CZ197495A3

CZ197495A3 - Process for producing inexplosive fine metal powders

Info

Publication number: CZ197495A3
Application number: CZ951974A
Authority: CZ
Inventors: John Paul Macmillan; Douglas John Zuliani; Martin J Bray
Original assignee: Timminco Ltd
Priority date: 1993-02-04
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1996-04-17
Also published as: DE69409227T2; MX9400836A; US5338712A; AU675285B2; EP0682579B1; AU5877894A; WO1994017942A1; DE69409227D1; NO953058L; CA2155110A1; BR9406441A; US5461012A; JPH08508786A; EP0682579A1; ATE164336T1; NO953058D0; NO306703B1; RU2114720C1

Description

Způsob výroby nevýbušného prášku s obsahem jemných částic kovu, nevýbušný prášek a způsob výroby žáruvzdorných materiálů

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby nevýbušného prášku s . obsahem jemných částic kovu, nevýbušného prášku pro použití ♦ r pro výrobu žáruvzdorných materiálů a způsobu výroby žáruvzdorných materiálů s obsahem'těchto prášků.

Dosavadní stav techniky

V poslední době se řada žáruvzdorných materiálů, zejména materiálů, užívaných jako vyložení nádob s roztaveným kovem vyrábí ze směsi, obsahující Částice kovového hliníku nebo hořčíku a/nebo slitin těchto kovů, mimoto směs obsahuje běžné žáruvzdorné materiály a pojivá. Částice kovu reagují v průběhu zahřívání a vypalování žáruvzdorné směsi za vzniku oxidů nebo jiných sloučeninPříklady způsobů výroby žáruvzdorných materiálů při použití částic kovů jsou uvedeny například v následujících patentových spisech:

US	patebtový	spis	č.	3	322	551	(Bowman)
US	patentový	spis	č.	4	069'	060	(Hayashi a další)
US	patentový	spis	c.	4	078	599	(Makiguchi a další)
US	patentový	spis	•V c.	4	222	782	(Alliegro)
_u.s	.Da.te.n.tovv. * rf	,s.p.i.s.	Č...	4.	2.43.	.6.2.1.	(M.or.i a., další ).. ..
US	patentový	spis	č.	4	280	844	(Shikano a další)
US	patentový	spis	V c.	4	460	528	(Petrák a další)
US	patentový	spis	č.	4	306	030	(Watanabe a další)
US	patentový	spis	č.	4	460	528	(Petrák a další)
US	patentový	spis	*** c .	4	557	884	(Petrák a další).

Při výrobě žáruvzdorných materiálů pomocí postupů, popsaných v uvedených patentových spisech se obecně považuje za výhodné použít velmi jemné částice kovu. US patentový spis č. 4 078 599 uvádí, že vhodný průměr částic hliníkového prášku

í.

i je nižší než 74 mikrometry, kdežto v US patentovém spisu č.

222 782 se uvádí, že vhodná velikost těchto částic je v rozmezí 4,5 až 4,0 mikrometrů. To vedlo k snahám dodávat práškové kovy s velmi malým průměrem částic uvedené velikosti. Avšak velmi jemné práškové kovy není možno použít bez nebezpečí výbuchu vzhledem k tomu, že vzniká prach, který může v případě vzniku jiskry nebo v případě přítomnosti jakéhokoliv zdroje plamene snadno vybuchnout. Je tedy obtížné vyrobit, +

balit, dopravovat a používat tyto jemné prášky a současně zajistit bezpečnost před explozí a požárem.

I když tedy kovové prášky s jemnými částicemi jsou žádoucí, řada výrobců kovových prášků a žáruvzdorných materiálů se raději vzdává výroby tak jemně práškových materiálů vzhledem k uvedenému nebezpečí výbuchu. Z -téhož důvodu řada výrobců žáruvzdorných materiálů se raději vzdá části kvality těchto materiálů kvůli bezpečnosti a použije tedy hrubší prášky, které mohou obsahovat až 50 % frakce s průměrem částic v rozmezí 420 až 150 mikrometrů. Vynález si proto klade za úkol umožnit používání jemných práškových kovů s distribucí velikosti částic, zaručující Optimální vlastnosti výsledného žáruvzdorného materiálu při podstatně sníženém nebezpečí výbuchu a umožnit tak podstatné snížení ri2ika v průběhu výroby, balení, dopravy a skladovánítěchto prásků.

Z britského patentového spisu č. 2 209 345A je rovněž známo-vyrábět směsi práškového hliníku a práškového čáru v zdobného materiálu-pro použití v metalurgii. Bylo navrhováno vyrábět prášky s velmi malými částicemi mletím hliníku a částic žáruvzdorného materiálu tak dlouho, až se velikost částic žáruvzdorného materiálusníží pod 1 mikrometr a alespoň některé z těchto částic jsou uzavřeny v Částicích hliníku. V tomto případě byly žáruvzdorné částice užity ke zlepšení pevnosti výsledné směsi. Množství použitého žáruvzdorného materiálu bylo obvykle nižší než 50 % objemových, pro směs hliníku a oxidu hlinitého to odpovídá 58 % oxidu hlinitého, jde tedy obecně o nižší množství než jaké bude použito při' způsobu podle vynálezu. Výchozí průměr částic kovu byl malý, například 10 až 75 mikrometrů. Obvykle se takový materiál považuje za výbušný, tomu však bylo možno v uvedeném případě..předej_ít_ mletím v suspenzi.

*

Podstata vynálezu

Podstatu vynálezu tvoří postup, při němž'se jemně rozptýlené práškové kovy, například hliník, hořčík nebo slitiny hliníku, hořčíku nebo vápníku mísí s inertním materiálem, Čímž se stávají poměrně nebo v podstatě nevýbušnými ve srovnání·s čistými práškovými kovy. Pod pojmem inertní se v tomto-pří-_;pádě rozumí odolnost proti vzplanutí nebo nehořlavost. Výhodným

Γ inertním materiálem jsou žáruvzdorné materiály, které je možno --zařadit do výs-l-edného žáruvzdorného · produktu,- --jako·-jsou“napři-- ~ klad kalcinovaný dolomit, pálený magnezit a/nebo oxid hlinitý. Bylo zjištěno, že předem připravené práškové směsi tohoto typu je možno bezpečně skladovat, balit, převážet a používat bez vážného nebezpečí exploze nebo požáru, takže tyto směsi jsou vhodné pro bezpečné použití výrobci žáruvzdorných materiálů. Množství inertního materiálu, které je zapotřebí přidávat je často daleko nižší než množství, požadované ve výsledném žáruvzdorném produktu.

