[其他]接近最终形状的熔铸耐火材料及其通过快速熔化和控制快速冷却的制造方法

说明书

本发明涉及直接生产的熔铸耐火材料，该耐火材料制品在尺寸及构形上接近于所需的最终产品;及其包括快速熔化和控制快速冷却的制造方法。

特别是，本发明针对接近最终形状的熔铸耐火材料的制造方法以及新型熔铸耐火材料制品，它们是使用本发明的快速熔化、控制快速冷却方法制得的。这里所用的术语：“接近最终形状”意味着该熔铸物或模制体是与熔铸或模制状态下的尺寸及构形相近的，并且制备供使用的模制体时很少或不需再除去模制体上的材料。本发明的直接熔铸耐火材料，通过其整体的无规则显微结构，以及这里即将叙述的其它特征，区别于现有技术。这里所用术语：“无规则”是关于显微结构的，它是指该显微结构在其结晶取向上是非定向的。

熔铸耐火材料早已为人所知并使用多年。这样的耐火材料在某些用途上比旧式耐火产品有许多优点，旧式耐火产品包括用其它耐热陶瓷材料粘结成所需形状的颗粒状耐热材料。也已知这些旧式耐火模制品有“烧制型”与“非烧制型”。通过把在其间具有大量开孔的耐火材料颗粒压紧在一起来制造这些粘结的耐火制品，这些颗粒由一种粘结相使它们结合在一起。当此耐火材料基体受到侵蚀性或腐蚀性物质的作用时，例如高炉渣、熔融玻璃等，基体的细颗粒部分优先受到侵蚀。由于它们的互相联结的微孔特性，在耐火产品曝露面以外的部分也受到侵蚀。

已知第二类耐火材料是“熔铸”耐火材料，这种耐火材料具有非常致密的结构从而具有高强度和高耐侵蚀性，它们并不呈现或不含有互相联结的微孔。

常规的熔铸耐火材料通过在类似于制造熔融氧化铝（用于磨料的）的电炉中，熔化所需组分的混合物来制造的。这种电炉包括一个水冷的钢壳体或铁壳体，除了当被熔铸材料加入时所形成的熔铸材料本身所构成的炉衬外，没有任何其它炉衬材料。由在插入铁壳体中的二个或多个电极之间的电弧产生的热使熔化开始进行。熔化的物质浴形成后，用电流通过该物质的电阻来供热。将待熔化的材料逐渐加入并且当熔融物质聚积时将电极逐渐升高。这类设备及其描述见F.J.Tone的美国专利929517。当配料熔化后，通过排放或倾斜炉体使熔化物流入模中的方法将熔化物质铸入适当的模型中。在铸造之前，将熔融物质加热到比其本身熔点高得多的温度。模型尽管也可用其它适当的物质制作，但通常由石墨制成。模型配备有尺寸足够充裕的冒口或内浇口，以便熔化物质完全充满模型而不受冒口内凝固物质的阻碍。该铸块留在各自的模型中进行热处理，或者当铸件的外壁已固化后从模型中脱掉，随后以自身热量进行退火而无需其它种形式的供热。这种退火一般进行数天，并且可用热砂或其它绝热物质盖在铸件上来完成。一般将铸件紧密地堆放在一起，从而使它们借自身的热量进行退火。这种退火对于防止在冷却过程中的过度局部收缩是必要的，该局部收缩引起足以导致开裂的应力。也可通过将铸块置于炉中并逐渐降低炉温的方法来进行退火。当铸件已冷却后，检验铸造部分并用金钢石切割和/或研磨精整。冒口可在铸造后或退火后尽可能低地切除。在冒口中的材料量常大约等于所需制造的耐火物块中的材料量。冒口材料通常循环使用，但相当费钱。铸造和退火方法见美国专利2279260。

在已知制造熔铸耐火材料的方法中，当铸造时，该已熔化物质温度比其熔化温度高得多，因此在完全凝固以前要有一个长的冷却期。结果，常规熔铸产品具有定向结晶结构，该结构在铸件表面附近为细晶粒，越向中心方向或最后冷却部分靠近，晶粒越加定向地粗化。按照冷却速率和铸件成分的液-固相图，结晶结构和铸件的化学成分从表面到中心改变了，这一切决定着凝固前沿的特性及其前进的速率。此外，由于较重物质诸如ZrO₂和Cr₂O₃借重力沉积于底部而造成在炉中和模型中的分层，因此常规熔铸耐火材料的化学成分也是不均匀的。用于制造常规熔铸耐火材料的典型冷却速率在约每小时10℃到约50℃之间。电弧炉石墨电极也将碳引入熔液中。此碳能引起一氧化碳和一氧化硅的放出，导致在常规熔铸产品中微孔的产生。也已知常规熔铸耐火材料含碳量达0.5%。当耐火材料用于制玻璃槽的衬里时是不希望有碳存在的。

以前曾提出过许多熔铸耐火材料的各种不同成分，并且曾发现对于特定的用途来说某些成分是优越的。这些熔铸耐火材料在例如美国专利2063154、2279260、2911313、3188219、3232776、3759728、3773531、4158569、4490474等中提出过。这些成分中的任何一个以及其它许多成分，可结合本发明加以利用。

众所周知，在特定的用途上可使用等离子体来加热或处理材料，举例如下：