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Imprégnation des matières céramiques"
La présente invention est relative à un procédé d'impré- gnation de formes céramiques et notamment à l'imprégnation de ma- tières réfractaires pour hautes températures.
L'invention est applicable notamment à l'imprégnation de briques réfractaires basiques convenant pour le revêtement des enceintes utilisées dans la production de l'acier par le procédé à soufflage d'oxygène, appelé procédé LD, procédé au convertisseur à oxygène ou, d'une manière générale, fabrication d'acier à l'oxy- gène.
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Le procéda de fabrication de l'acier à l'oxygène n'est vieux que de dix ans environ, mais son aptitude remarquable à pro- curer un acier de bonne qualité à une allure rapide a tellement influencé l'industrie de la production de l'acier que l'on cons- truit de plus en plus de systèmes de fabrication de l'acier du ty- pe à convertisseur à oxygène. Ce grand intérêt des procédés de fabrication de l'acier à l'oxygène a stimulé les fabricants de ma- tières réfractaires pour la fourniture de produite mieux capables de résister aux conditions chimiques et physiques présentes dans ces procédés.
Dans le procédé de fabrication d'acier à l'oxygène, la scorie produite est essentiellement basique et, en conséquence, une chemise de matière réfractaire basique a été considérée comme étant la plus applicable. La matière de revêtement la plus géné- ralement utilisée est une dolomite totalement brûlée, de la magné- site ou un mélange de chaux et de magnésite lié par du goudron ou du brai. Pour certaines installations, un tel mélange a été soit transformé en briques, soit tassé en une construction mono- lithique. Des matières réfractaires du type précédent ont donné satisfaction dans de nombreux procédés de fabrication de l'acier à l'oxygène.
Cependant, ces matières réfraotaires ne sont pas to- talement satisfaisantes en ce qui concerne la solidité, la résis- tance à l'abrasion et la résistance aux chocs thermiques.
Il est connu qu'une brique basique cuite possède fré- quemment une solidité beaucoup plus élevée qu'une brique non cuite du fait de la liaison céramique formée par le processus de cuis- son. Toutefois, il est connu également qu'une brique basique caite est généralement plus encline à l'effritement que les bri- ques non cuites ou liées chimiquement. C'est ainsi qu'on a aug- géré qu'une brique basique cuite, qui serait saturée ou imprégnée d'une matière carbonée cokéfiable non aqueuse, telle qu'un goudron de pétrole ou un brai de goudron de houille, donnerait une matière réfractaire beaucoup plus convenable pour le procédé de fabrioa- tion de l'acier à l'oxygène.
Une manière suivant laquelle cette
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saturation ou imprégnation a été réalisée précédemment consiste à plaoer les formes réfraotaires basiques cuites dans un réservoir de brai chaud, pendant une période de temps suffisante pour que le goudron sature les formes. Ceci était évidemment une opération réalisée quelque peu au hasard, du fait des densités variables d'une forme à l'autre, des dimensions variables de ces formes, de la teneur d'humidité variable des formes, de la volatilité et de la viscosité du brai chaud variant avec le temps du fait de la perte des matières volatiles, etc.. Ce procédé est également dés- avantageux du fait de la possibilité d'inoendie et d'explosion en présence des matières volatiles inflammables dégagées par le brai chauffé.
En conséquence, un but de la présente invention est de procurer un procédé amélioré d'imprégnation de corps céramiques.
Un autre but de l'invention est de procurer un procédé amélioré d'imprégnation de formes réfractaires cuites, les formes impré- gnées obtenues ayant une utilité particulière pour les enceintes utilisées dans le procédé de fabrication de l'acier à l'oxygène.
Un autre but encore de la présente invention est de procurer un procédé amélioré pour l'imprégnation rapide et économique de for- mes céramiques par une matière carbonée ookéfiable non aqueuse, ce procédé réduisant au minimum la possibilité d'explosion en mini- misant la pert des composants volatils des matières carbonées.
