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JPH0225877B2 - - Google Patents
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JPH0225877B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0225877B2
JPH0225877B2 JP15564884A JP15564884A JPH0225877B2 JP H0225877 B2 JPH0225877 B2 JP H0225877B2 JP 15564884 A JP15564884 A JP 15564884A JP 15564884 A JP15564884 A JP 15564884A JP H0225877 B2 JPH0225877 B2 JP H0225877B2
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JP
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weight
slurry
particulate mixture
coating
layer
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JP15564884A
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Japanese (ja)
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Binsento Sara Reimondo
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Union Carbide Corp
Original Assignee
Union Carbide Corp
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Publication date
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Publication of JPH0225877B2 publication Critical patent/JPH0225877B2/ja
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  • Anti-Oxidant Or Stabilizer Compositions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は炭素電極または黒鉛電極などの炭素
質製品、特に酸化防止コーテイングを施用され、
高温における酸化と浸食に対し防護された炭素質
製品の製法に関するものである。さらに特異なア
スペクトにおいて、この発明は、製鋼用電弧炉中
の高温における炭素電極または黒鉛電極の酸化防
止の改良に向けられている。 炭素質製品は高温において特別の性質を示すが
故に、化学工業と治金工業において今日広く使用
されている。例えば電弧炉において黒鉛電極が使
用されている。これは、黒鉛電極が炉の高温中に
おいてすぐれた導体であり、またすぐれた機械的
強さとすぐれた耐熱性を示すからである。 しかし炭素質製品の大きな欠点は、高温におい
て、約500℃以上で急速に炭化し、また浸食する
ことである。この問題は特に電弧炉用黒鉛電極の
場合において激しい。この種の電極が酸化し浸食
するに従つてこれを定期的に取替えなければなら
ず、これは鋼の最終コストに大きく影響する。 炭素質製品、特に炭素電極または黒鉛電極の表
面上に酸化防止コーテイングを使用することが提
案されている。これらの保護コーテイングは、た
とえば炭化物、ケイ化物および金属によつて構成
されている。これらのコーテイングは電弧加熱、
火炎溶射加熱または真空加熱などの種々の公知の
方法を用いて、製品の表面上に施用されている。
しかしながら、これらの保護コーテイングについ
ての問題点は、厳しい熱衝撃に耐えられないこと
であつた。たとえば被覆された黒鉛電極が約1200
℃以上の高い炉温度に加熱され、次に急速に冷却
された場合に、このような状態が見られる。保護
コーテイングはこのような厳しい条件のもとにク
ラツクを生じ、またスポレーシヨンを生じる場合
もあり、このようにして黒鉛基質を酸化作用に露
出する。保護コーテイングのこのような破壊の主
原因は、コーテイングの熱膨張係数が黒鉛基質の
膨張係数と一致しないこと、またコーテイングが
黒鉛に対して十分に接着されていないことにあ
る。このようにして、保護コーテイングと黒鉛基
質が相異なる速度で膨張収縮し、これによりコー
テイング内部およびコーテイング/黒鉛界面にお
いて高内部応力を生じる。 英国特許第1166429号は、酸化防止コーテイン
グを備えた成形炭素体または黒鉛体を開示してい
る。このコーテイングは、コーテイングに対して
施用されるプライマー層と、プライマー層に施用
される金属表面層とを含む。プライマー層は90〜
100重量%のケイ素と、0〜10重量%の、ナトリ
ウム、窒素、マグネシウム、カルシウム、ホウ素
およびアルミニウムのいずれか1種または複数種
とからなる。金属表面層は85〜100重量%のアル
ミニウムと、0〜15重量%の、たとえばナトリウ
ム、マグネシウム、ホウ素、ケイ素およびリンを
含む1種または複数種の金属あるいは化合物とか
らなる。プライマー層と金属表面層は、炭素体ま
たは黒鉛体に対して火炎溶射技術によつて施用さ
れる。金属表面層は電極の動作温度前後で融解し
または軟化して、コーテイングの中にその施用中
に発生した細孔を密封する。しかし、この二重層
コーテイングの欠点は、ケイ素金属含有プライマ
ー層が施用しがたく、高価であり、また黒鉛基質
に対する接着が容易でないことである。さらに、
コーテイング中の低温酸化生成物がスポレーシヨ
ンと浸食を受ける。 米国特許第3140193号(ケーン)は二重層保護
コーテイングを有する黒鉛電極を開示している。
そのコーテイングの内側層は多孔質炭化ケイ素か
らなり、外側層は金属ケイ素からなる。この保護
コーテイングも、内側層が黒鉛に対して接着しな
いが故に同一の限界がある。 故に、先行技術の問題を避け、最も厳しい条件
または乱用条件においても酸化に対する非常に有
効な保護をなし、安価で、大規模生産に適合し
た。炭素質製品、特に炭素電極または黒鉛電極に
おいて使用するための改良型酸化防止コーテイン
グがこの工業分野において必要とされている。 この発明によれば、高温における酸化と浸食に
対して防護された炭素質製品を製造する方法にお
いて、 (a) 乾燥成分の全重量に対する重量%において30
乃至75重量%のムライト、12重量%までのシリ
カ、15乃至60重量%のアルミニウム、5乃至11
重量%のケイ素含有結合材を含む粒状混合物を
炭素質基質の表面に施用する段階と、 (b) シリカがアルミニウムによつて還元されて酸
化アルミニウムとケイ素とを生じる温度に、前
記粒状混合物を加熱する段階とを含む方法が提
供される。 このようにして炭素質基質の表面に施用され
たセラミツクス耐火性物質からなる酸化防止コ
ーテイングは柔軟(compliant)で多孔性であ
るから、このコーテイングは、コーテイング層
と炭素質基質との熱膨張係数の差違によつて発
生する高内部応力の大部分を吸収する。さらに
セラミツクス耐火性物質は低強度であるから、
その引張り強さはコーテイング層と基質との接
着部のせん断力より小であるから、コーテイン
グはその組織内部に微小亀裂を生じることによ
つて非常に高い内部応力を解除し、コーテイン
グ層/基質界面における決定的破壊を防止する
ことができる。 好ましくはプライマー層または下層として、
前記と同一の柔軟な多孔性低強度コーテイング
を使用し、炭素質製品の表面に二重層酸化防止
コーテイングを施用する。この下層(base
layer)に対して上層(cover layer)がかぶせ
られて接着され、上層は約750℃以上の温度で
可塑性になり流動する剛性ガラス質物質からな
る。 オプシヨンとして、この発明の方法は剛性ガ
ラス質上層(cover layer)を形成する追加段
階を含むことができる。これは (c) 前記(a)段階の粒状材料に対して、(b)段階の前
またはあとにおいて、約750℃以上の融点を有
するガラス質物質を含有する第2粒状材料を施
用する段階と、 (d) 前記ガラス質物質を融解しまたは軟化するに
十分な高温まで第2粒状材料を加熱する段階
と、 (e) ガラス質物質を冷却して剛性ガラス質上層を
形成する段階とを含む。 好ましくは、第1粒状材料は炭素質製品に対し
て水性スラリの形で施用され、次に、製品面に固
着した連続層を生じる条件で乾燥させる。次に第
2粒状材料を同じく水性スラリの形でこの連続層
に施用し、第1連続層に固着した第2連続層を生
じる条件で乾燥させる。次にこの被覆された製品
を高温加熱して、第1層と第2層におけるコーテ
イング組成を同時に硬化させる。 ムライト(3Al2O3・2SiO2)は非常に公知のセ
ラミツクス材料である。これはセラミツクス工業
において種々の用途に広く使用されている。ムラ
イトは、粘土、長石、カイヤナイトなどを約1300
℃以上の温度に加熱することによつて作られる。
ムライトの製造方法は米国特許第3857923号およ
び第3922333号において開示されている。 この発明は、炭素質製品の表面に対して、ムラ
イト、シリカ、アルミニウムまたはアルミニウム
合金およびケイ素含有結合剤、たとえばケイ酸ナ
トリウムの混合物を含有する粒状材料を施用し、
次のこの粒状材料を約1000℃以上の高温まで加熱
することによつて柔軟な、多孔性、低強度セラミ
ツクス耐火コーテイングを炭素質製品の表面に接
着できるという発見に基づいている。この加熱温
度に、アルミニウムがシリカと反応して、酸化ア
ルミニウムとケイ素の粒子を生じる。またアルミ
ニウムはケイ素含有結合剤を分解して、粒子間に
多数の空〓スペースが形成される。これはコーテ
イングの多孔率に大きく役立つ。さらに反応中
に、ムライト、酸化アルミニウムおよび金属ケイ
素の粒子は相互に弱く焼結されて、コーテイング
の強さと剛さを低下させる。 また高温においてムライト、シリカ、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金が相互作用して、独
特の繊維質セラミツクス材料を生じることが予想
外に発見された。これらの繊維は、粒子間空〓ス
ペース内部に配置された集塊として形成され、ま
たコーテイングの低剛さと柔軟特性に大きく役立
つ。またこれらの繊維は黒鉛基質の細孔内部で形
成され、コーテイング/基質界面において強い接
着をなすことも発見された。 この発明の実施に際して、ムライト、シリカ、
アルミニウムおよびケイ素含有結合剤、たとえば
ケイ酸ナトリウムの粒子を相互に混合することに
よりコーテイング組成が作られる。このコーテイ
ング組成は約30〜75重量%のムライトと、12重量
%までのシリカと、約15〜60重量%のアルミニウ
ムと、約5〜11重量%のケイ素含有結合剤とを含
むことができる。ブラツシング、噴霧または類似
の手段によりコーテイング組成を炭素質製品の表
面に均一に施用させるコンシステンシを有するス
ラリを形成するのに十分量の水を混合物に対して
加える。 二重層コーテイングの下層を形成するために使
用されるコーテイング組成物中のアルミニウム量
は、好ましくは乾燥混合物(たとえばムライト、
シリカ、アルミニウムおよび固体ケイ酸ナトリウ
ム)の約15〜35重量%の範囲内に保持される。も
しアルミニウムの量がこの所要範囲以下であれ
ば、高温加熱サイクルに際して、コーテイングが
黒鉛基質に接着せず、スポレーシヨンを生じる。
これに反してコーテイング組成が前記範囲以上の
アルミニウム量を含有すれば、二重層コーテイン
グの場合、炭化ケイ素を含有する上層が下層を不
均一に被覆する傾向を示すであろう。 コーテイング組成物に使用される種々の混合物
成分の粒径は厳密に臨界的ではない。一般に、ム
ライト、シリカおよびアルミニウムの粒子は約5
〜350ミクロンの範囲内に保持される。たとえば
主として−74〜+44ミクロン商業グレードのアル
ミニウム粉末を使用することができる。ケイ素含
有結合剤は好ましくはケイ酸ナトリウムとする
が、ケイ酸カリウム、ケイ酸エチルおよびコロイ
ド状シリカなどの他の材料を使用することもでき
る。ケイ酸ナトリウムは乾燥粉末として使用し、
または液体たとえば水ガラスとして使用すること
ができる。 スラリは炭素質製品に対して、ブラツシングま
たは噴霧などの通常の方法を用いて施用される。
比較的厚い湿つた均一な粒状層をもつて、保護さ
れるべき全面をカバーするように注意しなければ
ならない。この層を適当に常温で約1〜2時間乾
燥する。またこの層をたとえば乾燥炉の中で、中
程度の高温で加速条件乾燥することもできる。も
し必要なら、下層の厚さを増大するため、乾燥し
た第1層に対して同様にしてスラリを再び施用す
ることができる。好ましくは乾燥した層の厚さは
約0.51〜2.54mm(0.020〜0.100インチ)の範囲内
とする。 乾燥が終了したのち、もし望むならば、組成物
を硬化してこの発明による単一層コーテイングを
なすため、この製品を約1000℃以上の高温に加熱
する。この単一層コーテイングは通常、中程度の
酸化条件において炭素質製品に対するすぐれた防
護をなす。しかしながら、最適酸化防護をなすた
めには、炭素質製品の表面上に二重層コーテイン
グを使用することが好ましい。この二重層コーテ
イングは、乾燥後に下層に対して、好ましくは
750℃の低い融点を有する剛性ガラス質物質から
なる上層を施用することによつて得られる。この
ような温度において、ガラス層上層は可塑性また
流動性となり、加熱サイクルに際して下層に生じ
た微小亀裂を密封する。同時に下層は多孔率と粒
子間の弱い焼結とにより、低弾性係数を有して柔
軟である。その結果、下層は、コーテイングと黒
鉛基質との間の熱膨張係数の差違によつて生じる
高内部応力を吸収することができる。さらに、下
層の引張り強さは、下層と黒鉛との間の界面のせ
ん断力よりはるかに小である。従つて、下層は接
着力よりも強さが低く、例外的に高い応力が発生
した場合、下層はコーテイングが界面から離脱し
あるいは破壊する以前に微小亀裂を生じることに
よつて張力を失なう。下層中に生じる微小亀裂
は、場合によつて再び高温に加熱することによ
り、ガラス質上質によつて密封される。 この発明による上層を製造するために、種々の
ガラス質物質を使用することができる。たとえば
ムライト、シリカ、炭化ケイ素または炭化ホウ素
またはその両者、およびケイ素含有結合剤たとえ
ばケイ酸ナトリウムの粒子を混合することによつ
て作られた他種のコーテイング組成から上層を作
ることができる。このコーテイング組成は70重量
%までのムライトと、14重量%までのシリカと、
約5〜95重量%の金属炭化物と、約5〜14重量%
のケイ素含有結合剤とを含むことができる。好ま
しくは、コーテイング組成中の金属炭化物として
炭化ケイ素を使用する。前記の場合と同様に、ブ
ラツシング、噴霧または類似の方法によつて下層
の乾燥面にコーテイング組成を均一に施用するこ
とのできるコンシステンシを有するスラリを形成
するに十分量の水を混合物に対して添加する。 このコーテイング組成中に使用される炭化ケイ
素または炭化ホウ素は混合物の量の少なくとも約
5%の量使用される。これより少ない量用いれ
ば、ガラス質上層が薄片状になり、下層に対して
固着しない。 このコーテイング組成において使用される混合
物成分の粒径は種々であるが、好ましくはたとえ
ば、約5〜350ミクロンの範囲内に保持される。
炭化ケイ素粒子は74ミクロン以下の商業グレード
のSiC粉末とすることができる。この場合にもケ
イ素含有結合剤はケイ酸ナトリウムが好ましい
が、ケイ酸カリウム、ケイ酸エチルまたはコロイ
ド状シリカなどの他の材料も使用することができ
る。ケイ酸ナトリウムは乾燥粉末として、または
液体として、たとえば水ガラスとして使用するこ
とができる。 乾燥されたが硬化されていない下層面に対し
て、ブラツシングまたは噴霧などの通常法を用い
てスラリを施用する。比較的厚い湿つた均一な果
粒層をもつて下層面全部を被覆するように注意す
る。次にこの層を乾燥して水分を除去し、下層に
接着した硬い連続層を生じる。この層は常温で乾
燥させることができ、あるいは乾燥オーブンの中
で適度の高温で乾燥することができる。またこの
場合にも必要なら、乾燥した第1層に対してその
厚さを増大するためにスラリの2回目施用を実施
することができる。好ましくは乾燥した上層の厚
さは約0.25〜1.27mm(0.010〜0.050インチ)の範
囲内に保持される。 次に、下層とガラス質上層とを同時に焼成する
ため、この二重層被覆製品を約1000℃以上の高温
に加熱する。オプシヨンとして、上層の施用と硬
化に先立つて、下層を焼成することができる。上
下の層が相互に化学的に結合して非常によく接着
する。結合剤としてケイ酸ナトリウムが使用され
る場合、これは下層中のアルミニウムによつて分
解されて、ナトリウムの大部分が上層に泳動し、
そこでガラス形成材として作用する。 前記のようにして作られた剛性ガラス質上層
は、多くの用途においては満足な約1100℃以上の
融点を有する。しかし、融解炉電極などの二、三
の用途においては、はるかに低い融点、たとえば
約750℃の融点を有するガラス質上層を備えるこ
とが望ましい。たとえば融解炉電極の場合、電極
がサイクル使用されて急速に冷却されるとき、熱
応力によつてコーテイング中に発生した多くの微
小亀裂を通して炭素質基質が酸化作用に露出され
る。このような微小亀裂は、ガラス質上層がその
融点に達して可塑性/流動性となされた場合にの
み密封されて酸化を防止する。もし上層の融点が
高過ぎれば、電極を再び製鋼温度まで加熱する次
のサイクルの初段階において酸化防護が支えられ
ない。 著しく低い融点を有する剛性ガラス質上層は、
たとえば酸化ホウ素B2O3などのホウ素含有化合
物とコーテイング中に使用することによつて作る
ことができる。ホウケイ酸フリツトなどのガラス
フリツトがこの目的に対するすぐれた選択であ
る。ホウケイ酸フリツトは主成分としてNa2O、
B2O3とSiO2を含有している(G.W.モーレイはガ
ラス技術協会誌35、270(1951)においてNa2O−
B2O3−SiO2などの状態図を示している)このホ
ウケイ酸フリツト中に見出される他の酸化物は
CaO、MgOおよびAl2O3を含む。種々のホウケイ
酸フリツトが市販されている。この発明の実施に
際してFerro Corpによつて製造されたフリツト
No.3227が使用されて効果的であつた。 融解炉電極のコーテイングに使用するに十分な
低融点を有するガラス状上層をうるためには、ホ
ウケイ酸フリツトは下記の組成を有しなければな
らないことが発見された。すなわち約7〜約52重
量%のNa2O、約8〜約64重量%のB2O3、および
約6〜約68重量%のSiO2。このようなホウケイ
酸フリツトの融点は代表的には約700〜900℃であ
る。 ホウケイ酸フリツト材料と前記と同様にケイ素
含有結合剤たとえばケイ酸ナトリウムを含有する
粒状混合物から上層を作ることができる。微細ホ
ウケイ酸塩(たとえば約200ミクロン)と結合体
とを含有するスラリを比較的厚い層状に施用す
る。この層を乾燥し、約700℃以上の高温で焼成
する。 所望ならば粒状混合物の中に充填材を使用する
ことができる。この充填材は混合物を濃化し、適
当な粘度を与える。コーテイングの他の成分と相
容性である限り、たいていの耐火性充填材を使用
することができる。適当な充填材の例は、
Al2O3、SiC、ムライト、SiO2およびB4Cを含む。 粒状混合物中に使用されるホウケイ酸フリツ
ト、結合剤および充填材の量は厳密に臨界的では
ない。しかし、混合物成分が下記の範囲内に保持
されたときに良い結果の得られることが発見され
た。すなわち約25〜約85重量%のホウケイ酸塩、
約5〜約15重量%のケイ素含有結合剤、および約
0〜約65%の充填材。 ホウケイ酸フリツトと結合剤とを含有する粒状
混合物を、前述のように乾燥後の下層に施用する
ことができ、あるいはこの果粒混合物を前記のよ
うにして作られた二重層コーテイングの上に追加
外側層として施用することができる。この場合に
は金属炭化物(たとえば炭化ケイ素)粒子を含有
する層を中間層として、多層コーテイングなどが
得られる。 第1図はこの発明による二重層酸化防止コーテ
イングを備えた炭化質製品を略示する。図示のよ
うに、このコーテイングは黒鉛基質12の上側に
接着された耐火材の下層10と、剛性のガラス質
上層14とを含む。下層10は、ゆるやかに結合
された、ムライト粒子16、酸化アルミニウム粒
子18および金属ケイ素粒子20の均一混合物か
らなる。各ケイ素粒子20は22で示すような酸
化アルミニウム体によつて包囲されている。 また下層は酸化アルミニウムからなる球形中空
殻状粒子24を含む。ムライト、酸化アルミニウ
ムおよびケイ素の粒子が相互にゆるく焼結され
て、26で示すようにこれら粒子間に多くの空〓
スペースが介在している。セラミツクス耐火材2
8の繊維は空隙スペースの内部において、また3
0で示すように酸化アルミニウム殻体の内部に集
塊として配置されている。 下層10は黒鉛基質12に対して界面結合32
によつて強く保持されている。この結合は主とし
て耐火性セラミツクス材の繊維28からなる。あ
とで詳述するように、この繊維28は、界面結合
区域内部に位置する黒鉛細孔の中に不規則方向に
広く分布されている。 コーテイングの上層14は剛性のガラス質から
なり、このガラス質はこの場合均一に分布された
ムライト粒子34と炭化ケイ素粒子36であつ
た。上層14は下層10に対して化学的に結合さ
れ、約1100℃以上の温度で可塑性/流動性であ
る。 前述の二重層コーテイングは厳しい熱衝撃に耐
えることができる。二重層コーテイングによつて
保護された黒鉛電極は、1400℃以上の温度で、反
復加熱サイクル条件のもとに、融解またはスポー
リングによるその保護能力を失うことなく使用す
ることができた。 剛性ガラス上層14と下層10は、黒鉛基質1
2よりも大なる熱膨張係数(CTE)を有する。
このCTEにおける差違にもかかわらず、二重層
コーテイングは、両層においてまたコーテイン
グ/黒鉛界面において生じる高せん断応力に耐え
て破壊を生じない。もし例外的に高い応力が発生
すると、この応力は38のような微小亀裂の形成
によつて解除される。これらの微小亀裂はガラス
層14に生じ、黒鉛基質12に向かつてコーテイ
ング内部を伝播する。この現象は、両層が界面結
合32のせん断力よりはるかに小なる引張り強さ
を有することによつて生じる。 第2図はこの発明による実際の二重層コーテイ
ングを備えた黒鉛製品の顕微鏡写真である。この
写真は50Xの倍率で撮られ、コーテイングの下層
と上層の中のムライト、酸化アルミニウム、炭化
ケイ素および金属ケイ素の粒子を示す。 第2図に示すコーテイングされた製品は標準的
金属組織学的技術を用いてエポキシ埋込レジンの
中に取付けられた。この写真に見られる暗い区域
は埋込レジンの進入できない空隙スペースである
が、外面に近い明るい区域はレジンで満たされた
細孔である。このことは他のすべての顕微鏡写真
において、特記なき限り同様とする。 第3図は200Xの倍率で撮られたこの発明によ
る他の二重層コーテイングを備えた黒鉛製品の顕
微鏡写真である。このコーテイングの上層は炭化
ケイ素を含む。このコーテイングは、上層の表面
から始まり黒鉛基質に向かつて上下両層を通つて
下層に伝播する微小亀裂40を含む。この亀裂は
上層においては大きな泡または空隙42とムライ
ト粒子44の中を通過していることが見られよ
う。また亀裂は下層においては、大きな金属ケイ
素粒子46の周囲を走つている。亀裂は黒鉛基質
の直上の大きな空隙48の中に終わつている。ま
たこの写真においては、数個の酸化アルミニウム
殻体50が示される。この試料片の界面に金属空
隙の存在しないことは、コーテイングと黒鉛がよ
く結合されていることを示す。 第4図は200Xの倍率でとられたこの発明によ
る他のコーテイングを備えた黒鉛製品の顕微鏡写
真であるがこの場合コーテイングは耐火物質の単
層を含む。この写真に見られるように、コーテイ
ングは単層を通り実際上コーテイングと黒鉛基質
との界面に達する微小亀裂52を含む。またこの
試料片においては、微小亀裂は数個の空隙と金属
ケイ素粒子54とを通過していることが見られよ
う。 第5図と第6図は実施例1において述べられる
この発明による二重層コーテイングの自己密封特
性を示している。これら2つの写真は、1350℃の
温度まで加熱されたコーテイング製品から切出さ
れたガラス層サンプルを示す。コーテイング製品
は下記の実施例1において作られたものと同一の
試料であつた。 コーテイングは炭化ケイ素粒子を内蔵する上層
を含む。この試料を機械的に破壊して大きな引張
り亀裂を形成し、次に1350℃に再熱した。コーテ
イングを備えた黒鉛試料、12.7×12.7×38.1mm
(1/2″×1/2″×1 1/2″)を、そのコーテイング面
を下にして3点曲げモードで荷重をかけることに
よつて引張り亀裂を生じた。この配置はコーテイ
ングに張力をかけた。コーテイングの中に亀裂が
発生して一部黒鉛の中に伝播するまで荷重を増大
した。破壊された試料を検査して、コーテイング
が黒鉛に対するすぐれた接着状態を保持している
ことが示された。 引張り亀裂は熱衝撃を受けたガラス層の中に生
じる代表的微小亀裂よりも相当に大であつた。第
5図の写真は試料の幅全体に亀裂が延びた常温の
試料を示す。第6図はこの同一試料を1350℃の温
度まで加熱した状態を示す。この第2写真におい
ては、亀裂が密封され、実質的に平滑なガラス層
が残存していることがわかるであろう。ガラス層
の中に若干の小さな球面空隙が黒点として示され
ている。 第7図はこの発明による二重層コーテイングか
らとられた破断試料の顕微鏡写真である。この写
真は下層の中間部の一部を示し、1000Xの倍率で
とられた。この写真に見られるように、基層は暗
域で示される多くの比較的大径の不規則形細孔を
含む。また細孔内部には多数の細長い耐火物質繊
維が形成されている。これらの繊維は粒子の周囲
と粒子間において集塊状に成長するようである。
繊維集塊は第8図の写真においては、より明瞭で
ある。これは同一写真の4000Xの拡大である。 第9図と第10図は、この発明による二重層コ
ーテイングからとられた同様の破断試料の顕微鏡
写真である。この場合の写真は界面に近い基層区
域の一部を示し、それぞれ1000Xと4000Xの倍率
でとられた。これらの写真に見られるように、黒
鉛との界面に近いこの下層区域は、より少数の細
孔を含み、またこれらの細孔の径は遥かに小であ
る。またこの区域には多数の細長い耐火性繊維が
形成され、これらの繊維は、一部の繊維がまつす
ぐで、たとえば針状をなす以外は同一の外観を示
すことがわかる。また第7図〜第10図のコーテ
イングは、炭化水素粒子を含有する上層から作ら
れた。 黒鉛基質と二重層コーテイングとの間の界面結
合の正確な性質を査定するため分析を実施した。
この研究において、驚くべきことに、化学結合の
可能性が決定的に排除されないがこの結合は化学
結合よりは主として機械的結合であることが発見
された。界面直下の界面構造の細孔の中に多数の
微小な顕微鏡的耐火性繊維が形成され前記の機械
的結合を生じると考えられる。高温でのコーテイ
ング反応中にこれらの繊維がその場で形成される
ようだ。 また電子顕微鏡検査により、各繊維が元素アル
ミニウム、ケイ素、窒素および酸素を含有するこ
とが発見された。実際に近年のX線回析分析がこ
れらの研究を確認し、アルミノケイ酸窒素化合
物、Al8Si9 N12O12の存在を暗示している。 標準的電子技術、すなわち走査電子顕微鏡
(SEM)、エネルギー分散X線分析(EDX)、お
よび電子衝撃分光測定(AES)を用いて分析的
研究を実施した。これらの研究は、後述の実施例
1によつて作られた試料を用いて実施された。こ
の研究のため、二重層コーテイングを各区域、
、、などに分割し、各区域を別々に分析し
た。区域は炭化ケイ素粒子からなる剛性ガラス
上層であり、区域は中間層または下層であり、
また区域は黒鉛基質であつた。追加の三区域を
分析した。これは、剛性ガラス層と下層との中間
の区域/、下層/黒鉛界面に近い下層内部の
区域/(A)、最終に界面に近い黒鉛基層内
部の区域/(B)である。これらの分析結果
を表に示す。
This invention relates to carbonaceous products such as carbon electrodes or graphite electrodes, especially those coated with an antioxidant coating,
