PL191425B1

PL191425B1 - Produkt ceramiczny, sposób polepszania niezwilżalności produktu ceramicznego i sposób formowania produktu ceramicznego

Info

Publication number: PL191425B1
Application number: PL347890A
Authority: PL
Inventors: Dirk Albertus Kotze
Original assignee: Dakot Cc
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2006-05-31
Also published as: EP1112239A1; CN1328532A; DE69904611D1; CA2344410A1; JP2002526365A; CN1179909C; AU5930699A; WO2000017127A1; MXPA01002703A; KR100598718B1; DE69904611T2; BR9913785A; PL347890A1; HUP0104276A2; SK284058B6; ATE229927T1; CZ2001985A3; KR20010086433A; AU759993B2; HUP0104276A3

Abstract

1. Produkt ceramiczny, znamienny tym, ze zawiera przynajmniej 70% udzialu masowego krzemianu glinu litu (LAS) w przeliczeniu na calkowita mase oraz srodek nadajacy niezwilzalnosc. 11. Sposób polepszania niezwilzalnosci produktu ceramicznego okreslonego w zastrz. 1, znamienny tym, ze obejmuje etap wprowadzania srodka nadajacego niezwilzalnosc w postaci siarczanu baru do produktu ceramicznego z LAS po jego wypaleniu. 16. Sposób formowania produktu ceramicznego okreslonego w zastrz. 1, znamienny tym, ze obejmuje etapy wypalania petalitu w subtelnie rozdrobnionej postaci w temperaturze miedzy 1150°C a 1210°C i impregnowanie wypalonego produktu srodkiem nadajacym niezwilzalnosc. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy produktu ceramicznego, w szczególności produktu do manipulowania stopionym aluminium, sposobu polepszania niezwilżalności produktu ceramicznego i sposobu formowania produktu ceramicznego.

W niniejszym opisie określenie „produkt ceramiczny” odnosi się do produktu formowanego przez wypalanie surowego materiału ceramicznego w odpowiedniej temperaturze.

Stopionym aluminium, wykazującym stosunkowo niską temperaturę topnienia w przybliżeniu 700°C, trudno jest się posługiwać i dlatego stosowana aparatura zwykle zawiera produkt o wysokiej odporności na szok termiczny, wysokiej odporności na zwilżanie, niskim współczynniku przewodności cieplnej i niskiej pojemności cieplnej oraz o wysokiej wytrzymałości.

Żaden z produktów stosowanych dotychczas do wspomnianego celu, a wśród nich tytanian glinu, stapiana krzemionka, żeliwo i płyty z włókien ceramicznych, nie wykazuje idealnych własności pod tym względem.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest dostarczenie produktu ceramicznego, który wykazuje korzyści w stosunku do znanych układów.

Produkt ceramiczny według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera przynajmniej 70% udziału masowego krzemianu glinu litu (LAS) w przeliczeniu na całkowitą masę oraz środek nadający niezwilżalność.

Korzystnie produkt ceramiczny zawiera krzemian glinu litu obejmujący petalit w subtelnie rozdrobnionej postaci, który został wypalony w temperaturze między 1150°C a 1210°C.

Korzystnie produkt ceramiczny zawiera zasadniczo 100% udziału masowego krzemianu glinu litu w przeliczeniu na całkowitą masę.

Korzystnie środek nadający niezwilżalność jest wprowadzony do produktu ceramicznego z LAS po wypaleniu.

Korzystnie środek nadający niezwilżalność zawiera siarczan baru.

Korzystnie produkt ceramiczny wykazuje gęstość teoretyczną mniejszą niż 70%.

Krzemian glinu litu (powoływany następnie jako LAS) występuje w naturze w postaci minerału petalitu i jest stosowany w małych ilościach w recepturach ceramicznych zamiast skalenia w celu zmniejszenia współczynnika rozszerzalności cieplnej takich receptur, a stąd polepsza ich odporność na szok cieplny. Stosowany jest także w kompozycjach szkła na górne części pieca i wyroby do pieców.