Vynález se týká také bezpečného způsobu výroby jemně práškových kovových slitin. S výhodou se jemně práškový kov a inertní materiál vyrobí současně tak, že se společně melou'' velké částice kovu nebo slitiny a inertního materiálu; Tak je možno dosáhnout toho, že se jemně práškový kov nevyskytuje'bezpříměsi inertního materiálu, takže již v průběhu jeho-výroby se snižuje nebezpečí' výbuchu. Mletí uvedené směsi je' také možno uskutečnit v atmosféře inertního plynu, jako argonu ne« bo dusíku pro další snížení rizika exploze.

1| | Současné mletí kovů nebo jejich slitin a inertních ma^s teriálů je funkční v případě, že kovová složka je dostatečně křehká pro'mletí běžnou technologií, například v kuličkovém mlýnu, tyčovém mlýnu, kladivovém mlýnu, štěrkovacím mlýnu a podobně. V těchto případech se mísí podíl kovu se správným podílem inertního materiálu pro současné mletí na požadovanou distribuci velikosti částic výsledného prášku s obsahem kovu. Kov je možno do mlýnu přidávat ve formě větších částic, například ingotů,· větších kusů, granulátů nebo hoblin a podobně, které mohou být předem vyrobeny litím, drcením nebo. jakýmkoliv jiným zpracováním. Vzhledem ke svým hrubším částicím jsou tyto výchozí kovové materiály podstatně méně výbušné;a bezpečnější při použití než jemné prásky, jichž je zapotřebí pro výrobu žáruvzdorných materiálů. Inertní materiály mohou být používány také ve formě větších částic, jako briket nebo granulátů, větších než výsledná velikost částic, nebo je tyto materiály možno předem mlýt na velikost částic, vhodnou pro pozdější použití při výrobě žáruvzdorných produktů. Současné mletí může být použito pro výrobu jemně práškovaného hořčíku, hliníku, slitin hořčíku a hliníku, hořčíku a vápníku, vápníku a hliníku a podobně. Toto současné mletí vede k získání mleté směsi, která slouží jako předběžná směs pro výrobu žáruvzdorných materiálů, v tomto stadiu neobsahuje pojivo.

V některých případech jsou jemně práškové kovy vyráběny přímo z kapalných kovů nebo jejich slitin atomizací. V tomto případě nemusí být zapotřebí materiál mlýt k získání požadované distribuce velikosti kovových částic. I v tomto případě je však možno mísit atomizované práškové kovy se správným podílem inertního materiálu za vzniku nevýbušné směsi, bezpečná pro následné zpracování, balení, dopravu, skladování a použití. Příkladem může být míšení inertních materiálů s atomizovaným hliníkem, hořčíkem a podobně. V případech, že se práškový kov vyrábí odděleně od inertního materiálu, je možno explozi zabránit použitím inertního plynu až do smísení s inertním práškovým žáruvzdorným materiálem.

Podstatu vynálezu tvoří rovněž způsob výroby žáruvzdorný-e-h—m a-t e-r-i-á-l-ů—s — obsahem—h-l-i-n-í-ku—n-eb-o—hořčíku·,—p ř-i —ň ě mž-.s e_--vyrobí poměrně nevýbušná mletá předběžná směs jemně práškového kovu a jemně práškového inertního materiálu, vhodná pro použití při výrobě žáruvzdorného materiálu, tato předběžná směs neobsahuje pojivo a připravuje se za podmínek, při nichž se brání explozi prášKového kovu použitím inertního materiálu -a -popřípadě--ještě prováděním postupu v inertním .plynu, .tato poměrně nevýbušná předběžná směs se balí a přepravuje namísto, v němž má být vyroben žáruvzdorný' materiál a mísí se s daíšími~materiáiy včetně po jíva, načež “se z výsledné směsi vyrobí žáruvzdorný materiál i

Výbušnost předběžné směsi podle vynálezu závisí na velikosti částic práškového kovu i inertního materiálu a.na množství inertního materiálu.ve směsi. V množství a velikost částic inertního materiálu je možno volit tak, aby výsledná předběžná směs byla na vzduchu zcela nevýbušná. Inertní materiál je také možno přidávat právě v takovém množství, aby předběžná směs práškového kovu a inertního materiálu byla nejméně tak nevýbušná, jako hrubší práškov-é kovy, v současné sobě dodávané pro tentýž účel, například práškové kovy s obsahem 30 % částic * ' - -Π j ^,sFi . r . , · < -, τ. T .

s velikostí menší než 150 mikrometrů. Jak bude dále podrobněji vysvětleno, vhodným standardem je požadavek, aby minimální explozivní koncentrace MEC při zkoušce v nádobě s objemem 20 litrů při použití chemické látky pro zážeh, byla vyšší než 100 g/m . V závislosti na velikosti částic kovu a inertního materiálu by mělo být tohoto požadavku dosaženo při použití pouze 40 % inertního materiálu ve směsi. S výhodou se však užije dostatečné množství tohoto materiálu pro zajištění hod3 noty MEC vyšší než 200 g/m .

Může však být žádoucí získat zcela nevýbušnou předběžnou směs. K tomuto účelu by mělo mít 80 % inertního materiálu velikost 150 mikrometrů nebo menší a tento materiál by přitom měl tvořit 60 nebo 70 % předběžné směsi. Vysoký podíl inertního žáruvzdorného materiálu však zvyšuje náklady na přepravu, takže nejvyšší únosné množství je 80 %.

Všechny údaje, týkající se podílů nebo procentuálních údajů v průběhu přihlášky jsou hmotnostní.

