DE2948977A1

DE2948977A1 - Feuerfester graphitformling

Info

Publication number: DE2948977A1
Application number: DE19792948977
Authority: DE
Inventors: Hajime Asami; Okayama Bizen; Miki Suma; Shigeo Yoshino; Tadashi Zenbutsu
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd; Tohshin Seiko Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd; Tohshin Seiko Co Ltd
Priority date: 1978-12-05
Filing date: 1979-12-05
Publication date: 1980-06-12
Also published as: GB2035984B; DE2948977C2; FR2443440B1; JPS5817145B2; SE7909255L; US4282288A; GB2035984A; SE440499B; FR2443440A1; JPS5585461A

Description

Henkel, Kern, Feiler Cr Hänzel ? Patentanwälte Registered Representatives

before the

European Patent Office

Möhlstraße 37 D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

5. C UZ 1379 Dr.F/rm

SHINAGAWA SHIRORENGA KABUSHIKI KAISHA, Tokio, Japan und

TOHSHIN SEIKO KABUSHIKI KAISHA, Tokio, Japan

Feuerfester Graphitformling

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen feuerfesten Graphitformling dichter Struktur und niedriger Porosität, der unter Verwendung von natürlichem Schuppengraphit als kohlenstoffartiges Rohmaterial hergestellt wurde.

Ein übliches Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Graphi tformlingen besteht darin, ein kohlenstoffartiges Rohmaterial, z.B. Erdölkoks oder Anthracit, mit einem Bindemittel, z.B. Kohleteer oder Kohlepech, zu vermischen und zu verkneten, das hierbei erhaltene feuchte, oder plastische Gemisch durch Form- oder Strangpressen in einen Formling der gewünschten Form zu überführen und den erhaltenen Formling zur Umwandlung des kohlenstoffartigen Rohmaterials in Graphit bei hoher Temperatur (mindestens 2000⁰C) zu brennen oder durch elektrische Widerstandserhitzung auf hohe Temperatur (mindestens 2000°C) zu erhitzen (dieses Verfahren wird als "Verfahren Nr. 1" bezeichnet).

Das Verfahren Nr. 1 erfordert Jedoch zur Umwandlung des kohlenstoffartigen Rohmaterials zu Graphit lange Zeit und eine große Menge Energie, so daß es nur einen geringen Wirkungsgrad besitzt.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten Graphitformlings besteht darin, etwa 83 bis etwa 87 Gew.-56 natürlichen Schuppengraphits als kohlenstoffartiges Rohmaterial mit einem Bindemittel, z.B. Kohleteer oder Kohlepech, zu vermischen und zu verkneten, das hierbei erhaltene feuchte oder plastische Gemisch durch Form- oder Strangpressen in einen Formling der gewünschten Form zu über-

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führen und den erhaltenen Formling zu brennen oder zu backen (dieses bekannte Verfahren wird als "Verfahren Nr. 2" bezeichnet) .

Anders als bei dem Verfahren Nr. 1 ist es bei dem Verfahren Nr. 2, das mit natürlichem Schuppengraphit als kohlenstoffartigem Rohmaterial arbeitet, nicht erforderlich, zur Umwandlung des kohlenstoffartigen Rohmaterials zu Graphit Heizenergie zu verbrauchen. Die Struktur des gemäß dem Verfahren Nr. 2 hergestellten feuerfesten Graphitformlings, der aus Schuppen oder Flocken natürlichen Schuppengraphits besteht, die sich ungerichtet überlappen und willkürlich aufeinanderliegen, besitzt jedoch eine hohe Porosität und geringe Dichte. Wenn man bei der Durchführung des Verfahrens Nr. 2 zur Herstellung eines feuerfesten Graphitformlings dichter Struktur und niedriger Porosität den Formdruck erhöht, verursachen die natürlichem Flockengraphit eigenen Eigenschaften, z.B. die flache Form und die Schlüpfrigkeit, in dem gebildeten Formkörper Fehler, z.B. eine Laminatbildung und Risse. Da somit der bei der Herstellung des Formlinge gemäß dem Verfahren Nr. 2 angewandte Formdruck begrenzt ist, bereitet es Schwierigkeiten, einen feuerfesten Graphitformling dichter Struktur und niedriger Porosität herzustellen.