Obecnie wynaleziono, że produkt ceramiczny z LAS według wynalazku wykazuje wyjątkowo niski współczynnik rozszerzalności cieplnej i stąd, jako taki, może być stosowany w dowolnej aparaturze poddawanej różnym działaniom cieplnym, takich jak, na przykład przy obchodzeniu się ze stopionym aluminium.

Takie produkty ceramiczne z LAS mogą być wytwarzane przez formowanie odpowiedniej ilości subtelnie rozdrobnionego petalitu dowolnym odpowiednim sposobem, takim jak odlewanie z gęstwy, formowanie przez wytłaczanie lub wtrysk, prasowanie z mas mokrych lub prasowanie z mas sypkich, a następnie wypalanie w temperaturze rzędu między 1150°C a 1210°C.

Do stosowania w przemyśle aluminiowym produkt taki jak ceramiczny produkt z LAS nie musi być wypalany do pełnej gęstości. Stwierdzono, że podczas wypalania w temperaturze między 1150 a 1210°C uzyskuje się gęstości po wypalaniu rzędu 60 do 70% teoretycznej. Przy tych gęstościach produkt nie wykazuje zmian wymiarów, nie wykazuje rozszerzalności cieplnej, wykazuje odpowiednią wytrzymałość, niską przewodność cieplną i pojemność cieplną i daje się także doskonale powlekać, gdy pokrywa się go materiałami ochronnymi, takimi jak azotek boru, co stanowi normalną praktykę w przemyśle aluminiowym. Może być on ponadto impregnowany substancjami ciekłymi stosowanymi wcelu poprawienia własności metalurgicznych produktu.

Jeżeli jest to wymagane, gęstość ceramicznych produktów z LAS może być obniżana przez dodatek mikrokulek z popiołów lotnych i/lub odpowiedniego materiału palnego.

Ponadto zgodnie z wynalazkiem, produkt ceramiczny z LAS zawiera zgodnie z wynalazkiem środek powodujący niezwilżalność, który jest wprowadzany do wypalanego ceramicznego produktu z LAS.

Podczas stosowania produktu ceramicznego może zostanie usunięta powłoka ochronna zwykle nakładana na ceramiczne produkty z LAS, co powoduje wewnętrzną zwilżalność przez stopione aluminium i zarazem poważne problemy. Dlatego też wprowadza się środek powodujący niezwilżalność.

Stwierdzono ponadto, że nie można zmniejszyć tej zwilżalności przez wprowadzenie znanych składników niezwilżających w recepturach ceramicznych produktu według wynalazku, ponieważ takie

PL 191 425 B1 składniki dążą do przereagowania z LAS podczas procesu wypalania powodując utratę ich zdolności działania jako środków nadających niezwilżalność.

Przez wprowadzanie środków nadających niezwilżalność do wypalanego produktu ceramicznego z LAS, nie są naruszane w niekorzystny sposób własności rozszerzalności cieplnej produktu ceramicznego.

Ponadto zgodnie z wynalazkiem środek nadający niezwilżalność zawiera siarczan baru (BaSO4), który stanowi dobrze znany środek nadający niezwilżalność w przemyśle ceramicznym.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest sposób polepszania niezwilżalności ceramicznych produktów z LAS określonych powyżej, który obejmuje etap wprowadzania środka nadającego niezwilżalność w postaci BaSO4 do ceramicznego produktu z LAS po jego wypaleniu.

W jednej z postaci wykonania można wprowadzić BaSO4 do wypalonego produktu ceramicznego z LAS przez impregnowanie półporowatego wypalanego ceramicznego produktu z LAS, przy czym nasyca się wodnym roztworem siarczku baru (BaS), który po wysuszeniu utlenia się in situ do BaSO4.

Takie utlenianie można przeprowadzić przez kalcynowanie wysuszonego produktu w temperaturze 500-800°C w utleniającej atmosferze.