Un autre but encore de la présente invention est de pro- ! curer un procédé d'imprégnation de formes réfraotaires basiques par une matière carbonée ookéfiable non aqueuse, ce procédé assu- ! rant une saturation pratiquement uniforme de la forme réfraotaire cuite à travers toute sa section transversale.
En résumé, dans une forme de réalisation, la présente invention prévoit un traitement à deux cycles d'une forme réfrao- taire basique. Le premier cycle comprend le placement de la bri- que chauffée dans une chambre fermée et l'application d'une près- sion réduite à cette chambre en vue d'assurer une élimination pra-
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tiquement totale des poches d'air et de l'humidité emprisonnée., à partir des interstices de la structure des graina liée par voie céramique, qui constituent la forme. Le second cycle comprend l' immersion de la forme dans une masse de matière carbonée non a- queuse, cokéfiable, chauffée, inerte vis-à-vis de la matière de la forme. La masse est soumise à une mise sous pression par un gaz inerte.
Après la mise sous pression pendant une très courte période de temps, la masse de matière carbonée est retirée du ré- servoir de traitement et les formes sont enlevées.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront aux spécialistes en ce domaine à la lecture de la description détaillée suivante donnée avec référence au dessin annexé.
Le dessin est un schéma montrant une forme d'application! préférée du procédé suivant l'invention pour l'imprégnation de formes réfractaires par une matière carbonée, ookéfiable, non a- queuse.
Suivant l'invention, un récipient de traitement du type autoclave 10 est prévu. Un réservoir de brai chaud 11 est relié par un conduit d'eau 12 et une vanne 13 au fond du récipient de traitement 10. Une pompe à vide 14 est reliée par un conduit 15 à la partie supérieure du récipient de traitement 10. Une alimen- tation de gaz inerte sous pression 20, par exemple de l'azote ga- zeux, est reliée par un régulateur de pression 21 et une vanne 22 à la partie supérieure du récipient 10. Un four de préchauffage des briques 23 est situé de préférence au voisinage immédiat du récipient, de sorte que les briques chauffées peuvent être reti- rées rapidement de ce four et placées dans le récipient de traite- ment.
En fonctionnement effectif, le brai est maintenu à une température supérieure à 200 F, de préférence de l'ordre de 285 à 300 F. Cette température est nécessaire pour maintenir le brai
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dans une condition fluide afin de permettre une entrée et une sor- tie aisées par les conduits d'interconnexion vers et partant du récipient de traitement. Le four de préchauffage des briques 23 doit être capable de maintenir les formes réfractaires ou briques sous une chaleur supérieure à environ 200 F.
L'alimentation de gaz inerte 20, par le dispositif de régulation de pression 21 (qui peut être l'un quelconque des nombreux dispositifs de régula-? tion de pression connus, couramment utilisés avec les réservoirs à gaz sous pression), est réglée pour fournir 90 livres par pouce carré de pression à l'intérieur du récipient de traitement lors de l'ouverture de la vanne 22.
La succession des phases du procédé est la suivante : les briques préchauffées jusqu'au-dessus d'environ 200 F sont re- tirées d'un four 23, placées dans un récipient de traitement 10 et celui-ci est alors fermé à l'atmosphère. La pompe 14 est mise en fonctionnement et l'intérieur du récipient de traitement est plaoéa sous un vide d'environ 25 pouces de mercure. Cette près- sion réduite est entretenue pendant environ 5 minutes ou Jusqu'au moment où les interstices intérieurs qui, avec la structure à grains liée par voie céramique, complètent les briques préchauf- fées, sont évacués de l'air et de l'humidité emprisonnés.
