CN115151356B 铸造元件以及使用低温凝固制造其的方法 （新泽西鲁特格斯州立大学）

2022.08.23PCT/US2020/0670352020.12.24WO2021/134025EN2021.07.01US4226626A,1980.10.07WO2018175769A1,2018.09.272形成包含固体无机粘结剂材料或其前体的水其中所述固化包括在15℃至350℃的温度和0.5psig至5000psig的压力下用CO2渗透经形成包含固体无机粘结剂材料或其前体的水其中所述固化包括在15℃至350℃的温度和0.5psig至5000psig的压力下用CO2渗透经所述固体无机粘结剂材料与a)一种或多种粘土；b)胶体二氧化硅其中所述固体无机粘结剂材料与a)一种或多种粘土；b)胶体二3无机粘结剂材料包含纯度为95wt％或更高的单2渗透经成型的浆料将所述硅酸一钙至少部分地转化为砂型铸造铸件中的碳将所述浆料加热至4℃至350℃范围内的温度；通过使涂层冷却至低于40℃的温度而使涂层胶凝化。15.根据权利要求14所述的方法，其中使浆料成型还包括重复浸渍和胶凝化至少一次16.根据权利要求14所述的方法，其中所述固体无机粘结剂材料包含选自以下的至少固化包括在15℃至350℃的温度和0.5psig至5000psig的压力下用CO2渗透经成型的浆所述粘结剂前体包括ZrO2和TiO2中的至所述粘结剂前体包括氧化锆和二氧化钛中的至419.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述粘结剂前体包括化学式为ABO3中其中该方法包括用CO2渗透经成型的浆料并将ABO3至少部分地转化为A位金属碳酸盐和20.根据权利要求18所述的方法，其中所述22.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述固体无机粘结剂材料包括MgO和23.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其25.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括将熔融金属施加到所述铸造元件，形成包含固体无机粘结剂材料和热可逆添加剂的水性第将第二浆料加热至40℃至250℃的温度；将模样浸渍在经加热的第二浆料中以在第一通过使第二涂层冷却至低于40℃的温度而使第二涂层胶凝化；在15℃至350℃的温度和0.5psig至5000psig的压力下通过用CO2渗透第二涂层以形成5形成包含固体无机粘结剂材料和热可逆添加剂的水性第将第二浆料加热至40℃至250℃的温度；将模样浸渍在经加热的第二浆料中以在第一通过使第二涂层冷却至低于40℃的温度而使第二涂层胶凝化；在15℃至350℃的温度和0.5psig至5000psig的压力下通过用CO2渗透第二涂层以形成30.根据权利要求26-29中任一项所述其中该方法进一步包括将额外的锆石砂施加到第一涂层；32.一种铸造用铸造元件，其由权利要求26-31中任粘结剂，其包含与粘土、气相二氧化硅和锌或稀土镧系离子的33.一种铸造用铸造元件，其由权利要求26-31中任粘结剂，其包含与粘土、气相二氧化硅和锌或稀土镧系离子的636.根据权利要求32-35中任一项所述的铸造元在15℃至350℃的温度和0.5psig至5000psig的压力下通过用CO2渗透浆料以至少部分在15℃至350℃的温度和0.5psig至5000psig的压力下通过用CO2渗透浆料以至少部分41.根据权利要求37-40中任一项所述的方法，其中所述固体无机氧化物材料包含2渗透浆料至少部分地将CaSiO3转化为砂型铸造铸件中的碳酸钙。其中所述耐火砖包含通过碳酸镁颗粒相互结合的MgO颗粒，43.根据权利要求37-40中任一项所述的方法，其中所述浆料748.