Można stosować handlowy BaS, lub można wytworzyć BaS przez redukcję BaSO4 za pomocą węgla w temperaturze 1190°C, lub za pomocą amoniaku w 1000°C.

W innej postaci wykonania wynalazku można wprowadzić BaSO4 przez impregnowanie półporowatego wypalonego ceramicznego produktu z LAS roztworem BaCl2, a następnie obróbkę produktu kwasem siarkowym do spowodowania strącenia się BaSO4 w porach produktu ceramicznego.

Korzystnie roztwór BaCl2 stanowi roztwór nasycony, a kwas siarkowy obejmuje rozcieńczony kwas siarkowy.

Roztwór BaCl2 może być wytworzony albo przez rozpuszczenie BaCl2 w wodzie lub przez obróbkę BaCO3 kwasem chlorowodorowym.

W korzystnej postaci wykonania wynalazku produkt ceramiczny według wynalazku zawiera zasadniczo 100% LAS (masa w stosunku do masy).

Przedmiotem wynalazku jest również sposób formowania produktu ceramicznego określonego powyżej, charakteryzujący się tym, że obejmuje etapy wypalania petalitu w subtelnie rozdrobnionej postaci w temperaturze między 1150°C a 1210°C i impregnowanie wypalonego produktu środkiem nadającym niezwilżalność.

Korzystnie produkt formuje się dowolnym sposobem spośród następujących metod: formowania z gęstwy, formowania przez wytłaczanie lub wtrysk, prasowania z suchej masy lub prasowania mokrej masy.

Korzystnie w sposobie według wynalazku subtelnie rozdrobniony petalit zawiera mieszaninę dwóch frakcji:

- pierwszej frakcji o przeciętnym wymiarze cząstek wynoszącym 1 mikrometr, stosowanej z udziałem 50do 100% masowych w przeliczeniu na całkowitą masę i

- drugiej frakcji o przeciętnym wymiarze cząstek wynoszącym 75 mikrometrów, stosowanej z udziałem 0-50% masowych w przeliczeniu na całkowitą masę.

Najkorzystniejszy sposób realizacji wynalazku

Dostarcza się półporowatego ceramicznego produktu z LAS według wynalazku zawierającego 100 % LAS (masa w stosunku do masy), przez formowanie odpowiedniej ilości petalitu w postaci subtelnie rozdrobnionej jednym z konwencjonalnych sposobów, takim jak odlewanie z gęstwy, formowanie przez wytłaczanie lub wtrysk, lub prasowanie wilgotnej masy lub prasowanie z masy suchej i wypalenie uformowanego produktu w temperaturze między 1150°C a 1210°C.

Korzystnie wspomniany subtelnie rozdrobniony petalit obejmuje mieszaninę dwóch frakcji:

- pierwszej frakcji o przeciętnych wymiarach cząstek rzędu 1 mikrometra stosowanej z udziałem 50 do 100% (masa w stosunku do masy); i

- drugiej frakcji o wymiarach cząstek mniejszych niż 75 mikrometrów, stosowanej z udziałem od 0-50% (masa w stosunku do masy)

Niezwilżalność wspomnianego ceramicznego produktu z LAS jest polepszana według wynalazku przez wprowadzanie do produktu BaSO4, jako środka nadającego niezwilżalność, jednym z dowolnych następujących dwóch sposobów:

1. Impregnacja bas (i) Wytwarza się roztwór BaS przez dokładne zmieszanie jednej części masowej BaSO₄ z połową części masowej węgla i wypalenie mieszaniny w temperaturze 1190°C przez 2 godziny;

PL 191 425B1 (ii) Jedną część masową produktu z etapu (i) dodaje się do czterech części masowych wody, gotuje się przez 12 godzin i odsącza się ciało stałe;

(iii) Roztwór uzyskany w etapie (ii) utrzymuje się w stanie wrzenia i zanurza się półporowaty ceramiczny produkt z LAS do wrzącego roztworu na 15 minut;

(iv) impregnowany produkt suszy się powietrzem a następnie kalcynuje w temperaturze 500800°C przez 3 godziny.