La van- ne 13 est ouverte et un brai de goudron de houille, se trouvant à une température d'environ 285 à 300 F, est rapidement introduit dans le récipient de traitement en une quantité suffisante pour inonder celui-ci jusqu'à un niveau suffisant pour recouvrir com- platement les briques préchauffées. La vanne 13 est fermée et la vanne 22 est ouverte pour appliquer une pression de 90 livres par pouce carré à l'intérieur du récipient de traitement. Après au moins environ une minute, la vanne 22 est fermée et la vanne 13 est ouverte pour rechasser le brai fluide dans le réservoir 11; ensuite, une vanne de libération 30 est ouverte à l'atmosphère pour libérer la pression du récipient de traitement et permettre l'enlèvement des briques imprégnées.
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On préfère que le réservoir de brai 11 soit un réser- voir ferme afin d'empêcher l'échappement des constituants volatile du brai. On préfère monter un indicateur de niveau de liquide (non représenté) sur le réservoir de brai, indioateur qui puisse être lu facilement de l'extérieur de ce réservoir; Un tel indi- cateur constitue un dispositif pour vérifier si le récipient de traitement a été évacué après un cycle de traitement. On préfère que l'interconnexion entre le récipient de traitement et le réser- voir de brai se fasse par le fond du récipient de traitement afin dassurer un drainage pratiquement total du brai après un traite- ment d'imprégnation.
Le tableau suivant illustre les études d'imprégnation de laboratoire suivant la présente invention. Les spécimens d'es- sai formés par des briques du tableau 1 ont été préparés en par- tant d'une magnésie totalement cuite, cette magnésie étant du type récupéré synthétiquement de l'eau de mer ou d'une saumure. Ces briques montraient au moins 96% de MgO en poids sur la base d'une analyse d'oxyde et sur une base exempte de chauffage. Le restant des briques était constitué d'une manière générale par de la sili- ce, de l'oxyde de fer, de l'alumine et de la chaux.
Un procédé spécialement avantageux pour l'obtention du MgO employé pour pré- parer des briques, qui sont imprégnées suivant la présente inven- tion, est décrit dans la demande de brevet aux Etats-Unis d'Améri- que de Snyder et consort, No. 847.864, déposée le 22 octobre 1959 et appartenant à la demanderesse.
TABLEAU I
EMI6.1
<tb> (Brai <SEP> à <SEP> 285-300 F)
<tb>
<tb>
<tb> Désignation <SEP> des <SEP> briques
<tb>
<tb> du <SEP> test <SEP> (toutes <SEP> pratique-
<tb>
<tb> ment <SEP> de <SEP> même <SEP> dimension): <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Densité <SEP> apparente, <SEP> livres
<tb>
<tb> par <SEP> pied <SEP> cube <SEP> 181 <SEP> 182 <SEP> 183 <SEP> 183 <SEP> 178 <SEP> 174 <SEP> 177 <SEP> 180
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> des <SEP> briques,
<tb>
<tb> F <SEP> 350 <SEP> 350 <SEP> 350 <SEP> 350 <SEP> 200 <SEP> 200 <SEP> 200 <SEP> 200
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Durée <SEP> du <SEP> cycle <SEP> de <SEP> pres-
<tb>
<tb> sion, <SEP> 90 <SEP> livres <SEP> par <SEP> pouce <SEP> 7,5 <SEP> 3,0 <SEP> 1,0 <SEP> 1,0 <SEP> 1,0 <SEP> 1,0 <SEP> 5,0 <SEP> 5,0
<tb>
<tb> carré, <SEP> minutes <SEP> :
<SEP>
<tb>
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TABLEAU I(suite)
EMI7.1
... ..,... 2 ...,,¯ ..i. ,.¯Z.. , 6 ., ,.,.Z...
EMI7.2
<tb> de <SEP> l'imprégnation <SEP> ob-
<tb>
<tb> servée <SEP> : <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 50 <SEP> 60 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Gain <SEP> de <SEP> poids <SEP> après <SEP> im-
<tb>
EMI7.3
prégnation, fi t 6, d5 6,60 6,50 6,50 3,53 5, 85 7,55 7,00 Il y a lieu de noter qu'on obtient une imprégnation
EMI7.4
à 100 dans les briques préchauffées à 3500C après une minute seu- lement de mise sous pression. Par contre, les briques qui ne sont chauffées qu'à 2(70gF (5 et 6), lorsqu'elles sont soumises à la mit* ae sous pression pendant une minute seulement, n'ont pas l'impré- gnation totale désirée.
