DE2056567A1

DE2056567A1 - Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffhaltigen feuerfesten Produkts

Info

Publication number: DE2056567A1
Application number: DE19702056567
Authority: DE
Inventors: Toshio; Ozeki Hidekichi; Ena Gifu Nakamura (Japan)
Original assignee: Akechi Ceramics Co Ltd
Current assignee: Akechi Ceramics Co Ltd
Priority date: 1970-08-06
Filing date: 1970-11-17
Publication date: 1972-02-17
Also published as: GB1284188A; US3682686A; DE2056567B2; FR2101323A5; DE2056567C3

Description

Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffhaltigen feuerfesten Produkts Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellurlg eines kohlenstoffhaltigen feuerfesten Produkts mit verbresserter Korrosions- und "Sporing"-Beständigkeit.
Kohlenstoffhaltige feuerfeste Stoffe werden in Form von Steinkörpern bzw. Steinen zur Herstelung der Abstichöffnungen von Konvertern otier fUr Metall-Schmelztiegel verwendet, da sie höhere Verschleißfestigkeit bei erhöhter Temperatur besitzen und im Vergleich zu feuerfesten Stoffen des Oxydtyps, wie feuerfeste Tone, feuerfeste Stoffe mit hohem Prozentsatz an Aluminiumoxyd oder mit Magnesiumoxyd, schwieriger durch die geschmolzenen Metalle bzw. die flüssigen Schlacken zu benetz@en sind.
Da Jedoch die Porosität der kohlenstoffhaltigen feuerfesten Stoffe filr gewöhnlich 20 - 25% betrugt, werden diese Stoffe schnell durch Schlacke oder Metallschmelzen beschädigt, so daß ihre brauchbare Betrlebslebensdauer vergleichsweise kurz ist. Es wurde bereits vorgeschlagen, den prozentualen Anteil an Graphit zu senken, um die Porosität herabzusetzen, doch da hierdurch die "Sporting"-Beständigkeit des Produckts vermindert wird, neigt es zu einer Rißbildung im Betrieb, so daß seine Betriebslebensdauer verkUrzt wird.
Aufgabe der Erfindung ist mithin in erster Lliiie die Schaffung eines ausgezeichneten kohlenstoffhaltigen feuerfesten Produkts mit verbesserter Korrosioris- und "Sporting"-Beständigkelt.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Hersatellung vor.
kohlenstoffhaltigen feuerfesten Stffen erfindungsgemäß dadurch glöst, daß zunächst die kohlenstoffhaltigen feuerfesten Produkte nach einem herkömmlichen Verfahren durch Mischen, Gießen bzw. Formen und Reduzieren durch Brennen gebildet werden, sodann die feuerfesten Produkte in geschmolzenes Teerpech eingetaucht werden, um die Poren der feuerfesten Stoffe durch das Teerpech zu Imprägnieren, danach die imprägnierten fuerfesten Produkte zwecks Verkohlung des imprägnierten Teerpechs erwärmt werden und schließlich auf die Außenfläche der feuerfesten Produkte eine Glaaur aufgebracht wird und die Produkte zum Brennen der Glasur erwärmt werden.
Die drel Verfahrensschritte werden auf die im folgenden beschriebene Weise durchgeführt. Wie erwähnt, kann der erste Verfahrensschritt nach einem beliebigen bekannter Verfahrern durchgefdhrt werden. Die Ausgangsstoffe bestehen im @ wesentlichen aus einer kohlenstoffhaltigen Substanz, wie Graphit, und Siliziumkarbiden, doch können dem Stoff gewünschtenfalls auch entsprechende Mengen an feuerfesten Oxyd-Stoffen, wie Schamotte, Pagodit, Sillmanit oder synthetischem Mullit, eines Binders wie z.B. Ton oder Pech und dgl., sowie ein Slntermlttel wie Borax, Borsäure, Fritte, Ferrosilizlun und dgl., beigegeben werden. DieseRohrstoffe werden auf zweckmäßige Teilchengröße pulverisiert und dann miteinander vermischt. Nach der Zugabe einer zweckmäßigen Wasser und Teermenge wird das Gemisch geknetet, geformt und durch Brennen reduziert. im Fall der Zugabe von Wasser wird der Formkörper nach dem Kneten getrocknet und dann durch Brennen reduziert.