Přestože byly jemné práškové kovy již míšeny s práškovými žáruvzdornými materiály'při výrobě žáruvzdorných výrobků, nebyly takové směsi baleny pro přepravu a dodávky. Vynález se proto týká také nové kombinace obalu pro dopravu a v něm obsa* -ezené předběžné směsi jemného práškového kovu a jemného práš-kového žáruvzdorného materiálu bez pojivá, vhodného pro výrobu žáruvzdorných výrobků, přičemž jemnost částic inertního materiálu je dostatečná pro úplnou nevýbuŠnost předběžné směsi nebo alespoň pro bezpečnost při běžné dopravě a běžném použití. Vhodnými obaly pro dopravu j.Sou kovové bubny, s výhodou vyložené plastickou hmotou a velké vaky ze syntetického mate-r-iál-u s-nepropus-t-ným- vylož-en-ím-n-apř-í-k-l-ad- z--p-l-as-t-i-sk-é- -hmo-t-y-.- ·· Obal pro uvedenou předběžnou směs musí bránit hydrataci, obvykle však se neuvažuje o zábraně exploze. Vzhledem k nebezpečí výbuchu je však nyní nezbytné podle nařízení přepravovat práškové kovy v ocelových barelech vzhledem k nebezpečí výbuchu, které tyto kovy představují.

Vynález bude dále osvětlen v souvsilosti s přiloženými výkresy.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je znázorněn graf pro závislost logaritmu MEC a množství inertního materiálu v předběžné směsi v %'.

-----Na—ob-r.—2—je- -znáz-orněn—gra-f—pro—rel-ativní^-výbušnost-předběžné směsi ve srovnání s hrubší práškovou slitinou podle obsahu magnesitu v předběžné směsi v. %.

Na obr. 3 je uveden graf, na němž je znázorněna změna velikosti částic předběžné směsi v závislosti na době mletí.

Na obr. 4 je uveden graf, na němž je znázorněna změna velikostí částic kovu v závislosti na době mletí.

Příklady výhodných provedení

Dále budou popsána výhodná provedení vynálezu, nejprve * bude popsán výhodný způsob výroby výchozího materiálu pro žáruvzdorné výrobky. *

Kovový podíl surového materiálu může mít formu ingotů nebo částečně rozdrcených větších částic, granulátů, hoblin

A a podobně, tak jak je tyto materiály možno získat drcením ne-bo při různém zpracování kovu.

v ,

Častíce kovu se vloží do vhodného mlýnu spolu s požadovaným podílem inertního materiálu. Jde s výhodou o inertní materiál žáruvzdorného typu,, může jít o oxidy nebo směs.oxidů, které jsou kompatibilní s výsledným žáruvzdorným výrobkem, *

jde tedy například o kalcinovaný nebo pálený magnesit, tvořený převážně oxidem hořečnatým, o kalcinovaný dolomit, tvořený převážně chemickou směsí oxidu vápenatého a oxidu hořečnatého, o kalcinovaný bauxit, o oxid hlinitý, tvořený v podstatě chemickou látkou ΑΙ,,Ο^, oxid křemičitý a další vhodné oxidy. Inertní' materiály mohou obsahovat nečistoty, které jsou z

Λ l hlediska výsledných žáruvzdorných produktů přijatelné, napříI klad vápenec, · vápno a oxid křemičitý. Tyto inertní materiály mohou být přidávány ve formě briket, kusů, větších drcených částic, předem mletého jemného materiálu a podobně.

Smíšené kovové a inertní materiály se současně a postup ně mění, dochází ke snížení velikosti jejich částic ve vhodném mlýnu, například kuličkovém mlýnu, tyčovém mlýnu, kladivovém mlýnu, štěrkovém mlýnu, práskovacím mlýnu a podobně. Při mletí má být snížena velikost částic alespoň 50 % kovové slitiny na velikost menší než 400, s výhodou menší než 150 mikrometrů;. Velikost částic inertního materiálu by s výhodou měla být nižší než 65 mesh. Je důležité, aby alespoň 50 % inertního materiálu mělo uvedenou velikost částic. V případě, že předběžná směs obsahuje 75 % inertních částic uvedené velikosti, budev podstatě nevýbušná. Je důležité upravit velikost částic inertního materiálu tak, aby tyto částice byly dostatečně malé k podstatnému snížení výbušnosti směsi a současně kompatibilní s požadavky na distribuci velikosti částic pro výrobu žáruvzdorných .materiálů. Tohoto cíle je možno dosáhnout zejména délkou mletí. V případech, při nichž má být dosaženo zvýšené bezpečnosti, je možno materiál mlýt v atmosféře inertního plynu, například argonu nebo dusíku.' ' Podíl' inertního oxidu ve směsi je vyšší néž 40, s výhodou vyšší než 50 a zvláště vyšší' než 70 %. Tento podíl se volí tak, aby směs práškového kovu a inertního materiálu alespoň nebyla výbušnější než práškový kov s hrubšími částicemi, běžně užívaný pro tentýž účel, takže by výrobce mohl získat _t výhodu jemnějšího práškového kovu při stejné bezpečnosti. Výbušnost směsi práškového kovu a inertního materiálu závisí na jejich relativním podílu ve směsi a na velikosti jejich Částic

Kriteria pro volbu správného podílu a jemnosti materiálů budou dále podrobněji diskutována a budou také uvedeny příklady příslušných směsí.

Vzhledem k tomu, že předběžné směsi práškových kovů a inertních práškových žáruvzdorných materiálů mohou být v 'pó”dšťat“eňevýbušne”a je’ťe”dý možno ^-jě^bál’itpřepravovat a” zpracovávat na výsledné výrobky bez opatření proti výbuchu.

Při dodání na místo zpracování je tyto směsi možno místi s dalšími přísadami podle potřeby a s pojivý a zparovávat na žáruvzdorné výrobky běžným způsobem.

Svrchu uvedené patentové spisy uvádějí, některé., pří.?-..., klady zpracování práškových kovů a páleného magnesitu na žáruvzdorné výrobky.

Například v US patentovém spisu č. 3 322 551 s.e popi___suje_.p_ost.up.,._p.ř_i_ně.mž^_se__p.řidává_je.mně—práškový—hliník, nebo..... -------L hořčík dó žáruvzdorné směsi, obsahující bazický nebo pálený oxid ve formě zrn, jde například o periklas, magnesit, chromit, dolomit a podobně, tyto materiály jsou spolu spojeny koksovatelnými uhlíkatými pojivý, jako je dehet nebo smůla..

