PL202060B1 - Zasadowa masa ogniotrwała oraz sposób wytwarzania wyrobów ogniotrwałych niewypalanych z tej masy - Google Patents

Abstract

Zgodnie z wynalazkiem zasadowa masa ogniotrwała z składa się z 55-90% wagowych klinkieru magnezytowego o ziarnistości 0-8 mm, 4-23% wagowych klinkieru magnezjowego o ziarnistości 0-3 mm, 4-15% wagowych części węglowej i 2-7% wagowych lepiszcza, korzystnie pakowego o temperaturze mięknięcia 60-90°C i liczbie koksowej minimum 35% lub lepiszcza żywicznego, przy czym część magnezjową stanowi kompozycja klinkierów magnezjowych naturalnych i syntetycznych o łącznej całkowitej zawartości Fe2O3 od 3 do 8% wagowych przy zachowaniu zawartości MgO powyżej 75%. Z kolei, sposób wytwarzania wyrobów ogniotrwałych niewypalanych z zasadowej masy ogniotrwałej polega na tym, że frakcje ziarnowe klinkieru magnezytowego w ilości 55-90% wagowych o granulacji 0-8 mm, frakcje ziarnowe klinkieru magnezjowego w ilości 4-23% wagowych o granulacji 0-3 mm, zawartości FeO3 od 3-8% wagowych przy zachowaniu zawartości MgO powyżej 75% oraz lepiszcze pakowe w ilości 2-7% wagowych w postaci żywicy ciekłej korzystnie nowolakowej ogrzewa się do temperatury 100-200°C, po czym do tak ogrzanego składu dodaje się składniki części węglowej w ilości 4-15% wagowych będących kompozycją substancji węglonośnych o zawartości węgla powyżej 90% korzystnie w postaci grafitu płatkowego i miesza się całość w mieszarce intensywnego mieszania w temperaturze 100-180°C, po czym z otrzymanej masy formierskiej o temperaturze powyżej 80°C formuje się wyroby na prasie hydraulicznej o minimalnym nacisku 800 kg/cm2.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zasadowa masa ogniotrwała oraz sposób wytwarzania wyrobów ogniotrwałych niewypalanych z tej masy, przeznaczonych do stosowania w strefie metalu i żużla w gł ównych kadziach stalowniczych.

W przyrodzie występują naturalne złoża magnezytów, zawierające w swym składzie dużą domieszkę związków żelaza. Związki te są powszechnie uważane jako niepożądana domieszka magnezytów naturalnych, obniżająca własności klinkierów magnezytowych wytwarzanych z tego typu magnezytów, dlatego też dotychczas minerały te nie znalazły szerszego wykorzystania w produkcji wysokiej jakości formowanych materiałów zasadowych stosowanych w hutnictwie stali. Jednocześnie, podstawowym składnikiem zasadowych magnezytowych wyrobów ogniotrwałych są klinkiery magnezytowe oparte na naturalnych magnezytach. Jednakże, w typowych wypalanych wyrobach magnezytowych domieszka tlenków żelaza pogarsza odporność tych wyrobów chemiczne oddziaływanie tlenków wapnia, krzemu i glinu, stanowiących składniki żużli stalowniczych, jak również składniki występujące w ciekłej stali. Tlenki te reagując z zawartym w tworzywie Fe2O3 tworzą niskotopliwe związki takie jak np. ferryt dwuwapniowy - 2 CaO5e₂O₃ o temperaturze topnienia 1449°C, czy bromwnmilleryt - 4 CaO^Al₂O₃^Fe₂O₃, topiący się w temperaturze 1415°C, powodujące szybkie zużywanie się wyrobów ogniotrwałych, gdyż temperatury procesów stalowniczych są wyższe i noszą zwykle 1550-1700°C.

Dlatego też, w kadziach stalowniczych stosowane są powszechnie wyroby ogniotrwałe oparte na czystych klinkierach magnezjowych lub wyroby dolomitowe.

Znany jest z polskiego opisu patentowego 150475 sposób wytwarzania wyrobów magnezjowo-węglowych polegający na wprowadzeniu do mieszaniny grafitu płatkowego lub koksu metalurgicznego, żywicy organicznej, ewentualnie kruszywa magnezytowego oraz ewentualnie antyoksydantów, co najmniej 5% wagowych ogniotrwałego kruszywa magnezjowo-węglowego lub/i magnezjowo-grafitowego o ziarnistości poniżej 8 mm, w którym zawartość węgla zdyspergowanego wynosi 0,1 - 4,5% wagowych. Następnie tak przygotowana masę formuje się, suszy uzyskane wyroby i ewentualnie nasyca substancją węglonośną w procesie próżniowo-ciśnieniowym. Jako wspomniane wyżej kruszywo stosuje się złom materiału magnezjowo-węglowego, lub magnezjowo-grafitowego, który po oddzieleniu z niego zanieczyszczeń w formie innych wyrobów, zapraw i żużla rozdrabnia się wstępnie, ewentualnie suszy w temperaturze 120 - 160°C, a następnie poddaje rozdrobnieniu na frakcje o ziarnistości do 8 mm.