Toutefois, une augmentation de la durée de pression jusqu'il cinq minutes donnait l'imprégnation totale désirée (7 et 8).
Comme signalé précédemment, il est désirable que le ré- servoir de brai soit constitué par un système fermé afin de rete- nir les matières volatiles qui pourraient s'éohapper. Dans un test effectif, un brai de goudron de houille, qui n'est pas dans un système fermé, est maintenu à une température élevée de 250 F pendant une période d'environ 16 heures et utilisé ensuite sui- vant le procédé de l'invention. Pour les besoins du test, ce brai
EMI7.5
vieux de 16 heures est chauffé à 285-300"F pour obtenir des ré- sultats comparatifs. La pression de 90 livres par pouce carré était entretenue pendant 4 minutes et on n'obtenait alors que 30 à 35% d'imprégnation.
TABLEAU II
EMI7.6
Désignation des briques du test : -2- 10
EMI7.7
<tb> Densité <SEP> apparente, <SEP> livres <SEP> par <SEP> pied <SEP> cube <SEP> 181 <SEP> 181 <SEP> i
<tb>
<tb> Température <SEP> des <SEP> briques, <SEP> F <SEP> : <SEP> 250 <SEP> 250
<tb>
<tb> Durée <SEP> du <SEP> cycle <SEP> de <SEP> pression, <SEP> 90 <SEP> livres <SEP> par
<tb>
EMI7.8
pouce carré, minutes : 4,0 4,0 00 % d'imprégnation observé : 3 35%
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<tb> Gain <SEP> de <SEP> poids <SEP> après <SEP> imprégnation, <SEP> % <SEP> : <SEP> 1,55 <SEP> 1,97
<tb>
EMI7.10
Le test précédent montre que du brai efrais" est préfé- 5 rable pour le procède de traitement.
Par brai "fraie", on déai-
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gne un brai qui, après sa fabrication, n'a pas été maintenu à une température élevée pendant une période prolongée de tempe, Un tel brai "frais" contient 9 à 15% d'une fraction de distilla- tion 0-355 C, telle que déterminée par le test ASTM D-20. Le brai de goudron de houille, qui est la matière d'imprégnation car- bonée non aqueuse préférée pour l'invention, se ramollit au-des- sus d'environ 150 F, en devenant fluide au-dessus d'environ 250 F.
Donc, un brai "frais" est un brai qui, lors de l'emmagusinage, n' a pas été maintenu préalablement à une température supérieure à environ 150 F pendant une période importante quelconque de temps.
Les formes réfractaires qui doivent être imprégnées de- vraient être maintenues entre environ 200 et 350 F. Si les bri- ques sont en dessous d'environ 200 F, elles tendent à coaguler le brai autour des zones marginales de la forme à imprégner, et empêchent l'entrée dans leur noyau, en empêchant ainsi une impré- gnation uniforme dans toute la section transversale. Bien que la température de 350 F soit une température supérieure préférée pour les formes préchauffées à imprégner, la température de 450 F est une limite supérieure permettant le travail.
Lorsque le brai chauffé entre en contact avec des briques chauffées au-dessus d' environ 450 F, il se forme un dégagement instantané des matières volatiles à partir du brai, ce qui provoque une augmentation rapi- de de la viscosité du brai avec une obstruction marginale propor- tionnelle des interstices de la structure granuleuse des briques que l'on imprègne, d'une manière semblable à celle que l'on ren- contre lorsque la température des briques est inférieure à 200OP
La température requise pour la matière carbonée non a- queuse choisie variara évidemment avec la matière que l'on utilise Pour le brai de goudron de houille, qui constitue la matière car- bon,-de préférée suivant l'invention, la température de 285 à 300 F donne les meilleurs résultats.