It relates to a method for producing carbonaceous products that are protected against oxidation and erosion at high temperatures. In a more specific aspect, the invention is directed to improved oxidation protection of carbon or graphite electrodes at high temperatures in steelmaking electric arc furnaces. Carbonaceous products are widely used today in the chemical and metallurgical industries because they exhibit special properties at high temperatures. For example, graphite electrodes are used in electric arc furnaces. This is because graphite electrodes are excellent conductors in the high temperatures of furnaces, and also exhibit excellent mechanical strength and excellent heat resistance. However, a major drawback of carbonaceous products is that they rapidly carbonize and erode at high temperatures, above about 500°C. This problem is particularly acute in the case of graphite electrodes for electric arc furnaces. As such electrodes oxidize and erode, they must be replaced periodically, which has a significant impact on the final cost of the steel. It has been proposed to use antioxidant coatings on the surface of carbonaceous products, especially carbon or graphite electrodes. These protective coatings are composed of carbides, silicides and metals, for example. These coatings are heated by electric arc heating,
It has been applied onto the surface of the product using various known methods such as flame spray heating or vacuum heating.
However, a problem with these protective coatings has been their inability to withstand severe thermal shock. For example, a coated graphite electrode has approximately 1200
This condition occurs when the furnace is heated to a high furnace temperature of 0.degree. C. or higher and then cooled rapidly. Protective coatings can crack and even spall under these harsh conditions, thus exposing the graphite matrix to oxidative attack. The main cause of such failure of the protective coating is that the coefficient of thermal expansion of the coating does not match that of the graphite matrix and that the coating does not adhere well to the graphite. In this way, the protective coating and the graphite matrix expand and contract at different rates, thereby creating high internal stresses within the coating and at the coating/graphite interface. GB 1 166 429 discloses shaped carbon or graphite bodies with an antioxidant coating. The coating includes a primer layer applied to the coating and a metal surface layer applied to the primer layer. Primer layer is 90~
It consists of 100% by weight of silicon and 0 to 10% by weight of one or more of sodium, nitrogen, magnesium, calcium, boron and aluminum. The metal surface layer consists of 85-100% by weight aluminum and 0-15% by weight of one or more metals or compounds including, for example, sodium, magnesium, boron, silicon and phosphorous. The primer layer and the metal surface layer are applied to the carbon or graphite body by flame spraying techniques. The metal surface layer melts or softens around the operating temperature of the electrode, sealing pores created during its application within the coating. However, the disadvantage of this double layer coating is that the silicon metal-containing primer layer is difficult to apply, expensive, and does not easily adhere to graphite substrates. moreover,
Low temperature oxidation products in the coating are subject to spalling and erosion. US Pat. No. 3,140,193 (Kane) discloses a graphite electrode with a double layer protective coating.
The inner layer of the coating consists of porous silicon carbide and the outer layer consists of metallic silicon. This protective coating has the same limitations because the inner layer does not adhere to the graphite. It thus avoids the problems of the prior art, provides very effective protection against oxidation even in the most severe or abusive conditions, is inexpensive, and is compatible with large-scale production. There is a need in the industry for improved antioxidant coatings for use in carbonaceous products, particularly carbon or graphite electrodes. According to the invention, a method for producing a carbonaceous product protected against oxidation and erosion at elevated temperatures comprises: (a) 30% by weight relative to the total weight of dry ingredients;
75% to 75% by weight mullite, up to 12% by weight silica, 15 to 60% by weight aluminum, 5 to 11
applying a particulate mixture comprising % by weight of a silicon-containing binder to the surface of a carbonaceous substrate; (b) heating the particulate mixture to a temperature at which the silica is reduced by aluminum to form aluminum oxide and silicon; A method is provided that includes the steps of: The antioxidant coating of ceramic refractory material thus applied to the surface of the carbonaceous substrate is compliant and porous, so that the coating has a coefficient of thermal expansion between the coating layer and the carbonaceous substrate. Absorbs most of the high internal stress caused by the difference. Furthermore, since ceramic refractory materials have low strength,
Since its tensile strength is less than the shear force at the bond between the coating layer and the substrate, the coating relieves the very high internal stress by creating microcracks within its structure, and the coating layer/substrate interface It is possible to prevent definitive destruction in Preferably as a primer layer or underlayer,
Using the same flexible porous low strength coating as described above, a dual layer antioxidant coating is applied to the surface of the carbonaceous product. This lower layer (base
A cover layer is placed over and bonded to the top layer, and the top layer is made of a rigid glassy material that becomes plastic and flows at temperatures above about 750°C. Optionally, the method of the invention can include the additional step of forming a rigid vitreous cover layer. (c) applying to the granular material of step (a), before or after step (b), a second granular material containing a glassy material having a melting point of about 750°C or higher; (d) heating the second particulate material to a high enough temperature to melt or soften the glassy material; and (e) cooling the glassy material to form a rigid glassy top layer. . Preferably, the first particulate material is applied to the carbonaceous product in the form of an aqueous slurry and then dried under conditions that result in a continuous layer that adheres to the surface of the product. A second particulate material, also in the form of an aqueous slurry, is then applied to this continuous layer and dried under conditions that result in a second continuous layer that is adhered to the first continuous layer. The coated article is then heated to a high temperature to simultaneously cure the coating composition in the first and second layers. Mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) is a very well known ceramic material. It is widely used in the ceramics industry for various applications. Mullite consists of about 1300 clay, feldspar, kyanite, etc.
Produced by heating to temperatures above ℃.
Methods for making mullite are disclosed in US Pat. Nos. 3,857,923 and 3,922,333. The invention applies to the surface of a carbonaceous product a granular material containing a mixture of mullite, silica, aluminum or aluminum alloy and a silicon-containing binder, such as sodium silicate;
It is based on the discovery that a flexible, porous, low strength ceramic refractory coating can be bonded to the surface of a carbonaceous product by subsequently heating this particulate material to high temperatures of about 1000°C or higher. At this heating temperature, the aluminum reacts with the silica to form particles of aluminum oxide and silicon. Aluminum also decomposes the silicon-containing binder, creating a large number of empty spaces between the particles. This greatly aids the porosity of the coating. Furthermore, during the reaction, the particles of mullite, aluminum oxide and metallic silicon are weakly sintered with each other, reducing the strength and stiffness of the coating. It has also been unexpectedly discovered that mullite, silica, aluminum or aluminum alloys interact at high temperatures to produce unique fibrous ceramic materials. These fibers are formed as agglomerates located within the interparticle void spaces and greatly contribute to the low stiffness and flexibility properties of the coating. It has also been discovered that these fibers form within the pores of the graphite matrix and form strong bonds at the coating/substrate interface. In carrying out this invention, mullite, silica,
The coating composition is created by mixing together particles of aluminum and a silicon-containing binder, such as sodium silicate. The coating composition can include about 30-75% by weight mullite, up to 12% by weight silica, about 15-60% by weight aluminum, and about 5-11% by weight silicon-containing binder. Sufficient water is added to the mixture to form a slurry having a consistency that allows the coating composition to be evenly applied to the surface of the carbonaceous article by brushing, spraying, or similar means. The amount of aluminum in the coating composition used to form the lower layer of the dual layer coating is preferably a dry mixture (e.g. mullite,
silica, aluminum and solid sodium silicate). If the amount of aluminum is below this required range, the coating will not adhere to the graphite substrate during high temperature heating cycles, resulting in spallations.
On the other hand, if the coating composition contains an amount of aluminum above this range, in the case of a dual layer coating, the silicon carbide containing upper layer will tend to coat the lower layer non-uniformly. The particle sizes of the various mixture components used in the coating composition are not strictly critical. Generally, the mullite, silica and aluminum particles are about 5
kept within the range of ~350 microns. For example, primarily -74 to +44 micron commercial grade aluminum powder can be used. The silicon-containing binder is preferably sodium silicate, although other materials such as potassium silicate, ethyl silicate and colloidal silica can also be used. Sodium silicate is used as a dry powder,
Or it can be used as a liquid, for example water glass. The slurry is applied to the carbonaceous product using conventional methods such as brushing or spraying.
Care must be taken to cover the entire area to be protected with a relatively thick, moist, even granular layer. This layer is suitably dried at room temperature for about 1-2 hours. The layer can also be dried under accelerated conditions at moderately high temperatures, for example in a drying oven. If necessary, the slurry can be reapplied in a similar manner to the dried first layer to increase the thickness of the underlying layer. Preferably, the dry layer thickness will be in the range of about 0.020 to 0.100 inches. After drying is complete, the product is heated to an elevated temperature of about 1000° C. or higher, if desired, to cure the composition into a single layer coating according to the invention. This single layer coating typically provides excellent protection for carbonaceous products in moderately oxidizing conditions. However, for optimal oxidation protection, it is preferred to use a double layer coating on the surface of the carbonaceous product. This double layer coating is preferably applied to the lower layer after drying.
It is obtained by applying a top layer consisting of a rigid vitreous material with a low melting point of 750°C. At such temperatures, the top glass layer becomes plastic and fluid, sealing microcracks that form in the bottom layer during heating cycles. At the same time, the lower layer is flexible with a low elastic modulus due to the porosity and weak sintering between the particles. As a result, the underlayer is able to absorb high internal stresses caused by the difference in thermal expansion coefficients between the coating and the graphite matrix. Furthermore, the tensile strength of the bottom layer is much smaller than the shear force at the interface between the bottom layer and graphite. Therefore, the underlying layer is less strong than the adhesion, and if exceptionally high stresses occur, the underlying layer will lose tension by microcracking before the coating detaches from the interface or fractures. . Microcracks that occur in the lower layer are sealed by the glassy fine material, if necessary by heating again to a high temperature. Various vitreous materials can be used to produce the top layer according to the invention. The top layer can be made from other types of coating compositions, such as those made by mixing particles of mullite, silica, silicon carbide or boron carbide, or both, and a silicon-containing binder such as sodium silicate. This coating composition contains up to 70% by weight mullite, up to 14% by weight silica,
about 5-95% by weight metal carbide and about 5-14% by weight
and a silicon-containing binder. Preferably, silicon carbide is used as the metal carbide in the coating composition. As before, sufficient water is added to the mixture to form a slurry having a consistency that allows uniform application of the coating composition to the underlying dry surface by brushing, spraying, or similar methods. Added. The silicon carbide or boron carbide used in the coating composition is used in an amount of at least about 5% of the amount of the mixture. If less than this amount is used, the glassy upper layer will become flaky and will not stick to the lower layer. The particle sizes of the mixture components used in this coating composition vary, but are preferably kept within the range of, for example, about 5 to 350 microns.
