此外，歸因於添加石墨纖維，N17之硬度可較高。

熔融矽石過渡板早於N17過渡板。熔融矽石過渡板可歸因於矽石之非常低之熱膨脹係數(其係約0.5 × 10^-6/°C)而比N17過渡板持續時間更長。然而，熔融矽石過渡板趨向於自金屬吸收熱且預固化。熔融矽石過渡板易受可損及一鑄件之鑄造問題影響，藉此限制其在多個同時股中之使用，因為一單一受損鑄件可在同時股鑄造程序期間對若干或所有鑄件產生不利影響。採用微氣泡配方之本文所描述之實施例可製成類似於N17過渡板之密度，且該密度下之導熱係數比N17之導熱係數低29%。石墨係高度傳導使得N17材料具有較高導熱係數而本文所描述之實施例之微氣泡提供抵抗導熱係數之一絕緣性質。根據實例性實施例之微氣泡二氧化矽過渡板提供較低熱膨脹速率及改良(降低)導熱係數。降低熱應力可改良由併入微氣泡之本文所描述之耐火材料形成之過渡板之耐久性。輕質二氧化矽過渡板解決由於低熱膨脹之開裂問題且歸因於材料之低密度而仍鑄造良好。

除由本文所描述之耐火材料形成過渡板之功能改良之外，製造可因較少浪費及較少步驟而更有效。N17過渡板由板加工，而本文所描述之過渡板可鑄造成最終形狀或接近最終形狀以最小化或消除加工。對於此一鑄件，一鋁模具可分為兩半且一起形成過渡板形狀之一負片。接著，微氣泡耐火材料可在一中等壓力下泵入過渡板模具中以填充空隙且提供一良好表面精度。接著，可當材料在模具中時施加熱以乾燥金屬模具內之零件。另外，本文所描述之微氣泡耐火材料之可模製性可模製成將套管及過渡板之功能組合成一個零件以使金屬自套管直徑逐漸過渡至環直徑之形狀(諸如一鐘形過渡板)。此等彎曲形狀可憑藉其等之形狀而具有增加強度。此等零件不適於N17材料。以此方式形成過渡板允許鑄造成近淨形，其可接著以相對較少之加工將其加工成過渡板。材料可視情況鑄造成可加工成過渡板之板中，此可在所需大小之過渡板模具不可用時執行。

本文所提供之過渡板之實施例提供一種能夠在輕質及耐用同時跨過渡板達成一大溫度梯度之材料。實施例包含無大孔隙(例如無可見孔隙率)、低密度、低熱膨脹係數及抗開裂之一輕質二氧化矽過渡板。用於過渡板之材料可為具有1,200千克/立方米或更小之一密度之90重量%或更多之二氧化矽。為達成此密度，材料可包含成(諸如)呈0.25重量%或更大之量之微氣泡。為提供增強材料性質(包含引起材料膠凝)以允許較大可模製性及可塑形性，鹽可添加至膠體二氧化矽以引起材料膠凝。根據本文所描述之實例性實施例形成之過渡板提供優異溫度穩定性同時保持耐用及低成本。

本文所闡述之本發明之許多修改及其他實施例將使熟習此等發明所屬之技術者想起具有前述描述及相關聯之圖式中呈現之教示。因此，應理解本發明不受限於所揭示之特定實施例且修改及其他實施例意欲包含於隨附申請專利範圍之範疇內。儘管本文採用特定術語，但其等僅在一同屬及描述性意義上使用且不為了限制。

100:耐火通道 105:槽 110:工作表面 120:核心 125:溝槽 130:電加熱元件/加熱元件 135:電導線 140:支持物 145:熔融金屬 150:絕緣 160:過渡板 165:開口 170:模具 175:熔融金屬 180:鑄件 200:槽通道 205:銷 210:流出槽 220:框架

因此，已以一般術語描述本發明，現將參考不一定按比例繪製之附圖，且其中：

圖1繪示根據本發明之一實例性實施例之包含當熔融金屬流動通過一槽時與熔融金屬接觸之一工作表面之一耐火通道；

圖2繪示根據本發明之一實例性實施例之包含當熔融金屬流動通過一槽時與熔融金屬接觸之一工作表面而無需一支持物之一耐火通道；

圖3描繪根據本發明之一實例性實施例之包含核心及用於加熱元件之界定於其中之通道之一耐火通道之一部分；

圖4繪示根據本發明之一實例性實施例之與所應用之一鑄造支持物一起倒置之一耐火通道；

圖5繪示根據本發明之一實例性實施例之使用模製於模製核心中之加熱元件模製之一核心，其中電導線曝露；

圖6繪示根據本發明之一實例性實施例之用於直接冷鑄之一槽之一橫截面，其包含自槽延伸之一流出槽及延伸至流出槽中之一銷；

圖7繪示根據本發明之一實例性實施例之其中移除銷之圖6之槽及流出槽之橫截面；

圖8繪示根據本發明之一實例性實施例之一坯料鑄造截面圖，其中一耐火通道具有流動通過一套管及一過渡板至一坯料模具之一腔穴中之熔融金屬；及

圖9繪示根據本發明之一實例性實施例之一過渡板。

100:耐火通道

105:槽

110:工作表面

120:核心

130:電加熱元件/加熱元件

140:支持物

150:絕緣

Claims (27)