2. Impregnacja BaCl?

(i) Wytwarza się nasycony roztwór BaCl2 przez rozpuszczenie 59 g BaCl2 w 100 ml H2O w 100°C . [Alternatywnie 1 kg BaCO3 w 0,95 kg H2O obrabia się 1,11 kg HCl (o stężeniu objętościowym 33 %) do postaci nasyconego roztworu BaCl2];

(ii) Przygotowuje się rozcieńczony roztwór H2SO4 (stężenie nie jest krytyczne, przykładowo 50% (objętościowo);

(iii) Schłodzony półporowaty ceramiczny produkt z LAS po wypalaniu impregnuje się wrzącym roztworem BaCl2;

(iv) Produkt ceramiczny schładza się w celu strącenia BaCl2 w porach produktu ceramicznego;

(v) Usuwa się nadmiar wody z produktu ceramicznego pod próżnią;

(vi) Impregnuje się kształtkę ceramiczną rozcieńczonym H2SO4, który reaguje z BaCl2 powodując strącanie się BaSO4 wewnątrz porów produktu ceramicznego;

(vii) Produkt ceramiczny suszy się i kalcynuje w 700°C w celu usunięcia wszystkich części lotnych.

W obu wypadkach formuje się produkt ceramiczny z LAS, który jest zasadniczo niezwilżalny stopionym aluminium.

Należy także stwierdzić, że wynalazek obejmuje także swym zakresem produkt ceramiczny zLAS, którego niezwilżalność polepszona została przez wprowadzenie BaSO4 dowolnym ze wspomnianych dwóch sposobów.

Wyniki uzyskiwane dla produktu według wynalazku

Podczas porównywania produktu ceramicznego z LAS według wynalazku z produktami stosowanymi konwencjonalnie przy obchodzeniu się ze stopionym aluminium uzyskano wyniki podane poniżej.

Przy zestawianiu tych wyników, znaczenie odpowiedniej właściwości ogniotrwałej oceniana była w skali 1-10 a następnie mnożona przez ocenę (1-10) konkretnego materiału ceramicznego w odniesieniu do tej właściwości, w celu stworzenia znormalizowanej uszeregowanej listy różnych materiałów pod kątem ich łącznych wymagań eksploatacyjnych.

1. Porównywane produkty

Tytanian glinu (AT)

Stapiana krzemionka (FS)

Żeliwo (CI)

Płyty z włókien ceramicznych (CB)

Produkt ceramiczny z LAS (LAS)

2. Właściwości podlegające ocenie

Odporność na szok cieplny

Odporność na zwilżanie

Przewodnictwo cieplne/pojemność cieplna

Wytrzymałość

3. Ocena materiału

3.1. Szok cieplny (x 10) (10) (8) (5) (5)

AT

FS

CI

CB

LAS

3.2 Zwilżalność (x 8)

AT

FS

CI

CB

LAS (100) (100) (100) (60) (100) (80) (32) (0) (80) (80)

PL 191 425 B1

3.3. Przewodnictwo cieplne/pojemność cieplna (x 5)

AT	3	(15)
FS	8	(40)
CI	0	(0)
CB	10	(50)
LAS	10	(50)

3.4 Wytrzymałość (x 5)

AT	10	(50)
FS	6		(30)
CI	10		(50)
CB	2		(10)
LAS	10		(50)
Ocena łączna
Tytanian glinu		(AT)	(245) = ±9
Stapiana krzemionka	(FS)	(207) = ±7
Żeliwo		(CI)	(150) = ±5
Płyty z włókien ceramicznych	(CB)	(200) = ±7
Produkt ceramiczny z LAS	(LAS)	(280) = ±10

Z powyższych wyników wynika wyraźnie, że ceramiczny produkt z LAS według wynalazku stosowany do obsługi stopionego aluminium wykazuje znacznie lepsze własności ogólne niż wyżej wspomniane znane produkty.