The silicon carbide particles can be commercial grade SiC powder of 74 microns or less. Again, the silicon-containing binder is preferably sodium silicate, although other materials such as potassium silicate, ethyl silicate or colloidal silica can also be used. Sodium silicate can be used as a dry powder or as a liquid, for example as water glass. The slurry is applied to the dried but uncured subsurface using conventional methods such as brushing or spraying. Care is taken to cover all lower surfaces with a relatively thick, moist, uniform layer of berries. This layer is then dried to remove moisture, resulting in a hard continuous layer that is adhered to the underlying layer. This layer can be dried at ambient temperature or in a drying oven at moderately high temperatures. Again, if necessary, a second application of slurry can be carried out on the dried first layer to increase its thickness. Preferably the thickness of the dry top layer is maintained within the range of about 0.25 to 1.27 mm (0.010 to 0.050 inch). The double coated product is then heated to a high temperature of about 1000° C. or higher to simultaneously fire the bottom layer and the glassy top layer. Optionally, the bottom layer can be fired prior to application and curing of the top layer. The upper and lower layers are chemically bonded to each other and adhere very well. When sodium silicate is used as a binder, it is decomposed by the aluminum in the lower layer and most of the sodium migrates to the upper layer,
There it acts as a glass forming agent. The rigid vitreous top layer made as described above has a melting point of about 1100° C. or higher, which is satisfactory for many applications. However, in a few applications, such as melting furnace electrodes, it is desirable to have a vitreous top layer with a much lower melting point, for example around 750°C. For example, in the case of melting furnace electrodes, when the electrode is cycled and rapidly cooled, the carbonaceous matrix is exposed to oxidative action through the many microcracks that are generated in the coating by thermal stresses. Such microcracks are sealed to prevent oxidation only when the glassy top layer reaches its melting point and becomes plastic/flowable. If the melting point of the top layer is too high, oxidation protection will not be supported at the beginning of the next cycle, when the electrode is heated again to steelmaking temperature. A rigid vitreous top layer with a significantly lower melting point
For example, it can be made by using boron-containing compounds such as boron oxide B 2 O 3 in the coating. Glass frits, such as borosilicate frits, are an excellent choice for this purpose. The main components of borosilicate frit are Na 2 O,
Contains B 2 O 3 and SiO 2 (G. W. Moray in Glass Technology Association Journal 35, 270 (1951), Na 2 O−
Other oxides found in this borosilicate frit are
Contains CaO, MgO and Al2O3 . A variety of borosilicate frits are commercially available. Frits manufactured by Ferro Corp in the practice of this invention
No. 3227 was used and was effective. It has been discovered that in order to obtain a glassy top layer with a sufficiently low melting point for use in coating melting furnace electrodes, the borosilicate frit must have the following composition. namely, about 7 to about 52% by weight Na2O , about 8 to about 64% by weight B2O3 , and about 6 to about 68% by weight SiO2 . The melting point of such borosilicate frits is typically about 700-900°C. The top layer can be made from a particulate mixture containing borosilicate frit material and a silicon-containing binder, such as sodium silicate, as before. A slurry containing fine borosilicate (eg, about 200 microns) and binder is applied in a relatively thick layer. This layer is dried and fired at a high temperature of approximately 700°C or higher. Fillers can be used in the particulate mixture if desired. This filler thickens the mixture and gives it the proper viscosity. Most refractory fillers can be used as long as they are compatible with the other components of the coating. Examples of suitable fillers are:
Contains Al 2 O 3 , SiC, Mullite, SiO 2 and B 4 C. The amounts of borosilicate frit, binder and filler used in the granular mixture are not strictly critical. However, it has been discovered that good results are obtained when the mixture components are kept within the following ranges. i.e. about 25 to about 85% by weight borosilicate;
from about 5 to about 15% by weight silicon-containing binder, and from about 0 to about 65% filler. A granular mixture containing borosilicate frits and a binder can be applied to the bottom layer after drying as described above, or this granular mixture can be added on top of the double layer coating made as described above. It can be applied as an outer layer. In this case, a layer containing metal carbide (for example silicon carbide) particles is used as an intermediate layer to obtain a multilayer coating. FIG. 1 schematically depicts a carbonaceous product with a double layer antioxidant coating according to the invention. As shown, the coating includes a lower layer 10 of refractory material adhered to the top side of a graphite substrate 12 and a rigid vitreous upper layer 14. The lower layer 10 consists of a homogeneous mixture of loosely bound mullite particles 16, aluminum oxide particles 18 and metal silicon particles 20. Each silicon particle 20 is surrounded by an aluminum oxide body such as 22. The lower layer also includes spherical hollow shell particles 24 made of aluminum oxide. The particles of mullite, aluminum oxide and silicon are loosely sintered together with many voids between them as shown at 26.
There is a space in between. Ceramics refractory material 2
8 fibers inside the void space and 3
As shown by 0, the aluminum oxide shell is arranged as an agglomerate inside the aluminum oxide shell. The bottom layer 10 is interfacially bonded 32 to the graphite matrix 12.
strongly held by This bond consists primarily of fibers 28 of refractory ceramic material. As will be explained in more detail below, the fibers 28 are widely distributed in a random direction within the graphite pores located within the interfacial bonding area. The upper layer 14 of the coating consisted of a rigid glass, which in this case was uniformly distributed mullite particles 34 and silicon carbide particles 36. Top layer 14 is chemically bonded to bottom layer 10 and is plastic/flowable at temperatures above about 1100°C. The double layer coating described above can withstand severe thermal shock. The graphite electrode protected by the double layer coating could be used at temperatures above 1400° C. and under repeated heating cycle conditions without losing its protective ability due to melting or spalling. The rigid glass upper layer 14 and the lower layer 10 are made of a graphite matrix 1
It has a coefficient of thermal expansion (CTE) greater than 2.
Despite this difference in CTE, dual layer coatings can withstand high shear stresses occurring in both layers and at the coating/graphite interface without failure. If exceptionally high stress occurs, this stress is relieved by the formation of microcracks such as 38. These microcracks form in the glass layer 14 and propagate within the coating towards the graphite matrix 12. This phenomenon occurs because both layers have a tensile strength that is much less than the shear force of the interfacial bond 32. FIG. 2 is a photomicrograph of a graphite product with an actual double layer coating according to the invention. This photo was taken at 50X magnification and shows particles of mullite, aluminum oxide, silicon carbide, and silicon metal in the lower and upper layers of the coating. The coated product shown in Figure 2 was mounted in an epoxy potting resin using standard metallographic techniques. The dark areas seen in this photo are the impenetrable void spaces of the embedding resin, while the bright areas near the exterior surface are resin-filled pores. This applies to all other micrographs unless otherwise specified. FIG. 3 is a photomicrograph of a graphite article with another double layer coating according to the invention taken at 200X magnification. The top layer of this coating includes silicon carbide. This coating includes microcracks 40 that begin at the surface of the upper layer and propagate toward the graphite matrix and through both the upper and lower layers to the lower layer. It can be seen that this crack passes through large bubbles or voids 42 and mullite grains 44 in the upper layer. The cracks also run around large metal silicon particles 46 in the lower layer. The crack terminates in a large void 48 directly above the graphite matrix. Also shown in this photograph are several aluminum oxide shells 50. The absence of metal voids at the interface of this specimen indicates a good bond between the coating and graphite. FIG. 4 is a photomicrograph taken at 200X magnification of a graphite article with another coating according to the invention, but in this case the coating comprises a single layer of refractory material. As can be seen in this photograph, the coating contains microcracks 52 that pass through the monolayer and virtually reach the interface between the coating and the graphite matrix. It can also be seen that in this sample piece, the microcracks pass through several voids and the metal silicon particles 54. 5 and 6 illustrate the self-sealing properties of the double layer coating according to the invention as described in Example 1. FIG. These two photographs show glass layer samples cut from a coated product heated to a temperature of 1350°C. The coated product was the same sample made in Example 1 below. The coating includes a top layer incorporating silicon carbide particles. The sample was mechanically fractured to form large tensile cracks and then reheated to 1350°C. Graphite sample with coating, 12.7×12.7×38.1mm
(1/2″ x 1/2″ x 1 1/2″) was subjected to tensile cracking by loading in a three-point bending mode with its coating side down. This arrangement placed the coating in tension. The load was increased until cracks developed in the coating and partially propagated into the graphite.The fractured specimens were inspected to confirm that the coating retained good adhesion to the graphite. The tensile cracks were considerably larger than the typical microcracks that occur in a glass layer subjected to thermal shock. Figure 6 shows this same sample heated to a temperature of 1350°C. In this second photograph it can be seen that the cracks have been sealed and a substantially smooth layer of glass remains. Some small spherical voids are shown as black spots in the glass layer. Figure 7 is a photomicrograph of a fractured sample taken from a double layer coating according to the invention. The substrate was taken at 1000X magnification. As seen in this photo, the substratum contains many relatively large irregularly shaped pores shown in dark areas. Also, inside the pores are A large number of elongated refractory fibers are formed, and these fibers appear to grow in clumps around and between the particles.