Znany jest także z polskiego opisu patentowego nr 151351 sposób wytwarzania wyrobów z układu CaO - MgO - C o podwyższonej gęstości węglowej polegający na tym, że do klinkierów z układu MgO - CaO o ziarnieniu 0 - 5 mm lub 0 - 7 mm wprowadza się stałą substancje węglową i preparowaną mieszankę smołową w stosunku wagowym 0,375 - 1,7. Preparowana mieszanka smołowa posiada liczbę koksowania LK od 36 - 42, temperaturę mięknięcia Ks 70 - 85°C, zawartość frakcji wrzących do 170°C - 0, do 350°C maksimum 11%, zawartość wilgotności poniżej 0,2%.

Substancją węglową może być sadza, odpady grafitowe, grafit naturalny, pak w połączeniu z preparowaną mieszanką smołową.

W sposobie według tego wynalazku polegającym na wprowadzeniu odpowiednich frakcji ziarnowych klinkieru magnezjowego lub dolomitowego oraz stałej substancji węglowej takiej jak sadza granulowana, pak, odpady powstające przy produkcji wyrobów węglowych, elektrod, grafit naturalny lub inne substancje węglowe o stopniu grafityzacji przekraczającym 45% i połączeniu z preparowaną mieszanką smołową w odpowiednim stosunku wagowym. Przy dodatku sadzy granulowanej stosunek wagowy stałej substancji więżącej do smoły preparowanej wynosi 0,5 - 0,375, natomiast przy dodatku odpadów elektrodowych o uziarnieniu 0 - 2 mm stosunek ten wynosi 1,25 -1,67. W sposobie według tego wynalazku zestaw składników miesza się na gorąco w temperaturze 100 - 140°C, a z otrzymanej masy formuje się kształtki pod naciskiem 100 MPa. Frakcje ziarnowe klinkieru od 0 - 4 mm lub 0 - 7 mm miesza się z substancją węglową i smołą preparowaną. Poza tym w sposobie tym nie jest wymagana wstępna obróbka substancji węglowej, gdyż rolę substancji węglowej spełnia dodatek smoły. Wyroby wyformowane mogą być poddane wstępnej obróbce cieplnej w temperaturze 290 - 400°C.

Znany jest także z polskiego opisu patentowego nr 154867 sposób wytwarzania zasadowych wyrobów ogniotrwałych polegający na tym, że masa która składa się z 70 - 94% klinkieru magnezytowego, 5 - 30% pyłu koksowego uzyskiwanego z procesu suchego gaszenia koksu lub mieszaniny tego pyłu z grafitem i 0,5 - 3% żywicy chemoutwardzalnej lub/i termoutwardzalnej poddawana jest formowaniu na prasach pod ciśnieniem 800 - 1500 kg/cm², a uzyskane wyroby są suszone w temperaturze do 280°C lub/i poddawane procesowi impregnacji substancją węglonośną.

PL 202 060 B1

Celem wynalazku jest opracowanie składu recepturowego masy ogniotrwałej zawierającego jako podstawowy składnik klinkier magnezytowy o zawartości tlenków żelaza 2 - 8%, a także sposobu wytwarzania niewypalanych wyrobów ogniotrwałych z udziałem tego surowca.

Stwierdzono, że wprowadzenie dodatku węgla do przygotowywanej masy formierskiej powoduje ograniczenie negatywnego wpływu domieszki żelaza na właściwości wyrobów podczas ich eksploatacji w urządzeniach cieplnych.

Zgodnie z wynalazkiem zasadowa masa ogniotrwała składa się z 55 - 90% wagowych klinkieru magnezytowego o granulacji 0 - 8 mm, 4 - 23% wagowych klinkieru magnezjowego o granulacji 0 - 3 mm, 4 - 15% wagowych części wę glowej i 2 - 7% wagowych lepiszcza, korzystnie pakowego o temperaturze mięknięcia 60 - 90°C i liczbie koksowej minimum 35% lub lepiszcza żywicznego w postaci żywicy ciekłej, korzystnie nowolakowej, przy czym część magnezjową tej masy stanowi kompozycja klinkierów magnezjowych naturalnych i syntetycznych o łącznej całkowitej zawartości Fe2O3 od 3 do 8% wagowych przy zachowaniu zawartości MgO powyżej 75%, a część węglową stanowi kompozycja substancji węglonośnych o zawartości węgla powyżej 90%, korzystnie grafit płatkowy.