Beim zweiten Verfahrensschritt wird der auf die beschriebene Weise hergestellte gebrannte Formkörper in ein Bad heißen geschmolzenen Teerpechs eingetaucht, um letzteres in die Poren des gebrannten Formkörpers eindringen und den größten Teil der Poren ausfüllen zu lassen. Das Imprägnieren wird durch Vorwärmen des gebrannten Produkts und Evakuieren der Imprignierkammer verbessert. Der imimprägnierte Formkörper wird aus der Kammer herausgenommen und dann erwärmt, um etwa die Hälfte des einverleibten Teerpechs zu verdampfen und die andere Hälfte zu verkohlen, so daß es in den Poren als amorpher Kohlenstoff abgelagert wird. Hierdurch wird die Porosität vermindert und die mechanische Festigkeit des Produkts erhöht,wodurch die Korrosionsbeständigkeit und die Verschleißfestigkeit verbessert werden. Andererseits verbleibt der ausgefällte Kohlenstoff in den Poren, so daß die "Sporingt'-Beständigkeit trotz der verminderten Porosität nicht beeinträchtigt wird.
Es ist bekannt, Magnesiumoxyd-Ziegel zum Ausfuttern bzw.
Auskleiden von Stahl-Mischöfen und Stopfenziegel aus Ton mit Teer zu imprägnieren und dann zu erwärmen, um in ihren Poren Kohlenstoff abzulagern und auf diese Weise ihre Betriebslebensdauer zu verbessern.
Der auf diese Weise abgelagerte Kohlenstoff ist Jedoch amorph und besonders entflammbar, so daß dieses Verfahren nur dann wirksam ist, wenn die von der Wärme beeinflußte Fläche der Steine in Abwesenheit von Sauerstoff erwärmt wird, wie dies der Fall ist, wenn der auf diese Weise hergestellte feuerfeste Körper in Berührung mit einer Metallschmelze hoher Temperatur gehalten wird. Wenn dagegen der feuerfeste Körper von außen her durch eine Flamme oder elektrisch erzeugte Hitze erwärmt wird, wShrend er, beispielsweise in einem Metall-Schmelztiegel, mit Sauerstoff in Berührung steht, so geht der abgelagerte Kohlenstoff durch Oxydation verloren, wodurch die Wirksamkeit der Teer-Imprägnierung zunichte gemacht wird.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit wird erfindungsgemäß auf die Oberfläche des nach dem zweiten Verfahrensschritt hergestellten feuerfesten Körpers eine Glasierung aufgebracht, woraufhin der glasierte Formkörper dann gebrannt wird. Durch diesen dritten Verfahrensschritt wird auf der Oberfläche des Produkts eine luftundurchlässige Schicht gebildet, so daß der dadurch die Erwärmung des eingedrungenen Teerpechs gebildete Kohlenstoff im Betrieb bei erhöhter Temperatur nicht durch die Luft oxydiert wird und die niedrige Porosität und geringe Luftdurchlässigkeit des Produkts Uber einen langen Betriebszeitraum hinweg aufrechterhalten bleiben.
Neben den vorstehend beschriebenen Aufgaben verbessert die nach dem dritten Verfahrensschritt aufgetragene Glasierung auch wesentlich die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Produkts aus den folgenden Gründen.
Der in den Poren und insbesondere in denen an der von der Hitze beeinflußten Fläche des Produkts abgelagerte Kohlenstoff wird nämlich durch die zum Brennen der Glasierung eingesetzten hohen Temperaturen sowie durch die bei der Benutzung des Produkts in Abwesenheit von Sauerstoff stattfindende Erwärmung in einen harten, nicht entfiammbaren Zustand überführt. Weiterhin wird angenommen, daß ein Teil des abgelagerten Kohlenstoffs in die glasartige Zusammensetzung des Produkts diffundiert, so daß er noch unentrlammbarer und korrosionsbeständiger wird.
