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Fachgebiet
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Die Erfindung betrifft die Herstellung von geformten feuerfesten Materialien auf Basis von Hochtemperatur-Oxiden und kann zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Erzeugnissen für den Einsatz in der Feuerfest- und Hüttenindustrie verwendet werden, welche insbesondere für die Auskleidung von Hochtemperatur-Aggregaten bestimmt sind, hauptsächlich von Konvertern, wo die Spülung mit Gas, Sauerstoff und kombinierte Spülung eingesetzt wird, sowie von Elektroöfen und Anlagen der Sekundärmetallurgie, die im direkten Kontakt mit flüssigen Metallen und Schlacken arbeiten.
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Bisheriger Stand der Technik
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Es sind Verfahren zur Herstellung von Schamotte-, Korund- und Periklasgraphiterzeugnissen bekannt, nach denen die Erzeugnisse durch Vermischen von Füllstoffpulvern bestimmter Fraktionen mit Tonbinder oder technischem Natrium-Lignosulfonat, mit anschließender halbtrockener Formgebung in der Presse und Wärmebehandlung hergestellt werden (Kaschtscheev I. D. Chemische Technologie der feuerfesten Materialien 2007 S. 469-477) [1].
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Der Nachteil dieses Verfahrens ist die Notwendigkeit einer zusätzlichen Trocknung und anschließenden Wärmebehandlung der herzustellenden kohlenstoffhaltigen Erzeugnisse, was die Produktionskosten dieser Erzeugnisse erheblich erhöht und den Zyklus ihrer Herstellung um ein Vielfaches verlängert.
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Darüber hinaus werden die Betriebs- und Festigkeitseigenschaften der mit diesem Verfahren hergestellten kohlenstoffhaltigen Erzeugnisse durch die Entfernung flüchtiger Binderbestandteile bei der Wärmebehandlung im Herstellungsprozess reduziert.
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Nach Zweck und technischem Sinn kommt dem vorgeschlagenen Verfahren ein Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffhaltigem Feuerfestmaterial mit hoher Dichte am nächsten (RU 2166488, am 10.05.2001 veröffentlicht) [2]. Nach diesem Verfahren werden feuerfeste körnige und disperse pulverförmige Füllstoffe mit einer kohlenstoffhaltigen Komponente sowie mit flüssigen organischen und pulverförmigen phenolischen Bindemitteln gemischt. Als Pulverfüllstoff werden bei diesem Verfahren Periklas- bzw. Korundpulver bzw. Spinell und andere magnesiareiche Pulver sowie deren Mischungen verwendet. In einem besonderen Fall wird zur Herstellung der obigen Mischung als körniger Füllstoff geschmolzener Periklassklinker der Fraktion 3-1 mm mit einer Rohdichte von mindestens 3,0 g/cm3 und geschmolzener Periklassklinker der Fraktion 1-0 mm; als disperser Füllstoff wird fein gemahlener Periklassklinker der Fraktion < 0,63 mm verwendet. Als kohlenstoffhaltigen Bestandteil wird Graphit, silizierter Graphit oder Abfälle seiner Produktion eingesetzt, sowie Produkte, die zu den graphithaltigen metallurgischen Abfällen gehören. Als flüssiges organisches Bindemittel mit einer dynamischen Viskosität zwischen 3000-4500 Pa·s wird Phenol-Formaldehydharz und als pulverförmiges phenolisches Bindemittel Ethylenglykol und andere mehrwertige Alkohole verwendet. Aus der resultierenden Mischung werden auf den Spindelpressen Erzeugnisse in Industriegrößen geformt, die einer Wärmebehandlung bei 200 ° C unterzogen werden. Die Fertigerzeugnisse haben eine Rohdichte > 3,0 g/cm3 und eine offene Porosität < 6,0%.
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Um während der Mischungsvorbereitung hochdichte Granalien mit ausreichender Menge an Graphit im intergranularen Raum mit gleichmäßiger Verteilung auf der Oberfläche des letzten organischen Bindemittels in Form von dünnen Filmen zu erhalten, werden die Bestandteile der Mischung bei diesem Verfahren in einer bestimmten vorgegebenen Reihenfolge eingebracht.