The fiber agglomerates are more obvious in the photograph of FIG. This is a 4000X magnification of the same photo. Figures 9 and 10 are photomicrographs of similar fracture samples taken from dual layer coatings according to the invention. The photographs in this case show part of the substratum area close to the interface and were taken at magnifications of 1000X and 4000X, respectively. As can be seen in these photographs, this lower region close to the interface with graphite contains fewer pores and the diameter of these pores is much smaller. It can also be seen that a large number of elongated refractory fibers are formed in this area, which have an identical appearance except that some of the fibers are straight, eg needle-like. The coatings of Figures 7-10 were also made from a top layer containing hydrocarbon particles. An analysis was performed to assess the exact nature of the interfacial bond between the graphite matrix and the bilayer coating.
In this study, it was surprisingly discovered that this bond is primarily mechanical rather than chemical, although the possibility of chemical bonding cannot be definitively excluded. It is believed that a large number of microscopic refractory fibers are formed in the pores of the interfacial structure just below the interface, resulting in the mechanical bonding described above. These fibers appear to form in situ during the coating reaction at high temperatures. Electron microscopy also discovered that each fiber contained the elements aluminum, silicon, nitrogen and oxygen. Indeed, recent X-ray diffraction analyzes have confirmed these studies and hinted at the presence of an aluminosilicate nitrogen compound, Al 8 Si 9 N 12 O 12 . Analytical studies were performed using standard electronic techniques: scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray analysis (EDX), and electron impact spectroscopy (AES). These studies were conducted using samples made according to Example 1 below. For this study, a double layer coating was applied to each area.
, etc., and each area was analyzed separately. The zone is a rigid glass top layer made of silicon carbide particles, the zone is an intermediate layer or bottom layer,
The area also had a graphite matrix. Three additional areas were analyzed. These are the area between the rigid glass layer and the bottom layer/(A), the area/(A) inside the bottom layer close to the bottom layer/graphite interface, and finally the area/(B) inside the graphite base layer close to the interface. The results of these analyzes are shown in the table.

【表】
された。
50V

表に示された分析結果は、剛性のガラス質上
層が主として、アルミニウム、ナトリウムおよび
ケイ素の酸化物、ならびに炭化ケイ素からなるこ
とを確認している。この表から、区域、すなわ
ちガラス層がナトリウムに富み、区域には全く
ないことを注意するのは興味深い。下層中の好ま
しいケイ酸塩結合剤から出たナトリウムの大部分
は区域まで泳動し、そこでガラス形成剤として
作用する。界面に近い区域、すなわち区域/
(A)は窒素、アルミニウムおよびケイ素に富ん
でいた。 またコーテイングの各区域において、X線回析
データもえられた。ガラス質上層の外側面に近い
第1区域において、その構造はほとんど無定形で
あることが発見された。この区域において結晶相
が発見されたが、これは炭化ケイ素およびムライ
トと同定された。ガラス層内部の第2区域におい
ては、構造は同じく無定形であつて、結晶相は炭
化ケイ素およびムライトと同定された。1種また
は複数の追加相も発見された。たとえば水酸化ナ
トリウム。分析された第3区域は下層内にあつ
た。この区域もほとんど無定形であり、弱結晶性
であるにすぎない。すなわち、ムライト、金属ケ
イ素など。分析された第4区域は下層内にあつた
が、黒鉛基質との界面に隣接していた。この区域
もほとんど無定形であつたが、強結晶性部分を含
み、これはアルフアーAl2O3、黒鉛およびムライ
トであつた。またこの区域にはAl8Si9N12O12と同
定されうるパタンも発見された。 この発明による二重層コーテイングの物理特性
も検査された。たとえば、下層の弾性係数は
ASTM C−747法によつて測定すると41.5×104
Kg/cm2(5.9×106ポンド/平方インチ)であつた
が、炭化ケイ素粒子を含有する上層の弾性係数は
約56.2×104Kg/cm2(8×106ポンド/平方イン
チ)であつた。この推定は、この型のガラスが完
全に密な場合に約70.3×104Kg/cm2(10×106ポン
ド/平方インチ)の弾性係数を有することを示す
引用文献に基いている。この上層は多孔性を有す
るから、その弾性係数は若干低くなるであろう。
また下層の曲げ強さは約176Kg/cm2(2500ポン
ド/平方インチ)であることが発見された。下層
の熱膨張係数は約5.5×10-6cm/cm/℃であるが、
ガラス質上層の熱膨張係数は約40×10-6cm/cm/
℃である。これと比較して、電極グレードの黒鉛
は代表的には1.5×10-6cm/cm/℃以下の熱膨張
係数を有する。黒鉛とガラス質上層のCTEの大
きな差異は、柔軟な基層がなければ、通常界面結
合の破壊を生じる。 さらに特異的アスペクトにおいて、この発明は
製鋼用電弧炉中で高温で使用されるコーテイング
付き黒鉛電極に関するものである。この電弧炉の
作動中、黒鉛電極を通して電流が通され、電極の
先端と金属浴との間に電弧が発生する。電極柱体
は電弧によつて約1000℃以上の高温にまで加熱さ
れ、また、たとえば融解金属を湯出しするときな
ど、定期的に急冷される。この発明による二重層
コーテイングによつて保護された黒鉛電極はこの
ような条件において、コーテイングを有しない黒
鉛電極よりも実質的に長期間、有効に作動させる
ことができる。これは、炉の操作コストと、従つ
て最終産物のコストとを著しく低下させる。 またこの発明は表面上に未焼成または“生”酸
化防止コーテイングを備えた電弧炉電極を製品と
して提供するものである。この未焼成または生コ
ーテイングは、前記と同一割合の同一成分を含有
するコーテイング組成を用いて前記と同様にして
黒鉛電極に施用することができる。しかしこの場
合には電極メーカーは貯蔵または荷出前にコーテ
イングを高温で焙焼または焼成しない。この発明
の二重層コーテイングはこのような貯蔵または荷
出に特に適している。なぜならば未焼成の乾燥コ
ーテイングは黒鉛電極によく接着しており、硬
く、また非常に耐久性だからである。しかし注意
すべきこととして、焼成前のコーテイングは水溶
性であるから、未焼成コーテイングを長期間環境
に直接露出してはならない。 またこの発明は、炭素質製品の表面、たとえば
炭素電極または黒鉛電極を酸化に対して防護する
ために使用される新規な改良型コーテイング組成
物をも含んでいる。このコーテイング組成物は、
前記と同一割合の同一成分を含有する湿潤ペース
トの形でブラツシング、こて塗りまたは類似の技
術によつて炭素質製品の表面に施用されることが
望ましい。あるいはこのコーテイング組成物を噴
霧あるいは浸漬によつて炭素質製品の表面に施用
することもできる。この場合コーテイングのコン
システンシを所望水準に調整するために、追加水
量が添加される。 この発明の二重層実施態様において、ドライベ
ースで計算された下層の好ましい組成は次の通
り。48%〜58%のムライト、9%〜18%のシリ
カ、20〜34%のアルミニウムおよび8〜11%の固
体ケイ酸ナトリウム。 ブラツシング、噴霧など施用法に必要な所望の
スラリ濃度を生じるに十分な水量を添加する。 同じくドライベースで計算された炭化ケイ素含
有上層の好ましい組成は次の通り、52〜61%のム
ライト、10〜12.0%のシリカ、16.0〜27%の炭化
ケイ素、9〜12%の固体ケイ酸ナトリウム。次に
下層の場合と同様に所望のスラリコンシステンシ
を生じるための水量を添加する。 以下において、この発明を多くの実施例につい
て更に説明する。尚これらの実施例の中には本発
明によらない比較例も若干含まれている。 実施例 1 ムライト(3Al2O3・2SiO2)とシリカ(SiO2
とを含有し、商標“スーパ3000”で市販されてい
る市販の耐火セメントを用いてスラリを調製し
た。これはPA.バリーフオジー、の製品である。 このセメントは次の組成を有していた。約57.0
重量%のムライト、11.4重量%のシリカおよび
31.6重量%の水ガラス。メーカーによつて発表さ
れたこの組成は、ASTM C−753によるセメン
トの化学分析に基づいて計算されたものであつ
て、この化学分析は52.2重量%のAl2O3、44重量
%のSiO2、0.2重量のFe2O3および3.6重量%のア
ルカリ(Na2O)を含む。水ガラスは近似組成
Na2O・3.8SiO2のケイ酸ナトリウムの33.4重量%
溶液である。また水ガラスは、セメントの全重量
に対して10.6重量%のNa2O・3.8SiO2および21重
量%の水と表現することができる。 スラリを形成するため、セメントに対してアル
ミニウム粉末を、セメント全重量に対して約30%
の割合で添加した。スラリの最終組成は43.8重量
%のムライト、8.7重量%のシリカ、24.2重量%
の水ガラス、23.1重量%のアルミニウムであつ
た。水ガラスは、スラリ全重量に対して、8.1重
量%のNa2O・3.8SiO2および16.1重量%の水と表
現することができる。無水ベースで、乾燥成分は
下記組成を有していた。52.3重量%のムライト、
10.4重量%のシリカ、26.7重量%のアルミニウ
ム、およびNa2O・3.8SiO2としての9.6重量%の
固体ケイ酸ナトリウム。スラリに使用されたアル
ミニウムは市販のアルミニウム粉末、すなわち
NY.ウエストベリ、Metco社、グレード54アルミ
ニウム粉末であつた。アルミニウム粉末はその大
部分が−200/+325メツシユであつた。 径12.7cm(5インチ)、高さ15.2cm(6インチ)
の黒鉛電極試料の底面以外に前記スラリをブラシ
で塗布した。次にこのスラリを水分が除去される
まで空気中常温で乾燥させた。次にこの乾燥第1
層の上に第2スラリ層をブラシ塗布した。スラリ
の2回の塗布量は黒鉛表面に対してきわめてよく
結合し、約0.05インチの全乾燥厚さを有してい
た。 この場合には炭化ケイ素粒子を添加した前記の
耐火セメントを用いて第2のスラリを作つた。炭
化ケイ素はセメント全重量に対して約20重量%の
割合で添加された。第2スラリは下記の成分を有
していた。47.4重量%のムライト、9.4重量%の
シリカ、26.1重量%の水ガラスおよび16.7重量%
の炭化ケイ素。水ガラスは、スラリ全重量に対し
て8.7重量%のNa2O・3.8SiO2プラス17.4重量%の
水と現わすことができよう。無水ベースで乾燥成
分は下記の組成を有していた。57.7重量%のムラ
イト、11重量%のシリカ、20.3重量%の炭化ケイ
素、およびNa2O・3.8SiO2としての10.6重量%の
固体ケイ酸ナトリウム、炭化ケイ素は市販のSiC
粉末、すなわちNY.ナイアガラフオール、カーボ
ランダム社、グレード280RA、炭化ケイ素であ
つた。炭化ケイ素粒子の大部分は−74ミクロンで
あつた。 次にこの第2スラリを黒鉛電極のアルミニウム
含有下層の表面にブラシ塗布し、全水分が除去さ
れるまで、空気中常温で乾燥させた。黒鉛と二層
コーテイングは3720gの乾燥重量を有した。 コーテイングされた電極をグローバ(Globar)
炉の中に配置し、酸化テストを実施した。酸化テ
ストは約500℃まで加熱し、この温度に約1時間
保持した。次に炉の温度を3時間後に約1350℃ま
で高め、酸化テスト中、炉の内部に約7.5SCFH
で空気を掃気した。2 1/2時間ののち、コーテイ
ングされた電極を炉から取出し、これを常温に放
置することによつて冷却させた。この電極は約10
〜15分間赤熱状態にとどまつた。パツフイングま
たはピンホールの形成の証拠はなかつた。この二
重層コーテイングを20X倍率の顕微鏡で検査した
が、その表面に亀裂は発見されなかつた。しかし
コーテイング全体に多数の細孔が見られた。コー
テイングは非常によく黒鉛に対して結合され、隆
起の証拠はなかつた。第2図と第3図はこのコー
テイングの顕微鏡写真である。冷却後のコーテイ
ングされた電極の最終重量は3700gであつた。こ
れは20gの損失または約0.54%の損失に相当す
る。同一の酸化テストを受けたコーテイングを有
しないビレツトは約11.4%を失なつた。従つて、
二重層コーテイングは通常の酸化ロスを約90%低
下させるのに有効であつた。 実施例 2 12.7cm(5インチ)径、長さ約15.2cm(6イン
チ)の黒鉛電極の二重層コーテイングの下層を形
成するため、実施例1と同様のスラリを2回施用
した。しかしスラリに対しアルミニウムは添加さ
れなかつた。次に約20重量%のSiC粒子を含有す
る実施例1と同じスラリを用いて、上層を施用し
た。コーテイングされた電極をグロバ炉の中に配
置し、1350℃で同一の酸化テストを行なつた。そ
ののち、電極を炉から取出し常温で同様にして冷
却した。電極は約10分間赤熱状態にあり、冷却中
に大きな亀裂音が聞かれた。翌日検査すると、コ
ーテイングの中に大きな亀裂が発見された。コー
テイングは電極から容易に除去されたが、コーテ
イング下方の面はよく防護されているようであつ
た。これは、亀裂が冷却中に生じたことを示して
いる。コーテイングされた電極の初重量は3541g
であつた。酸化テストののち、電極重量は3500g
であつた。これは41gのロス、即ち1.16%のロス
に相当する。この実施例から、下層の中にアルミ
ニウムを含有しない二重層コーテイングは有効な
コーテイングでないことが見られる。 実施例 3 実施例1と同様にしてスラリを作つた。しかし
この場合には、耐火セメント全重量に対して約10
重量%の量のアルミニウム粉末をスラリに添加し
た。スラリの最終組成は51.7重量%のムライト、
10.3重量%のシリカ、28.5重量%の水ガラス、お
よび9.1重量%のアルミニウムであつた。水ガラ
スは、スラリ全重量に対して9.5重量%のNa2O・
3.8Si2Oおよび19.0重量%の水と表現することが
できる。無水ベースで、乾燥成分は下記組成を有
した。64.1重量%のムライト、12.8重量%のシリ
カ、11.3重量%のアルミニウムおよびNa2O・
3.8SiO2として11.8重量%の固体ケイ酸ナトリウ
ム。 実施例1に用いたものと同一グレードの12.7cm
(5インチ)径黒鉛電極を、前記スラリを用いて
2回塗布し乾燥した。次に、約20重量%の炭化ケ
イ素粒子を含有する同様の第2スラリを用いて、
上層を塗布した。塗布された電極をグロバ炉の中
に入れ、500℃に1時間保持し、そののち炉温度
を1350℃に高めた。この温度に2 1/2時間保持し
たのち、電極を炉から出し、常温まで冷却させ
た。電極は約10分間赤熱状態にあつた。翌日検査
したとき、電極の半分のコーテイングがひどく亀
裂を生じ、またコーテイングの一部は黒鉛面から
剥落していた。しかし、黒鉛の露出面は酸化して
いなかつた。これはガラスが冷却または熱衝撃に
際して生じたことを示す。電極の反対側は少し硬
質ガラス層を示し、黒鉛に対してよく結合してい
るように見えた。亀裂は見られなかつた。コーテ
イングされた電極はテスト前において3658gであ
つた。テスト後に30gまたは0.28%のロスで3628
gであつた。この実施例から、下層中に10%のア
ルミニウムのみを含む二重層コーテイングは、あ
る程度のスポレーシヨン(Spallation)を受ける
が故にまだ有効とは言えないことがわかる。 実施例 4 添加されたアルミニウム量が耐火セメント重量
に対して約15重量%まで増大されたこと以外は実
施例3と同様にして他のスラリを作つた。このス
ラリの最終組成は49.5重量%のムライト、9.8重
量%のシリカ、27.3重量%の水ガラスおよび13.0
重量%のアルミニウムであつた。水ガラスはスラ
リの全重量に対して9.1重量%のNa2O・3.8SiO2
および18.2重量%の水と表現することができた。
無水ベースでは、乾燥成分は下記の組成を有し
た。60.8重量%のムライト、12.0重量%のシリ
カ、16.0重量%のアルミニウム、Na2O・3.8SiO2
としての11.1重量%の固体ケイ酸ナトリウム。 実施例1に用いたものと同一グレードの12.7cm
(5インチ)径黒鉛電極に、このスラリを用いて
2回塗布し、下層を形成した。コーテイングの上
層は、実施例1によつて作られたものと同一の炭
化ケイ素含有スラリを用いて施用された。塗布さ
れた電極をグローバ炉の中に入れ、1350℃で同様
の酸化テストを行なつた。2 1/2時間ののち、炉
から電極を出し、常温で冷却させた。コーテイン
グは黒鉛に対してきわめてよく結合し、ピンホー
ル、パフイングまたは亀裂の証拠はなかつた。酸
化テスト前において黒鉛電極とコーテイングは
3575gであつたが、テスト後は27g即ち0.76%の
ロスで3548gであつた。この実施例は、下層の中
に15%のアルミニウムを含有する二重層コーテイ
ングはスポレーシヨンを生じないが故に有効であ
ることを示している。 実施例 5 添加されたアルミニウム量が耐火セメントの約
40重量%まで増大されたこと以外は実施例1と同
様にして他のスラリを作つた。スラリの最終組成
は次の通り。40.6重量%のムライト、8.1重量%
のシリカ、22.4重量%の水ガラス、および28.6重
量%のアルミニウム。水ガラスはスラリ全重量に
対して、7.5重量%のNa2O・3.8SiO2プラス14.9重
量%の水と表現することができた。無水ベースで
は、乾燥成分は下記の組成を有した。47.9重量%
のムライト、9.6重量%のシリカ、33.7重量%の
アルミニウム、8.9重量%の、Na2O・3.8SiO2
して固体ケイ酸ナトリウム。 このスラリを用いて、同一グレードの12.7cm
(5インチ)径黒鉛電極を二回塗布した。次に、
実施例1と同様にして作られた炭化ケイ素含有ス
ラリを用いて、上層を塗布した。塗布された電極
をグローバ炉の中に入れ、1350℃で同一酸化テス
トを実施した。2 1/2時間ののちに、炉から電極
を取出し、常温で冷却させた。コーテイングは黒
鉛に対してよく結合し、パツフイングまたは亀裂
はなかつた。酸化テスト前に電極重量は3677gで
あり、テスト後は35g即ち0.68%のロスで3652g
であつた。この実施例は下層中に90%のアルミニ
ウムを含有する二重層コーテイングの有効性を示
している。 実施例 6 添加アルミニウム量が耐火セメント重量に対し
て約50体積%に増大されたことを除き、実施例1
と同様にして他のスラリを作つた。スラリの最終
組成は38.0重量%のムライト、7.5重量%のシリ
カ、20.9重量%の水ガラスおよび33.3重量%のア
ルミニウムであつた。水ガラスは、スラリ全重量
に対して7.0重量%のNa2O・3.8SiO2プラス13.9重
量%の水と表現することができた。無水ベース
で、乾燥成分は下記組成を有した。44.2重量%の
ムライト、8.7重量%のシリカ、33.8重量%のア
ルミニウム、および8.1重量%のNa2O・3.8SiO2
として固体ケイ酸ナトリウム。 このスラリを用いて同一グレードの12.7cm(5
インチ)径黒鉛電極を2回塗布して下層を作つ
た。実施例1のものと同様の炭化ケイ素含有スラ
リを用いてコーテイングの上層を施用した。コー
テイングされた電極をグロバー炉の中に配置し、
1350℃で同一酸化テストを実施した。2 1/2時間
ののち、電極を炉から取出し、常温で冷却させ
た。これを検査したとき、炭化ケイ素の大きな泡
状島が形成され、これらの島の間を走る亀裂網を
持つ硬質ガラス層を有した。しかしコーテイング
は黒鉛に対してよく結合しているようであつた。
酸化テスト前の電極重量は3576g、テスト後は26
gでは0.73%のロスに対して3350gであつた。こ
の実施例から下層中に50%アルミニウムを使用す
れば、黒鉛とよく結合するが故に有効な二重層コ
ーテイングの形成されることが見られる。 実施例 7 添加アルミニウム量が耐火セメント重量に対し
て約100重量%まで増大されたこと以外は例3と
同様にして他のスラリを作つた。スラリの最終組
成は次の通りであつた。28.4重量%のムライト、
6.6重量%のシリカ、15.6重量%の水ガラス、お
よび50.0重量%のアルミニウム。水ガラスはスラ
リ全重量に対して5.2重量%のNa2O・3.8SiO2
ラス10.4重量%の水で表現された。無水ベース
で、乾燥成分は下記組成を有した。 31.8重量%のムライト、6.3重量%のシリカ、
56.0重量%のアルミニウム、および5.9重量%の
Na2O・2.8SiO2としての固体ケイ酸ナトリウム。 このスラリを用いて、実施例1と同一グレード
の12.7cm(5インチ)径黒鉛電極に2回塗布して
下層を形成した。実施例1と同一の炭化ケイ素含