Die Glasierung kann auf die gleiche Weise aufgebracht werden wie bei herkömmlichen Keramik-Gegenständen. Vorteilhafterwelse wird eine Glasierung des Borsilikat-Typs verwendet, die bei erhöhter Temperatur ihre Vlskosität nicht verliert, beispielsweise ein feines Pulver aus Borsilikat-Glas. Die Einbrenntemperatur hängt zwar von der Zusammensetzung der Glasierung ab, liegt jedoch normalerweise im Bereich von etwa 1000 - 11000C.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie einzuschränken.
Beispiel 1 55% Natur-Graphit, 40% Siliziumkarbid, 15% Ferrosiliztum und 10% Borsilikat-Fritte (jeweils auf Gewicht bezogen) wurden miteinander vermischt, worauf dem Gemisch, bezogen auf Gemischgewicht, 40% eines Gemisches aus Kohlenteer und Pech beigegeben wurde. Das so entstandene Gemisch wurde erwärmt, geknetet, geformt und zum Reduzieren bei einer Temperatur von 15200C gebrannt, um einen Graphit-Tiegel von 52 cm EIöhe, 55,5 cm Durchmesser an der oberen Öffnung, 22 cm Bodendurchmesser und 25 cm Wanddicke zu bilden. Der Tiegel wurde sodann in ein Gefäß eingebracht, letzteres wurde evakuiert und das geschmolzene Teerpech wurde in das evakuierte Gefäß eingeschüttet, um das weiche Pech in die Poren des Tiegels eindringen zu lassen. Der imprägnierte Tiegel wurde darauf aus dem Gefäß entnommen und in reduzierender Atmosphäre auf 8000C erwärmt, um die flüchtigen Bestandteile zu entfernen und das durch Imprägnierung eingebrachte Pech zu verkohlen. Nach dem Abkühlen wurde der Tiegel durch Besprühen seiner Oberfläche mit einem Gemisch eines Pulvers aus Borsilikat-Fritte und Wasser überzogen und imprägniert. Danach wurde der Tiegel auf 10500C erwärmt, um die Fritte einzubrennen und den fertigen Tiegel zu bilden.
Vor dem Imprägnieren besaß der Tiegel ein Gewicht von 34 kg, ein Volumen von 18 400 cm³ und ein Gesamtvolumen der Poren von 4500 cm3. Die durch Imprägnieren eingedrungene Gesamtmenge an Pech betrug 5,4 kg und die nach der Wärmebehandlung zurückbleibende Kohlenstoffmenge 2,8 kg. Die folgende Tabelle veranschaulicht verschiedene Eigenschaften des Keramikkörpers vor und nach dem Imprägnieren.
Poro- Wasser Scheinbares Spez.Schütt- Blege- Drucksität Aufnahme spez.Gewicht dichte festigkeit festigkeit % % (kg/cm²) (kg/cm²) Nach ci.
Impräg- 13,4 8,2 2,30 1,96 140 380 nierung Vor der Impräg- 24,5 13,3 2,45 1,85 nierung Diese beiden Tiegel wurden zum Schmelzen von Kelmet (einer Legierung aus 70% Stahl und 30% Blei) eingesetzt. Der nicht imprägnierte Tiegel besaß eine Betriebslebensdauer von 80 Stunden, während der eine imprägnierte Tiegel eine Betriebslebensdauer von 142 Stunden und der andere von 138 Stunden besaß.
Bei Verwendung zum Schmelzen von Borax besaß der nicht imprägnierte Tiegel eine Lebensdauer von 130 Stunden, während der erfindungsgemäß hergestellte, imprägnierte Tiegel eine Betriebslebensdauer von 244 Stunden besaß.
