壓鑄漿料及由其制成的用于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的耐火陶瓷的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于制備用作燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的熱氣通路中的擋熱板的耐火陶瓷的壓鑄漿料，該壓鑄漿料包括至少兩種具有不同熱膨脹系數(shù)的材料的微粒混合物以及有機(jī)和/或無機(jī)的粘合劑和浮選劑，其中所述微?；旌衔锞哂械闹睆揭院撩子?jì)的多峰粒徑分布為10～20重量%的直徑的尺寸范圍為1～5mm的粗顆粒、10～20重量%的直徑的尺寸范圍為0.5～1mm的中等顆粒以及60～80重量%的直徑的尺寸范圍最高達(dá)0.5mm的細(xì)顆粒，并且選擇顆粒尺寸分布的比例，使得它們相加為100重量%的微?；旌衔?。
【專利說明】壓鑄漿料及由其制成的用于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的耐火陶瓷
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制備根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用作燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的熱氣通路中的擋熱板的耐火陶瓷的壓鑄衆(zhòng)料(pressure casting slip),并且也涉及一種根據(jù)權(quán)利要求7的前序部分的用作燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的熱氣通路中的擋熱板的耐火陶瓷。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備基本上由壓縮機(jī)、燃燒器和燃?xì)廨啓C(jī)組成。在已抽入的空氣和設(shè)置在壓縮機(jī)增壓室的下游燃燒器中的燃燒室中的燃料混合之前，先將其在壓縮機(jī)中壓縮，然后燃燒該混合物。然后，位于燃燒室下游的燃?xì)廨啓C(jī)從所產(chǎn)生的燃燒廢氣抽出熱能并將其轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。與燃?xì)廨啓C(jī)連接的發(fā)電機(jī)將該機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能來發(fā)電。
[0003]現(xiàn)如今，燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，跟其它發(fā)電設(shè)備一樣，必須在全部荷載范圍內(nèi)保證最高效率的同時(shí)具有非常低的污染物排放。燃燒溫度的高低由法定的NOx值來限制。在燃燒器和燃?xì)廨啓C(jī)之間形成熱氣通路的燃燒室中的溫度通常位于約1300~1500攝氏度的數(shù)量級(jí)。為了能承受這樣的高溫，必須提供合適的抵抗熱氣體攻擊的燃燒室內(nèi)襯以便保護(hù)圍繞熱氣通路的部件和支撐結(jié)構(gòu)。
[0004] 該擋熱板能夠是金屬的或陶瓷的。對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備來說，因?yàn)榍治g性的熱氣體，優(yōu)選采用陶瓷材料。相比于金屬材料，該耐火陶瓷具有更好的耐高溫性和耐腐蝕性，并且也具有較低的導(dǎo)熱性。該陶瓷擋熱板所基于的材料是高含量α-氧化鋁的耐火陶瓷，例如可根據(jù)DE102008011820A1所記載的壓鑄漿料鑄造工藝來制備所述耐火陶瓷。