Bei beiden Verfahren Nr. 1 und Nr. 2 werden die Bindemittel, z.B. Kohleteer oder Kohlepech, in großer Menge eingesetzt, damit man ein feuchtes oder plastisches Gemisch erhältο Die Verwendung solch großer Mengen an Bindemittel führt dazu, daß beim Brennen oder Backen des erhaltenen Formlinge große Mengen an flüchtigen Substanzen verflüchtigen. Dies führt dazu, daß der erhaltene feuerfeste

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Graph!tformling eine hohe Porosität aufweist. Eine hohe Porosität hat sich jedoch für die Praxis als problematisch erwiesen, da ein hochporöser feuerfester Graphitformling nur eine geringe Oxidationsbeständigkeit, thermische Leitfähigkeit und Erosionsbeständigkeit gegen erschmolzene Schlacke, erschmolzenes Roheisen und erschmolzenen Stahl aufweist.

Es hat nun nicht an Versuchen gefehlt, die auf die Porosität zurückzuführenden Probleme zu lösen. So gibt es bereits ein Verfahren zur Verbesserung der Porosität, bei welchem ein gebrannter oder gebackener Formling mit einem Pech oder Harz hohen Kohlenstoffgehalts zum Ausfüllen der Poren in dem Formling durch das Pech oder Harz imprägniert und der imprägnierte Formling zur Umwandlung des in den Poren befindlichen Pechs oder Harzes zu Kohlenstoff oder Graphit erneut gebrannt oder gebacken wird. Der nach diesem Verfahren erhaltene feuerfeste Graphitformling besitzt zwar eine geringere Porosität, das Herstellungsverfahren ist jedoch kompliziert und erfordert zur Herstellung des feuerfesten Graphitformlings so viel Zeit, daß sich die Gestehungskosten des Graphitformlings stark erhöhen.

Unter diesen Umständen besteht ein Bedarf nach der Entwicklung feuerfester Graphitformlinge dichter Struktur und niedriger Porosität, die sich unter Verwendung natürlichen Flockengraphits als kohlenstoffartiges Rohmaterial herstellen lassen und Eigenschaften aufweisen, wie sie bisher bekannte feuerfeste Graphitformlinge noch nicht zeigen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen feuerfesten Graphitformling dichter Struktur und niedriger Porosität,

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der nahezu keine Fehler, wie Laminatbildung und Risse, aufweist und eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit, thermische Leitfähigkeit und Erosionsbeständigkeit gegen erschmolzene Schlacke, erschmolzenes Roheisen und erschmolzenen Stahl zeigt, herzustellen.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein feuerfester Graphitformling dichter Struktur und niedriger Porosität, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß er im wesentlichen folgende chemische Zusammensetzung aufweist:

1) 100 Gewichtsteile natürlichen Schuppengraphits als kohlenstoffartiges Rohmaterial mit mindestens 70 Gew.-96 Graphit schuppen einer Teilchengröße von 0,1 bis 3 mm und bis zu 30 Gev.-% Graphitschuppen einer Teilchengröße von unter 0,1 mm;

2) 4 bis 10 GewichtsteHe eines pulverförmigen Phenolharzes als Bindemittel und

3) beiläufige Verunreinigungen;

daß er durch Formpressen eines Trockengemischs der angegebenen chemischen Zusammensetzung unter einem in eine Richtung wirkenden Formdruck von 68670 bis 196200 kPa zu einem Formling und Erhitzen des erhaltenen Formlinge hergestellt wurde;

daß ihm durch das Formpressen und Erhitzen eine Struktur verliehen wurde, in der die Schuppen oder Flocken des Schuppengraphits in praktisch einer Richtung geordnet schichtförmlg angeordnet sind und

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daß er eine scheinbare Porosität von bis zu 15# aufweist.