Výsledné výrobky mají své široké použití při výrobě oceli.

Uvedený patentový spis navrhuje pro výrobu žáruvzdorných cihel například následující směs, uváděnou jako A-2:

hmotnostních dílů dokonale vypáleného magnesitu s obsahem 81 % MgO, 12 % CaO, 5 % Si02, zbytek jsou nečistoty,

24,8 dílů periklasu s obsahem více než 98 % MgO,

3,5 dílů práškované smůly s teplotou měknutí 150 až 160 °C,

1,2 dílu neutrálního oleje, jde o lehký olej, z nějž byl odstraněn naftalen a hmotnostní díl práškového hořčíku s velikostí částic menší než 15o mikrometrů.

V případě, že by měla být podobná směs vytvořena při použití nevýbušné práškové směsi podle vynálezu při obsahu % práškového hořčíku a 75 % zcela vypáleného magnesitu, mohla by tato směs mít následující složení:

dílů zcela vypáleného magnesitu, dílů periklasu,

3,5 dílů práškové smůly,

1,2 dílů neutrálního oleje a díly nevýbušné směsi s obsahem 1 díl hořčíku a 3 díly páleného magnesia.

Bylo by samozřejmě teoreticky mošno připravit prášek ' . s obsahem kovu, který by již obsahovat veškerý inertní žáruvzdorný materiál, to znamená celé množství úplně vypáleného ' magnesitu a periklasu. Taková směs by však obsahovala více než 95 % inertního žáruvzdorného materiálu a nebylo by tedy hospodárné přepravovat všechen tento materiál od výrobce ko vových částic. Z důvodů hospodárnosti je žádoucí, aby žáru.vzdorné nebo inertní částice tvořily nejvýše 90 % celé směsi, ' obvykle však méně než 80 % této směsi. Dále budou uvedena í ' kriteria^-pro stanovení, jaký podíl inertního materiálu skutečně musí- směs obsahovat,' aby byla zcela nebo realtivně nevýbušná·.

V UŠ patentovém- spisu č. 3 322 55Ϊ jsou také uvedeny směsi, použitelné pro výrobu žáruvzdorných materiálů a obsahující práškový hliník. Žáruvzdorný výrobek je možno získat při použití týchž podílů jako svrchu až na použití hliníku nebo slitin hliníku a hořčíku místo hořčíku. Řada ostatních patentových spisů rovněž uvádí příklady žáruvzdorných směsí s obsahem hliníku, v nichž inertním Žáruvzdorným materiálem je oxid hliníku. US patentové spisy č. 4 078 599, 4 222 782 a 4 243 621 takové směsi uvádějí. Mimoto popisují US patentové spisy č. 4 460 528 a 4 557 884, žáruvzdorné materiály, obsahující kovový hliník a oxid křemičitý a neexplosivní směsi hliníku a jejich slitin s oxidem křemičitým a/nebo oxidem hlinitým by tedy mohly být použity pro výrobu žáruvzdorných výrobků podle uvedených patentových spisů.

Experimentální výsledky - výbušnost práškových materiálů

Aby bylo možno se vyvarovat vysokých·nákladů na dopra- vu, byly uskutečněny pokusy pro stanovení nutného množství inertního žáruvzdorného materiálu pro zajištění relativní ne- bo úplné nevýbušnosti jemných práškových kovů.

Pokusy byly prováděny pri použití, kovového hliníku a řady slitin včetněslitin hliníku a hořčíku, hořčíku a vápníku a.stroncia, hořčíku a hliníku. Prášková směs byla.předem smísena s různými podíly páleného' magnesitu MgO, jak je. dále .

uvedeno v-tabulce 1. -V-tabulce jsou-uvedeny hmotnOstní''poměry ' *

prášků a magnesitu.- Byly užity dva rozměry částic magnesitu, nejprve hrubší částice s'průměrem 200 mikrometrů a pak- jemnější částice s průměrem 150 mikrometrů. Pak byly prováděny zkoušky pro stanovení hodnoty MEC a v některých případech i minimální koncentrace kyslíku MOC pro různé směsi. Hodnota MEC znamená nejnižší množství prachu, homogenně dispergovaného ve vzduchu, které může vést k explozi. Menší množství mohou okamžitě shořet v přítomnosti zážehového zdroje, avšak k výbuchu nedojde. Dalším'prostředkem pro prevenci výbuchu je použití inertního plynu, například dusíku v prostoru,.v němž se prach vyskytuje. Pro stanovení požadovaného množství tohoto plynu byla měřena také hodnota MOC v případě čtyř vzorků směsi slitiny a 'páleného magnesitu.

Zkoušky na explozi byly uskutečněny v nádobě s objemem 20 litrů, navržené US Bureau of Mineš s malými modifikacemi.

Odborníci se shodují na názoru, že 20 litrů je nejmenší rozměr nádoby, jehož je možno použít ke stanovení výbušnosti prachových částic. Je také zapotřebí použít silný' zažehovač, například chemické povahy, jako je 5-kJ Sobbe, aby bylo možno dostatečně přesně stanovit hodnotu MEC. V případě použití kontinuálního elektrického výboje, který byl užíván v minulosti, může vyplynout, že prach je nevýbuš- ný, i když ve skutečnosti výbušný je. Všechny zkoušky pro stanovení hodnoty MEC byly proto prováděny při použití zažehovače 5-kJ Sobbe.