[0005]如今，燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備必須在非常短的時(shí)間內(nèi)適應(yīng)普遍的荷載條件。燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的組件和支撐結(jié)構(gòu)(即包括擋熱板)上的最高應(yīng)力出現(xiàn)在快速斷開基本荷載的時(shí)候。這種情況下，熱氣體的溫度在短時(shí)間內(nèi)能夠下降1000開爾文。由此在擋熱板中引起的熱突變要求該耐火陶瓷具有使高強(qiáng)度和高導(dǎo)熱性相結(jié)合成為可能的材料性質(zhì)，并且在高達(dá)約1500攝氏度及更高溫度下亦然。此外，該耐火陶瓷還必須具有高的抗開裂性。ΕΡ1327108Α1公開了符合上述性質(zhì)的耐火陶瓷，出于這個(gè)目的，該耐火陶瓷在特別受力的熱氣體一側(cè)具有不同于相對(duì)的較冷的燃燒室壁一側(cè)的平均粒徑分布。但是，這樣的粒徑分布具有以下缺點(diǎn)，在不同的孔徑分布的交界處能夠誘導(dǎo)額外的內(nèi)部應(yīng)力，這能夠?qū)鯚岚宓臒o源可靠性(passive reliability)產(chǎn)生負(fù)面影響。具有經(jīng)優(yōu)化的均勻的粒徑分布的陶瓷會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的無源可靠性產(chǎn)生正面影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種壓鑄漿料以及由其制成的耐火陶瓷，其具有高的抗熱突變性且由此特別適合用作燃?xì)廨啓C(jī)的熱氣通路中的擋熱板。
[0007]這一目的是通過具有權(quán)利要求1特征的壓鑄漿料來實(shí)現(xiàn)的。
[0008]由于該壓鑄漿料包含具有至少兩種不同熱膨脹系數(shù)的材料的微?；旌衔镆约坝袡C(jī)和/或無機(jī)的粘合劑和浮選劑，其中將該混合物的多峰粒徑分布的組成為:10~20重量％的直徑范圍為I~5mm的粗顆粒；10~20重量％的直徑范圍為0.5~Imm的中等顆粒；以及60~80重量％的直徑范圍最高達(dá)0.5mm的細(xì)顆粒，同時(shí)必須選擇重量分布的比例以便它們相加為100重量％的微粒混合物，從而給出了由所述壓鑄漿料制造的耐火陶瓷的總孔隙率，該耐火陶瓷特別優(yōu)選用于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備同時(shí)具有特別高的抗熱突變性。因而，根據(jù)本發(fā)明制備的這種耐火陶瓷具有和能夠可靠地抵抗在快速斷開或也通常在燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的啟動(dòng)和關(guān)閉過程出現(xiàn)的快速熱循環(huán)的材料一致的性能。
[0009]中等顆粒組分本身優(yōu)選包含至少20重量％的具有較小的熱膨脹系數(shù)的材料。這導(dǎo)致在該壓鑄漿料的燒制期間在顯微結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)內(nèi)部應(yīng)力，并且這些內(nèi)部應(yīng)力導(dǎo)致了由該壓鑄漿料制成的耐火陶瓷的強(qiáng)度的增加，并且從而導(dǎo)致了擋熱板的抗熱突變性能的改進(jìn)。
[0010]優(yōu)選提供黃原膠(xanthan)，特別是濃度最大為壓鑄漿料的0.05重量％的黃原膠作為粘合劑和浮選劑。黃原膠的使用導(dǎo)致壓鑄漿料中的多峰粒徑分布穩(wěn)定化。這種穩(wěn)定性是必要的，特別是對(duì)于復(fù)雜的擋熱板幾何結(jié)構(gòu)，以便在由所述壓鑄漿料制成的整個(gè)耐火陶瓷上，獲得所需的均一的孔徑分布以及由此獲得均一的孔隙率。
[0011]圖1示例性顯示了透過根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)制造的且設(shè)計(jì)作為用于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的擋熱板陶瓷的耐火陶瓷的示例性斷面的掃描電子顯微鏡圖片。在該斷面圖中，示例性地顯示出粗、中和細(xì)顆粒的均勻分布，其均勻地貫穿整個(gè)耐火陶瓷并且由此在整個(gè)陶瓷上造成了約18~20%所需的實(shí)質(zhì)上均一分布的孔隙率。