有スラリを用いて、コーテイングの上層を施用し
た。コーテイングされた電極をグローバ炉の中に
配置し、1350℃で同一酸化テストを実施した。2
1/2時間ののち、電極を炉から取出し、常温で冷
却させた。これを検査すると、アルミニウム含有
下層の中の炭化ケイ素島の間隙に形成された微小
亀裂網が観察された。しかし基層は黒鉛によく結
合しているようであつた。酸化テスト前のコーテ
イングされた電極重量は3586gであり、テスト後
は33gまたは0.92%のロスに対して3550gであつ
た。この実施例から下層中のアルミニウム量が
100%に増大することができるが、ガラス質の上
層の効果はその不均一性の故に低下していること
がわかる。 実施例 8 約30重量%のアルミニウムを含有する例1の第
1スラリを用いて、約15.2cm(6インチ)長さの
12.7cm(5インチ)径黒鉛電極を二回塗布し、二
重層コーテイングの下層を形成した。このコーテ
イングの上層は、実施例1と同様のしかし炭化ケ
イ素を添加されていない第2スラリを用いて作ら
れた。また黒鉛電極は実施例1と同一グレードで
あつた。コーテイングが乾燥したのち電極をグロ
ーバ炉の中に入れ、約500℃に加熱した。炉を約
1時間この温度に保持した。次に炉を温度を3時
間後に約1350℃に高めた。酸化テスト中、炉の中
に約7.5SCFHで空気を掃気した。2 1/2時間の
のち、コーテイングされた電極を炉から除去し、
常温に保持して冷却させた。電極は約10分間赤熱
状態にとどまり、冷却中は亀裂音が聞かれた。あ
との検査に際して、コーテイングの表面に亀裂網
が形成されているのが見られた。コーテイングは
一部の区域では黒鉛に結合していたが、他の区域
ではまつたく結合の証拠がなかつた。このような
一部における結合の欠損は、硬化中の上層の過度
の膨張によるものと思われる。コーテイングされ
た電極は酸化テスト前において3535gであり、テ
スト後に35g即ち0.99%のロスに対して3500gで
あつた。 実施例 9 約30重量%のアルミニウムを含有する実施例1
の第1スラリを用いて、約15.2cm(5インチ)長
さの同一グレードの12.7cm(5インチ)径黒鉛電
極を2層塗布し、二重層コーテイングの下層を形
成した。このコーテイングの上層は、約5重量%
の炭化ケイ素を含有する例1の第2スラリを用い
て実施された。第2スラリの最終組成は、54.2重
量%のムライト、10.8重量%のシリカ、29.9重量
%の水ガラスおよび4.8重量%の炭化ケイ素であ
つた。水ガラスはスラリ全重量に対して10.0重量
%のNa2O・3.8SiO2プラス19.9重量%の水で表現
することができた。無水ベースで乾燥成分は下記
の組成を有していた。67.9重量%のムライト、
13.5重量%のシリカ、6.0重量%の炭化ケイ素お
よび12.5重量%のNa2O・3.8SiO2としての固体ケ
イ酸ナトリウム。コーテイングが乾燥したのち、
電極を約500℃に加熱されたグローバ炉の中に配
置した。この温度に炉を約1時間保持した。次に
3時間後に炉を1350℃の増大した。酸化テスト
中、約7.5SCFHで炉の中に空気を掃気した。2
1/2時間ののち、炉からコーテイングを有する電
極を取出し、常温に急冷した。検査したところ、
コーテイングは黒鉛に対してよく結合しているよ
うで、顕微鏡で見ると、ある程度の微小亀裂が見
られた。このコーテイングは少しつや出しされて
いるように見えた。コーテイングされた試料は酸
化テスト前に3506gであり、テスト後は30gまた
は0.86%のロスに対して3476gであつた。ガラス
質上層の中の炭化ケイ素の量を約5%まで増大し
たときに、有効な二重層コーテイングの得られる
ことがわかる。 実施例 10 約30重量%のアルミニウムを含有する例1の第
1スラリを用いて、約15.2cm(6インチ)長さの
同一グレードの12.7cm(5インチ)径黒鉛電極を
2回塗布して、二重層コーテイングの下層を形成
した。例1と同様のしかし40重量%の炭化ケイ素
を添加した第2スラリを用いて、コーテイングの
上層を施用した。第2スラリの最終組成は、40.6
重量%のムライト、8.1重量%のシリカ、22.4重
量%の水ガラス、および28.6重量%の炭化ケイ素
であつた。水ガラスは、スラリの全重量に対して
7.5重量%のNa2O・3.8SiO2プラス14.9重量%の水
と表現することができた。無水ベースで、乾燥成
分は下記の組成を有していた。47.9重量%のムラ
イト、9.6重量%のシリカ、33.7重量%の炭化ケ
イ素および8.9重量%のNa2O・3.8SiO2としての
固体ケイ酸ナトリウム。コーテイングが乾燥した
のち、電極をグローバ炉の中に配置し、1350℃で
同様の酸化テストを実施した。2 1/2時間のの
ち、電極を炉から取出し、常温まで冷却させた。
コーテイングはつや出しされ、黒鉛によく結合し
ていた。顕微鏡で見ると少量の微小亀裂が見られ
た。コーテイングされた電極は酸化テスト前に
3588gであり、テスト後は29gまたは0.80%のロ
スに対して3559gであつた。この実施例は、ガラ
ス質上層の中の40%炭化ケイ素をもつて、有効な
二重層コーテイングの得られることを示してい
る。 実施例 11 約30重量%のアルミニウムを含有する実施例1
の第1スラリを用いて、約15.2cm(6インチ)長
さの同一グレードの12.7cm(5インチ)径黒鉛電
極を2回塗布し、二重層コーテイングの下層を形
成した。実施例1と同一の、しかし60重量%の炭
化ケイ素を添加した第2スラリを用いて、コーテ
イングの上層を施用した。スラリの最終組成は
35.6重量%のムライト、7.1重量%のシリカ、19.7
重量%の水ガラスおよび37.5重量%の炭化ケイ素
であつた。水ガラスはスラリの全重量に対して
6.6%のNa2O・3.8SiO2プラス13.1%の水であつ
た。無水ベースで、乾燥成分は下記の組成を有し
ていた。41.0重量%のムライト、8.2重量%のシ
リカ、43.2重量%の炭化ケイ素、および7.6重量
%のNa2O・3.8SiO2としての固体ケイ酸ナトリウ
ムであつた。コーテイングが乾燥したのち、電極
をグローバ炉の中に配置し、1350℃で同様の酸化
テストを実施した。2 1/2時間ののち、電極を炉
から取出し常温で冷却した。コーテイングは黒鉛
によく結合し、コーテイング中にパツフイングま
たは亀裂の証拠がなかつた。コーテイングされた
試料は酸化テスト前において3516gであり、テス
ト後は27gまたは0.77%のロスに対して3489gで
あつた。この実施例は、ガラス質上層の中におけ
る60%炭化ケイ素含有量をもつて、有効な二重層
コーテイングの得られることを示す。 実施例 12 再び約30重量%のアルミニウムを含有する実施
例1の第1スラリを用いて、約15.2cm(6イン
チ)長さの同一グレードの12.7cm(5インチ)径
黒鉛電極を2回塗布して、二重層コーテイングの
下層を形成した。30重量%のケイ酸ナトリウムと
70重量%の炭化ケイ素粒子とを含有する第2スラ
リを用いて、コーテイングの上層を施用した。こ
のスラリの製造に際しては、前記の各実施例にお
いて使用された耐火セメントを使用しなかつた。
コーテイングが乾燥したのち、電極をグローバ炉
の中に入れ、約500℃に加熱した。炉をこの温度
に約1時間保持した。炉温度を3時間後に約1350
℃まで増大した。2 1/2時間ののち、炉から電極
を取出し、常温まで冷却した。電極はある時間赤
熱状態にあり、冷却したときに亀裂またはパツフ
イングの証拠がなかつた。上層は少し薄片状を成
して、黒鉛に対して結合されていた。コーテイン
グされた電極は酸化テスト前において3518g、ま
たテスト後において16gあるいは0.45%のロスに
対して3502gであつた。この実施例から、ガラス
質上層が主として炭化ケイ素から成る場合、有効
な二重層コーテイングの得られることがわかる。 実施例 13 30重量%のアルミニウムを含有する実施例1の
スラリを用いて、約15.2cm(6インチ)長さの同
一グレードの12.7cm(5インチ)径黒鉛電極を1
回被覆し、二重層コーテイングの下層を形成し
た。第1層が乾燥したのち、約20重量%のSiC粒
子を含有する実施例1と同一のスラリを用いて上
層を塗布した。コーテイングされた電極を乾燥
し、次にグローバ炉の中に配置し、1350℃で同様
の酸化テストを実施した。次に電極を炉から出
し、常温まで冷却した。試料は10分以上赤熱状態
に留まり、パツフイングまたはピンホールはなか
つた。これを検査したとき、コーテイングは亀裂
がなくつや出しされており、黒鉛によく結合され
ていた。しかしながらコーテイングの表面状に多
くの細孔が見られた。コーテイングされた電極は
酸化テスト前において3615gであり、テスト後は
19gまたは0.53%のロスに対して3596gであつ
た。この実施例から第1スラリの1回塗布のみを
用いて、効率的な二重層コーテイングの作られる
ことが見られる。 実施例 14 実施例1と同様にして作られるが、セメント全
重量に対して40%までのアルミニウムを含有する
スラリを用いて、約15.2cm(6インチ)長さの同
一グレードの12.7cm(5インチ)径黒鉛電極を2
回塗布した。アルミニウムはMetcoNo.54高純度球
形粉末であつた。SiCを含有する追加上層は省略
された。第4図はこのコーテイングの写真であ
る。コーテイングされた電極をグローバ炉の中に
入れ500℃に1時間保持した。次に炉温度を3時
間後に1350℃に高め、この温度に2 1/2時間保持
した。次に電極を炉から除去し、室温まで冷却し
た。冷却中にまだ熱いうちに(約900℃)5分後
に亀裂音が聞かれた。検査すると、コーテイング
は黒鉛に対してよく連結しているようであり、多
数の微小亀裂が発見されたが、ブローチングは生
じなかつた。電極底部にわずかの酸化が見られ
た。この実施例から、黒鉛表面を有効に保持する
ためにこの発明によるアルミニウム含有単層コー
テイングを使用できることがわかる。 実施例 15 約30重量%のアルミニウムを含有する実施例1
の第1スラリを用いて、約15.2cm(6インチ)長
さの12.7cm(5インチ)径黒鉛電極を2回塗布し
た。コーテイングが乾燥したのち、コーテイング
された電極をグローバ炉の内部に配置し、約500
℃に加熱した。炉をこの温度に約1時間保持し
た。次に炉温度を3時間後に約1350℃まで高め
た。酸化テスト中、炉中に約7.5SCFHで空気を
掃気した。2 1/2時間後に、電極を炉から取出
し、電極を常温に放置することによつて冷却し
た。そののち検査すると、コーテイングの表面上
に亀裂網が形成されていることが観察された。コ
ーテイングは黒鉛に対してよく結合されているよ
うであつた。酸化テスト前のコーテイングされた
電極は3666gであり、テスト後は17gまたは0.46
%のロスに対して3649gであつた。 実施例 16 実施例1と同様の方法を用い、30重量%のアル
ミニウムを含有する例1のスラリを、約25.4cm
(10インチ)長の50.8cm(20インチ)径黒鉛電極
に2回塗布して二重層コーテイングの下層を形成
した。約20重量%のSiCを含有する実施例1の第
2スラリを用いて、コーテイングの上層を塗布し
たこの黒鉛電極試料は50.8cm×243.8cm(20イン
チ×96インチ)電極からとられた。この電極を誘
導炉の中に配置し、電極の上端に2個の黒鉛スペ
ーサを配置した。炉を非酸化性条件のもとに約1
時間、500℃に保持し、次に約3時間、1350℃の
温度まで高めた。炉をこの温度に1 1/2時間保持
し、次に常温に冷却した。検査すると、コーテイ
ングは黒鉛に対してよく結合されており、コーテ
イングの側面に若干の亀裂が見られた。しかしこ
れらの亀裂は電極を炉から出すために用いられた
グリツプ装置のはさみ作用から生じたものであ
る。この実施例は、この発明による二重層コーテ
イングが大径炉電極に効果的に使用できることを
示している。 実施例 17 実施例1と同様にしてスラリを作つたが、この
場合アルミニウムと炭化ケイ素は同時に添加さ
れ、それぞれ耐火セメント全重量に対して約20重
量%の割合であつた。スラリの最終組成は40.6重
量%のムライト、8.1重量%のシリカ、22.4重量
%の水ガラス、14.3重量%のアルミニウム、およ
び14.3%のSiCであつた。水ガラスはスラリ全重
量に対して7.5%のNa2O・3.8SiO2プラス14.9%の
水と表現することができた。無水ベースで、乾燥
成分は下記の組成を含む。47.9重量%のムライ
ト、9.6重量%のシリカ、16.8重量%のアルミニ
ウム、16.8重量%のSiC、および8.9重量%の
Na2O・3.8SiO2としての固体ケイ酸ナトリウム。 約6インチ長さの実施例1と同一グレードの5
インチ径電極にスラリを二回施用して乾燥させ
た。次にグローバ炉の中に電極を配置し、500℃
に加熱し、この温度に1時間保持した。次に炉温
度を3時間後に1350℃に高め、この温度にさらに
1 1/2時間保持した。電極を周期的に検査した
が、ピンホールまたはパツフイングの徴候はなか
つた。電極を常温まで冷却し、検査した。軽度の
パツフイングが検出されたが、多数のピンホール
はコーテイング全体に散乱されていた。おそらく
は結合の欠損の故にコーテイングは急速にその赤
熱を失つた。冷却したとき、コーテイングは容易
に除去され、黒鉛表面における酸化の証拠を示し
た。酸化テスト前において、コーテイングされた
電極は3658gであつたがテスト後には38gまたは
3.77%のロスに対して3520gであつた。この実施
例から明らかなように、アルミニウムと炭化ケイ
素とを含有するスラリを用いて作られたコーテイ
ングは有効でない。 実施例 18 アルミニウムの代りに20重量%の金属ケイ素粉
末を使用すること以外は実施例1と同様の耐火セ
メントを用いて、スラリを製造した。スラリの最
終組成は、47.4重量%のムライト、9.4重量%の
シリカ、26.1%の水ガラス、16.7重量%のケイ素
であつた。水ガラスはスラリ全重量に対して8.7
%のNa2O・3.8SiO2プラス17.4%の水として表現
することができた。無水ベースで、乾燥成分は下
記の組成を有していた。57.7重量%の水、11.4重
量%のシリカ、20.3重量%のケイ素、10.6重量%
の、Na2O・3.8SiO2としての固体ケイ酸ナトリウ
ム。この実施例に使用された金属ケイ素は、10%
−100メツシユまたは10%−200メツシユであつ
た。 このスラリを用いて、約15.2cm(6インチ)長
さの同一グレードの12.7cm(5インチ)径電極を
二回塗布し、二重層コーテイングの下層を形成し
た。実施例1に記載の20重量%のSiCを含有する
第2スラリを用いて、コーテイング上層を塗布し
た。コーテイングされた電極をグローバル炉の中
に配置し、1時間で500℃の温度に加熱した。次
に炉温度を3時間で約1350℃に高め、この温度に
2 1/2時間保持した。電極を炉から出し、常温に
冷却した。コーテイング表面は亀裂とピンホール
でおおわれ、コーテイングと黒鉛との結合の証拠
はなかつた。コーテイングされた電極は酸化テス
ト前に3575gであつた。テスト後に、113gまた
は3.16%のロスに対して3462gであつた。この実
施例から、下層の中にアルミニウムの代りにケイ
素を含有する二重層コーテイングは黒鉛電極の有
効な防護を成さないことがわかる。 実施例 19 約30重量%のアルミニウムを含有する実施例1
のスラリを用い、約15.2cm(6インチ)長さの同
一グレードの12.7cm(5インチ)径黒鉛電極を二
回塗布して、二重層コーテイングの下層を形成し
た。次にセメント重量に対して約20重量%の炭化
ホウ素粒子を含有する第2スラリを用いて、上層
を施用した。第2スラリは下記の組成を有してい
た。47.4重量%のムライト、9.4重量%のシリカ、
26.1重量%の水ガラス、および16.7重量%の炭化
ホウ素。水ガラスは、スラリ全重量に対して8.7
重量%のNa2O・3.8SiO2プラス17.4重量%の水で
表現された。無水ベースで、乾燥成分は下記の組
成を有する。57.7重量%のムライト、11.4重量%
のシリカ、20.3重量%の炭化ホウ素、および10.6
重量%のNa2O・3.8SiO2としての固体ケイ酸ナト
リウム。コーテイングを有する電極を、約500℃
に加熱されたグローバ炉の中に配置し、この温度
に約1時間保持した。次に炉温度を3時間で約
1350℃に高めた。2 1/2ののち、電極を炉から出
し、常温まで冷却させた。顕微鏡で検査したと
き、コーテイングの中に多数の微小亀裂が見ら
れ、また1個のピンホールが観察された。コーテ
イングは比較的硬質であつて、黒鉛に対してよく
結合しているようであつた。コーテイングされた
電極は酸化テスト前において3596gであり、テス
ト後は36gまたは1.00%のロスに対して3570gで
あつた。この実施例は、ガラス質上層の中に炭化
ケイ素の代わりに炭化ホウ素を使用して有効な二
重層コーテイングが作られることがわかる。 実施例 20 約20体積%のアルミニウムを含有する実施例1
のスラリを用いて、約15.2cm(6インチ)長さの
同一グレードの12.7cm(5インチ)径黒鉛電極を
三回塗布し多層コーテイングの下層を行つた。約
20重量%のSiCを含有する実施例1の第2スラリ
を用いて中間層を施用した。約76.1重量%のホウ
ケイ酸フリツトと水ガラス結合剤とを含有する第
3スラリを用いて、上層を施用した。ホウケイ酸
フリツトはフエロ社製のFritNo.3227であつて、下
記の重量組成を有した。4.1%のK2O、13.9%の
Na2O、15.6%のAl2O、28.5%のB2O、および
37.9%のSiO2。第3スラリは下記の組成を有して
いた。76.1重量%のホウケイ酸フリツトおよび
23.9重量%の水ガラス。水ガラスは、スラリの全
重量に対して9.1重量%のNa2O・3.2SiO2プラス
14.7重量%の水と表現することができる。無水ベ
ースで乾燥成分は次の組成を有していた。89.2重
量%のホウケイ酸フリツトと10.8重量%のケイ酸
ナトリウム。約500℃に加熱され掃気されたグロ
ーバ炉の中にコーテイングされた電極を配置し、
この温度に約1時間保持した。次に炉温度を4時
間で、約1350℃に高めた。2 1/2時間ののち、炉
から電極を出し、常温まで冷却した。上層が若干
不均一であつたが、コーテイングの外観はよかつ
た。顕微鏡の下に小さな微小亀裂が見られ、コー
テイングの上縁近くに2個のピンホールが見られ
た。コーテイングと基質間の結合は良好であつ
て、スポレーシヨンの証拠はなかつた。コーテイ
ングされた電極は、酸化テスト前において3539g
であり、テスト後において3570g、すなわち43g
または1.22%のロスであつた。この実施例は、ホ
ウケイ酸フリツトから成る上層を使用することに
より有効な多層コーテイングが作られることを示
している。この特定のフリツトは約750℃の融解
温度を有していた。 実施例 21 実施例20に述べられたようにして、それぞれ下
層と中間層を作るために同一の第1スラリと第2
スラリを使用し、約15.2cm(6インチ)長さの同
一グレードの12.7cm(5インチ)径黒鉛電極を下
層と中間層で被覆した。次に、ホウケイ酸フリツ
ト、水ガラスおよび充填材を含有する第3スラリ
を用いて、上層を施用した。この実施例において
は、同一のホウケイ酸フリツト、すなわちフリツ
トNo.3227が使用された。第3スラリに使用された
充填材はAl2O3であつた。この第3スラリは次の
組成を有していた。59.5重量%のホウケイ酸フリ
ツト、23.9重量%の水ガラス、および16.6重量%
の充填材。水ガラスは、スラリの全重量に対して
9.1重量%のNa2O・3.2SiO2プラス14.7重量%の水
と表現することができよう。無水ベースで、乾燥
成分は下記の組成を有していた。69.8重量%のホ
ウケイ酸フリツト、19.5重量%のAl2O3、および
10.8重量%の、Na2O・3.2SiO2としての固体ケイ
酸ナトリウム。約500℃に加熱され掃気されたグ
ローバ炉の内部に、コーテイングされた電極を配
置し、この温度に約1時間保持した。4時間後
に、炉温度を約1350℃に高めた。この温度に約2
1/2時間保持し、次に炉から出して常温まで冷却
した。コーテイングの外観はよく、炭素電極によ
く結合していた。顕微鏡のもとに多数の微小亀裂
が観察された。硬質ガラス外層は泡を含み、ガラ
ス層の一部が上縁から融け落ちて、基層の一部を
露出していた。しかし基質の酸化はまつたく見ら
れなかつた。コーテイングされた電極は酸化テス
ト前において3415g、テスト後において37gすな
わち1.08%のロスに対して3378gであつた。この
実施例は、ホウケイ酸フリツト、充填材および水
ガラスから作られた上層を用いて有効な多層コー
テイングの得られたことを示している。 実施例 22 約30重量%のアルミニウムを含有する実施例1
に述べたスラリを用いて、約50.2mm(2インチ)
長さ同一グレードの31.7mm(1 1/4インチ)径黒
鉛電極試料を3回塗布し、二重層コーテイングの
下層を作つた。次にホウケイ酸フリツトと水ガラ
スとを含有する第2スラリを用いて上層を施用し
た。ホウケイ酸フリツトは同一のFerro FritNo.
3227であつた。第2スラリは下記の組成を有して
いた。76.1重量%のホウケイ酸フリツトプラス
23.9重量%の水ガラス。水ガラスは、スラリの全
重量に対して、9.1重量%のNa2O・3.2SiO2およ
び14.7重量%の水と表現することができた。無水
ベースで、乾燥成分は下記の組成を有した。89.2
重量%のホウケイ酸フリツト、および10.8重量%
の、Na2O・3.2SiO2としての固体ケイ酸ナトリウ
ム。コーテイングされた電極を、種々の温度に加
熱されたCM炉の内部に約3時間、掃気なしで配
置した。次に電極を出して検査した。試料は下記
のように固定された。 (1) 700℃/3時間−試料のコーテイングはよく
結合され、硬質ガラス層を備え、コーテイング
内部に若干の微小亀裂が形成されていた。硬質
ガラス層中の反応の生じなかつた場所に多数の
小泡が見られた。 (2) 800℃/3時間−コーテイング試料は同じく
よく結合され、硬質ガラス層を備え、コーテイ
ング中に微小亀裂が形成されていた。反応の生
じなかつた小区域に小量の泡が発生していた。 (3) 900℃/3時間−コーテイング試料はよく結
合され、硬質ガラス層を備え、若干の微小亀裂
を示したが、泡形成は見られなかつた。 (4) 1000℃/3時間−コーテイング試料はよく結
合され、硬質ガラス層を備え、若干の微小亀裂
があつたが、泡形成は見られなかつた。 この実施例から、ホウケイ酸フリツトから作ら
れたガラス質外側層を用いて有効な二重層コーテ
イングが作られ、安全な反応を保証するためガラ
ス層を十分高温で焼成することによつて発泡が除
去されることが見られる。 実施例 23 約30重量%のアルミニウムを含有する実施例11
のスラリを用いて、約2インチ長さの同一グレー
ドの1 1/4インチ径黒鉛電極試料を塗布し、二重
層コーテイングの下層を形成した。次に、ホウケ
イ酸フリツト、水ガラスおよび充填材を含有する
第2スラリを用いて上層を施用した。この実施例
においても、Ferro fritNo.3227が使用され、充填
材は炭化ケイ素であつた。第2スラリは下記の組
成を有していた。59.5重量%のホウケイ酸フリツ
ト、16.7重量%の炭化ケイ素および23.8重量%の
水ガラス。水ガラスはスラリ全重量に対して9.1
重量%のNa2O・3.2SiO2プラス14.7重量%の水と
表現することができた。無水ベースで、乾燥成分
は下記の組成を有する。69.8重量%のホウケイ酸
フリツト、19.6重量%の炭化ケイ素、および10.7
重量%のNa2O・3.2SiO2を有する。次にコーテイ
ングされた電極をCM炉の中に配置し、約3時
間、掃気なしで種々の温度に加熱した。次に電極
を炉から取出し検査した。コーテイング試料は下
記のように固定された。 (1) 700℃/3時間−コーテイング試料は基質に
結合し、若干の微小亀裂を示す。硬質ガラス層
は少し泡立ち、若干の泡を含んでいた。 (2) 800℃/3時間−コーテイングは頂上部近く
の区域において基質に結合され、若干の微小亀
裂を含んでいた。上層はきれいな硬質ガラス層
を成し、若干の泡を伴なう。 (3) 900℃/3時間−コーテイングは基質によく
結合され、若干の微小亀裂を示す。外側硬質ガ
ラス層は平滑で、透明であり、泡を有しない。 (4) 1000℃/3時間−コーテイングは基質によく
結合し、若干の微小亀裂を伴なう。外側硬質ガ
ラス層は平滑透明であつて泡がない。 この発明は前記の説明のみに限定されるもので
なく、その主旨の範囲において任意に変更実施で
きる。
【table】
It was done.