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Zuerst wird der körnige Füllstoff und 2/3 der Gesamtmenge des flüssigen organischen Bindemittels mit der nachfolgenden Mischung für 3 Minuten aufgegeben, dann 2/3 der Gesamtmenge des pulverförmigen phenolischen Bindemittels mit der nachfolgenden Mischung für 10 Minuten, dann kommt der disperse Füllstoff und 2/3 der Gesamtmenge der kohlenstoffhaltigen Komponente mit der nachfolgenden Mischung für 10 Minuten, dann 1/4 - 1/3 des flüssigen organischen Bindemittels mit der nachfolgenden Mischung für 3 Minuten, 1/4 - 1/3 des pulverförmigen phenolischen Bindemittels mit der nachfolgenden Mischung für 10 Minuten und 1/4-1/3 der kohlenstoffhaltigen Komponente mit der nachfolgenden Endvermischung der Komponenten für 10 Minuten.
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Gerade diese Reihenfolge der Aufgabe und Vermischung der Komponenten ermöglicht die Bildung von ziemlich dichten Granalien, mit der Bildung der sog. „falschen Kornzusammensetzung“. Folglich wird der Pressdruck solcher Granalien viel besser übertragen, was es ermöglicht, dichtere Produkte zu erhalten.
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Die Formung der Erzeugnisse aus den vorbereiteten Massen nach der „Ablagerung“ innerhalb von 2 bis 4 Stunden wird auf hydraulischen Pressen bei der zwei- oder dreistufigen Spitzenbelastung des halbfertigen Erzeugnisses mit steigender Presskraft bei einem spezifischen Endpreßdruck von 100-120 N/mm durchgeführt.
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So trägt die Zugabe eines pulverförmigen phenolischen Bindemittels zusammen mit einem flüssigen organischen Bindemittel in einer bestimmten Reihenfolge zu einer gleichmäßigeren Verteilung der kohlenstoffhaltigen Komponente in der Masse und zu einem größeren Kontakt zwischen den Partikeln des Graphits und des feuerfesten Füllstoffs bei, was eine bessere Verpressung der Masse bei der Formgebung der Produkte gewährleistet.
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Die Notwendigkeit der Wärmebehandlung von kohlenstoffhaltigen Produkten, die mit diesem Verfahren hergestellt werden, wirkt sich ebenso wie im oben beschriebenen Fall negativ auf die Leistungsparameter und die wirtschaftlichen Kennwerte dieser Herstellungssart aus. Darüber hinaus ist die umweltbedingte Komponente dieses Verfahrens zur Herstellung kohlenstoffhaltiger Erzeugnisse ein stark negativer Faktor, da erkannt wird, dass phenolische Bindemittel bei ihrer thermischen Zersetzung eine Quelle gefährlicher Krankheiten, einschließlich Krebs, sein können. Man muss auch die technologische „Kompliziertheit“ des vorliegenden Verfahrens nennen, das eine bestimmte Reihenfolge der Zugabe der Komponenten der Charge für die Formung des Erzeugnisses voraussetzt, und auch die Verwendung der Mehrfraktionsfüllstoffe.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe des vorgeschlagenen Verfahrens ist es, eine wirtschaftliche, umweltfreundliche und einfache Methode zur Herstellung kohlenstoffhaltiger Feuerfestprodukte zu schaffen, wobei die Eigenschaften der Erzeugnisse erreicht werden können, die mit den Eigenschaften der durch den Prototyp hergestellten Erzeugnisse vergleichbar sind.
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Zu diesem Zweck wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem wie beim Prototyp aus einer Mischung, die den pulverförmigen feuerfesten Füllstoff, die kohlenstoffhaltige Komponente und Bindemittel enthält, gepresste Produkte mit vorgegebenen Formen und Größen hergestellt werden. Das neue Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass als kohlenstoffhaltige Komponente sowie als Bindemittel der vorab interkalierte Blähgraphit eingesetzt wird. Massenanteile von Komponenten werden wie folgt verteilt: feuerfeste Füllstoffen: von 86,0 Gew.-% bis 97,5 Gew.-%, interkalierter Blähgraphit: von 2,5 Gew.-% bis 14,0 Gew.-%.