根据权利要求44-47中任一项所述的耐火砖，其中所述耐火砖主要由较大的MgO颗49.一种用于容纳熔融金属的钢包或鼓风炉，其内表面内衬有权利要求48[0002]本申请要求2019年12月24日提交的美国临时专利申请第62/95[0004]砂型铸造和熔模铸造工艺涉及使颗粒或粒状耐火材料围3方法包括用CO2渗透经成型的浆料并且将ABO3至少部分地转化为A位金属碳酸盐和B位金属二氧化物。技术的应用包括例如用于砂型铸造和熔模铸造的铸造用铸造元件或用于耐火9涂层冷却至低于约50℃的温度使第二涂层胶凝化；用CO2渗透第一和第二涂层以固化第一H2O凝胶。任选的附加组分包括例如粘土、气相二氧化硅和锌或稀土镧系离子的可溶性前物材料的水性浆料，并且用CO2渗透该浆料以至少部分地将固体无机氧化物材料转化为固个实施方案的内衬有耐火砖的钢包的示意性的附图标记来指代相同或相似的部分。对特定示例和实施方式的引用是出于说明性目的，且可用于冶金工艺(诸如金属铸造)中使用的钢包的内衬，和/或它可以指由耐火材料制成每个范围的端点相对于另一个端点是显著的并且独立[0020]在砂型铸造中，用于铸造模具的砂的化学结合的许多最先进的方法具有几个优[0026]根据本公开的各种实施方案，提供了克服传统铸造用铸造元件和方法的上述和/或其他缺点的新型铸造铸材和加工方法。各种实施方案提供了制造铸造用铸造元件的方分的固体无机粘结剂材料(例如，固体无机粘结剂材料占整个粘结剂材料的大于50原子百可以由陶瓷粉末和/或金属氧化物陶瓷前体材料形成，例如硅酸钙(CaSiO3)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)、氧化钇稳定的氧化锆、氧化镧(La2O3)、氧化镁(MgO)、氧化铁(Fe2O3叶片混合器或其他混合过程将固体无机粘结剂材料的颗粒与耐火砂充分混合。可以将水、粘土和其他添加剂添加到该混合物中以例如形成均匀混合物或具有适合成型的粘度的非至约80℃,约30℃至约80℃、约40℃至约60℃、约40℃至约50℃、或约50℃至约70℃的温度下且压力范围为约20psig至约100psig、约30psig至约80psig、约40psig至约80psig、约50psig至约80psig或约50psig至约70psig的情加热的浆料中以形成热可逆浆料(例如溶胶-凝胶)，其中固体无机粘结剂材料颗粒和耐火纤维素。可将浆料加热至约50℃至约100℃,例如约60℃至约90℃,或约65℃至约85℃的温[0035]上述模具和/或型芯的固体无机粘结剂的一种优选固化形式是基于反应性低温凝般的rHLPD过程始于具有互连孔隙的多孔材料基质。多孔网络被包括溶剂和可溶性反应性的反应产物。足够快速的水热反应动力学允许该过程在低于500℃,例如低于约250℃的温度下进行。例如，该过程可能发生在大约25-300℃[0037]在本发明的实施方案的上下文中，混合的固体无机颗粒和/或耐火材料颗粒形成通过RLTS强化的多孔基质。液体组分可以是含有与固体无机粘结剂材料颗粒和/或主要耐合机制可能是磷酸(H3PO4)水溶液与混合的CaSiO3反应形成透钙磷石(CaHPO4-2H2O)和二氧[0040]CaSiO3到CaHPO4-2H2O和SiO2的完全转化导致近300％的净体积增加。其他合适的用似乎没有充分认识到无机组分的初始粒度和形态如何影响材料的性能和最终微观结构，200℃,例如约105℃至约140℃,约110℃至约130℃,或约120℃的加压蒸汽进行渗透。可以至约30分钟，例如约10分钟至约20分钟的时间段。涉及粘结剂材料或前体如La2O3、MgO/积填充机制可以是由CaSiO3与溶解在水溶液中的CO2反应形成碳酸钙(CaCO3)和二氧化硅不会进行到完全反应。例如，反应可以将约50％至约99例如约60除了使用水和磷酸的式1的反应之外还进行使用二氧化碳的式3和4的碳酸化反应。