Při provádění každé.zkoušky bylo odvážené množství prachu uloženo do držáku pro vzorek na dně nádoby a zažehovač byl umístěn do středu nádoby, nádoba byla zavřena a evakuována. Tlaková nádoba s objemem 16 litrů byla naplněna suchým vzduchem při tlaku 1100 kPa a solenoidní ventil, uložený mezi touto nádobou a nádobou pro provádění zkoušky byl otevřen na předem stanovenou dobu, obvykle 350 ms pro průnik vzduchu k vytvoření prachového oblaku v nádobě s objemem 20 litrů, použitý tlak byl 0,1 MPa. Po dalším časovém úseku,' obvykle

100 ms byl spuštěn zažehovač. Celý průběh zkoušky byl zachycen R digitálním osciloskopem Nicolet 4094. Po zchladnutí spalných plynů byly plyny přivedeny do paramagnetického analyzátoru kyslíku, Taylor Servomex a bylo vypočítáno množství spotřebovaného kyslíku v procentech. Mimoto by do nádoby uložen termočlánek a jeho záznam byl rovněž převeden na osciloskop. Přesto ze nenímožno očekávat, že termočlánek změří skutečnou teplotu * * plamene v průběhu exploze, je záznam z termočlánku potvrzením toho, že exploze skutečně proběhla.

Zažehovač Sobbe sám o sobě vyvíjí určitý tlak, -pro zažehovač 5-kJ jde o tlak přibližně 50 kPa. Tato hodnota byla vzata v úvahu a odečtena od záznamu průběhu celého pokusu. Rychlost vzestupu tlaku, (dP/dt) byla stanovena z derivační křivky z osciloskopu.

Při stanovení hodnoty MOC byla připravena při použití parciálních tlaků směs suchého dusíku a suchého vzduchu v nádobě s objemem 16 litrů. Koncentrace složek směsi byla měřena průchodem vzorku analyzátorem kyslíku. Naměřena hodnota byla vždy velmi blízká vypočítané hodnotě.

Získané výsledky jsou uvedeny v následující tabulce 1 při použití různých podílů inertního žáruvzdorného práškového MgO (hodnoty jsou uvedeny jako.procenta.hmotnostní slitiny a MgO a pro materiál s velmi jemnými Částicemi 150 mikrometrů a 200 mikrometrů v případě hrubších Částic. Jak v případě hod noty MEC, tak v případě hodnoty MOC .znamenají- vyšší ..údaje .ni výbušnost celé směsi.

Tabulka 1 ., , •-t

J
	prášková šineš	-........ -—	M=C (g/m )	MOC’-’ (% O,)
i ί kov , 1	% ve směsi	(mesh)	Inert v	‘ (mesh)
j 50% AJ-50% Mg	100	30%. -100	0		90=15	8.9=0.3 \|
50% AJ-50% Mg·	100	«2%. -100	0		52=4	7.3=0.2
50% AJ-50% Mg	60	82%, *100	40	82%, -100	110=10
50% AJ-50% Mg	50	82%, -100	50	82%, -100	130=10	124=0.2
50%- AJ-50% Mg	40	82%,-100	60	82%. -100	1000=100
* 50% AI-50% Mg	35	82%, *100	65	. s:%, -íoo	1750=250 -
j . 50% AJ-50% Mg	30	82%, -100	70	82%, -100	1600 = 200	17.8=0.2
\| ' 50% AJ-50% Mg	25	S2%, -100	75	82%, -100	neexplos.
í 50% AJ-50% Mg .	25	82%. -100	. ... <5 „	57%,-65-rJOO	.1500 =50 . ,
1 45%Sr-25%Mg-35%AJ	100	20%, -100	0		120	......
I 70% Mg-30% Ca	30	82%, -100	70	S2%.-100	1700=100	........
70% Mg-30% Ca	25	82%,-100	V	82%. -100	neexplos.	i „
100% .AJ	40	88%, -325	60	43%, -200	540=14

300%, AJ	35	83%. -325	-.65	43%, -200	S75=35	------

Inertní pálený magnesit MgO

Údaje, které jsou uvedeny v tabulce 1 a týkají se práškové směsi 50 % hliníku a 50 % hořčíku, smísení s různým množstvím páleného magnesitu, byly shrnuty na obr. 1 a prokazují, že :

1) Hodnota MEC pro čisté práškové kovy se snižuje se zmenšujícími se částicemi prášku. Například prášek, obsahující 50 % hliníku a 50 % hořčíku, je při obsahu 30 % Částic s velikostí 150 mikrometrů výbušný v případě, že prachový oblak obsahuje alespoň 90 ± 15 g tohoto materiálu na m . V případě, že práškový materiál obsahuje 82 % částic s uvedenou velikostí, stoupne výbušnost velmi podstatně, takže nyní je výbušný prachový oblak, obsahující pouze 52 ± 4 g/m tohoto materiálu. Pro dosažení bezpečnosti užívá řada výrobců žáruvzdorných výrobků hrubší prásky, typicky obsahující nejvýš 50 % materiálu s velikostí částic 150 mikrometrů místo výhodnějšího, avšak výbušnějšího prášku. V případě, že se užije.dostatečné množství velmi malých částic inertního žáruvzdorného materiálu tak, aby bylo dosaženo hodnoty 3

MEC v oblasti 100 g/m , je směs kulových částic a inertního materiálu nejméně tak bezpečná, jako běžné hrubší práškové kovy. V případě, že ' se hodnota MEC směsi zvýší na 200 g/m , buče tento prášek daleko bezpečnější nez běžně užívané hrubší práškové kovy.

2’)^_ ' Hodnota· 'MEC^so' -β'χρΌηβηοΙζΙη-δ·- zvyšu je^-se'’zvyšu-jrc-í-ni--5e-- — podílem inertního materiálu ve směsi kovu s inertním materiálem. Například*směs 50 % jemně práškového magnesitu a 50 % jemně práškového kovu má hodnotu MEC 130 + 10 g/m . To znamená, že tato směs 50 : 50 je 2,5x méně výbušná než jemně prášková slitina a l,4x méně výbušná než prášková slitina s hrubšími částicemi.

V případě, že se množství jemně práškového magnesitu ve směsi zvýší na 50 %, je směs v podstatě nevýbušná a při množství 75 % tohoto magnesitu je zcela nevýbušná.

Tento exponenciální vztah je překvapující vzhledem k tomu, že prokazuje, že mechanismus snížení výbušnosti směsi nespočívá v pouhém ředění kovového podílu, protože v tomto případě by bylo nutno očekávat lineární závislost' mezi hodnotou MEC a množstvím páleného magne_______šitu ve směsi v %._Výs ledky prokazují p. ří t omn os t._u rč i té prahové hodnoty, nad níž výbušnost směsi rychle klesá.