En tout cas, la matière carbonée choisie devrait être chauffée jusqu'à une température suffisante pour donner une matière pouvant couler et relativement facile à
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pomper, et qui pénétrera facilement dans la forme réfrao taire que l'on imprègne. Dans le choix du brai à utiliser, on peut choisir des brais ayant des pointa de fusion encore plus éle- vés que ci-dessus, dans le but d'augmenter le carbone fixe retenu dans les briques.
La température opératoire supérieure pour une matière carbonée choisie variera également suivant la matière utilisée.
En tout cas, la limite supérieure de température doit être infé- rieure à colle qui provoquera un dégagement rapide indésirable des constituants volatils, ce qui résulterait en une coagulation et un épaississement rapide et indésirable, en empêchant une péné- tration aisée dans les interstices de la structure granuleuse in- terne de la forme réfraotaire à imprégner.
Comme on peut le voir du tableau I précédent, une forme qui a été imprégnée à 100% présente un gain de poids compris entre < 6,5 et 7,5%. Ceci variera également suivant la matière carbonés choisie, et suivant le poids spécifique de cette matière. Par calcul, on a trouvé qu'une augmentation comprise entre environ 6 et 10% du poids d'une brique à 96% de magnésie cuite représente une imprégnation pratiquement totale.
On préfère utiliser un gaz inerte, tel que de l'azote, pour la mise sous pression du réel- pient de traitement, afin de réduire au minimum les dangers d'ex- plosion; toutefois, il sera évident que d'autres gaz, tels que de l'air, pourraient être utilisés,
Dans les résultats des tests ci-dessus, on a mentionné des briques en magnésie d' une haute pureté. Il sera entendu que des formes constituées d'autres matières réfractaires pourront é- gaiement être soumises au traitement de la présente invention.
Il sera évident que l'invention n'est pas limitée aux t détails et aux formes de réalisation décrites mais que bien des variantes peuvent être prévues sans sortir pour autant du cadre du présent brevet.
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Impregnation of ceramic materials "
The present invention relates to a process for the impregnation of ceramic shapes and in particular to the impregnation of refractory materials for high temperatures.
The invention is particularly applicable to the impregnation of basic refractory bricks suitable for coating the enclosures used in the production of steel by the oxygen blowing process, called the LD process, the oxygen converter process or, of generally, the manufacture of oxygen steel.
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The process of making oxygen steel is only about ten years old, but its remarkable ability to produce good quality steel at a rapid rate has so influenced the steel production industry. Steel that is being built more and more in oxygen converter type steelmaking systems. This great interest in oxygen steelmaking processes has stimulated manufacturers of refractories to provide products better able to withstand the chemical and physical conditions present in these processes.
In the oxygen steel making process, the slag produced is essentially basic and therefore a basic refractory liner has been considered to be the most applicable. The most commonly used coating material is totally burnt dolomite, magnesite, or a mixture of lime and magnesite bonded by tar or pitch. For some installations, such a mixture was either made into bricks or packed into a monolithic construction. Refractory materials of the foregoing type have given satisfaction in many processes for the manufacture of oxygen steel.
However, these refractory materials are not fully satisfactory with regard to strength, abrasion resistance and thermal shock resistance.
It is known that a basic fired brick frequently has a much higher strength than an unfired brick due to the ceramic bond formed by the firing process. However, it is also known that basic clay brick is generally more prone to chipping than unbaked or chemically bonded bricks. Thus, it has been argued that a basic fired brick, which is saturated or impregnated with a non-aqueous coking carbonaceous material, such as petroleum tar or coal tar pitch, would give a material much more suitable refractory for the oxygen steelmaking process.