Beispiel 2 30% Natur-Graphit, 55% Siliziumkarbid, 10% Ferrosilizium und 5% Borsilikat (jeweils auf Gewicht bezogen) wurden miteinander vermischt. Bezogen auf das Gewicht des Gemisches, wurden 4o eines Gemisches aus Kohlenteer und Pech dem ersten Gemisch zugesetzt. Das so erhaltene Gemisch wurde erwärmt, geknetet, geformt und zum Reduzieren bei einer Temperatur von 13200C gebrannt, um einen Stein bzw. Ziegel für eine Abstichöffnung eines Reinsauerstoffkonverters zu erhalten. Der Stein wurde dann auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 mit Teerpech imprägniert, zur Verkohlung erhitzt, mit einer Glasierung versehen und dann gebrannt, um ein neuartiges Steinziegelprodukt zu bilden. Die folgende Tabelle zeigt die Eigenschaften des Steins vor und nach dem Imprägnieren.
Scheinbares Spez.Schütt- Poro- Druck- Biege- Linearer spez.Gewicht dichte sität festigkeit festig- Wärmedehnungs-(g/cm³) (g/cm³) (%) (kg/cm²) keit koeffizient (kg/cm²) (%) Vor d.
Impräg- 2,55 1,95 21,0 248 85 0,32 nieren 2,64 2,02 15,4 482 138 0,22 nieren Der lineare Wärmedehnungskoeffizient wurde durch Erwärmung des Tiegels von Normaltemperatur auf 8000C ermittelt.
Diese beiden Steinarten wurden zur Bildung der Abstichöffnungen eines 100 t-Reinsauerstoffkonverters verwendet, wobei es sich herausstellte, daß die nicht imprägnierten Steine nur für 400 Frischvorgänge brauchbar waren, während die imprägnierten Steine 600 Frischvorgänge aushielten.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist mithin ersichtlich, daß die Erfindung neuartige kohlenstoffhaltige feuerfeste Produkte mit niedrigerer Porosität, höherer spezifischer Schütt-bzw. Fülldichte, höherer Biegefestigkeit und höherer Druckfestigkeit als herkömmliche kohlenstoffhaltige feuerfeste Produkte durch Einbringung von Kohlenstoff in die Poren des Produkts schafft. Da außerdem der abgelagerte Kohlenstoff durch die undurchdringliche Glasierungsschicht auf der Oberfläche des Produkts gegen Oxydation bei hoher Temperatur geschützt ist, kann wirksam das Eindringen von FluBmittel, Schlacke und geschmolzenem Metall während des Betriebs verhindert werden. Da zudem die mechanische Festigkeit verbessert ist und die eine der Hauptbestandteile bildende Graphitschicht an einem Abblätærn gehindert wird, wird die Betriebslebensdauer der Produkte wesentlich verlängert.
Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin ein Verfahren, bei welchem nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellte kohlenstoffhaltige feuerfeste Produkte in ein Bad geschmolzenen Teerpechs eingetaucht werden, um das Teerpech in die Poren des Produkts eindringen zu lassen, die imprägnierten Produkte zum Verkohlen des einverleibten Teerpechs auf erhöhte Temperatur erwärmt werden und darauf die Oberfläche des Produkts mit einer olasierungsschicht überzogen wird.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Verfahren zur Herstellung eines kohlenstofrhaltigen feuerfesten Produkts, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine im wesentlichen aus kohlenstoffhaltigem feuerfesten Material bestehende Masse geknetet, geformt und gebrannt wird, sodann der gebrannte Formsteif in geschmolzenes Teerpech eingetaucht, um den gebrannten Formstein mit Teerpech zu imprägnieren, und erwärmt wird und schließlich auf die Oberfläche des imprägnierten Formkörpers eine Glasierungsschicht auRgebracht und letztere eingebrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse aus 30 - 35 Gew.-% Natur-Graphit, 40 - 55 Gew.-% Siliziumkarbid, 10 - 15 Gew.-% Ferrosilizium, 5 - 10 Gew.-% Borsilikat und, bezogen auf das Gesamtgewicht obiger Bestandteile, 40% eines Gemisches aus Kohlenteer und Pech besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasierung aus einem Pulver aus Borsilikat-Fritte hergestellt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem geschmolzenen Teerpech imprägnierte Formstein in reduzierender Atmosphäre auf eine Temperatur von 8000C erwärmt wird, um mindestens einen Teil des durch Imprägnieren aufgenommenen Teerpechs zu verkohlen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der glasierte Formstein bei einer Temperatur von 1000 -1100°C gebrannt wird.