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Im Gegensatz zum Prototyp, bei dem der pulverförmige feuerfeste Füllstoff und der Graphit, der unter anderem als Schmiermittel wirkt, mittels flüssigem organischem und pulverförmigem phenolischem Bindemittel verbunden werden, wird bei dem angemeldeten Verfahren interkalierter Blähgraphit als kohlenstoffhaltige Komponente verwendet, dessen Struktur (siehe ). ) ist in der Lage, Füllstoffkörner und - partikeln zu binden, d.h. als Bindemittel zwischen dem feuerfesten Füllstoff und der kohlenstoffhaltigen Komponente zu wirken. Diese Struktur des interkalierten Blähgraphits gewährleistet ein dichteres Einbringen des Füllstoffs, unabhängig von seiner Beschaffenheit, und sorgt für eine stärkere und sicherere Verbindung der Graphitpartikeln sowohl untereinander als auch mit den Füllstoffpartikeln jeder Fraktion. Der Anteil an feuerfestem Füllstoff in der Formmasse von weniger als 86,0 Gew.-% führt zur Bildung von Überdruckrissen und von mehr als 97,5 Gew.-% - zu einer unzureichenden Bindung der feuerfesten Füllstoffpartikeln und des kohlenstoffhaltigen Materials. Der Gehalt an interkaliertem Blähgraphit weniger als 2,5 Gew.-% führt zu einer Abnahme der mechanischen Festigkeit der Erzeugnisse, und mehr als 14,0 Gew.-%. - zum Ausdrücken des Bindemittels aus dem interkalierten Blähgraphit aus der Pressform.
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Die Verwendung der Formmasse, die im angemeldeten Verhältnis den feuerfesten Füllstoff und interkalierten Blähgraphit enthält, ermöglicht es, ohne Verwendung von umweltschädlichen organischen Bindemitteln, einschließlich Phenolharzen, Kohlenteer- und synthetischen Pech, sowie ohne Wärmebehandlung kohlenstoffhaltige feuerfeste Erzeugnisse in vorgegebener Form und Größe herzustellen. Dies ist ein neues technisches Ergebnis des angemeldeten Verfahrens.
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Darüber hinaus sorgt der interkalierte Blähgraphit in der Formmasse für eine gewisse Plastizität des geformten Erzeugnisses, um es hitzebeständiger zu machen als den Prototyp.
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Figurenliste
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, , zeigen Fotos der Struktur von interkaliertem Blähgraphit, die sich durch den Maßstab des Bildes unterscheiden; Tabelle 1: Zusammensetzung der Mischungen zur Herstellung von geformten Erzeugnissen; Tabelle 2: Eigenschaften der geprüften Proben.
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Umsetzung der Erfindung
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Zur Umsetzung des angemeldeten Verfahrens wurden die folgenden Materialien verwendet. Als pulverförmige Füllstoffe:
- Geschmolzenes Periklas gemäß den Technischen Bedingungen 14-8-448-83 für Magnesit geschmolzen PPPL96 (geschmolzenes Periklas), Fabrikat vom Kombinat „Magnesit“;
- - AMS-78 Magnesium-Aluminium-Spinell, Fabrikat OOO „Keralit“:
- http://www.keralit.com/raw_materials/aluminium_spinel/;
- - geschmolzener Korund gemäß den Technischen Bedingungen 1523-089-00187085-2014 für Pulver aus geschmolzenem Korund, Fabrikat OAO „Dinur“
http /www.dinur.ru/store/ogneupory-neformovannye^pos^I 0033372
- Als kohlenstoffhaltige Komponente wurde TL80 interkalierter Blähgraphit mit 80 mm Korngröße über 80% und einem Kohlenstoffgehalt über 90%, Produkt von Qingdao Xinghe graphite Co., Ltd
http://www.qdxhsm.com/products/detail-en27.htm 1
- In bestimmten Fällen, z. B. um den Graphitgehalt im Erzeugnis zu erhöhen, ist es möglich, ohne den Gehalt an interkaliertem Blähgraphit zu verändern, gewöhnlichen Graphit als feuerfesten Füllstoff in die Formmasse einzubringen.