One way in which this
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saturation or impregnation has been carried out previously consists in placing the cooked basic refraotaires forms in a hot pitch tank, for a period of time sufficient for the tar to saturate the forms. This was obviously an operation carried out somewhat haphazardly, due to the varying densities from one form to another, the varying sizes of these forms, the varying moisture content of the forms, the volatility and viscosity of the material. Hot pitch varying with time due to loss of volatiles etc. This process is also disadvantageous due to the possibility of ignition and explosion in the presence of volatile flammable material given off by the heated pitch.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an improved method of impregnating ceramic bodies.
Another object of the invention is to provide an improved process for the impregnation of fired refractory forms, the impregnated forms obtained having particular utility for the enclosures used in the process of manufacturing steel with oxygen.
Yet another object of the present invention is to provide an improved process for the rapid and economical impregnation of ceramic forms with a non-aqueous, carbonaceous material, which process minimizes the possibility of explosion by minimizing the loss. volatile components of carbonaceous materials.
Yet another object of the present invention is to pro-! curing a process of impregnation of basic refraotaires forms with a nonaqueous carbonaceous material, this process guaranteed! rant a practically uniform saturation of the baked refraotaire form throughout its cross section.
In summary, in one embodiment, the present invention provides a two cycle treatment of a basic refractory form. The first cycle involves placing the heated brick in a closed chamber and applying reduced pressure to that chamber to ensure proper disposal.
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tically total air pockets and trapped moisture., from the interstices of the ceramic-bonded grain structure, which make up the form. The second cycle involves immersing the form in a mass of non-aqueous, coking, heated, carbonaceous material inert to the form material. The mass is put under pressure by an inert gas.
After pressurizing for a very short period of time, the mass of carbonaceous material is removed from the process tank and the forms are removed.
Other objects, features and advantages of the invention will become apparent to those skilled in the art on reading the following detailed description given with reference to the accompanying drawing.
The drawing is a diagram showing one form of application! preferred method of the process according to the invention for the impregnation of refractory forms with a carbonaceous material, reliable, non-aqueous.
According to the invention, an autoclave-type treatment vessel 10 is provided. A hot pitch tank 11 is connected by a water pipe 12 and a valve 13 to the bottom of the treatment vessel 10. A vacuum pump 14 is connected by a pipe 15 to the top of the treatment vessel 10. A feed - station of pressurized inert gas 20, for example nitrogen gas, is connected by a pressure regulator 21 and a valve 22 to the upper part of the container 10. A brick preheating furnace 23 is preferably located in the immediate vicinity of the vessel, so that the heated bricks can be quickly removed from this furnace and placed in the treatment vessel.
In actual operation, the pitch is maintained at a temperature above 200 F, preferably of the order of 285 to 300 F. This temperature is necessary to maintain the pitch.
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in a fluid condition to allow easy entry and exit through the interconnect conduits to and from the processing vessel. The brick preheating furnace 23 must be able to maintain the refractory shapes or bricks under a heat greater than about 200 F.
The supply of inert gas 20, through the pressure regulator 21 (which can be any of the many known pressure regulators commonly used with pressurized gas tanks), is adjusted to. supply 90 pounds per square inch of pressure inside the process vessel when opening valve 22.
The succession of the phases of the process is as follows: the bricks preheated to above about 200 F are removed from a furnace 23, placed in a treatment vessel 10 and the latter is then closed to the oven. atmosphere. Pump 14 is activated and the interior of the treatment vessel is placed under a vacuum of about 25 inches of mercury. This reduced pressure is maintained for about 5 minutes or until the interior interstices which, together with the ceramic-bonded grain structure, complete the preheated bricks, are evacuated of air and moisture. imprisoned.