50V

The analytical results presented in the table confirm that the rigid glassy top layer consists primarily of oxides of aluminum, sodium and silicon, and silicon carbide. It is interesting to note from this table that the zone, the glass layer, is rich in sodium, while the zone is completely devoid of sodium. Most of the sodium from the preferred silicate binder in the lower layer migrates to the zone where it acts as a glass former. Area close to the interface, i.e. area/
(A) was rich in nitrogen, aluminum and silicon. X-ray diffraction data was also obtained for each area of the coating. In the first zone, close to the outer surface of the vitreous top layer, the structure was found to be mostly amorphous. Crystalline phases were found in this area, which were identified as silicon carbide and mullite. In the second zone inside the glass layer, the structure was also amorphous and the crystalline phases were identified as silicon carbide and mullite. One or more additional phases were also discovered. For example, sodium hydroxide. The third area analyzed was within the lower layer. This area is also mostly amorphous and only weakly crystalline. i.e. mullite, metallic silicon, etc. The fourth area analyzed was within the underlying layer, but adjacent to the interface with the graphite matrix. This area was also mostly amorphous, but contained strongly crystalline parts, which were alpha Al 2 O 3 , graphite and mullite. A pattern that could be identified as Al 8 Si 9 N 12 O 12 was also discovered in this area. The physical properties of the double layer coating according to the invention were also examined. For example, the elastic modulus of the bottom layer is
41.5×10 4 when measured by ASTM C-747 method
Kg/cm 2 (5.9×10 6 lbs/in 2 ), while the elastic modulus of the upper layer containing silicon carbide particles was approximately 56.2×10 4 Kg/cm 2 (8×10 6 lbs/in 2 ). It was hot. This estimate is based on cited literature showing that this type of glass has a modulus of elasticity of about 70.3 x 10 4 Kg/cm 2 (10 x 10 6 pounds per square inch) when fully dense. Since this upper layer is porous, its elastic modulus will be slightly lower.
The bending strength of the lower layer was also found to be approximately 176 kg/cm 2 (2500 lbs/in 2 ). The thermal expansion coefficient of the lower layer is approximately 5.5×10 -6 cm/cm/℃,
The thermal expansion coefficient of the glassy upper layer is approximately 40×10 -6 cm/cm/
It is ℃. In comparison, electrode grade graphite typically has a coefficient of thermal expansion of less than 1.5 x 10 -6 cm/cm/°C. The large difference in CTE between graphite and glassy overlayers usually results in interfacial bond failure in the absence of a flexible base layer. In a more specific aspect, the invention relates to coated graphite electrodes used at high temperatures in steelmaking electric arc furnaces. During operation of this electric arc furnace, a current is passed through the graphite electrode, creating an electric arc between the tip of the electrode and the metal bath. The electrode column is heated by an electric arc to a high temperature of approximately 1000° C. or higher, and is periodically rapidly cooled, for example, when pouring out molten metal. A graphite electrode protected by a double layer coating according to the invention can operate effectively under these conditions for a substantially longer period of time than a graphite electrode without a coating. This significantly reduces the operating costs of the furnace and thus the cost of the final product. The invention also provides an electric arc furnace electrode with an unfired or "green" anti-oxidant coating on the surface. This green or green coating can be applied to the graphite electrode in the same manner as described above using a coating composition containing the same components in the same proportions as described above. However, in this case the electrode manufacturer does not roast or bake the coating at high temperatures before storage or shipping. The double layer coating of this invention is particularly suitable for such storage or shipping. This is because the green, dry coating adheres well to the graphite electrode, is hard, and is very durable. However, it should be noted that since the pre-fired coating is water soluble, the green coating should not be directly exposed to the environment for extended periods of time. The invention also includes new and improved coating compositions used to protect surfaces of carbonaceous products, such as carbon or graphite electrodes, against oxidation. This coating composition is
It is preferably applied to the surface of the carbonaceous article by brushing, troweling or similar techniques in the form of a wet paste containing the same components in the same proportions as described above. Alternatively, the coating composition can be applied to the surface of the carbonaceous product by spraying or dipping. In this case additional amounts of water are added to adjust the consistency of the coating to the desired level. In the bilayer embodiment of this invention, the preferred composition of the bottom layer calculated on a dry basis is as follows. 48%-58% mullite, 9%-18% silica, 20-34% aluminum and 8-11% solid sodium silicate. Sufficient water is added to produce the desired slurry concentration required for application methods such as brushing, spraying, etc. The preferred composition of the silicon carbide-containing upper layer, also calculated on a dry basis, is as follows: 52-61% mullite, 10-12.0% silica, 16.0-27% silicon carbide, 9-12% solid sodium silicate. . Next, as in the case of the lower layer, an amount of water is added to produce the desired slurry consistency. In the following, the invention will be further explained with reference to a number of embodiments. It should be noted that some of these examples also include comparative examples that are not based on the present invention. Example 1 Mullite (3Al 2 O 3・2SiO 2 ) and silica (SiO 2 )
A slurry was prepared using a commercially available refractory cement containing and sold under the trademark "Super 3000". This is a product of Barry Fogy, PA. This cement had the following composition: Approximately 57.0
wt% mullite, 11.4wt% silica and
31.6% water glass by weight. The composition announced by the manufacturer was calculated based on chemical analysis of the cement according to ASTM C-753, which contained 52.2% by weight Al 2 O 3 and 44% by weight SiO 2 . , containing 0.2 wt. Fe 2 O 3 and 3.6 wt. % alkali (Na 2 O). Water glass has an approximate composition
33.4% by weight of sodium silicate in Na2O3.8SiO2
It is a solution. Water glass can also be expressed as 10.6% by weight of Na 2 O.3.8SiO 2 and 21% by weight of water based on the total weight of cement. Aluminum powder is added to the cement to form a slurry, approximately 30% to the total weight of the cement.
It was added at a ratio of The final composition of the slurry is 43.8% mullite, 8.7% silica, 24.2% by weight
water glass, 23.1% by weight aluminum. The water glass can be expressed as 8.1% by weight of Na 2 O.3.8SiO 2 and 16.1% by weight of water relative to the total weight of the slurry. On an anhydrous basis, the dry ingredients had the following composition: 52.3% by weight mullite,
10.4 wt% silica, 26.7 wt% aluminum, and 9.6 wt% solid sodium silicate as Na2O.3.8SiO2 . The aluminum used in the slurry was commercially available aluminum powder, i.e.
Metco, Westbury, NY, grade 54 aluminum powder. Most of the aluminum powder was -200/+325 mesh. Diameter 12.7cm (5 inches), height 15.2cm (6 inches)
The slurry was applied with a brush to areas other than the bottom surface of the graphite electrode sample. The slurry was then dried in air at room temperature until the moisture was removed. Next, this drying step
A second slurry layer was brushed over the layer. The two coats of slurry bonded very well to the graphite surface and had a total dry thickness of about 0.05 inch. In this case, a second slurry was made using the above refractory cement to which silicon carbide particles were added. Silicon carbide was added at a rate of about 20% by weight based on the total weight of the cement. The second slurry had the following components: 47.4% by weight mullite, 9.4% by weight silica, 26.1% by weight water glass and 16.7% by weight
of silicon carbide. The water glass could be expressed as 8.7% Na 2 O.3.8SiO 2 plus 17.4% water based on the total weight of the slurry. On an anhydrous basis, the dry ingredients had the following composition: 57.7 wt% mullite, 11 wt% silica, 20.3 wt% silicon carbide, and 10.6 wt% solid sodium silicate as Na2O.3.8SiO2 , silicon carbide is commercially available SiC
The powder was Niagara Fol, NY, Carborundum, Grade 280RA, silicon carbide. Most of the silicon carbide particles were -74 microns. This second slurry was then brushed onto the surface of the aluminum-containing lower layer of the graphite electrode and dried in air at room temperature until all moisture was removed. The graphite and bilayer coating had a dry weight of 3720 g. Globar coated electrode
It was placed in a furnace and an oxidation test was performed. The oxidation test was performed by heating to approximately 500°C and holding at this temperature for approximately 1 hour. Next, the temperature of the furnace was increased to approximately 1350℃ after 3 hours, and during the oxidation test, approximately 7.5SCFH was generated inside the furnace.
to scavenge the air. After 2 1/2 hours, the coated electrode was removed from the oven and allowed to cool by allowing it to stand at room temperature. This electrode is about 10
Remained red hot for ~15 minutes. There was no evidence of puffing or pinhole formation. This double layer coating was examined under a microscope at 20X magnification and no cracks were found on its surface. However, numerous pores were visible throughout the coating. The coating bonded very well to the graphite with no evidence of bumps. Figures 2 and 3 are micrographs of this coating. The final weight of the coated electrode after cooling was 3700 g. This corresponds to a loss of 20g or about 0.54%. A billet without the coating subjected to the same oxidation test lost approximately 11.4%. Therefore,
The double layer coating was effective in reducing typical oxidation losses by about 90%. Example 2 Two applications of the same slurry as in Example 1 were applied to form the bottom layer of a double layer coating of a 5 inch (12.7 cm) diameter, approximately 15.2 cm (6 inch) long graphite electrode. However, no aluminum was added to the slurry. A top layer was then applied using the same slurry as in Example 1 containing approximately 20% by weight SiC particles. The coated electrode was placed in a Globa furnace and subjected to the same oxidation test at 1350°C. Thereafter, the electrode was taken out of the furnace and cooled at room temperature in the same manner. The electrode remained red-hot for approximately 10 minutes, and a loud cracking sound was heard as it cooled. Upon inspection the next day, large cracks were discovered in the coating. Although the coating was easily removed from the electrode, the surface beneath the coating appeared to be well protected. This indicates that the cracks formed during cooling. The initial weight of the coated electrode is 3541g
It was hot. After oxidation test, electrode weight is 3500g
It was hot. This corresponds to a loss of 41g or 1.16%. It can be seen from this example that a double layer coating that does not contain aluminum in the underlying layer is not an effective coating. Example 3 A slurry was made in the same manner as in Example 1. However, in this case, approximately 10
Aluminum powder in an amount of % by weight was added to the slurry. The final composition of the slurry is 51.7% by weight mullite;
It was 10.3% by weight silica, 28.5% by weight water glass, and 9.1% by weight aluminum. The water glass contains 9.5% by weight of Na2O・ based on the total weight of the slurry.
It can be expressed as 3.8Si 2 O and 19.0% by weight water. On an anhydrous basis, the dry ingredients had the following composition: 64.1 wt% mullite, 12.8 wt% silica, 11.3 wt% aluminum and Na2O .
11.8% by weight solid sodium silicate as 3.8SiO2 . 12.7cm of the same grade as that used in Example 1
(5 inch) diameter graphite electrodes were coated twice with the slurry and dried. Then, using a similar second slurry containing about 20% by weight silicon carbide particles,
The top layer was applied. The coated electrode was placed in a Globa furnace and held at 500°C for 1 hour, after which the furnace temperature was increased to 1350°C. After being held at this temperature for 2 1/2 hours, the electrode was removed from the furnace and allowed to cool to room temperature. The electrode remained red hot for about 10 minutes. When inspected the next day, the coating on half of the electrodes was severely cracked and some of the coating had flaked off the graphite surface. However, the exposed surface of graphite was not oxidized. This indicates that the glass was formed upon cooling or thermal shock. The other side of the electrode showed a slightly harder glass layer and appeared to bond well to the graphite. No cracks were observed. The coated electrode weighed 3658 g before testing. 3628 with 30g or 0.28% loss after testing
It was hot at g. This example shows that a double layer coating containing only 10% aluminum in the bottom layer is still not effective as it suffers from some spallation. Example 4 Another slurry was made as in Example 3 except that the amount of aluminum added was increased to about 15% by weight based on the weight of the refractory cement. The final composition of this slurry is 49.5% by weight mullite, 9.8% by weight silica, 27.3% by weight water glass and 13.0% by weight.
% aluminum by weight. The water glass contains 9.1% by weight of Na2O3.8SiO2 based on the total weight of the slurry.
and 18.2% water by weight.
On an anhydrous basis, the dry ingredients had the following composition: 60.8 wt% mullite, 12.0 wt% silica, 16.0 wt % aluminum, Na2O.3.8SiO2
as 11.1% by weight solid sodium silicate. 12.7cm of the same grade as that used in Example 1
A (5 inch) diameter graphite electrode was coated twice with this slurry to form the underlayer. The top layer of the coating was applied using the same silicon carbide-containing slurry made according to Example 1. The coated electrode was placed in a globe furnace and a similar oxidation test was conducted at 1350°C. After 2 1/2 hours, the electrode was taken out of the furnace and allowed to cool to room temperature. The coating bonded extremely well to the graphite with no evidence of pinholes, puffing or cracking. Before the oxidation test, the graphite electrode and coating were
The weight was 3575g, but after the test it was 3548g with a loss of 27g or 0.76%. This example shows that a double layer coating containing 15% aluminum in the bottom layer is effective because it does not cause spalling. Example 5 The amount of aluminum added is approximately
Another slurry was made in the same manner as in Example 1 except that the slurry was increased to 40% by weight. The final composition of the slurry is as follows. 40.6% by weight mullite, 8.1% by weight
of silica, 22.4 wt% water glass, and 28.6 wt% aluminum. The water glass could be expressed as 7.5% by weight of Na 2 O.3.8SiO 2 plus 14.9% by weight of water based on the total weight of the slurry. On an anhydrous basis, the dry ingredients had the following composition: 47.9% by weight
solid sodium silicate as mullite, 9.6 wt% silica, 33.7 wt% aluminum, 8.9 wt % Na2O.3.8SiO2 . Using this slurry, 12.7 cm of the same grade
(5 inch) diameter graphite electrode was applied twice. next,
A silicon carbide-containing slurry made as in Example 1 was used to coat the top layer. The coated electrode was placed in a glober furnace and the same oxidation test was performed at 1350°C. After 2 1/2 hours, the electrode was removed from the furnace and allowed to cool to room temperature. The coating bonded well to the graphite with no puffing or cracking. The electrode weight before the oxidation test was 3677g, and after the test it was 3652g with a loss of 35g or 0.68%.
It was hot. This example demonstrates the effectiveness of a dual layer coating containing 90% aluminum in the bottom layer. Example 6 Example 1 except that the amount of aluminum added was increased to about 50% by volume based on the weight of the refractory cement.
I made other slurries in the same way. The final composition of the slurry was 38.0% mullite, 7.5% silica, 20.9% waterglass and 33.3% aluminum by weight. The water glass could be expressed as 7.0 wt% Na2O.3.8SiO2 plus 13.9 wt% water based on the total slurry weight. On an anhydrous basis, the dry ingredients had the following composition: 44.2 wt% mullite, 8.7 wt % silica, 33.8 wt% aluminum, and 8.1 wt% Na2O3.8SiO2
as solid sodium silicate. Using this slurry, 12.7 cm (5 cm) of the same grade
The bottom layer was made by applying two coats of (inch) diameter graphite electrode. The top layer of the coating was applied using a silicon carbide-containing slurry similar to that of Example 1. Place the coated electrode in a Grover furnace;
The same oxidation test was performed at 1350°C. After 2 1/2 hours, the electrode was removed from the furnace and allowed to cool to room temperature. When this was examined, large foamy islands of silicon carbide were formed with a hard glass layer with a network of cracks running between these islands. However, the coating appeared to bond well to the graphite.
The electrode weight before the oxidation test is 3576g, after the test it is 26g.
In terms of g, it was 3350g with a loss of 0.73%. It can be seen from this example that using 50% aluminum in the bottom layer forms an effective double layer coating because it bonds well with the graphite. Example 7 Another slurry was made as in Example 3 except that the amount of aluminum added was increased to about 100% by weight based on the weight of the refractory cement. The final composition of the slurry was as follows. 28.4% by weight mullite,
6.6 wt% silica, 15.6 wt% water glass, and 50.0 wt% aluminum. The water glass was expressed as 5.2 wt% Na2O.3.8SiO2 plus 10.4 wt% water based on the total weight of the slurry. On an anhydrous basis, the dry ingredients had the following composition: 31.8% by weight mullite, 6.3% by weight silica,
56.0 wt% aluminum, and 5.9 wt%
Solid sodium silicate as Na2O.2.8SiO2 . This slurry was applied twice to a 12.7 cm (5 inch) diameter graphite electrode of the same grade as in Example 1 to form a lower layer. The same silicon carbide-containing slurry as in Example 1 was used to apply the top layer of the coating. The coated electrode was placed in a globe furnace and the same oxidation test was performed at 1350°C. 2
After 1/2 hour, the electrode was removed from the furnace and allowed to cool to room temperature. When examined, a network of microcracks formed between the silicon carbide islands in the aluminum-containing sublayer was observed. However, the base layer appeared to be well bonded to the graphite. The coated electrode weight before the oxidation test was 3586 g and after the test it was 3550 g for a loss of 33 g or 0.92%. From this example, the amount of aluminum in the lower layer is
It can be seen that although it can be increased to 100%, the effectiveness of the vitreous top layer is reduced due to its non-uniformity. Example 8 Using the first slurry of Example 1 containing about 30% aluminum by weight, a 6 inch long
Two coats of 12.7 cm (5 inch) diameter graphite electrode were applied to form the bottom layer of the dual layer coating. The top layer of this coating was made using a second slurry similar to Example 1 but without the addition of silicon carbide. Further, the graphite electrode was of the same grade as in Example 1. After the coating was dry, the electrode was placed in a globe furnace and heated to approximately 500°C. The oven was held at this temperature for approximately 1 hour. The temperature of the furnace was then raised to approximately 1350°C after 3 hours. During the oxidation test, air was purged into the furnace at approximately 7.5 SCFH. After 2 1/2 hours, remove the coated electrode from the furnace and
It was kept at room temperature and cooled. The electrode remained red-hot for about 10 minutes, and a cracking sound could be heard while it cooled. Upon subsequent inspection, a network of cracks was seen forming on the surface of the coating. The coating was bonded to the graphite in some areas, but in other areas there was no evidence of bonding. This loss of bond in some areas is likely due to excessive expansion of the top layer during curing. The coated electrode weighed 3535 g before the oxidation test and 3500 g after the test for a loss of 35 g or 0.99%. Example 9 Example 1 containing about 30% aluminum by weight
The first slurry was used to apply two coats of approximately 5 inch long 5 inch diameter graphite electrodes of the same grade to form the lower layer of the dual layer coating. The upper layer of this coating is approximately 5% by weight.