在一些可以通过将耐火砂或粉末如MgO成型为砖形，然后用CO2渗透砖形材料以将MgO部分转化为粘结剂。这种耐火砖4可以基本上由氧化镁和碳酸镁组成，并且不包括特意添加的有机材磷酸铝(H3PO4)材料的固化形成MgO-Al2O3-Fe2O3-P2O5-[0055](5)MgO+Fe2O3+Al(H2PO4)3+H3PO4+H2O→MgHPO4-3H2O+FePO4-H2O+AlPO4-H2O+MgO-水溶液可包含约35wt％至约55wt例如约442wt例如约18wt％至约28wt％的H3PO4，和约22wt％至约42wt例如约27wt％至约37wt％的H2约1wt％至约20wt例如约5wt％至约15wt％的Fe2O3。可以通过例如将浆料填充成模样来面包括用于产生高度耐火并提供对此类金属所呈现的恶劣环境的抵抗力的粘合相的化学制造稳健的金属陶瓷或陶瓷陶瓷复合材料，这些复合材料可用于制造更耐用的模具和模[0064]将150g合成橄榄石砂(AFSGFN70)与6g硅酸钙和6g85％磷酸混合。将所得混合混合。将混合物夯入一个木制模具组中，该模具组包含制动盘模样(brakerotor[0067]然后将固化的上模和下模部件从高压釜中取出并组装到图2A所示的全制动盘模中显示所得制动盘具有可见的精细细节和高质量[0069]使用立式混合器将3500g硅砂(Wedron410级)与35g氧化镁粉末(d503μm)和[0071]将2200g硅砂(Wedron410级)与77g包含45wt％Al(H2PO4)将87g合成橄榄石砂(AFSGFN70)与10g3mol％氧化钇稳定的氧化锆粉末和3g去离子水混加热和高压液体流过。将外壳加热至200℃,将KOH/Sr(OH)2溶液在80psig下泵送通过外壳1[0078]在搅拌下将11gDarvan811分散剂(聚丙烯酸钠溶液)和15g氯化钾溶解到2kg去离子水中。将所得混合物加热至80℃,在此期间将20克κ角叉菜胶在搅拌下溶解到混合物加到加热的混合物中，同时使用以2500rpm转速旋转的叶片混合器进行混合，以形成含有[0079]将完全涂覆的铸造模样(即，用通过浸渍步骤形成的完整的热可逆凝胶涂层涂覆的铸造模样)悬挂在230L高压釜中并用CO2固化以在铸造模样上形成熔模铸造模具(例如外[0080]然后将固化的模具从高压釜中取出，并通过将组件倒挂于保持在150℃的对流烘6305)与稀释的胶体二氧化硅悬浮液混合，并将所得悬浮液以200rpm的速度再磁力搅拌30[0083]将干净的蜡模在60秒内缓慢浸入锆石浆料中并保持3-5秒，然后将模样从浆料中[0084]然后用实施例5的热可逆浆料浸涂经涂覆和干燥的模样。然后将完全涂覆的模样[0085]对于以下实施例，为每个熔模铸造模具或外壳成型方案提供了原材料混合和/或[0089]将1494g硅酸钙粉末、2490g熔融石英粉(Ranco-Sil-200目)和996g碳酸钙粉末以与实施例8中相同的方式混合和加热。以该3.635kg混合物代替实施例6中所述的热可逆浆随后，添加90g胶体二氧化硅悬浮液(Nalco1030)，并将所得悬浮液以300rpm再搅拌10分粉末、1716g熔融石英粉和150g筛分的重烧氧化镁粉末。如实施例10所述制备热可逆悬浮[0096]将碳酸钙粉末在马弗炉中在1300℃下烧制3小时。然后将所得重烧氧化钙粉末聚英粉和198g筛分的重烧氧化钙粉末。如实施例10所述制备热可逆悬浮液，将悬浮液和1.979kg粉末混合物混合以制备如实施例6所述的热可逆浆料，然后如实施例6所述将[0098]如实施例9中所述制备含有胶体二氧化硅的热可逆悬浮液，不同之处在于使用到浆料中没有任何可见的粉末聚集体。将均匀的浆料倒入预热的塑料容器(Bel-Art5分钟。一旦混合物足够均匀，使用压力为～18ksi的液压机将其成型为圆盘