Ein feuerfester Graphitformling gemäß der Erfindung kann zusätzlich insgesamt bis zu 10 Gewichtsteile mindestens eines Zuschlagstoffs, bestehend aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumcarbid, Koks, Zirkon, Silicium, Phosphat und Borat, enthalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung bzw. des Aussehens der Kartenstapelstruktur eines unter Verwendung von natürlichem Schuppengraphit als kohlenstoffartigem Rohmaterial hergestellten feuerfesten Graphitformlings und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anordnung bzw. des Aussehens der Kartenhausstruktur eines unter Verwendung von natürlichem Flockengraphit als kohlenstoffartigem Rohmaterial hergestellten feuerfesten Graphitformlings .

Im Hinblick auf die Entwicklung feuerfester Graphitformlinge dichterStruktur und niedriger Porosität sowie hervorragender Oxidationsbeständigkeit, thermischer Leitfähigkeit und Erosionsbeständigkeit gegen erschmolzene Schlacke, erschmolzenes Roheisen und erschmolzenen Stahl und zur Lösung der bei üblichen feuerfesten Graphitformlingen auftretenden geschilderten Probleme wurden umfangreiche Untersuchungen durchgeführt. Hierbei wurden folgende Erkenntnisse gewonnen:

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(1) Es ist nicht ohne weiteres möglich, die Porosität von unter Verwendung von natürlichem Schuppengraphit als kohlenstoffartigem Rohmaterial hergestellten feuerfesten Graphitformlingen zu verringern, da natürlicher Schuppengraphit von flacher Gestalt und schlüpfrig ist. Insbesondere überlappen sich die Graphitschuppen nicht gerichtet und willkürlich aufeinanderliegend, was eine unzureichende Bitlüftung während des Formpressens zur Folge hat. Dies wiederum macht es unmöglich, eine dichte Struktur niedriger Porosität herzustellen. Die in Figur 2 dargestellte Struktur eines feuerfesten Graphitformlings aus Schuppen von natürlichem Schuppengraphit, die sich ungerichtet und willkürlich aufeinanderliegend überlappen, ist üblicherweise in der mit der Herstellung von feuerfesten Massen oder feuerfesten Formungen befaßten Industrie als "Kartenhausstruktur" bekannt, da sie wie ein durch Aneinanderlehnen von Karten erhaltenes Haus aussieht. Wenn man andererseits den bei der Herstellung des Formlings angewandten Formdruck erhöht, um einen feuerfesten Graphitformling dichter Struktur und niedriger Porosität herzustellen, bedingen die natürlichem Flockengraphit innewohnenden Eigenschaften, z.B. dessen flache Form und Schlüpfrigkeit, in den erhaltenen Formungen Fehler, z_oB. Schichtungen und Risse. Folglich läßt sich der bei der Herstellung des Formlings angewandte Formdruck nicht über 68670 kPa erhöhen, weswegen es unmöglich ist, einen feuerfesten Graphitformling dichter Struktur mit niedriger Porosität herzustellen.

(2) Wenn man dem Formling eine Struktur verleiht, in der die Schuppen oder Flocken von natürlichem Schuppen-

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graphit regelmäßig bzw. geordnet in eine Richtung schachtförmig angeordnet sind, erreicht man während des Formpressens eine akzeptable Entlüftung. Darüber hinaus kann man den bei der Herstellung des Formlings angewandten Formdruck auf über 68670 kPa erhöhen, ohne daß in dem erhaltenen Formling eine Schichtung oder Rißbildung erfolgt. Auf diese Weise kann man eine Hochdruckformpressung bei einem Druck von mindestens 68670 kPa durchführen und erhält dabei einen feuerfesten Graphitformling dichter Struktur mit niedriger Porosität. Die in Figur 1 dargestellte Struktur eines feuerfesten Graphitformlings aus Graphitflocken oder -schuppen, die regelmäßig in praktisch einer Richtung schichtförmig angeordnet sind, wird in der mit der Herstellung von feuerfesten Massen oder feuerfesten Formungen befaßten Industrie üblicherweise als "Kartenstapelstruktur" bezeichnet, da diese Struktur wie ein Stapel von Spielkarten aussieht.