Należy także stwierdzić, że bez wątpienia, możliwe jest wiele szczególnych odmian ceramicznego produktu według wynalazku zgodnie z zastrzeganym zakresem.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Produkt ceramiczny, znamienny tym, że zawiera przynajmniej 70% udziału masowego krzemianu glinu litu (LAS) w przeliczeniu na całkowitą masę oraz środek nadający niezwilżalność.
2. Produkt ceramiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że krzemian glinu litu obejmuje petalit w subtelnie rozdrobnionej postaci, któryzostał wypalony w temperaturze między 1150°C a 1210°C.
3. Produkt ceramiczny według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera zasadniczo 100% udziału masowego krzemianu glinu litu w przeliczeniu na całkowitą masę.
4. Produkt ceramiczny według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że środek nadający niezwilżalność, wprowadza się do produktu ceramicznego z LAS po wypaleniu.
5. Produkt ceramiczny według zastrz. 3, znamienny tym, że środek nadający niezwilżalność, wprowadza się do produktu ceramicznego z LAS po wypaleniu.
6. Produkt ceramiczny według zastrz. 4, znamienny tym, że środek nadający niezwilżalność zawiera siarczan baru.
7. Produkt ceramiczny według zastrz. 5, znamienny tym, że środek nadający niezwilżalność zawiera siarczan baru.
8. Produkt ceramiczny według zastrz. 1 albo 2, albo 5, albo 6, albo 7, znamienny tym, że wykazuje gęstość teoretyczną mniejszą niż 70%.
9. Produkt ceramiczny według zastrz. 3, znamienny tym, że wykazuje gęstość teoretyczną mniejszą niż 70%.
10. Produkt ceramiczny według zastrz. 4, znamienny tym, że wykazuje gęstość teoretyczną mniejszą niż 70%.
11. Sposób polepszania niezwilżalności produktu ceramicznego określonego w zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje etap wprowadzania środka nadającego niezwilżalność w postaci siarczanu baru do produktu ceramicznego z LAS po jego wypaleniu.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że siarczan baru wprowadza się do wypalonego produktu ceramicznego z LAS przez impregnowanie półporowatego wypalanego produktu ceramicznego z LAS, przy czym nasyca się produkt wodnym roztworem siarczku baru (BaS), który po wysuszeniu utlenia się in situ do BaSO4.
13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że utlenianie się przez kalcynowanie wysuszonego produktu w temperaturze 500-800°C w utleniającej atmosferze.

PL 191 425B1
14. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że siarczan baru wprowadza się do wypalonego produktu ceramicznego z LAS przez impregnowanie półporowatego wypalonego produktu ceramicznego z LAS roztworem BaCl2 a następnie obróbkę produktu kwasem siarkowym, przy czym strąca się BaSO4 wewnątrz porów ceramicznego produktu.
15. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że roztwór BaCl2 stanowi roztwór zasadniczo nasycony a kwas siarkowy stanowi rozcieńczony kwas siarkowy.
16. Sposób formowania produktu ceramicznego określonego w zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje etapy wypalania petalitu w subtelnie rozdrobnionej postaci w temperaturze między 1150°C a 1210°C i impregnowanie wypalonego produktu środkiem nadającym niezwilżalność.
17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że produkt formuje się dowolnym sposobem spośród następujących metod: formowania z gęstwy, formowania przez wytłaczanie lub wtrysk, prasowania z suchej masy lub prasowania mokrej masy.
18. Sposób według zastrz. 16 albo 17, znamienny tym, że subtelnie rozdrobniony petalit zawiera mieszaninę dwóch frakcji:

- pierwszej frakcji o przeciętnym wymiarze cząstek wynoszącym 1 mikrometr, stosowanej z udziałem 50 do 100 % masowych w przeliczeniu na całkowitą masę i

- drugiej frakcji o przeciętnym wymiarze cząstek wynoszącym 75 mikrometrów, stosowanej z udziałem 0-50 % masowych w przeliczeniu na całkowitą masę.