Istota sposobu wytwarzania wyrobów ogniotrwałych niewypalanych z zasadowej masy ogniotrwałej według wynalazku polega na tym, że frakcje ziarnowe klinkieru magnezytowego w ilości 55 - 90% wagowych o granulacji 0 - 8 mm, frakcje ziarnowe klinkieru magnezjowego w ilości 4 - 23% wagowych o granulacji 0 - 3 mm, zawartoś ci FeO3 od 3 - 8% wagowych przy zachowaniu wartoś ci MgO powyż ej 75% oraz lepiszcze pakowe w ilości 2 - 7% wagowych postaci żywicy ciekłej korzystnie nowolakowej ogrzewa się do temperatury 100 - 200°C, po czym do tak ogrzanego składu dodaje się składniki części igłowej w ilości 4 - 15% wagowych będących kompozycją substancji węglonośnych o zawartości węgla powyżej 90% korzystnie w postaci grafitu płatkowego i miesza się całość w mieszarce intensywnego mieszania w temperaturze 100 - 180°C, po czym z otrzymanej masy formierskiej o temperaturze powyżej 80°C formuje się wyroby na prasie hydraulicznej o minimalnym nacisku 800 kg/cm², w przypadku formowania na zimno szczególne frakcje klinkieru magnezytowego i klinkieru magnezjowego, składniki części węglowej oraz lepiszcze żywiczne miesza się w mieszarce intensywnego mieszania, po czym formuje się na zimno wyroby na prasie hydraulicznej o minimalnym nacisku 800 kg/cm².

Wprowadzenie dodatku węglowego do mieszanki na wyroby ogniotrwałe powoduje, że w temperaturach ich pracy - powyżej 1500°C - następuje redukcja występującego w wyrobie żelaza III do żelaza II, w wyniku czego tworzy się roztwór stały z tlenkiem MgO ograniczającym niekorzystny wpływ związków żelaza na własności wyrobów. Reakcja taka jest możliwa dzięki zastosowaniu w masie dodatków substancji węglonośnych, które zapewniają atmosferę redukującą we wnętrzu wyrobu.

Uzyskany korzystny efekt spowodował, że otrzymane wyroby według wynalazku stanowią alternatywę dla wyrobów opartych na czystych klinkierach magnezjowych oraz wyrobów dolomitowych, powszechnie stosowanych w kadziach stalowniczych. Poza tym, zawartość w składzie surowcowym klinkieru magnezjowego powoduje, że wyrób ogniotrwały odznacza się dobrą odpornością na hydratację oraz zmienne i nierytmiczne warunki pracy.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w opisanych niżej przykładach wykonania nie ograniczających jego zakresu.

Receptury zasadowej masy ogniotrwałej do prasowania na zimno P r z y k ł a d I

Klinkier magnezytowy o ziarnistości 0 - 8 mm s i skł adzie zawierają cym 76% wagowych MgO,

16% wagowych CaO i 8% wagowych Fe2O3

Klinkier magnezjowy o ziarnistości 0 - 3 mm i skł adzie zawierają cym 97% wagowych MgO,

1,5% wagowych CaO i 1,5% wagowych Fe2O3

Grafit płatkowy

Żywica ciekła - nowolakowa

70% wagowych

8% wagowych

15% wagowych 7% wagowych

PL 202 060 B1

P r z y k ł a d II

Klinkier magnezytowy o ziarnistości 0 - 8 mm i skł adzie zawierają cym 80% wagowych MgO,

17% wagowych CaO i 3% wagowych Fe2O3

Klinkier magnezjowy o ziarnistości 0 - 3 mm i skł adzie zawierają cym 98% wagowych MgO,

0,8% wagowych CaO i 1,2% wagowych Fe2O3

Grafit płatkowy

Żywica ciekła

Receptury zasadowej masy ogniotrwałej do prasowania na gorąco

85% wagowych

9% wagowych

4% wagowych 2% wagowych

P r z y k ł a d III

Klinkier magnezytowy o ziarnistości 0 - 8 mm i skł adzie zawierają cym 78% wagowych MgO, 12% wagowych CaO i 10% wagowych Fe2O3

Klinkier magnezjowy o ziarnistości 0 - 3 mm składzie zawierającym 96% wagowych MgO,

2,8% wagowych CaO i 1,2% wagowych Fe2O3 Grafit płatkowy

Lepiszcze pakowe pochodzenia węglowego o temperaturze mię knięcia 60 - 90°C i liczbie koksowej powyż ej 35%

P r z y k ł a d IV

Klinkier magnezytowy o ziarnistości 0 - 8 mm i skł adzie zawierają cym 84% wagowych MgO, 4% wagowych CaO i 12% wagowych Fe2O3

