PL44208B1 - - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy wytwarzania materialów ogniotrwalych odpornych nie tylko na wysokie temperatury, lecz takze na próznie i dzialanie chemiczne, specjalnie szkodliwe w tych warun¬ kach.Do tego celu mozna stosowac wegliki, borki i azotki metali ogniotrwalych, takich jak wol¬ fram, moli'bden, tytan, tantal, cyrkon itd.Czyniono juz próby wytwarzania tych zwiaz¬ ków na drodze syntetycznej z pierwiastków przez roodiFobnienie utworzonych weglików, azot¬ ków lub borków wyzej wymienionych metali i nastepnie ich aglomerowanie i spiekanie w wysokiej temperaturze, w celu wytworzenia ksztaltek, na przyklad cegiel, rur itd., które na¬ stepnie mozna stosowac do budowy pieców.Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwa¬ rzania specjalnych materialów ogniotrwalycn, polegajacy na przeprowadzeniu jednoczesnej operacji syntezy weglików, borków lub azotków metali ogniotrwalych, wychodzac z pierwiast¬ ków, metali i metaloidów i spiekania otrzyma¬ nych produktów w wysokiej temperaturze. W ten sposób material ogniotrwaly zostaje wytworzo¬ ny w trakcie procesu spiekania, co pozwala na unikniecie niepozadanych zwiazków i rozdrob¬ nienie pierwiastków oraz zaoszczedzenie kosz¬ townych manipulacji i operacji.Polaczenie metaloidów z metalami ogniotrwa¬ lymi jest zasadniczo reakcja egzotermiczna.Uwolnienie ciepla tej reakcji moze spowodowac zbyt gwaltowne zwiekszenie temperatury czesci materialów ogniotrwalych w trakcie ich wytwa¬ rzania, co moze spowodowac utworzenie sie pekniec i pojawienie sie odksztalcen, dyskwali¬ fikujacych ich przydatnosc.Istotna cecha wynalazku jest przyjecie takiego sposobu ladowania pieca i szybkosci podnosze¬ nia jego temperatury, aby uniknac wszelkich pekniec i odksztalcen otrzymywanych produk¬ tów.Stosowana gestosc ladowania pieca, to znaczy ciezar materialu ogniotrwalego na jednostke objetosciowa pieca, zalezy zarówno od ródzajifmaterialu ogniotrwalego jak i od ksztaltu wy¬ tworzonych czesci, sposobem wedlug wynalazku b^z ^szczególnych ostroznosci oraz przy wysokiej gestosci' lfidowanla-* i- ^regularnym podnoszeniu temperatury o 50°C na godzine, az do osiagnie¬ cia temperatury spiekania, wynoszacej 1900°C.Przy syntezie wegliku w temperaturze 1000°C krzywa temperatury zasadniczo nie ulega zmia¬ nie. Przeciwnie, przy syntezie borku tytanowego TiB2 z tytanu i boru uwalnia sie wielka ilosc ciepla i gestosc ladowania pieca powinna byc nizsza, niz w.przypadku syntezy wegliku molib¬ denowego. Dla ksztaltek ogniotrwalych w posta¬ ci elementów rurowych, o bardzo duzej po¬ wierzchni zewnetrznej w porównaniu z ich cie¬ zarem, gestosc ladowania moze byc wyzsza od gestosci ladowania na przyklad cegiel o wymia¬ rach znormalizowanych (220 mmX110X30 mm), posiadajacych ciezar na jednostke powierzchni zewnetrznej okolo 40 razy wiekszy.W istocie, przy ceglach 2. mieszaniny boru i tytanu, o wyzej podanych rozmiarach i przy gestosci ladowania pieca 200 g na litr, stwier¬ dza sie w temperaturze syntezy, wynoszacej 900°C nagle