3) Na obr. 1 je znázorněno, že směs, obsahující přibližně % magnesitu a 65 % jemně práškového kovu, je při- bližně stejně výbušná jako 'čistý práškový kov s hrubšími částicemi, typicky užívaný při výrobě žáruvzdorných výrobků. Pří zvýšení obsahu, magnesitu ,/ve^směsi na 55 % klesne.výbušnost směsi přibližně na polovinu hodnoty pro čistý práškový kov s hrubšími částicemi.

4) Velikost částic inertního materiálu rovněž hraje úlohu při výbušnosti směsi. Směsi s obsahem 75 % magnesitu

------------ s—jemnými- částicemi'··a-25 -%- jemně· práškového· kovu—-----(82 % částic má velikost 150 mikrometrů), je nevýbušná, kdežto podobná směs s obsahem 75 % magnesitu s hrubšími Částicemi .bude explodovat v případě, že prachový . oblak bude obsahovat 1500 ± 50 g/m nebo vyšší množství Avšak směs, v níž například 70 % částic má velikost nižší než 200 mikrometrů, je poměrně nevýbušná ve srovnání s práškovým kovem s hrubšími částicemi.

5) Pro tři zkoumané slitiny, Al-Mg, Mg-Ca a čistý Al je vztah mezi výbušnosti a obsahem inertních látek ve směsi obdobný. ¹

Výsledky MEC je rovněž možno vyjádřit jako relativní výbušnost, to, znampná výbušnost ve srovnání s'práškovou slitinou 50 % hliníku a 50 % hořčíku s hrubšími částicemi s obsahem 30 % částic s velikostí 150 mikrometrů,, tato směs má MEC 90.· Výsledky jsou uvedeny v tabulce 2.

(,

Tabulka 2

Směs jemně prášková slitina magnesit relativní výbušnost

100	%	0-		1,73
60	%	40	%	0,82
50	%	50	%	0,69
40	%	60	%	0,09
35	%	65	%	0,051
30	%	70	%	0,056
25	%	75	%	neexplosivní

Ve srovnání s čistou slitinou s hrubšími částicemi.

Z tabulky 2 a z obr. 2 vyplývá, že:

1) čistá jemně prášková slitina je l,73x výbušnější než čistá prášková slitina s hrubšími částicemi (MEC 52 ve srovnání s 90),

2) ' jemně prášková slitina ve směsi s přibližně 35 % magne. šitu má relativní výbušnost 1. To znamená, že přidáním 30 % magnesitu- k jemně práškové slitině byla výbušnost snížena na hodnotu, odpovídající hodnotě pro čistou práškovou slitinu s hrubšími, částicemi .

'3) Zvýšením.podílu magnesitu ve směsi še postupně stává jemně prášková slitina inertnější ve srovnání s čistou práškovou slitinou s. hrubšími částicemi. Při obsahu 60 % magnesitu je směs vysoce inertní a při obsahu 75 % , magnesitu je již zcela nevýbušná.

Svrchu uvedené údaje, prokážuj í důležitý vztah, který je nutno brát v úvahu při snižování výbušnosti práškových kovů jejích míšením s inertním materiálem. Správně volenou směs je možno bezpečně balit, dopravovat, skladovat a používat při podstatně nižším riziku exploze než při použití čistých ___,p.r.áš.ko.v.ý.ch. .k.ov.ů_______________________________....______________.____

Následující příklady uvádějí způsob výroby jemných, práškových kovů při sníženém riziku exploze za současného postupného snížení velikosti částic kovu a inertního materiálu ve vhodném mlecím zařízení, například v kuličkovém mlýnu, tyčovém mlýnu, kladivovém mlýnu, štěrkovém mlýbu a podobně. - .....

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1______________

Do rotačního kuličkového mlýnu s obsahem 1,683 kg kuliček se uloží 500 kg směsi, která obsahuje 75 % hmotnostních páleného magnesitu s velikostí částic 2000 mikrometrů a 25 % hmotnostních slitiny 50 % hliníku a 50 %' hořčíku s průměrem částic 13 mm. Před uložením do kuličkového mlýnu byla slitina připravena současným tavením kovového hořčíku a hliníku v po- , žadovaném podílu ve vhodně upravené tavící nádobě. Roztavená slitina byla odlita do ingotů a pak rozdrcena v drticím,zařízení na velikost částic 13 mm.

Uvedená směs magnesitu a kovu byla společně mleta v kuličkovém mlýnu 1 hodinu. Vzorek'směsi byl z mlýnu odebrán a bylo prokázáno,' že směs obsahuje 64 % produktu s částicemi velikosti 150 mikrometrů. Analýzou bylo prokázáno, že kov obsahoval 72 % částic s průměrnou velikosti 111,4 mikrometrů a frakce magnesitu obsahovala 62 % částic se středním průměrem 136,0 mikrometrů.

- 18 Příklad 2

Materiál z příkladu 1 byl podroben dalšímu mletí v kuličkovém mlýnu·další hodinu, celkem 'tedy byl mlet 2 hodiny a pak byl opět odebrán vzorek,. Po uvedené době obsahovala směs 85 % Částic s velikostí 150 mikrometrů, přičemž kov obsahoval 90 % částic s velikosti menší než 150 mikrometrů a mag. nesít obsahoval 83 % částic menších než 150 mikrometrů. Střední průměr kovových částic byl 74,8 mikrometrů a střední průměr částic magnesitu byl 84,9 mikrometrů.

Příklad 3

Materiál z příkladu 2 byl podroben dalšímu mletí ještě 1 hodinu, celkem tedy 3 hodiny a pak byl opět odebrán , vzorek. Po' třech hodinách obsahovala směs 91 % částic s velikostí pod 150 mikrometrů, přičemž kov obsahoval 93 % a magnesit obsahoval 90 % těchto částic. Střední průměr částic pro kov byl 71,0 mikrometrů a střední průměr částic magnesitu byl 74,9 mikrometrů.