[0012]非常均勻的孔隙率的設(shè)置受所使用的粘合劑的影響微不足道。若提供一種硅質(zhì)粘合劑或多種硅質(zhì)粘合劑的組合作為粘合劑，就能夠獲得特別易于調(diào)制的壓鑄漿料。不同于從DE102008011820A1中已知的含粘固劑(cement)的、含磷酸鹽的、含氫氧化鋁的粘合劑，硅質(zhì)粘合劑僅在壓鑄漿料燒結(jié)的過程中凝結(jié)。為此目的，將由本發(fā)明的顆?；旌衔锝M成的可流動(dòng)的且可泵送的壓鑄漿料與水性的分散介質(zhì)和粘合劑體系混合，該顆?；旌衔镉苫?A1203、MgO、MgAl2O4, CaO, ZrO2, Cr2O3> CeO2, Y2O3> TiO2、鋁礬土、紅柱石、白云石、粘土熟料(chamotte)、尖晶石、莫來石的氧化物和/或基于SiC、C的非氧化物和/或包含這些的原材料組成。隨后，添加作為硅酸鹽粘合劑體系的高嶺土或粘土或膨潤(rùn)土或這三種硅酸鹽的組合，接著將壓鑄漿料于超大氣壓力下引入到以如下方式吸收液體的或可滲透壓鑄設(shè)備的液體的鑄模中，由微?；旌衔锝M成的模型是通過透過鑄模來除去存在于漿料中的液體在鑄模的模塑空間的內(nèi)部表面上形成的。
`[0013]任選地，如果提供由兩種多糖組成的粘合劑體系作為粘合劑，那么這導(dǎo)致較高的粘度，其通過以加壓或減壓的方式在鑄模中脫水會(huì)進(jìn)一步增加，以便在鑄模中的壓鑄漿料凝固化。這里優(yōu)選使用由黃原膠和瓜爾豆粉溶液組成的粘合劑體系，或者任選地以作為第一多糖或第二多糖的黃原膠或角豆樹種子粉(carob seed flour)或角叉菜膠(carrageenan)或瓊脂或西黃苗膠(tragacanth)或梧桐膠(karaya)或阿拉伯樹膠(gumarabic)或塔拉粉(tarakem flour)或魔芋精粉(konjak-mannan)或決明膠(cassia gum)為基礎(chǔ)的粘合劑體系。已經(jīng)出人意料地發(fā)現(xiàn)，相比于以相同的量與水混合的單一的多糖，該粘合劑體系的粘度對(duì)分散介質(zhì)/多糖的混合比例表現(xiàn)出更強(qiáng)的依賴性。甚至水/多糖混合物中的水分比例微小的減少就導(dǎo)致該粘合劑粘度的大幅增大。根據(jù)本發(fā)明，源于通過加壓或減壓方式在鑄模中脫水，該粘合劑體系的使用造成粘度的增加和粘合劑的交聯(lián)，以便鑄模中的模型凝固化。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備用作燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的熱氣通路中的擋熱板的耐火陶瓷的壓鑄漿料，包含至少兩種具有不同熱膨脹系數(shù)的材料的微?；旌衔?，以及有機(jī)和/或無機(jī)的粘合劑和浮選劑，其中所述微?；旌衔锞哂卸喾宓牧椒植?，其特征在于，所述多峰粒徑分布的組成為: -10~20重量％的直徑范圍為I~5mm的粗顆粒， -10~20重量％的直徑范圍為0.5~Imm的中等顆粒，以及 -60~80重量％的直徑范圍最高達(dá)0.5mm的細(xì)顆粒，并且 -選擇重量分布的比例，使得它們相加為100重量％的微?；旌衔?。
2.權(quán)利要求1所述的壓鑄漿料，其特征在于，所述中等顆粒部分本身包含至少20重量％的具有較小的熱膨脹系數(shù)的材料。
3.權(quán)利要求1或2所述的壓鑄漿料，其特征在于，提供黃原膠，特別是濃度最大為壓鑄漿料的0.05重量％的黃原膠作為所述粘合劑和浮選劑。
4.權(quán)利要求1或2所述的壓鑄漿料，其特征在于，提供由兩種多糖組成的粘合劑體系作為粘合劑。
5.權(quán)利要求4所述的壓鑄漿料，其特征在于，所述粘合劑體系由黃原膠和瓜爾豆粉溶液組成。
6.權(quán)利要求1或2所述的壓鑄漿料，其特征在于，提供一種硅質(zhì)粘合劑或多種硅質(zhì)粘合劑的組合作為所述粘合劑。
7.一種由權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的壓鑄漿料通過干燥和煅燒而制成的用作燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的熱氣通路中的擋熱板的耐火陶瓷，其特征在于，所述耐火陶瓷整體具有18~20%的孔隙率。
8.權(quán)利要求7所述的耐火陶瓷，其特征在于，干燥和煅燒前分配所述壓鑄漿料中的顆粒尺寸，從而形成具有實(shí)質(zhì)上均一孔徑分布的耐火陶瓷。
【文檔編號(hào)】C04B35/06GK103732560SQ201280039569
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月16日
【發(fā)明者】C.阿內(nèi)基里斯, H.格羅特, F.蘭格, N.格拉赫, U.克利佩爾, S.沙福納, H.斯派克 申請(qǐng)人:西門子公司