[发明专利]基于铝酸钙和碳的反应性材料、其制备工艺及其用于精炼金属熔体或渣的用途

说明书

本发明涉及精炼金属熔体或渣的领域，并且特别地提供了一种基于铝酸钙和碳的反应性材料、其制备工艺以及使用该反应性材料精炼金属熔体的各种方法。

本发明涉及特别地通过分离非金属夹杂物精炼金属熔体或渣的领域。从外部环境引入的非金属夹杂物(外源性夹杂物)或在金属内形成的非金属夹杂物(内源性夹杂物)可以存在于熔融金属中。它们可以在材料的生产和/或进一步加工期间形成。

金属夹杂物影响金属的纯度，并且因此影响材料的性能。因此，非金属夹杂物可以是例如金属部件的强度、伸长率、断裂韧性和疲劳性能的损失的原因。在加载期间，在夹杂物附近产生应力集中。

已经做出尝试以除去非金属夹杂物并确保达到高纯度金属铸件的要求。

金属熔体或渣中非金属夹杂物的减少通常可以以两种不同的方式实现：

·借助于冶金工艺避免夹杂物形成；或

·使夹杂物沉积在陶瓷表面上。

陶瓷过滤器已经在例如铸造厂的金属铸造应用中被使用了若干年。通过陶瓷表面捕获固体非金属夹杂物典型地分三步进行：(i)固体非金属夹杂物被从本体熔体(bulkmelt)输送到陶瓷表面，(ii)固体非金属夹杂物被附着到陶瓷表面，以及(iii)固体非金属夹杂物与陶瓷表面经历固态烧结。

DE102011109681公开了基于当前熔融金属过滤器几何结构的用于熔融金属过滤的陶瓷过滤器，其中陶瓷过滤器被提供为具有活性表面涂层(coating)的支撑材料，该支撑材料具有与包含在待过滤的熔融金属中的无机非金属夹杂物相同的化学相组分。DE102011109684公开了一种过滤器，其表面包含与待过滤的金属熔体的溶解气体和/或金属杂质反应的材料。这些文献都未公开在涂层中引入铝酸钙。

为了满足对高纯度金属例如高安全性钢(high security steel)的日益增加的需求，陶瓷泡沫过滤器(CFF)，尤其是那些基于氧化锆和碳结合氧化铝(carbon bondedalumina)的过滤器，已经成功地使用了多年。然而，氧化锆过滤器具有表现出蠕变的缺点，所述蠕变由于改变过滤器几何结构，因此降低了铸造期间的流速。相比之下，碳结合体系由于高碳量而表现出可忽略的蠕变。

如今，低于50μm的非金属夹杂物的过滤效率小于75％，并且尤其是对于小于10μm的夹杂物，过滤效率小于60％。在这些细夹杂物(1μm至10μm)将通过过滤器的情况下，它们倾向于聚集并形成在150μm至300μm范围内的夹杂物的临界聚集体和簇。这些大的夹杂物的簇不利地影响金属部件例如钢部件的机械性质。因此，合意的是提供用于有效地捕获夹杂物，特别是小于10μm的细夹杂物的解决方案。

已经发现通过本发明提供的铝酸钙与碳的混合物达到这些目的和其他目的。

因此，本发明涉及包含铝酸钙和碳的反应性材料。

根据第一个目的，本发明涉及包含基质(substrate)的收集器材料(collectormaterial)，其中所述基质包含：

-从50％至90％(以重量计)的粉末形式的铝酸钙；

-从10％至50％(以重量计)的粉末形式的碳；

-和任选地一种或更多种添加剂、金属或其混合物。

根据实施方案，基质包含：

-从50％至80％的铝酸钙；和

-从20％至50％的碳。

还公开了所述反应性材料，其包含：

-按重量计从50％至95％，特别是50％至80％的铝酸钙；

-按重量计从5％至50％，特别是20％至50％的碳。

根据另外的实施方案：