(3) Die Verwendung eines feuchten oder plastischen Gemische, wie es bei der üblichen Herstellung feuerfester Graphitformlinge zum Einsatz gelangt, führt dazu, daß der gebildete Formling Kartenhausstruktur und nicht Kartenstapelstruktur aufweist.

(4) Im Gegensatz dazu läßt sich bei Verwendung eines Trok-

kengemischs bei der Herstellung eines feuerfesten Graphitformlings eine Kartenstapelstruktur des gebildeten Formlings erreichen«, Insbesondere werden beim Formpressen eines Trockengemischs in eine Richtung die Schuppen oder Flocken von natürlichem Schuppengraphit regelmäßig in einer Richtung praktisch rechtwinklig zur Preßrichtung schichtförmig angeordnet oder

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ausgerichtet. Im Gegensatz dazu erhält man beim Ausformen eines Trockengemischs zu einem Formling nach einem anderen Verfahren als dem Formpressen in eine Richtung, beispielsweise durch Strangpressen, Kautschukformpressen oder Vibrationsformen, keinen Formling mit KartenstapelStruktur. Folglich sollte die Herstellung der erfindungsgemäflen feuerfesten ^raphitformlinge nur durch Formpressen in eine Richtung erfolgen.

(5) Da man durch Formpressen eines Trockengemischs in eine Richtung einen Formling mit Kartenstapelstruktur herstellen kann, kann man eine Hochdruckformpressung unter einem Druck von mindestens 68670 kPa durchführen, wobei Formlinge dichter Struktur und niedriger Porosität entstehen, in denen keine Fehler, wie Schichtungen und Risse, vorhanden sind.

Bei dem erfindungsgemäß als kohlenstoffartiges Rohmaterial eingesetzten natürlichen Schuppengraphit handelt es sich um einen natürlichen Schuppengraphit üblicher Qualität, wie er in Madagaskar, der UdSSR und China gefunden wird. Ein solcher Schuppengraphit besitzt einen festen Kohlenstoffgehalt von mindestens 80 Gew.-%. Die Teilchengrößenverteilung des natürlichen Schuppengraphits sollte derart sein, daß er mindestens 70 Gew.-% (Schuppengraphit) einer Teilchengröße von 0,1 bis 3 mm und bis zu 30 Gew.-% (Schuppengraphit) einer Teilchengröße unter 0,1 mm enthält. Wenn die Menge an Schuppengraphit einer Teilchengröße von unter 0,1 mm 30 Gew.-% oder mehr beträgt, füllen große Mengen des eine Teilchengröße von unter 0,1 mm aufweisenden Schuppengraphits die Spalte zwischen den großen Schuppengraphitflocken oder -schuppen, so daß der gebildete Form-

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ling die unerwünschte Kartenhausstruktur und nicht die erwünschte Kartenstapelstruktur erhält. Bei Verwendung eines Schuppengraphits einer Teilchengröße von über 3 mm wird zwar die Qualität des erhaltenen feuerfesten Graphitformlings nicht beeinträchtigt, die Herstellung von Schuppengraphit einer Teilchengröße von über 3 mm ist jedoch beschränkt, was einen höheren Preis und folglich höhere Gestehungskosten des feuerfesten Graphitformlings bedingt.