Příklad 4

400 kg směsi, obsahující 75 % hmotnostních jemně práškového magnesitu s 55 % částic pod 43 mikrometrů a 25 % hmotnostních drcené Slitiny 50 % hliníku a 50 % hořčíku s velikostí částic 13 mm bylo vloženo do kuličkového mlýnu s obsahem 983 kg kuliček. Po 1 hodině a 15 minutách mletí byl odebrán vzorek. Směs obsahovala 92 % materiálu s průměrem pod 150 mikrometrů, přičemž kovový podíl obsahoval pouze 82 % těchto částic, kdežto magnesit obsahoval 96 % těchto částic. Střední průměr částic kovu byl 99,6 mikrometrů, střední průměr částic magnesitu byl 68,2 mikrometry.

Příklad 5

Materiál z příkladu 4.byl podroben dalšímu mletí ještě 30 minut, celkem tedy 1 hodinu a 45 minut a pak byl opět odebrán vzorek. Směs obsahovala 95 % částic s velikostí pod 150 mikrometrů, přičemž kovová frakce obsahovala 91 % těchto částic a magnesit 96 % těchto částic. Střední průměr částic kovu byl 85,7 mikrometrů, střední průměr Částic magnesitu byl69,5 mikrometrů.

Příklad 6

Přibližně 375 kg magnesitových brikeťs'průměrem částic 25,4 mm bylo uloženo do kuličkového mlýnu s obsahem 750 kg ' kuliček. Po 15 minutách mletí mělo 23 % částic magnesitu velikost pod 150 mikrometrů. Po dalších 15 minutách vzrostl počet těchto částic na 55 %. V tomto okamžiku bylo do mlýnu.přidáno . Ϊ25...kg...pře.dem..drcené, slitiny- 50-hliníku—a-50-%--hořč-íku-- a směs pak byla mleta současně. Po různé době dalšího mletí byla získána následující distribuce velikosti částic·:

Doba mletí .min. % částic pod 150 mikrometrů

68 %

79 %

87 %

Při provedení další podobné zkoušky obsahovala směs po stejné době mletí opět přibližně 90 % částic s velikostí pod 150 mikrometrů.

Příklad 7

Do rotačního kuličkového mlýnu s obsahem 112 kg ocelových kuliček bylo uloženo 75 kg briket páleného magnesitu. Po 15 minutách mletí byla velikost částic magnesitu snížena a 85 % těchto částic mělo průměr pod 150 mikrometrů. Pak bylo přidáno 25 kg hliníkového,, granulátu, v němž 100 % částic mělo velikost pod 20 mesh., 96,5 % částic mělo velikost nad 100 mesh. Částice směsi hliníku a předem mletého magnesitu měly ze 14 % velikost vyšší než 35 mesh a ze 65 % velikost pod 100 mesh. Směs pak byla mleta 105 minut, čímž byl získán produkt, v němž 3 % částic měla velikost větší než 420 mikrometrů a 79 % částic mělo velikost pod 150 mikrometrů.

Na obr. 3 je znázorněno, že podíl směsi s velikostí částic pod 150 mikrometrů je možno zvýšit prodloužením doby mletí. Na druhé straně je možno dobu mletí zkrátit tak, že se do' mlýna přidává inertní materiál s jemnějšími částicemi.

Na obr. 4 je znázorněno, že podíl kovových částí s velikostí pod 150 mikrometrů se rovněž zvyšuje s dobou mletí. Výsledná jemnost kovových částic je poměrně málo ovlivněna počáteční velikostí částic páleného magnesitu, přidávaného do mlýna.

Příklady prokazují, že distribuci částic inertního materiálu. i.. k.oviu..,j.e...mo.žno-^O-V-l.i.v-n.i-t-..ml.e-t.ím-_J—a—to- -----------velikostí částic materiálu, přidávaného do mlýna, hmotností mlecího prostředí, .

dobou mletí.

Řízením těchto parametrů je možno získat produkt, který je nevýbušný a uspokojivý pro výrobu žáruvzdorných materiálů i pokud jde o distribuci velikosti částic.

Claims

1. Způsob výroby nevýbušného prášku s obsahem jemných částic kovu ze skupiny hořčík a slitiny hořčíku nebo vápníku, _ v y značu.jící se_tím., že..se současně mele směs částic kovu a Částic inertního žáruvzdorného materiálu za vzniku mleté směsi, obsahující jemně práškové částice kovu, z nichž alespoň 50 % má velikost pod 150 mikrometrů a jemně práškový inertní žáruvzdorný materiál, částice kovu a žáruvzdorného materiálu jsou důkladně promíseny, aniž by částice žáruvzdorného materiálu byly uloženy v částicích kovu a mletá směs je-vhodná pro přípravu-žáruvzdorných*výrobků^po přidání pojivá, přičemž částice žáruvzdorného materiálu tvoří 40 až 90 % hmotnostních mleté směsi a 50 % žáruvzdorného materiálu má průměr částic pod 200 mikrometrů a tyto částice jsou přítomny v takové velikosti á množství, že minimální i ^^xPÍ~°''^sA'Voi~~koivo~en~ťr~ác~enpři~~žkdušÍ<áoh~Tž~Yráddb'ě s objemem'2Ό.

........ .......... ...... ~^_ ~ o litrů při použití chemického zažehovače je vyšší než 100 g/m .

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se t í m , že částice žáruvzdorného materiálu jsou obsaženy v takovém rozměru a množství, še minimální explosivní koncentrace při zkoušce v nádobě s objemem 20 litrů s použitím chemicM 3 kého zazehovače je vyšší než 200 g/m .

3. Způsob'' podle nároku 1, v y z na čující se t ím, že částice žáruvzdorného materiálu tvoří nejméně

65 % hmotnostních mleté směsi.

- W · ·. r- v · V -3· -I ' . ' »

4. Způsob podle nároku 3,vyznačující se t ím , že částice kovu jsou alespoň z 80 % částice s velikostí pod 150 mikrometrů.

f ’ f ! fV

- 22 *í

I.

5. Způsob podle nároku 1 až 4, vyznačuj ící se t í m , že žáruvzdorný materiál obsahuje nejméně 80 % částic s průměrem pod 150 mikrometrů, přičemž tento žáruvzdorný materiál tvoří 65 az 80 % hmotnostních mleté směsi.