Example 1 was carried out using the second slurry of Example 1 containing silicon carbide. The final composition of the second slurry was 54.2% mullite, 10.8% silica, 29.9% waterglass and 4.8% silicon carbide by weight. The water glass could be expressed as 10.0% by weight of Na 2 O.3.8SiO 2 plus 19.9% by weight of water based on the total weight of the slurry. On an anhydrous basis, the dry ingredients had the following composition: 67.9% by weight mullite,
Solid sodium silicate as 13.5% by weight silica, 6.0% by weight silicon carbide and 12.5 % by weight Na2O.3.8SiO2 . After the coating has dried,
The electrode was placed in a globe furnace heated to approximately 500°C. The oven was held at this temperature for approximately 1 hour. The furnace was then increased to 1350°C after 3 hours. During the oxidation test, air was purged into the furnace at approximately 7.5 SCFH. 2
After 1/2 hour, the coated electrode was removed from the oven and rapidly cooled to room temperature. Upon inspection,
The coating appeared to bond well to the graphite, with some microcracks visible under the microscope. This coating seemed a little polished. The coated sample weighed 3506 g before the oxidation test and 3476 g after the test for a loss of 30 g or 0.86%. It has been found that effective double layer coatings are obtained when the amount of silicon carbide in the vitreous top layer is increased to about 5%. Example 10 The first slurry of Example 1 containing about 30% aluminum by weight was used to coat two 5-inch diameter graphite electrodes of the same grade about 6 inches long. , formed the lower layer of the double layer coating. A second slurry similar to Example 1 but with the addition of 40% by weight silicon carbide was used to apply the top layer of the coating. The final composition of the second slurry is 40.6
It was weight percent mullite, 8.1 weight percent silica, 22.4 weight percent water glass, and 28.6 weight percent silicon carbide. water glass relative to the total weight of the slurry
It could be expressed as 7.5% by weight of Na 2 O and 3.8SiO 2 plus 14.9% by weight of water. On an anhydrous basis, the dry ingredients had the following composition: Solid sodium silicate as 47.9 wt% mullite, 9.6 wt% silica, 33.7 wt% silicon carbide and 8.9 wt% Na2O.3.8SiO2 . After the coating was dry, the electrode was placed in a globe furnace and a similar oxidation test was performed at 1350°C. After 2 1/2 hours, the electrode was removed from the furnace and allowed to cool to room temperature.
The coating was polished and bonded well to the graphite. When viewed under a microscope, a small number of microcracks were seen. coated electrodes before oxidation test
It was 3588g and after the test it was 3559g for a loss of 29g or 0.80%. This example shows that an effective double layer coating can be obtained with 40% silicon carbide in the vitreous top layer. Example 11 Example 1 containing about 30% aluminum by weight
The first slurry was used to apply two approximately 6 inch lengths of the same grade 5 inch diameter graphite electrode to form the lower layer of the dual layer coating. The top layer of the coating was applied using a second slurry identical to Example 1, but with the addition of 60% by weight silicon carbide. The final composition of the slurry is
35.6% by weight mullite, 7.1% by weight silica, 19.7% by weight
% water glass and 37.5% silicon carbide by weight. The water glass is based on the total weight of the slurry.
It was 6.6% Na2O.3.8SiO2 plus 13.1% water. On an anhydrous basis, the dry ingredients had the following composition: It was 41.0% by weight mullite, 8.2% by weight silica, 43.2% by weight silicon carbide, and 7.6% by weight solid sodium silicate as Na2O.3.8SiO2 . After the coating was dry, the electrode was placed in a globe furnace and a similar oxidation test was performed at 1350°C. After 2 1/2 hours, the electrode was removed from the furnace and cooled to room temperature. The coating bonded well to the graphite and there was no evidence of puffing or cracking during the coating. The coated sample weighed 3516 g before the oxidation test and 3489 g after the test for a loss of 27 g or 0.77%. This example shows that an effective double layer coating can be obtained with 60% silicon carbide content in the vitreous top layer. Example 12 The first slurry of Example 1, again containing about 30% aluminum by weight, was applied twice to a 5 inch diameter graphite electrode of the same grade, about 6 inches long. to form the lower layer of the double layer coating. 30% by weight sodium silicate and
A second slurry containing 70% by weight silicon carbide particles was used to apply the top layer of the coating. In producing this slurry, the refractory cement used in each of the above examples was not used.
After the coating was dry, the electrode was placed in a globe furnace and heated to approximately 500°C. The oven was held at this temperature for approximately 1 hour. The furnace temperature is about 1350 after 3 hours.
It increased to ℃. After 2 1/2 hours, the electrode was taken out of the furnace and cooled to room temperature. The electrode remained red-hot for some time and had no evidence of cracking or puffing when cooled. The upper layer was slightly flaky and bonded to the graphite. The coated electrode weighed 3518 g before the oxidation test and 3502 g after the test for a loss of 16 g or 0.45%. This example shows that an effective double layer coating is obtained when the vitreous top layer consists primarily of silicon carbide. Example 13 Using the slurry of Example 1 containing 30% aluminum, one 5 inch diameter graphite electrode of the same grade approximately 6 inches long was prepared.
It was coated twice to form the lower layer of the double layer coating. After the first layer was dry, the top layer was applied using the same slurry as in Example 1 containing about 20% by weight SiC particles. The coated electrodes were dried and then placed in a globe furnace and subjected to similar oxidation tests at 1350°C. Next, the electrode was taken out of the furnace and cooled to room temperature. The sample remained red-hot for over 10 minutes with no puffing or pinholes. When inspected, the coating was polished with no cracks and was well bonded to the graphite. However, many pores were observed on the surface of the coating. The coated electrode weighs 3615g before the oxidation test and after the test
It was 3596g for a loss of 19g or 0.53%. It can be seen from this example that an efficient double layer coating is created using only one application of the first slurry. EXAMPLE 14 A 6-inch long tube of the same grade was made as in Example 1, but using a slurry containing up to 40% aluminum based on the total weight of the cement. inch) diameter graphite electrode 2
Applied twice. The aluminum was Metco No. 54 high purity spherical powder. The additional top layer containing SiC was omitted. Figure 4 is a photograph of this coating. The coated electrode was placed in a globe furnace and maintained at 500°C for 1 hour. The furnace temperature was then increased to 1350° C. after 3 hours and held at this temperature for 2 1/2 hours. The electrode was then removed from the furnace and cooled to room temperature. While it was still hot (approximately 900 degrees Celsius) during cooling, a cracking sound was heard after 5 minutes. Upon inspection, the coating appeared to bond well to the graphite, with numerous microcracks found but no broaching. A slight oxidation was observed at the bottom of the electrode. This example shows that an aluminum-containing single layer coating according to the present invention can be used to effectively preserve the graphite surface. Example 15 Example 1 containing about 30% aluminum by weight
The first slurry was used to apply two coats of a 5 inch diameter graphite electrode approximately 6 inches long. After the coating is dry, place the coated electrode inside a globe furnace and
heated to ℃. The oven was held at this temperature for approximately 1 hour. The furnace temperature was then increased to approximately 1350°C after 3 hours. During the oxidation test, air was purged into the furnace at approximately 7.5 SCFH. After 2 1/2 hours, the electrode was removed from the oven and allowed to cool by leaving the electrode at room temperature. Upon subsequent inspection, a network of cracks was observed to form on the surface of the coating. The coating appeared to bond well to the graphite. The coated electrode before oxidation test weighs 3666g and after test it weighs 17g or 0.46
% loss was 3649g. Example 16 Using a method similar to Example 1, the slurry of Example 1 containing 30% by weight aluminum was added to approximately 25.4 cm
Two coats were applied to a (10 inch) long 50.8 cm (20 inch) diameter graphite electrode to form the lower layer of the dual layer coating. This graphite electrode sample was taken from a 20 inch by 96 inch electrode with the top layer of coating applied using the second slurry of Example 1 containing about 20% by weight SiC. This electrode was placed in an induction furnace and two graphite spacers were placed at the top of the electrode. The furnace is heated under non-oxidizing conditions to approx.
It was held at 500°C for an hour and then increased to a temperature of 1350°C for about 3 hours. The oven was held at this temperature for 1 1/2 hours and then cooled to ambient temperature. Upon inspection, the coating was well bonded to the graphite with some cracking visible on the sides of the coating. However, these cracks resulted from the pinching action of the gripping device used to remove the electrode from the furnace. This example shows that the double layer coating according to the invention can be effectively used on large diameter furnace electrodes. Example 17 A slurry was prepared in the same manner as in Example 1, but in this case aluminum and silicon carbide were added at the same time, each in a proportion of about 20% by weight based on the total weight of the refractory cement. The final composition of the slurry was 40.6% mullite, 8.1% silica, 22.4% waterglass, 14.3% aluminum, and 14.3% SiC. The water glass could be expressed as 7.5% Na 2 O 3.8SiO 2 plus 14.9% water based on the total weight of the slurry. On an anhydrous basis, the dry ingredients include the following composition: 47.9 wt% mullite, 9.6 wt% silica, 16.8 wt% aluminum, 16.8 wt% SiC, and 8.9 wt%
Solid sodium silicate as Na2O.3.8SiO2 . 5 of the same grade as Example 1 with a length of approximately 6 inches.
The slurry was applied twice to inch diameter electrodes and allowed to dry. Next, place the electrode in a globe furnace and heat it to 500℃.
and held at this temperature for 1 hour. The furnace temperature was then increased to 1350° C. after 3 hours and held at this temperature for an additional 1 1/2 hours. The electrodes were inspected periodically and there were no signs of pinholes or puffing. The electrode was cooled to room temperature and inspected. Mild puffing was detected, but numerous pinholes were scattered throughout the coating. The coating rapidly lost its glow, probably due to a lack of bonding. When cooled, the coating was easily removed and showed evidence of oxidation on the graphite surface. Before the oxidation test, the coated electrode weighed 3658g, but after the test it weighed 38g or
It was 3520g with a loss of 3.77%. As is clear from this example, coatings made with slurries containing aluminum and silicon carbide are not effective. Example 18 A slurry was prepared using the same refractory cement as in Example 1 except that 20% by weight of metallic silicon powder was used instead of aluminum. The final composition of the slurry was 47.4% mullite, 9.4% silica, 26.1% waterglass, and 16.7% silicon by weight. Water glass is 8.7% of the total slurry weight.
It could be expressed as % Na2O3.8SiO2 plus 17.4% water. On an anhydrous basis, the dry ingredients had the following composition: 57.7% water, 11.4% silica, 20.3% silicon, 10.6% by weight
of solid sodium silicate as Na 2 O.3.8SiO 2 . The metallic silicon used in this example was 10%
-100 meshes or 10% -200 meshes. This slurry was used to coat two approximately 6 inch long 5 inch diameter electrodes of the same grade to form the lower layer of the dual layer coating. A second slurry containing 20% by weight SiC as described in Example 1 was used to apply the top coating layer. The coated electrode was placed in a global furnace and heated to a temperature of 500° C. for 1 hour. The furnace temperature was then increased to about 1350° C. for 3 hours and held at this temperature for 2 1/2 hours. The electrode was taken out of the furnace and cooled to room temperature. The coating surface was covered with cracks and pinholes, and there was no evidence of bonding between the coating and the graphite. The coated electrode weighed 3575 g before oxidation testing. After testing it was 3462g for a loss of 113g or 3.16%. This example shows that a double layer coating containing silicon instead of aluminum in the lower layer does not provide effective protection for the graphite electrode. Example 19 Example 1 containing about 30% aluminum by weight
The slurry was used to apply two approximately 6 inch lengths of the same grade 5 inch diameter graphite electrode to form the lower layer of the dual layer coating. A top layer was then applied using a second slurry containing about 20% by weight of boron carbide particles based on the weight of the cement. The second slurry had the following composition. 47.4% by weight mullite, 9.4% by weight silica,
26.1% by weight water glass, and 16.7% by weight boron carbide. Water glass is 8.7% of total slurry weight.
Expressed as wt% Na2O.3.8SiO2 plus 17.4wt% water. On an anhydrous basis, the dry ingredients have the following composition: 57.7% by weight mullite, 11.4% by weight
silica, 20.3% boron carbide, and 10.6% by weight
Solid sodium silicate as wt% Na2O.3.8SiO2 . Electrodes with coatings at approximately 500℃
The sample was placed in a glober furnace heated to 100 ml and held at this temperature for about 1 hour. Next, increase the furnace temperature to approx.
The temperature was increased to 1350℃. After 2 1/2 hours, the electrode was taken out of the furnace and allowed to cool to room temperature. When examined under a microscope, numerous microcracks were observed in the coating and one pinhole was observed. The coating was relatively hard and appeared to bond well to the graphite. The coated electrode weighed 3596 g before the oxidation test and 3570 g after the test for a loss of 36 g or 1.00%. This example shows that an effective double layer coating is created using boron carbide instead of silicon carbide in the vitreous top layer. Example 20 Example 1 containing about 20% aluminum by volume
The slurry was used to form the bottom layer of the multilayer coating by applying three approximately 6 inch lengths of the same grade 5 inch diameter graphite electrode. about
The second slurry of Example 1 containing 20% by weight SiC was used to apply the interlayer. The top layer was applied using a third slurry containing about 76.1% by weight borosilicate frit and water glass binder. The borosilicate frit was Frit No. 3227 manufactured by Ferro and had the following weight composition. 4.1% K2O , 13.9%
Na2O , 15.6% Al2O , 28.5% B2O , and
37.9% SiO2 . The third slurry had the following composition. 76.1% by weight borosilicate frit and
23.9% water glass by weight. The water glass contains 9.1% by weight of Na2O and 3.2SiO2 plus with respect to the total weight of the slurry.
It can be expressed as 14.7% water by weight. On an anhydrous basis, the dry ingredients had the following composition: 89.2% by weight borosilicate frit and 10.8% by weight sodium silicate. The coated electrode is placed in a glober furnace heated to approximately 500℃ and scavenged.
This temperature was maintained for approximately 1 hour. The furnace temperature was then increased to approximately 1350°C for 4 hours. After 2 1/2 hours, the electrode was taken out of the furnace and cooled to room temperature. The appearance of the coating was good, although the top layer was a little uneven. Small microcracks were visible under the microscope and two pinholes were visible near the top edge of the coating. The bond between the coating and the substrate was good with no evidence of sporulation. The coated electrode weighed 3539g before oxidation testing.
and after the test 3570g, i.e. 43g
Or a loss of 1.22%. This example shows that an effective multilayer coating can be made by using a top layer of borosilicate frit. This particular frit had a melting temperature of about 750°C. Example 21 The same first slurry and second slurry were used to make the bottom and middle layers, respectively, as described in Example 20.
The slurry was used to coat a 5 inch diameter graphite electrode of the same grade approximately 6 inches long with the bottom and middle layers. A top layer was then applied using a third slurry containing borosilicate frit, water glass and filler. In this example, the same borosilicate frit, Frit No. 3227, was used. The filler used in the third slurry was Al2O3 . This third slurry had the following composition. 59.5% by weight borosilicate frit, 23.9% by weight water glass, and 16.6% by weight
filling material. water glass relative to the total weight of the slurry
It can be expressed as 9.1% by weight of Na2O.3.2SiO2 plus 14.7% by weight of water. On an anhydrous basis, the dry ingredients had the following composition: 69.8 wt% borosilicate frit, 19.5 wt% Al2O3 , and
10.8% by weight of solid sodium silicate as Na2O.3.2SiO2 . The coated electrode was placed inside a scavenged globe furnace heated to about 500° C. and held at this temperature for about 1 hour. After 4 hours, the furnace temperature was increased to approximately 1350°C. Approximately 2 to this temperature
It was held for 1/2 hour, then removed from the oven and cooled to room temperature. The coating had a good appearance and bonded well to the carbon electrode. A large number of microcracks were observed under the microscope. The outer layer of hard glass contained bubbles and a portion of the glass layer had melted off the top edge, exposing a portion of the base layer. However, no oxidation of the substrate was observed. The coated electrode weighed 3415 g before the oxidation test and 378 g after the test for a loss of 1.08%. This example shows that an effective multilayer coating was obtained using a top layer made of borosilicate frit, filler and water glass. Example 22 Example 1 containing about 30% aluminum by weight
Approximately 50.2 mm (2 inches) using the slurry described in
Three coats of 31.7 mm (1 1/4 inch) diameter graphite electrode samples of the same length were applied to create the bottom layer of the dual layer coating. A top layer was then applied using a second slurry containing borosilicate frit and water glass. The borosilicate frit is the same Ferro Frit No.