Erfindungsgemäß wird als Bindemittel ein pulverförmiges Phenolharz vom Novolak- oder Resoltyp in einer Menge von 4 bis 10 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile natürlichen Flockengraphits verwendet. Die Verwendung eines trockenen Bindemittels in relativ geringer Menge stellt eines der wesentlichsten Merkmale der Erfindung dar. Wenn man weniger als k Gewichtsteile pulverförmiges Phenolharz zusetzt, besitzt der erhaltene Formling nicht die gewünschte Festigkeit. Aus diesem Grund kann in einem solchen Falle keine unproblematische Handhabung des erhaltenen Formlinge gewährleistet werden. Weiterhin ist die Herstellung des feuerfesten Graphitformlings problematisch, da beispielsweise Kanten- oder Eckenbrüche auftreten können. Wenn andererseits mehr als 10 Gewichtsteile pulverförmigen Phenolharzes zugesetzt werden, führt eine Verflüchtigung großer Mengen flüchtiger Substanzen beim Brennen oder Backen des gebildeten Formlings zu einer höheren Porosität (des erhaltenen feuerfesten Graphitformlings), so daß er nicht mehr die erforderliche Oxidationsbeständigkeit, thermische Leitfähigkeit und Erosionsbeständigkeit gegen erschmolzene Schlacke, erschmolzenes Roheisen und erschmolzenen Stahl aufweist.

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Der natürliche Schuppengraphit und das pulverförmige Phenolharz werden mit einem üblichen bekannten Mischer, z.B. einem V-Mischer, einem Diamantmischer oder einem V-Vertikalmischer, zur Zubereitung eines trockenen und fließfähigen Gemischs gründlich gemischt und durchgeknetet. Die Verwendung eines trockenen und fließfähigen Gemischs der genannten Art stellt ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung dar.

Zum gleichmäßigen Dispergieren des pulverförmigen Phenolharzes in den Schuppen oder Flocken des natürlichen Schuppengraphits beim Vermischen und Verkneten derselben sollte das pulverförmige Phenolharz eine Teilchengröße von bis zu 0,15 mm aufweisen. Die Verwendung von natürlichem Schuppengraphit, dessen Schuppen- oder Flockenoberflächen mit einem Netzmittel, z.B. Methanol, Äthanol oder einem sonstigen Alkohol oder einer Alkohol/Wasser-Lösung, benetzt ist, oder die Verwendung von natürlichem Schuppengraphit, dessen Flocken- oder Schuppenoberflächen mit einer Phenolharzlösung beschichtet und dann getrocknet sind, verbessert den Zusammenhalt des pulverförmigen henolharzes und natürlichen Schuppengraphits, so daß eine noch gleichmäßigere Dispersion des pulverförmigen Phenols möglich wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird erforderlichenfalls zur weiteren Verbesserung der Druckfestigkeit oder Erosionsbeständigkeit des erhaltenen feuerfesten Graphitformlinge Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumcarbid, Koks und/oder Zirkon und/oder zur weiteren Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit des erhaltenen feuerfesten Graphitformlings Silicon, Phosphat und/ oder Borat zugesetzt. Die Gesamtmenge an diesen Zusätzen oder Zuschlagstoffen sollte pro 100 Gewichtsteile natür-

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lichen Schuppengraphits bis zu 10 Gewichtsteile betragen. Wenn die Gesamtmenge an diesen Zuschlagstoffen 10 Gewichtsteile überschreitet, füllen große Mengen dieser Zuschlagstoffe die Spalte zwischen den Schuppen oder Flocken des natürlichen Schuppengraphits, so daß der gebildete Formling eine unerwünschte Kartenhausstruktur und nicht die gewünschte Kartenstapelstruktur erhält. Die Zuschlagstoffe werden zusammen mit dem natürlichen Flockengraphit und dem pulverförmigen Phenolharz mit Hilfe eines Mischers vermischt und verknetet.