1. 一種加熱耐火流出槽，其包括： 一流出槽，其由耐火材料形成且界定具有貫穿其間之一開口之一截錐形狀；及 一個或多個加熱元件，其等嵌入該流出槽之該耐火材料內且由該流出槽之該耐火材料圍封，其中該一個或多個加熱元件經構形以將該流出槽之至少一部分加熱至至少攝氏300度。
2. 如請求項1之加熱耐火流出槽，其中該一個或多個加熱元件模製於該流出槽中。
3. 如請求項1之加熱耐火流出槽，其中該一個或多個加熱元件包括一電阻加熱元件。
4. 如請求項3之加熱耐火流出槽，其中透過該流出槽之該開口界定一工作表面，其中該工作表面經構形以由該一個或多個加熱元件加熱至300°C以上。
5. 如請求項4之加熱耐火流出槽，其中該一個或多個加熱元件維持在1000°C以下。
6. 如請求項4之加熱耐火流出槽，其中該電阻加熱元件形成一線圈，其中該線圈形成於該截錐形狀周圍之該流出槽內且環繞該開口。
7. 如請求項1之加熱耐火流出槽，其中該核心包括具有至少0.5重量%之微氣泡之一耐火材料。
8. 如請求項7之加熱耐火流出槽，其中該等微氣泡包括空心玻璃氣泡。
9. 如請求項8之加熱耐火通道，其中該等微氣泡具有約60微米之一直徑。
10. 一種用於形成用於鑄造金屬之耐火組件之耐火材料，其包括： 膠體二氧化矽或膠體氧化鋁之至少一者； 二氧化矽凝集體； 纖維；及 微氣泡， 其中該耐火材料之密度小於1,200千克/立方米。
11. 如請求項10之耐火材料，其中該等微氣泡包括至少0.5重量%之該材料。
12. 如請求項10之耐火材料，其中該膠體二氧化矽可包括該材料之至少50重量%。
13. 如請求項10之耐火材料，其中該耐火材料形成為用於直接冷鑄之一過渡板。
14. 如請求項11之耐火材料，其中該耐火材料係約90體積%之二氧化矽凝集體。
15. 如請求項10之耐火材料，其中該材料包括大於1重量%之微氣泡。
16. 如請求項11之耐火材料，其中該材料之該纖維包括用於強化之陶瓷纖維。
17. 一種加熱耐火通道，其包括： 一工作表面； 一核心，其鄰近於該工作表面； 一支持物，其鄰近於該核心； 一個或多個加熱元件，其等安置於該支持物與該核心之間；及 絕緣，其鄰近於該支持物，其中該核心安置於該工作表面與該支持物之間。
18. 如請求項17之加熱耐火通道，其中該支持物接合至該核心。
19. 如請求項17之加熱耐火通道，其中該加熱元件密封於該支持物與該核心之間以屏蔽該加熱元件免受熔融金屬影響。
20. 一種用於模製耐火組件、修復耐火組件或接合耐火組件之耐火材料，該材料包括： 一黏結劑材料； 一填充材料； 一加強材料；及 至少0.5重量%之微氣泡。
21. 如請求項20之耐火材料，其中該材料具有小於1,200千克/立方米之一密度。
22. 如請求項21之耐火材料，其中該加強材料包括一陶瓷纖維。
23. 一種加熱耐火組件，其包括： 一工作表面，以固持或導引熔融金屬； 一核心，其鄰近於該工作表面； 一個或多個加熱元件，其等安置於該核心內；及 絕緣，其中該核心安置於該工作表面與該絕緣之間。
24. 如請求項23之加熱耐火組件，其中該組件包括一流出槽、一套管、一銷、一壩、一過渡板或一通道之至少一者。
25. 一種用於直接冷鑄之過渡板，其中該過渡板由包括至少90重量%二氧化矽之一材料形成且具有小於1,200千克/立方米之一密度。
26. 如請求項25之過渡板，其中該材料包括至少0.25重量%之微氣泡。
27. 如請求項25之過渡板，其中該材料可包括鹽以當形成該過渡板時引起該材料膠凝。

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