DE1911537A1 - Verfahren zur Herstellung verschleissfester Kohlenstoffsteine - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung verschleißfester Kohlenstoffsteine Kohlenstoffsteine werden als feuerfestes Material in großem Umfange zur Auskleidung metallurgischer Öfen verwendet. Beispielsweise werden heutzutage Boden, Gestell und Rast eines Hochofens überwiegend mit Kohlenstoffsteinen zugestellt. Elektro-Reduktionsöfen erhalten zum gröBten Teil ein Futter aus Kohlenstoffsteinen oder Kohlenstoifstampfmassen.Weitre Eins atzgebiete für Kohlenstoffsteine sind die Auskleidung von Abstichrinnen, von Elektrolysewannen zur Erzeugung von Aluminium, von Öfen zur Gewinnung von Phosphor, von Tiegeln für Schlacken- und Metallschmelzen, von Säurebehältern und anderen Reduktionsgefäßen.
• Eine der Hauptverschleißarten der Kohlenstoff steine besteht darin, daß sie bei höheren Temperaturen in Gegenwart oxydierender Gase wie Luft, Kohlendioxid oder Wasserdampf abbrennen oder infolge der Oxydationsvorgange vorzeitig zerfallen.
• Kohlenstoffsteine im Boden und Gestell eines Hochofens kommen mit an Kohlenstoff ungesättigtem Roheisen in Berührung und werden von aiesem allmählich aufgelöst. Die Auflösungsgeschwindigkeit der Kohlenstoffsteine im Roheisen ist umso größer, äe höher die Temperatur in der Grenzfläche Roheisen- Kohlenstoffstein ist Der Angriff des Roheisens erfolgt bevorzugt an den gorngrenzen des Kohlenstoffsteines. Um den Kohlenstoffstein ausreichend zu kühlen und damit seine Auflösung im Roheisen einzuschränken, werden für die Hochofenauskleldung Kohlenstoffsteine mit hoher Wärmeleitfähigkeit gewünscht. Die Wärmeleitfähigkeit der Kohlenstoffsteine läßt sich erfahrungsgemäß durch Graphitzusätze verbessern, doch löst sich der Graphit leichter im Roheisen auf.
• Kohlenstoffsteine sind gegen den chemischen Angriff durch Alkalien empfindlich. Die Aufnahme von Kalium oder Natrium durch Kohlenstoffeteine führt zu einer Volumensusdehaung, die ein Zerreißen oder gar ein völliges Zerblättern der Kohlenstoffeteine nach sich zieht. Versuche haben ergeben, daß die Natriumbeständig keit in der Reihenfolge Pechkoks, Hüttenkoks, Anthrazit, Elektrographit besser wird und daß besonders der Bindemittelkoks gegen Alkalien empfindlich ist.
• Die Kohlenstoffauskleidung in metallurgischen Öfen unterliegt an vielen Stellen einem starken mechanischen Verschleiß durch Abrieb; z. B. sind Kohlenstoffsteine in der Rast des Hochofen oder in Drehrohröfen einem starken Abrieb durch das Beschickungsmaterial ausgesetzt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu vermeiden. Dies geschieht erfindungsgemäß bei einem Verfahren zur Herstellung verschlißfester Kohlenstoffeteine dadurch, daß der grünen Kunstkohlemasse Siliciumpulver zuge mischt und während des normalen Brennprozesses der Eohlenstoffsteine Siliciumcarbid erzeugt wird.
• Die erfindungsgemäßen siliciumcerbidgebundenen Kohlenstoffsteine sind gegen Abbrand und abbrandbedinen Zerfall um ein Tielfaches beständiger. Die Siliciumcarbidbindung bleibt auch nach völligem Ausbrand des Kohlenstoffs als poröses Gerüst mit bachtlicher Standfestigkeit erhalten und bewahrt die ursprüngliche Form des Kohlenstoffsteines.
• Ferner hat sich herausgestellt, daß die Beständigkeit der Kohlenstoffsteine gegen den Angriff von Roheisen und Alkalien durch die Siliciumcarbidbindung verbessert wird6 Die Wärmeleitfähigkeit der Kohlenstoffsteine wird durch die Gegenwart von Siliciumcarbid zwischen der Kohlenstoffkörnung erhöhte Ein bekanntes Merkmal des Siliciumcarbids ist seine große Härte und seine Abriebfestigkeit. Diese Eigenschaften übertragen sich in vorteilhafter Weise bis zu einem gewissen Grade auch auf den erfindungsgeiiäßen siliciumcarbidgebundenen Kohlenstoffstein.