Einen Formling gegebener Form erhält man durch Formpressen eines in der geschilderten Weise zubereiteten Gemische in einer Richtung unter einem Formdruck von 68670 bis 196200 kPa. Bei einem Formdruck innerhalb des angegebenen Bereichs wird das Gemisch von einem spezifischen Schüttgewicht von 0,3 bis 0,5 auf ein spezifisches Schüttgewicht von mindestens 2 zusammengepreßt. Der erhaltene Formling besitzt eine dichte Kartenstapelstruktur, die nahezu frei von Fehlern, wie Schichtungen und Rissen, ist. Bei einem Formdruck unter 68670 kPa erhält man keinen Formling mit akzeptabler Kartenstapelstruktur, d.h. man erhält keinen feuerfesten Graphitformling einer scheinbaren Porosität von bis zu 15%. Bei einem Formdruck von über 196200 kPa stellen sich andererseits keine besonderen Vorteile mehr ein.

Bekanntlich erhält man einen feuerfesten Graphitformling mit einem schützenden Stahlblech, der eine noch bessere Oxidationsbeständigkeit aufweist, durch Formpressen des Gemischs zusammen mit dem schützenden Stahlblech.

Einen feuerfesten Graphitformling einer scheinbaren Porosität von bis zu 15%, der sich zur Wand- und Bodenausklei-

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dung von Kesseln, z.B. Hochöfen, Sauerstoffaufblaskonvertern, Siemens-Martin-Öfen, Lichtbogenöfen und Pfannen, eignet, erhält man durch Backen des erhaltenen Formlings bei einer Temperatur von etwa 150° bis etwa 50O⁰C oder Brennen des erhaltenen Formlings bei einer Temperatur von etwa 1000° bis etwa 150O⁰C.

Das folgende Beispiel soll die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel

Feuerfeste Graphitformlinge gemäß der Erfindung (Formlinge Kr. 1 bis 3) und einen außerhalb der Erfindung liegenden feuerfesten Graphitformling (Vergleichsformling A) erhält man durch Formpressen eines Gemischs der in der später folgenden Tabelle I angegebenen Zusammensetzung unter einem Formdruck von 117720 kPa zu Formungen einer Größe von 230 mm χ 114 mm χ 65 mm. Zu Vergleichszwecken wird noch eine handelsübliche Rundstabelektrode für einen elektrischen Lichtbogenofen außerhalb der Erfindung der in der folgenden Tabelle I angegebenen chemischen Zusammensetzung (Vergleichsformling B) mit untersucht.

Bei dem Vergleichsformling A handelt es sich um einen feuerfesten Graphitformling, der durch Formpressen eines plastischen Gemische aus natürlichem Schuppengraphit als kohlenstoffartigem Rohmaterial und Kohleteer als Bindemittel und Brennen des erhaltenen Formlings entsprechend dem eingangs beschriebenen Verfahren Nr. 2 hergestellt wurde. Bei dem Vergleichsformling B handelt es sich um einen feuerfesten Graphitformling, der durch Strangpressen eines plastischen Gemischs aus Petrolkoks als kohlen-

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stoffartigem Rohmaterial und Kohleteer als Bindemittel zu einem Formling und Brennen des erhaltenen Formlinge zur Umwandlung des kohlenstoffartigen Rohmaterials zu Graphit entsprechend dem eingangs beschriebenen Verfahren Nr. 1 hergestellt wurde.

Die Teilchengrößenverteilung des bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Formlinge Nr. 1 bis 3 und des Vergleichs· formlinge A verwendeten natürlichen Schuppengraphits ist in der später folgenden Tabelle II angegeben. In Tabelle II fehlen Angaben über den Vergleichsprüfling B, bei dessen Herstellung kein natürlicher Schuppengraphit verwendet wurde.