Siehe Gießereigraphit
https://ekonomgaz-cs302185.tiu.ru/p4456851-graphit-liteinyi-kristallicheskii.html
- Die Formmasse für kohlenstoffhaltige Proben wurde durch aufeinanderfolgendes Vermischen der Komponenten hergestellt. Interkalierter Graphit wurde zuvor bei einer Temperatur, die 200°C über der vom Hersteller des interkalierten Graphits angegebenen Temperatur liegt, aufgebläht, in diesem Fall - bis zu 800 °C für 5 Minuten in einem geschlossenen Metallbehälter, der in einen Wärmeofen gestellt wurde. Unter ständigem Rühren wurde das Pulver eines Füllstoffes mit dem interkalierten Blähgraphit versetzt und innerhalb von 3-5 Minuten bis zur Schüttdichte 1,1 - 1,4 g/cm3 gerührt. Aus der entstandenen Mischung wurden bei einem Pressdruck von 140 N/mm Erzeugnisse mit den Abmessungen von 230 x 115 x 65 mm gepresst.
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Die Proben des Prototyps wurden gemäß den von den Autoren des Prototyps empfohlenen Vorschriften hergestellt, wobei geschmolzenes Periklas und geschmolzener Magnesium-Aluminium-Spinell als Füllstoff und 10 Gew.-% Gießereigraphit als Kohlenstoffkomponente verwendet wurden.
https://ekonomgaz-cs302185.tiu.ru/p4456851 -graphit-liteinyi-kristallicheskij .html
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Um die Betriebseigenschaften der Proben nach dem vorgeschlagenen Verfahren und der Prototyp-Proben zu bestimmen, wurden folgende Kennwerte ermittelt, an denen sich die Verbraucher orientieren:
- - offene Porosität;
- - Oxidationsbeständigkeit;
- - Erosionsbeständigkeit.
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Die Oxidationsbeständigkeit der Proben wurde anhand der Tiefe der dekarbonisierten Zone nach Erwärmung an der Luft auf 1300°C mit einer 2-stündigen Einwirkzeit bei maximaler Temperatur abgeschätzt. Die Erosionsbeständigkeit wurde durch den Wert des Massenverlustes der Proben nach ihrer Rotation in einer Schmelze aus metallurgischer Schlacke mit Basizität (CaO/SiC) 2.8 bei 1600°C geschätzt.
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Die untersuchten Eigenschaften der Proben, welche die Probenbeständigkeit in der Auskleidung von metallurgischen Aggregaten vorbestimmen, die nach dem angemeldeten Verfahren ohne Verwendung von organischen Bindemitteln sowie ohne Wärmebehandlung hergestellt wurden, sind nicht schlechter als die Eigenschaften der durch den Prototyp hergestellten Proben (siehe Tabelle 2).
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Die Verwendung von feuerfesten Erzeugnissen, die nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellt werden, wird es ermöglichen, die Verwendung von organischen Lösungsmitteln, Teerpech, Steinkohlenteer und Phenolharzen als Bindemittel auszuschließen, auf die Wärmebehandlung von geformten Erzeugnissen zu verzichten, die Dauer der Kampagne und die Beständigkeit der Auskleidungen zu erhöhen, insbesondere am Stichloch für den Abfluss der Konverter und am Arbeitsfutter der Stahlgießpfannen, sowie die technologischen Prozesse in den metallurgischen Anlagen zu intensivieren, weil bei ihrer Verwendung der spezifische Verbrauch von feuerfesten Erzeugnissen und die Reparaturkosten reduziert werden.
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Darüber hinaus werden die Arbeitsplätze bei der Herstellung und dem Einsatz kohlenstoffhaltiger Erzeugnisse, die mit dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellt werden, keinen schädlichen gasförmigen Emissionen ausgesetzt sein. Die Kosten für die Herstellung von Feuerfesterzeugnissen werden deutlich reduziert.