• Für die Herstellung von Kohlenstoffsteinen werden als Trockenstoffe kalzinierte Xokse und als Bindemittel gewöhnlich Steinkohlenteerpeche verwendet. Die zu Kornklassen aufbereiteten Kokse konen in einem bestimmten Körnungsband, das von feinen Filterstäuben bis zu Korngrößen von ca. 10 mm reicht, zum Einsatz. Soll ein siliciumcsrbidgebundener Kohlenstoffstein hergestellt werden, dann wird ein Teil des feinkörnigen Koksmaterials durch Siliciumpulver ersetzt.
• Als Silicium wird handelsübliches Reinsilicium mit einem Siliciuigehalt von 98 oder 96 % verwendet. Auch 90- oder 75-%-iges Ferrosiliciui sind für bestimmte Zwecke brauchbar.
• Der Gewichtsanteil des Siliciumpulvers im Koks-Trockenstoff kann zwischen 0,1 und ca. 50 % gewählt werden. Die Siliciumzusätee zum übrigen Trockenstoff betragen bevorzugt ca. 5 bis 25 Gew.-%.
• Das Siliciumpulver wird so weit aufgemahlen, daß seine Korngröße möglichst unter 0,08 mm liegt.
• Nach Verfahren, die bei der Elektroden- oder Kunstkohlefabrikation üblich sind, wird der siliciumhaltige Trockexwtoff mit dem Teerpech-Bindemittel vermischt. Die auf diese Weise erhaltene grüne Masse wird zu Körpern abgeformt.-Das Brennen der grünen Formkörper erfolgt in gebräuchlichen Ringbrennöfen bei Spitzentemperaturen zwiscben 1100 und 13000C, wobei das Siliciumcarbid im Kohlenstoffstein gebildet wird.
• Eine bekannte Schwäche der Kohlenstoffsteine ist der Bindemittelkoks, der aus der Verkokung des Teerpechs entsteht und den Kornverband des Trockenstoffs zusammenhält. In Gegenwart von Silicium wird gerade der Bindemittelkoks und daneben der feine Eoksstaub wahrend des Brennprozesses in Siliciumcarbid übergeführt.
• Durch die Siliciumcarbidbindung lassen sich Eigenschaften der Eohlenstoffsteine erzielen, die durch die herkömmliche Eoksbindung nicht zu erreichen sind.
• Ausführungsbeispiel: Der Trockenstoff hat folgende Zusammensetzung 20 Gew.-Teile gemahlenes, 98-%-iges Silicium mit einer Korngröße unter 0,08 mm, 55 Gew.-Teile eines bei 130000 kalzinierten kathrazits zu gleichen Teilen in den Kornfraktionen 3 bis 8, 1 bis 3, 0,08 bis 1 und 0 bis 0,2 mm, 25 Gew.-Teile eines bei 13000C kalzinierten Zechenkokses mit einem Anteil von 81 Gew.-% in der Korngröße 0 bis 0,08 mm und 19 Gew.-% in der Korngröße 0,08 bis 0,2 mm.
• Zu dem vorstehenden Trockenstoff werden 17 Gew.-Teile Teerpech mit einem Erweichungspunkt von 600C als Bindemittel hinzugesetzt. Trockenstoff und Bindemittel werden bei 160 - 1700C in einem Sigma-Kneter gemischt. Die grüne Masse wird bei 110 - 120°C durch ein Vibrationsverfahren zu einem Körper abgeformt. Der grüne Körper wird für den BrennprozeB in Koks-Füllmasse eingebettet und im Brennofen bei einer durchschnittlichen Temperatursteigerung von 40C/Stunde gebrannt. Die Endtemperatur des Brennprogramms beträgt 12500C und wird 24 Stunden gehalten.

Claims (5)

1. Patent ansprüche

   Q))Verfahren zur Herstellung verschleißfester Kohlensboffsteine, dadurch gekennzeichnet, daß der grunen Kunstkohlemasse Siliciumpulver zugemischt und während des normalen Brennprozesses der Kohlenstoffsteine Siliciumcarbid erzeugt wird.
2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, (1wlurch gekennzeichnet, daß als Trockenstoff kalzinierte Kokse und als Bindemittel gessöhnliehe Steinkohlenteerpeche -zerwendet werden.
3. 3) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Silicium handelsüblich reines Silicium mit einem Siliciunigehalt von 98 oder 96 % oder auch 90- und 75-%-iges Ferrosilicium verwendet werden.
4. 4) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil des Slliciumpulvers im Koksbrennstoff zwischen 6,1 und ca. 50 % bemessen wird.
5. 5) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Siliciumpulver mit einer Korngröße unter 0,08 mm verwendet wird.