Klinkier magnezjowy o ziarnistości 0 - 3 mm i skł adzie zawierają cym 97,5% wagowych MgO 1,9% wagowych CaO i 1,6% wagowych Fe2O3 Grafit płatkowy

90% wagowych

4% wagowych

4% wagowych 2% wagowych

55% wagowych

23% wagowych

15% wagowych

Lepiszcze pakowe pochodzenia węglowego o temperaturze mię knięcia 60 - 90°C i liczbie koksowej powyż ej 35%

7% wagowych

Realizacja sposobu wytwarzania niewypalanych zasadowych wyrobów ogniotrwałych objętych przykładowymi recepturami 1 - 4 odbywa się poprzez formowanie na zimno lub na gorąco według poniższych kryteriów.

Sposób wytwarzania niewypalanych zasadowych wyrobów ogniotrwałych formowanych na zimno polega na tym, że frakcje ziarnowe części magnezjowej, składniki części węglowej oraz żywicę ciekłą o składach recepturowych podanych w przykładach I i II miesza się w mieszarce intensywnego mieszania, a następnie z otrzymanej masy formuje się wyroby na prasie hydraulicznej o minimalnych nacisku 800 kg/cm².

Z kolei, sposób wytwarzania niewypalanych zasadowych wyrobów ogniotrwałych formowanych na gorąco polega na tym, że frakcje ziarnowe części magnezjowej oraz lepiszcze pakowe podgrzewa się w piecu obrotowym do temperatury 100 - 200°C, po czym ogrzane frakcje ziarnowe wraz z lepiszczem

PL 202 060 B1 pakowym i substancjami węglonośnymi o składach recepturowych podanych w przykładach III i IV miesza się w mieszarce intensywnego mieszania w temperaturze 100 - 180°C, a następnie z otrzymanej masy formierskiej o temperaturze wyższej od 80°C formuje się wyroby na prasie hydraulicznej o minimalnym nacisku 800 kg/cm².

Claims (5)

1. Zasadowa masa ogniotrwała zawierająca klinkier magnezytowy, klinkier magnezjowy i lepiszcze, znamienna tym, że składa się z 55 - 90% wagowych klinkieru magnezytowego o ziarnistości 0 8 mm, 4 - 23% wagowych klinkieru magnezjowego o ziarnistości 0 - 3 mm, 4 - 15% wagowych części węglowej i 2 - 7% wagowych lepiszcza, korzystnie pakowego o temperaturze mięknięcia 60 - 90°C i liczbie koksowej minimum 35% lub lepiszcza ż ywicznego, przy czym część magnezjową stanowi kompozycja klinkierów magnezjowych naturalnych i syntetycznych o łącznej całkowitej zawartości Fe2O3 od 3 do 8% wagowych przy zachowaniu zawartości MgO powyżej 75%.

2. Zasadowa masa według zastrz. 1 znamienna tym, że część węglową stanowi kompozycja substancji węglonośnych o zawartości węgla powyżej 90%, korzystnie grafit płatkowy.

3. Zasadowa masa według zastrz. 1, znamienna tym, że jako lepiszcze żywiczne stosuje się żywicę ciekłą, korzystnie nowolakową.

4. Sposób wytwarzania wyrobów ogniotrwałych niewypalanych z zasadowej masy ogniotrwałej polegający na sporządzeniu mieszanki oraz formowaniu z niej wyrobów na prasie hydraulicznej, znamienny tym, że frakcje ziarnowe klinkieru magnezytowego w ilości 55 - 90% wagowych o granulacji 0 - 8 mm, frakcje ziarnowe klinkieru magnezjowego w ilości 4 - 23% wagowych o granulacji 0 - 3 mm, zawartości FeO3 od 3 - 8% wagowych przy zachowaniu zawartości MgO powyżej 75% oraz lepiszcze pakowe w ilości 2 - 7% wagowych w postaci żywicy ciekłej korzystnie nowolakowej ogrzewa się do temperatury 100 - 200°C, po czym do tak ogrzanego składu dodaje się składniki części węglowej w ilości 4 - 15% wagowych będących kompozycją substancji węglonośnych o zawartości węgla powyżej 90% korzystnie w postaci grafitu płatkowego i miesza się całość w mieszarce intensywnego mieszania w temperaturze 100 - 180°C, po czym z otrzymanej masy formierskiej o temperaturze powyż ej 80°C formuje się wyroby na prasie hydraulicznej o minimalnym nacisku 800 kg/cm².

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że poszczególne frakcje klinkieru magnezytowego i klinkieru magnezjowego, składniki części węglowej oraz lepiszcze żywiczne miesza się w mieszarce intensywnego mieszania, po czym formuje się na zimno wyroby na prasie hydraulicznej o minimalnym nacisku 800 kg/cm².