Valve 13 is opened and a coal tar pitch, at a temperature of about 285 to 300 F, is rapidly introduced into the treatment vessel in an amount sufficient to flood it to a level. sufficient to completely cover the preheated bricks. Valve 13 is closed and valve 22 is opened to apply 90 pounds per square inch of pressure inside the treatment vessel. After at least about one minute, the valve 22 is closed and the valve 13 is opened to push the fluid pitch back into the reservoir 11; then, a release valve 30 is opened to the atmosphere to release the pressure from the processing vessel and allow removal of the impregnated bricks.
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It is preferred that the pitch reservoir 11 be a firm reservoir in order to prevent the escape of volatile constituents of the pitch. It is preferred to mount a liquid level indicator (not shown) on the pitch tank, which indicator can be easily read from outside this tank; Such an indicator constitutes a device for verifying whether the treatment container has been evacuated after a treatment cycle. It is preferred that the interconnection between the treatment vessel and the pitch tank is through the bottom of the treatment vessel in order to provide substantially complete drainage of the pitch after an impregnation treatment.
The following table illustrates the laboratory impregnation studies according to the present invention. The test specimens formed by bricks in Table 1 were prepared starting from fully fired magnesia, this magnesia being of the type synthetically recovered from seawater or brine. These bricks showed at least 96% MgO by weight based on oxide analysis and on a non-heating basis. The remainder of the bricks consisted generally of silica, iron oxide, alumina and lime.
A particularly advantageous process for obtaining the MgO used to prepare bricks, which are impregnated according to the present invention, is disclosed in the United States patent application of Snyder et al., No. 847,864, filed October 22, 1959 and owned by the Applicant.
TABLE I
EMI6.1
<tb> (Pitch <SEP> to <SEP> 285-300 F)
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> designation of the <SEP> bricks
<tb>
<tb> of the <SEP> test <SEP> (all <SEP> practical-
<tb>
<tb> ment <SEP> of <SEP> same <SEP> dimension): <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Apparent <SEP> density, <SEP> pounds
<tb>
<tb> by <SEP> foot <SEP> cube <SEP> 181 <SEP> 182 <SEP> 183 <SEP> 183 <SEP> 178 <SEP> 174 <SEP> 177 <SEP> 180
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temperature <SEP> of the <SEP> bricks,
<tb>
<tb> F <SEP> 350 <SEP> 350 <SEP> 350 <SEP> 350 <SEP> 200 <SEP> 200 <SEP> 200 <SEP> 200
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Duration <SEP> of <SEP> cycle <SEP> of <SEP> press
<tb>
<tb> sion, <SEP> 90 <SEP> pounds <SEP> per <SEP> inch <SEP> 7.5 <SEP> 3.0 <SEP> 1.0 <SEP> 1.0 <SEP> 1, 0 <SEP> 1.0 <SEP> 5.0 <SEP> 5.0
<tb>
<tb> square, <SEP> minutes <SEP>:
<SEP>
<tb>
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TABLE I (continued)
EMI7.1
... .., ... 2 ... ,, ¯ ..i. , .¯Z .., 6.,,.,. Z ...
EMI7.2
<tb> of <SEP> impregnation <SEP> ob-
<tb>
<tb> served <SEP>: <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 50 <SEP> 60 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Gain <SEP> of <SEP> weight <SEP> after <SEP> im-
<tb>
EMI7.3
prregnation, fi t 6, d5 6.60 6.50 6.50 3.53 5, 85 7.55 7.00 It should be noted that an impregnation is obtained
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at 100 in bricks preheated to 3500C after only one minute of pressurization. On the other hand, bricks which are only heated to 2 (70gF (5 and 6), when subjected to the pressure relief for only one minute, do not have the desired total permeation.
However, increasing the press time to five minutes gave the desired total impregnation (7 and 8).
As noted previously, it is desirable that the pitch tank be a closed system in order to retain volatiles which might escape. In an actual test, a coal tar pitch, which is not in a closed system, is maintained at an elevated temperature of 250 F for a period of about 16 hours and then used following the method of. invention. For the purposes of the test, this pitch
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16 hour old was heated to 285-300 "F for comparative results. The 90 pounds per square inch pressure was maintained for 4 minutes and only 30-35% impregnation was achieved.