Tabelle I

Rohmaterial

Mischungsverhältnis (Gewichtsteile) erfindungsgemäßer feuerfester feuerfester Form- Vergleichsling Wr. formling 1 2 3 A B

natürlicher Schuppengraphit eines fixierten Kohlenstoffgehalts von 90 Gew.-96

Phenol- Novolakharz (Teilharz chengröße bis zu 0,15 mm)

Resolharz (Teilchengröße bis zu 0,15 mm)

Siliciumcarbid (Teilchengröße bis zu 0,3 mm)

Kohleteer

Petrolkoks

Kohlepech

100 100 100 100

4,2 6,7

4,4

9,9

20,5

100 17-43

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Tabelle II

Teilchengrößenver- erfindungsgemäßer feuer- feuerfester Verteilung des natür- fester Formling Nr. gleichsformling liehen Schuppen- 12 3 A graphits in mm

mindestens 1,0 - - 82 Gew.-%

0,1 bis unter 1,0 96 Gew.-% 93 Gew.-16 Gew.-# 60 Gew.-#

unter 0,1 4 Gew.-% 7 Gew.- 2 Gew.-% 40 Gew.-%

Aus den Tabellen I und II geht hervor, daß der feuerfeste Vergleichsformling A deshalb außerhalb der Erfindung liegt, weil das bei seiner Herstellung verwendete Gemisch wegen des Einsatzes einer großen Menge, nämlich von 20,5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des als kohlenstoffartiges Rohmaterial verwendeten natürlichen Schuppengraphits, Kohleteer als Bindemittel plastisch ist und der Anteil an natürlichem Schuppengraphit einer Teilchengröße unter 0,1 mm bis zu 40 Gew.-% reicht. Der feuerfeste Formling B liegt deshalb außerhalb der Erfindung, da bei seiner Herstellung als kohlenstoffartiges Rohmaterial nicht natürlicher Schuppengraphit verwendet wurde und das bei seiner Herstellung verwendete Gemisch wegen des Einsatzes einer großen Menge, nämlich von 17 bis 43 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des als kohlenstoffartiges Rohmaterial verwendeten Petrolkokses, Kohleteer plastisch ist.

Von den erfindungsgemäßen feuerfesten Formungen 1 bis 3 und den Vergleichsformlingen A und B werden dann das spezifische Schüttgewicht, die prozentuale scheinbare Porosität, die Druckfestigkeit in kPa, die gewichtsprozentuale Oxidationsbeständigkeit, die gewichtsprozentuale Ero-

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- «-it

sionsbeständigkeit gegen erschmolzenen Stahl und die thermische Leitfähigkeit in Längsrichtung in Kcal/m/h ⁰C bestimmt. Die Oxidationsbeständigkeit wird dadurch ermittelt, daß man aus den erfindungs gemäß en feuerfesten Formungen 1 bis 3 und den feuerfesten Vergleichsformlingen A und B jeweils 50 mm χ 50 mm χ 50 mm große Prüflinge ausschneidet und den gewichtsprozentualen Verlust der Prüflinge nach 2-stündigem Erhitzen auf eine Temperatur von 1000°C in oxidierender Atmosphäre ermittelt.

Die Erosionsbeständigkeit gegen erschmolzenen Stahl wird in der Weise ermittelt, daß man aus den erfindungsgemäßen feuerfesten Formungen 1 bis 3 und den feuerfesten Vergleichsformlingen A und B 30 nun χ 30 ■ χ i80mm große Prüflinge ausschneidet und den gewichtsprozentualen Verlust dieser Prüflinge nach 30-minütigem Eintauchen in 1650⁰C heißen erschmolzenen Stahl ermittelt.

Die Ergebnisse der verschiedenen Messungen sind in Tabelle III zusammengestellt:

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- te-

Tabelle III

Eigenschaften

erfindungsgemäßer feuerfester Formling Nr.