6. Způsob podle nároku' 5,vyznačuj ící se t í m , že žáruvzdorný materiál ..tvoří alespoň 70 % hmotnostních mleté směsi.

7. Způsob výroby neexplosivního práškového materiálu s obsahem jemných částic kovu ze skupiny hliník, hořčík a slitiny hliníku, hořčíku nebo vápníku, vyznačuj íc í se t í m , že se současně mele směs Částic kovu a částic inertního žáruvzdorného materiálu ze skupiny- oxid hlinitý a oxid hořečnatý za vzniku mleté směsi s obsahem jemných kovových částic,'vhodnépro přípravu žáruvzdorných výrobků po přidání pojivá, přičemž alespoň 50 % kovových částic má velikost pod 150 mikrometrů, částice kovu a žáruvzdorného materiálu jsou důkladně promíseny a Částice žáruvzdorného materiálu tvoří 65 až 90 % hmotnostních mleté směsi, přičemž 50 % těchto částic má průměr pod 200 mikrometrů.

8. Způsob podle nároku 1 až 7, vyznačuj íc i se t i m, že mletá směs obsahuje nejméně 70 % hmotnostních žáruvzdorných částic s velikostí pod 200mikrometrů.

se t natým,

9_ . .»*· ji. -Ci·^___-Λ ^F_____*?___ • i-ι p Cl o o kJ pvtixC ucti x . dxi u j v y Zj i i d ia J x x i m , že žáruvzdorný materiál je tvořen oxidem-hořečoxidem hlinitým a/nebo oxidem křemičitým.

10. Práškový materiál pro použití při výrobě žáruvzdorných materiálů po přidání žáruvzdorného prášku a pojivá, vyznačující se tím, že je v podstatě prostý pojivá a je tvořen

/ / !Γ Λ

- 23 jemně rozptýlenými částicemi kovu ze skupiny hliník, hořčík a slitiny hliníku, hořčíku nebo vápníku, částice kovu tvoří nejméně 20 % hmotnostních směsi a 80 % těchto částic je menších než 150 mikrometrů a _________j„emně_r_o.zp_tý.l.ený.mi_č.á.s_t.i.c_emi_ž.ár_uvz_d.o.rného__m_ateriálu^..._r_ ze skupiny oxid hlinitý a oxid hořečnatý v množství 65 až 80 % hmotnostních směsi, přičemž 50 % žáruvzdorného materiálu má velikost částic menší než ‘200 mikrometrů, přičemž částice'žáruvzdorného materiálu jsou přítomny ve velikost a množství pro zajištění minimální explosivní 3 koncentrace vyšší něž.100 g/rri při zkoušce v nádobě s objemem 20 litrů při použití chemického zaž.ehovače. ^:

11..Práškový materiál podle nároku 10, vyzryačující' se t í.m , že jeho minimální explosivní koncentra.._________c.e_. j.e...vyšší _ne.ž,.2Ó0.^g/.m^».p.ř.iízkoušc.eí.v.. nádobě __s.,.nbj_emem__2.0, litrů a.při použití chemického zažehovače.

12. Práškový materiál podle nároku 10, vyznačující se tím, že částice žáruvzdorného materiálu * ¹tvoří 70 až 80 % hmotnostních směsi.

13. Práškový materiál podle nároku 10, v y z h a čující se tím, že žáruvzdorný materiál je nejméně ze 75 % hmotnostních tvořen částicemi s velikostí pod

200 mikrometrů.

14.. Práškový materiál· s obsahem jemně rozptýlených částic kovu ze skupiny hliník, hořčík nebo slitiny hliníku, hořčíku nebo vápníku ve směsi s jemně rozptýleným žáruvzdorným materiálem,v yznačující s, e tím, že neobsahuje pojivo a byl získán společným mletím směsi částic kovu a nrr-^i i

částic, inertního žáruvzdorného materiálu, přičemž žáruvzdorný materiál obsahuje částice s velikostí pod 200 mikrometrů a tvoří alespoň 70 % hmotnostních celé směsi.

15. Kombinace obalu pro přepravu a směsi jemně rozptýleného práškového materiálu, vyznačující se tím, ž.e práškový materiál je tvořen kovovými částicemi hliníku·, hořčíku nebo slitin hliníku, hořčíku nebo vápníku a částicemi inertního žáruvzdorného materiálu ze skupiny oxid hlinitý a oxid hořečnatý, žáruvzdorný materiál tvoří 65 až 80 % hmotnostních směsi a je alespoň s 80 % tvořen částicemi s průměrem pod 150 mikrometrů, přičemž směs je v podstatě prostá pojivá.

16. Kombinace podle nároku 15,vyznačující se tím, že obalem pro přepravu je kovový barel.

17. Kombinace podle nároku 15,vyznačující se t í m , že obalem je vak, vyložený nepropustnou vrstvou.

18. Způsob výroby žáruvzdorných produktů, při němž se užívá práškového hliníku a/nebo jiných kovů nebo slitin, vyznačující.se tím, že se připraví směs jemných kovových částic hořčíku nebo slitiny hořčíku nebo vápníku a jemných částic inertního žátjt. . τη __O- __jCc.ki______

X V AU SX ' X A A S-ř 1 4 W 111 Ok L· X -L. CA. -L. Ck J V » V X ±1 iV sj \L* d W /U směsi a obsahujícího nejméně z 80 % částice s velikostí pod 150 mikrometrů, přičemž směs je prostá pojivá, směs se balí a přepravuje z místa, na němž byla vyΐ» robena na místo pro výrobu žáruvzdorných produktů, í, ií na tomto místě se směs vybalí a >!

- 25 směs se mísí s dalším žáruvzdorným materiálem a pojivém a zpracuje se na žáruvzdorný výrobek.

%

19. Způsob podle nároku 18, vyznačující se t í m , že nejméně 50 % žáruvzdorného materiálu má průměr čas- * tic pod 150 mikrometrů.

20. Způsob podle nároku 18,vyznačující se t í m , že inertní žáruvzdorný materiál je tvořen oxidem hořečnatým nebo oxidem hlinitým.

21. Způsob podle nároku 20, vyznačuj íc í se t í m , že směs-obsahuje část ice- kovu, „-alespoň. Z-80-%.......- ..

menší než 150 mikrometrů.