TABLE II
EMI7.6
Designation of test bricks: -2- 10
EMI7.7
<tb> Apparent <SEP> density, <SEP> pounds <SEP> per <SEP> foot <SEP> cube <SEP> 181 <SEP> 181 <SEP> i
<tb>
<tb> Temperature <SEP> of the <SEP> bricks, <SEP> F <SEP>: <SEP> 250 <SEP> 250
<tb>
<tb> Duration <SEP> of the <SEP> cycle <SEP> of <SEP> pressure, <SEP> 90 <SEP> pounds <SEP> by
<tb>
EMI7.8
square inch, minutes: 4.0 4.0 00% observed impregnation: 3 35%
EMI7.9
<tb> Gain <SEP> of <SEP> weight <SEP> after <SEP> impregnation, <SEP>% <SEP>: <SEP> 1.55 <SEP> 1.97
<tb>
EMI7.10
The foregoing test shows that fresh pitch is preferable for the processing process.
By pitch "spawning", we dai-
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gne a pitch which, after its manufacture, has not been maintained at an elevated temperature for an extended period of time. Such a "fresh" pitch contains 9 to 15% of a 0-355 C distillation fraction, as determined by ASTM D-20 test. Coal tar pitch, which is the preferred nonaqueous carbon impregnation material for the invention, softens above about 150 F, becoming fluid above about 250 F.
Thus, a "fresh" pitch is a pitch which, upon storage, has not previously been maintained at a temperature above about 150 ° F for any substantial period of time.
The refractory forms which are to be impregnated should be kept between about 200 and 350 F. If the bricks are below about 200 F, they tend to coagulate the pitch around the marginal areas of the form to be impregnated, and prevent entry into their core, thereby preventing uniform impregnation throughout the cross section. Although the temperature of 350 F is a preferred upper temperature for preheated forms to be impregnated, the temperature of 450 F is an upper limit allowing work.
When the heated pitch comes in contact with bricks heated above about 450 F, instantaneous release of volatiles from the pitch is formed, causing the pitch viscosity to increase rapidly with clogging. proportional margin of the interstices of the granular structure of the bricks which are impregnated, in a manner similar to that which occurs when the temperature of the bricks is below 200OP
The temperature required for the selected non-aqueous carbonaceous material will obviously vary with the material used for the coal tar pitch, which constitutes the preferred carbon material according to the invention, the temperature of 285. at 300 F gives the best results.
In any event, the carbonaceous material chosen should be heated to a temperature sufficient to provide a flowable and relatively easy to sift material.
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pump, and which will easily penetrate into the cooling form that is impregnated. In choosing the pitch to be used, one can choose pitches with even higher melting points than above, in order to increase the fixed carbon retained in the bricks.
The upper operating temperature for a selected carbonaceous material will also vary depending on the material used.
In any case, the upper temperature limit must be lower than the glue which will cause undesirable rapid release of the volatile constituents, which would result in rapid and undesirable coagulation and thickening, preventing easy entry into the interstices of the material. the internal granular structure of the refractory form to be impregnated.
As can be seen from the preceding Table I, a form which has been impregnated at 100% exhibits a weight gain of between <6.5 and 7.5%. This will also vary depending on the carbonaceous material chosen, and the specific weight of that material. By calculation, it has been found that an increase of between about 6 and 10% in the weight of a 96% fired magnesia brick represents almost complete impregnation.
It is preferred to use an inert gas, such as nitrogen, for pressurizing the process vessel, in order to minimize the danger of explosion; however, it will be obvious that other gases, such as air, could be used,
In the results of the above tests, there was mentioned magnesia bricks of high purity. It will be understood that shapes made from other refractory materials could also be subjected to the treatment of the present invention.
It will be obvious that the invention is not limited to the details and to the embodiments described but that many variants can be provided without thereby departing from the scope of the present patent.