It was 3227. The second slurry had the following composition. 76.1% by weight borosilicate fritted plus
23.9% water glass by weight. The water glass could be expressed as 9.1% by weight of Na 2 O.3.2SiO 2 and 14.7% by weight of water relative to the total weight of the slurry. On an anhydrous basis, the dry ingredients had the following composition: 89.2
% by weight borosilicate frit, and 10.8% by weight
of solid sodium silicate as Na 2 O.3.2SiO 2 . The coated electrodes were placed inside a CM furnace heated to various temperatures for approximately 3 hours without scavenging. Next, the electrodes were taken out and tested. Samples were fixed as described below. (1) 700°C/3 hours - The coating of the sample was well bonded and had a hard glass layer with some microcracks forming inside the coating. Numerous small bubbles were observed in the hard glass layer at locations where no reaction occurred. (2) 800°C/3 hours - The coated sample was also well bonded and had a hard glass layer with microcracks forming in the coating. A small amount of foam was generated in a small area where no reaction occurred. (3) 900°C/3 hours - The coated sample was well bonded with a hard glass layer and showed some microcracks but no bubble formation. (4) 1000°C/3 hours - Coating samples were well bonded with a hard glass layer, some microcracks, but no bubble formation. From this example, an effective double layer coating was created using a glassy outer layer made from borosilicate frits, and foaming was eliminated by firing the glass layer at a high enough temperature to ensure a safe reaction. I can see what will happen. Example 23 Example 11 containing about 30% aluminum by weight
The slurry was used to coat approximately 2 inches long 1 1/4 inch diameter graphite electrode samples of the same grade to form the bottom layer of the dual layer coating. A top layer was then applied using a second slurry containing borosilicate frit, water glass and filler. Also in this example, Ferro frit No. 3227 was used and the filler was silicon carbide. The second slurry had the following composition. 59.5% by weight borosilicate frit, 16.7% by weight silicon carbide and 23.8% by weight water glass. Water glass is 9.1% of total slurry weight
It could be expressed as wt% Na2O.3.2SiO2 plus 14.7wt% water. On an anhydrous basis, the dry ingredients have the following composition: 69.8% by weight borosilicate frit, 19.6% by weight silicon carbide, and 10.7% by weight
% Na 2 O.3.2SiO 2 by weight. The coated electrodes were then placed in a CM furnace and heated to various temperatures for approximately 3 hours without scavenging. The electrode was then removed from the furnace and inspected. Coating samples were fixed as follows. (1) 700°C/3 hours - Coating sample bonds to substrate and shows some microcracks. The hard glass layer was slightly foamy and contained some bubbles. (2) 800°C/3 hours - The coating was bonded to the substrate in the area near the top and contained some microcracks. The upper layer is a clear hard glass layer with some bubbles. (3) 900°C/3 hours - Coating is well bonded to the substrate and shows some microcracks. The outer hard glass layer is smooth, transparent and bubble-free. (4) 1000°C/3 hours - Coating bonds well to substrate with some microcracks. The outer hard glass layer is smooth and transparent and free of bubbles. This invention is not limited to the above description, and can be modified and implemented as desired within the scope of the spirit thereof.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明による二重層コーテイングの
略示的断面図、第2〜10図はいずれもそれぞれ
の面に存在する粒子構造或は繊維の形状等を示す
顕微鏡写真であつて、第2図はこの発明による実
際の二重層コーテイングの断面を示す倍率50Xの
光学顕微鏡写真、第3図は第2図と同一の二重層
コーテイングの断面を示す倍率200Xの光学顕微
鏡写真、第4図はこの発明による単層コーテイン
グの断面を示す倍率200Xの第3図と類似の図、
第5図は常温において亀裂を含む実際ガラス質上
層の上面の写真、第6図は1350℃に加熱されたの
ちの同一ガラス質上層の上面の写真、第7図はこ
の発明による二重層コーテイングの下層の中央断
面を示す倍率1000Xの光学顕微鏡写真、第8図は
第7図の下層の同一断面をより詳細に示す倍率
4000Xの光学顕微鏡写真、第9図は下層と黒鉛基
質との界面に近い下層断面を示す倍率1000Xの光
学顕微鏡写真、また第10図は第9図の下層の同
一断面のより詳細な倍率4000Xの光学顕微鏡写真
である。 10……下層、12……基質、14……上層、
16……ムライト粒子、18……酸化アルミニウ
ム粒子、20……金属ケイ素粒子。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the double layer coating according to the present invention, and FIGS. 2 to 10 are micrographs showing the particle structure or fiber shape present on each surface. is an optical micrograph at a magnification of 50X showing a cross section of an actual double layer coating according to the present invention, FIG. 3 is an optical micrograph at a magnification of 200X showing a cross section of the same double layer coating as in FIG. Figure 3 and similar figure at 200X magnification showing a cross-section of a single layer coating by
Figure 5 is a photograph of the top surface of an actual vitreous upper layer containing cracks at room temperature, Figure 6 is a photograph of the upper surface of the same vitreous upper layer after it has been heated to 1350°C, and Figure 7 is a photograph of the top surface of the same vitreous upper layer after it has been heated to 1350°C. Optical micrograph at 1000X magnification showing the central cross section of the lower layer; Figure 8 is a magnification showing the same cross section of the lower layer in Figure 7 in more detail.
4000X optical micrograph, Figure 9 is a 1000X optical microscope photograph showing a cross section of the lower layer near the interface between the lower layer and the graphite matrix, and Figure 10 is a more detailed 4000X magnification of the same cross section of the lower layer in Figure 9. This is an optical microscope photograph. 10...lower layer, 12...substrate, 14...upper layer,
16...Mullite particles, 18...Aluminum oxide particles, 20...Metal silicon particles.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 高温における酸化と浸食に対して防護された
炭素質製品を製造する方法において、 (a) 乾燥成分の全重量に対する重量%において30
乃至75重量%のムライト、12重量%までのシリ
カ、15乃至60重量%のアルミニウム、5乃至11
重量%のケイ素含有結合材を含む粒状混合物を
炭素質基質の表面に施用する段階と、 (b) シリカがアルミニウムによつて還元されて酸
化アルミニウムとケイ素とを生じる温度に前記
粒状混合物を加熱する段階とを含む方法。 2 前記のケイ素含有結合材は、ケイ酸ナトリウ
ム、ケイ酸カリウム、ケイ酸エチルおよびコロイ
ド状シリカからなるグループから選ばれる特許請
求の範囲第1項による方法。 3 前記粒状混合物は52.3重量%のムライトと、
10.4重量%のシリカと、26.7重量%のアルミニウ
ムと、9.6重量%のケイ酸ナトリウムとを含む特
許請求の範囲第1項による方法。 4 前記粒状混合物は水性スラリの形で前記炭素
質基質の表面に施用される特許請求の範囲第1項
による方法。 5 前記スラリは前記炭素質基質に固着した硬質
連続層を生じる条件で乾燥される特許請求の範囲
第4項による方法。 6 前記スラリは空気中で常温で乾燥される特許
請求の範囲第5項による方法。 7 前記乾燥された連続層が少なくとも1000℃の
温度まで加熱される特許請求の範囲第5項による
方法。 8 高温における酸化と浸食に対して防護された
炭素質製品を製造する方法において、 (a) 乾燥成分の全重量に対する重量%で30乃至75
%のムライトと、12重量%までのシリカと、15
乃至60%のアルミニウムと、5乃至11%のケイ
素含有結合材とを含む第1粒状混合物を炭素質
基質の表面に施用する段階と、 (b) 乾燥成分の全重量に対する重量%で、70%ま
でのムライト、14%までのシリカ5乃至95%の
炭化ケイ素および炭化ホウ素からなるグループ
から選ばれた金属炭化物と、5乃至14%のケイ
素金属結合材とを含む第2粒状混合物を前記第
1粒状混合物に施用する段階と、 (c) シリカがアルミニウムによつて還元されて酸
化アルミニウムとケイ素とを生じる温度に、前
記第1粒状混合物を前記(b)段階の前またはあと
において加熱する段階と、 (d) 前記第2粒状混合物を、前記(c)段階と同時に
またはそののちに、剛性ガラス上層が形成され
る温度に加熱する段階とを含む方法。 9 前記第1粒状混合物中の前記ケイ素含有結合
材は、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ
酸エチルおよびコロイド状シリカからなるグルー
プから選ばれる特許請求の範囲第8項による方
法。 10 前記第1粒状混合物は、52.3重量%のムラ
イトと、10.4重量%のシリカと、26.7重量%のア
ルミニウムと、9.6重量%のケイ酸ナトリウムと
を含む特許請求の範囲第9項による方法。 11 前記第2粒状混合物中の前記ケイ素含有結
合材は、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケ
イ酸エチルおよびコロイド状シリカからなるグル
ープから選ばれる特許請求の範囲第8項による方
法。 12 前記第2粒状混合物は、57.7重量%のムラ
イトと、11.0重量%のシリカと、20.3重量%の炭
化ケイ素と、10.6重量%のケイ酸ナトリウムとを
含む特許請求の範囲第11項による方法。 13 前記第1粒状混合物は水性スラリの形で前
記炭素質基質の表面に施用される特許請求の範囲
第12項による方法。 14 前記スラリは、前記炭素質基質に固着した
硬質連続層を製造する条件で乾燥される特許請求
の範囲第13項による方法。 15 前記スラリは空気中常温で乾燥される特許
請求の範囲第14項による方法。 16 前記の乾燥された連続層が少なくとも1000
℃の温度に乾燥される特許請求の範囲第14項に
よる方法。 17 前記の第2粒状混合物は水性スラリの形で
前記第1粒状混合物に施用される特許請求の範囲
第14項による方法。 18 前記スラリは、前記第1粒状混合物に固着
した硬質連続層を生じる条件で乾燥される特許請
求の範囲第17項による方法。 19 前記スラリは空気中常温で乾燥される特許
請求の範囲第18項による方法。 20 前記乾燥された連続層が少なくとも1000℃
の温度まで加熱される特許請求の範囲第18項に
よる方法。 21 前記第2粒状混合物に対して第3粒状混合
物が施用され、この第3粒状混合物は、25乃至85
重量%のホウケイ酸フリツトと、5乃至15重量%
のケイ素含有結合材とを含み、またここに前記第
3粒状混合物は、剛性のガラス質上層が形成され
る温度まで加熱される特許請求の範囲第8項によ
る方法。 22 前記第3粒状混合物は更に65重量%までの
充填材を含む特許請求の範囲第21項による方
法。 23 前記ホウケイ酸フリツトは、7乃至52重量
%のNa2Oと、8乃至64重量%のB2O3と、6乃至
68重量%のSiO2とを含有する特許請求の範囲第
21項による方法。 24 前記のケイ素含有結合材は、ケイ酸ナトリ
ウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸エチルおよびコロ
イド状シリカからなるグループから選ばれる特許
請求の範囲第21項による方法。 25 前記充填材はAl2O3、SiC、ムライト、
SiO2およびB4Cからなるグループから選ばれる特
許請求の範囲第22項による方法。 26 高温における酸化と浸食に対して防護され
た炭素質製品を製造する方法において、 (a) 乾燥成分の全重量に対する重量%として30乃
至75%のムライトと、12重量%までのシリカ
と、15乃至60%のアルミニウムと、5乃至11%
のケイ素含有結合材とを含む第1粒状混合物を
炭素質基質の表面に施用する段階と、 (b) 乾燥成分の全重量に対して重量%として25乃
至85%のホウケイ酸フリツトと、5乃至15%の
ケイ素含有結合材とを含む第2粒状混合物を前
記第1粒状混合物に施用する段階と、 (c) シリカがアルミニウムによつて還元されて酸
化アルミニウムとケイ素とを生じる温度に、前
記第1粒状混合物を、前記(b)段階の前または後
において加熱する段階と、 (d) 上層を形成するのに十分な温度に前記第2粒
状混合物を、前記(c)段階と同時にまたはそのの
ちに加熱する段階とを含む方法。 27 前記第2粒状混合物は更に65重量%までの
充填材を含む特許請求の範囲第26項による方
法。 28 前記第1粒状混合物中の前記ケイ素含有結
合材は、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケ
イ酸エチルおよびコロイド状シリカから選ばれる
特許請求の範囲第26項による方法。 29 前記第1粒状混合物は、52.3重量%のムラ
イトと、10.4重量%のシリカと、26.7重量%のア
ルミニウムと、9.6重量%のケイ酸ナトリウムと
を含有する特許請求の範囲第28項による方法。 30 前記のホウケイ酸フリツトは、7乃至52重
量%のNa2Oと、8乃至64重量%のB2O3と、6乃
至68重量%のSiO2とを含む特許請求の範囲第2
6項による方法。 31 前記のケイ素含有結合材はケイ酸ナトリウ
ム、ケイ酸カリウム、ケイ酸エチルおよびコロイ
ド状シリカからなるグループから選ばれる特許請
求の範囲第26項による方法。 32 前記の充填材はAl2O3、SiC、ムライト、
SiO2およびB4Cから成るグループから選ばれる特
許請求の範囲第27項による方法。 33 前記の第1粒状混合物は水性スラリの形で
前記炭素質基質の表面に施用される特許請求の範
囲第26項による方法。 34 前記スラリは、前記炭素質基質に固着した
硬質連続層を生じる条件で乾燥される特許請求の
範囲第26項による方法。 35 前記スラリは空気中常温で乾燥される特許
請求の範囲第26項による方法。 36 前記の乾燥された連続層が少なくとも1000
℃の温度まで加熱される特許請求の範囲第26項
による方法。 37 前記の第2粒状混合物が水性スラリの形で
第1粒状混合物に施用される特許請求の範囲第2
6項による方法。 38 前記スラリが、前記第1粒状層に固着した
硬質連続層を生じる条件で乾燥される特許請求の
範囲第37項による方法。 39 前記スラリは空気中常温で乾燥される特許
請求の範囲第38項による方法。 40 前記乾燥連続層は少なくとも1000℃の温度
に加熱される特許請求の範囲第39項の方法。
Claims: 1. A method for producing a carbonaceous product protected against oxidation and erosion at elevated temperatures, comprising: (a) 30% by weight relative to the total weight of dry ingredients;
75% to 75% by weight mullite, up to 12% by weight silica, 15 to 60% by weight aluminum, 5 to 11
applying a particulate mixture comprising % by weight of a silicon-containing binder to the surface of a carbonaceous substrate; (b) heating the particulate mixture to a temperature at which the silica is reduced by aluminum to form aluminum oxide and silicon; A method comprising steps. 2. A method according to claim 1, wherein said silicon-containing binder is selected from the group consisting of sodium silicate, potassium silicate, ethyl silicate and colloidal silica. 3. The granular mixture contains 52.3% by weight of mullite;
A process according to claim 1, comprising 10.4% by weight silica, 26.7% by weight aluminum and 9.6% by weight sodium silicate. 4. A method according to claim 1, wherein the particulate mixture is applied to the surface of the carbonaceous substrate in the form of an aqueous slurry. 5. A method according to claim 4, wherein the slurry is dried under conditions that produce a hard continuous layer fixed to the carbonaceous substrate. 6. A method according to claim 5, wherein the slurry is dried in air at room temperature. 7. A method according to claim 5, wherein the dried continuous layer is heated to a temperature of at least 1000°C. 8. In a process for producing carbonaceous products protected against oxidation and erosion at high temperatures, (a) from 30 to 75% by weight relative to the total weight of dry ingredients;
12% mullite, up to 12% silica, 15% by weight
applying to the surface of the carbonaceous substrate a first particulate mixture comprising from 60% to 60% aluminum and from 5 to 11% silicon-containing binder; (b) 70% by weight relative to the total weight of dry ingredients; A second particulate mixture comprising up to 14% silica, up to 14% silica, a metal carbide selected from the group consisting of 5 to 95% silicon carbide and boron carbide, and 5 to 14% silicon metal binder to said first (c) heating said first particulate mixture, either before or after step (b), to a temperature at which silica is reduced by aluminum to form aluminum oxide and silicon; (d) heating the second particulate mixture to a temperature at which a rigid glass top layer is formed, either simultaneously with or after step (c). 9. A method according to claim 8, wherein the silicon-containing binder in the first particulate mixture is selected from the group consisting of sodium silicate, potassium silicate, ethyl silicate and colloidal silica. 10. A method according to claim 9, wherein the first particulate mixture comprises 52.3% by weight mullite, 10.4% by weight silica, 26.7% by weight aluminum and 9.6% by weight sodium silicate. 11. The method according to claim 8, wherein the silicon-containing binder in the second particulate mixture is selected from the group consisting of sodium silicate, potassium silicate, ethyl silicate and colloidal silica. 12. A method according to claim 11, wherein the second particulate mixture comprises 57.7% by weight mullite, 11.0% by weight silica, 20.3% by weight silicon carbide, and 10.6% by weight sodium silicate. 13. A method according to claim 12, wherein the first particulate mixture is applied to the surface of the carbonaceous substrate in the form of an aqueous slurry. 14. A method according to claim 13, wherein the slurry is dried under conditions that produce a rigid continuous layer adhered to the carbonaceous substrate. 15. A method according to claim 14, wherein the slurry is dried in air at room temperature. 16 said dried continuous layer has at least 1000
15. A method according to claim 14, wherein the method is dried to a temperature of °C. 17. A method according to claim 14, wherein said second particulate mixture is applied to said first particulate mixture in the form of an aqueous slurry. 18. A method according to claim 17, wherein the slurry is dried under conditions that result in a hard continuous layer fixed to the first particulate mixture. 19. A method according to claim 18, wherein the slurry is dried in air at ambient temperature. 20 The dried continuous layer is heated to at least 1000°C.
19. A method according to claim 18, wherein the method is heated to a temperature of . 21 A third particulate mixture is applied to the second particulate mixture, the third particulate mixture having a particle size of 25 to 85
% by weight of borosilicate frits and 5 to 15% by weight.
a silicon-containing binder, and wherein said third particulate mixture is heated to a temperature at which a rigid vitreous top layer is formed. 22. A method according to claim 21, wherein said third particulate mixture further comprises up to 65% by weight of filler. 23 The borosilicate frit contains 7 to 52% by weight of Na 2 O, 8 to 64% by weight of B 2 O 3 , and 6 to 52% by weight of B 2 O 3 .
68% by weight of SiO 2 . 24. A method according to claim 21, wherein said silicon-containing binder is selected from the group consisting of sodium silicate, potassium silicate, ethyl silicate and colloidal silica. 25 The filler is Al 2 O 3 , SiC, mullite,
A method according to claim 22, wherein the method is selected from the group consisting of SiO 2 and B 4 C. 26. A method for producing a carbonaceous product protected against oxidation and erosion at elevated temperatures, comprising: (a) 30 to 75% mullite and up to 12% silica, as % by weight relative to the total weight of the dry ingredients; 60% aluminum and 5% to 11% aluminum
(b) 25 to 85% by weight of borosilicate frit, based on the total weight of the dry ingredients; applying to said first particulate mixture a second particulate mixture comprising 15% silicon-containing binder; heating one particulate mixture before or after step (b); and (d) heating the second particulate mixture to a temperature sufficient to form a top layer simultaneously with or after step (c). and heating the method. 27. A method according to claim 26, wherein said second particulate mixture further comprises up to 65% by weight filler. 28. A method according to claim 26, wherein the silicon-containing binder in the first particulate mixture is selected from sodium silicate, potassium silicate, ethyl silicate and colloidal silica. 29. A method according to claim 28, wherein the first particulate mixture contains 52.3% by weight mullite, 10.4% by weight silica, 26.7% by weight aluminum and 9.6% by weight sodium silicate. 30 The borosilicate frit comprises 7 to 52% by weight of Na2O , 8 to 64% by weight of B2O3 , and 6 to 68% by weight of SiO2 .
Method according to Section 6. 31. A method according to claim 26, wherein said silicon-containing binder is selected from the group consisting of sodium silicate, potassium silicate, ethyl silicate and colloidal silica. 32 The above filler is Al 2 O 3 , SiC, mullite,
28. A method according to claim 27, selected from the group consisting of SiO 2 and B 4 C. 33. A method according to claim 26, wherein said first particulate mixture is applied to the surface of said carbonaceous substrate in the form of an aqueous slurry. 34. A method according to claim 26, wherein the slurry is dried under conditions that result in a hard continuous layer adhered to the carbonaceous substrate. 35. A method according to claim 26, wherein the slurry is dried in air at ambient temperature. 36 said dried continuous layer has at least 1000
27. A method according to claim 26, wherein the method is heated to a temperature of °C. 37. Claim 2, wherein said second particulate mixture is applied to the first particulate mixture in the form of an aqueous slurry.
Method according to Section 6. 38. A method according to claim 37, wherein the slurry is dried under conditions that result in a hard continuous layer that adheres to the first particulate layer. 39. A method according to claim 38, wherein the slurry is dried in air at ambient temperature. 40. The method of claim 39, wherein the dry continuous layer is heated to a temperature of at least 1000°C.
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