1 2 3

feuerfester Vergleichsformling

A B

spezifisches SchÄttgewicht

scheinbare Porosität (%) Druckfestigkeit in kfti Oxidationsbeständigkeit (Gew.-%)

Erosionsbeständigkeit gegen erschmolzenen Stahl (Gew.-96)

Wärmeleitfähigkeit in Längsrichtung in Kcal/m/h C

2,00 1,95 1,95 1,65 1,62 8,2 9,7 9,0 23,2 26,5

14715 19620 19620 12753 20110

4 5 5 12 10 3 4 6 20 30

140 135 135 50 130

Aus Tabelle III geht hervor, daß die erfindungsgemäßen feuerfesten Formlinge 1 bis 3 ein höheres spezifisches Schüttgewicht und eine weit geringere scheinbare Porosität aufweisen als die feuerfesten Vergleichsfonnlinge A und B. Folglich sind die erfindungsgemäßen feuerfesten Formlinge 1 bis 3 den feuerfesten Vergleichsformlingen A und B in ihrer Oxidationsbeständigkeit, Erosionsbeständigkeit gegen erschmolzenen Stahl und Wärmeleitfähigkeit überlegen.

Wie im einzelnen ausgeführt, wird einem feuerfesten Graphitformling gemäß der Erfindung eine dichte Struktur verliehen, in der die Schuppen oder Flocken von natürlichem Schuppengraphit regulär in praktisch einer Richtung schichtförmig angeordnet sind. Hierbei handelt es sich um eine Kartenstapelstruktur. Ferner besitzt ein erfindungsgemäßer feuerfester Graphitform!ing wegen der ge-

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ringen Menge an verwendetem Bindemittel bei sehr geringer scheinbarer Porosität ein hohes spezifisches Schüttgewicht. Erfindungsgemäß wird somit dem Fachmann ein feuerfester Graphitformling an die Hand gegeben, der sich nicht nur durch eine hervorragende Druckfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Erosionsbeständigkeit gegen erschmolzene Schlacke, erschmolzenes Roheisen und erschmolzenen Stahl und Wärmeleitfähigkeit auszeichnet, sondern auch von Fehlern, wie Schichtungen und Rissen, nahezu frei ist. Dies stellt einen erheblichen wirtschaftlichen Beitrag dar.

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Claims

Patentansprüche

1.' Feuerfester Graphitformling dichter Struktur und niedriger Porosität, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichenfolgende chemische Zusammensetzung aufweist:

1) 100 Gewichtsteile natürlichen Schuppengraphits als kohlenstoffartiges Rohmaterial mit mindestens 70 Gew.-% Graphitschuppen einer Teilchengröße von 0,1 bis 3 mm und bis zu 30 Gew.-% Graphitschuppen einer Teilchengröße von unter 0,1 mm;

2) 4 bis 10 Gewichtsteile eines pulverförmigen Phenolharzes als Bindemittel und

3) beiläufige Verunreinigungen;

daß er durch Formpressen eines Trockengemischs der angegebenen chemischen Zusammensetzung unter einem in eine Richtung wirkenden Formdruck von 68670 bis 196200 kPa zu einem Formling und Erhitzen des erhaltenen Formlings hergestellt wurde;

daß ihm durch das Formpressen und Erhitzen eine Struktur verliehen wurde, in der die Schuppen oder Flocken des Schuppengraphits in praktisch einer Richtung geordnet schichtförmig angeordnet sind und

daß er eine scheinbare Porosität von bis zu 1596 aufweist.

2. Graphitformling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er insgesamt bis zu 10 Gewichtsteilen Aluminium-

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oxid, Magnesiumoxid, Siliciumcarbid, Koks, Zirkon, Silicium, Phosphat und/oder Borat enthält.

3. Graphitformling nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schuppenoberflächen des natürlichen Schuppengraphits in dem Gemisch mit Hilfe eines Netzmittels befeuchtet sind.

4. Graphitformling nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schuppenoberflächen des natürlichen Schuppengraphits in dem Gemisch mit einer Phenolharzlösung beschichtet und dann getrocknet werden.

5. Graphitformling nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch zusammen mit einem schützenden Stahlblech formgepreßt wird, um mindestens eine Oberfläche des feuerfesten Graphitformlings mit dem schützenden Stahlblech zu bedecken.

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