podniesienie temperatury o 160°C, które nie obniza jakosci cegiel tytanoborowych i które sa w doskonalym stanie po zakonczeniu spiekania. Korzystnym jest jednak nieprzekra- czanie tej gestosci ladowania.Przy ksztaltkach zwirowych z tytanu i boru o 55 mm srednicy zewnetrznej, 40 mm srednicy wewnetrznej i 70 mm dlugosci i gestosci lado¬ wania 500 g/litr, uwolnione cieplo w czasie syn¬ tezy praktycznie nie wplywa na przebieg krzy¬ wej temperatury. W konsekwencji jest mozliwe, bez pogorszenia wyników zwiekszyc gestosc la¬ dowania, jesli tylko pozwala na to wymiary wszystkich czesci ksztaltek.Przeciwnie przy ceglach o wiekszych wymia¬ rach, a mianowicie od 200 mm, 110 mm, 30 mm nalezy przyjac gestosc ladowania nizsza od 200 g/litr. Najkorzystniejsze warunki prowadzenia procesu nalezy okreslic doswiadczalnie.W szczególnym przypadku metaloid mozna wprowadzac w postaci gazowej, a metal uprzed¬ nio kstzaltuje sie pod cisnienieim. W przypadku azotków lub weglików azot mozna wprowadzac w postaci gazowej azotu lub amoniaku, a wegiel w postaci weglowodorów. W tym przypadku nalezy przerwac podnoszenie sie temperatury w trakcie syntezy przez ograniczenie pradu wtryskiwanego gazu, co pozwala na zwiekszenie gestosci ladowania pieca bez niekorzystnych na¬ stepstw.Wegiel moze byc takze wprowadzany w po¬ staci cieklych lub stalych weglowodorów, np. smoly, która sluzy równiez jako plastyfikator.Wynalazek pozwala równiez na jednoczesne otrzymanie jednego lub kilku pierwiastków ze zwiazków wchodzacych w reakcje. W ten spo¬ sób wytwarzanie ksztaltek z borków ogniotrwa¬ lych mozna wytwarzac z boru technicznego (bor techniczny otrzymany przez redukcje bezwod¬ nika borowego przy pomocy magnezu zawiera od 20 do 25% Mg). W tych warunkach prowadzi sie jednoczesnie trzy rózne operacje, a miano¬ wicie: oczyszczanie boru, synteza borku, aglo¬ meracje.Z drugiej strony stwierdzono wedlug wyna¬ lazku, ze mozna wytwarzac w jednym procesie ksztaltki ogniotrwale z metali o grubym ziar¬ nie, jezeli wprowadzi sie metaloid w postaci gazowej. Np. teoretycznie czyste czesci azotku cyrkonowego otrzymuje sie z metalu o wymia¬ rach ziarna 10 mm.Nizej przytoczone sa przyklady stosowania sposobu wedlug wynalazku.Przyklad 1. Produkcja cegiel z wegliku molibdenowego. Miesza sie na sucho: 210 kg sproszkowanego molibdenu o ziarnach mniejszych od 0,08 mm, 21 kg suchej smoly zawierajacej 60% zwia¬ zanego wegla o ziarnach niniejszych od 0,2 mm, Shomogenizowany produkt w ilosci 3800 g na jedna sztuke formowanej cegly prasuje sie pod olsnieniem 1 tony/cm2 w stalowych formach 200 X 100 mm przez okres 1 minuty. Otrzymane brykiety posiadaja 35 mm grubosci.Nastepnie do tygla pieca elektrycznego o mo¬ cy 100 KW i wysokosci 0,30 mm laduje sie 60 brykietów (okolo 225 kg w calosci), po czym do pieca wprowadza sie strumien wodoru, pod¬ nosi sie temperature do 1900°C z szybkoscia 507godz. Po osiagnieciu tej temperatury utrzy¬ muje sie ja w ciagu 6 godzin. Nastepnie piec oziebia sie w atmosferze wodoru. Wyladowanie nastepuje w temperaturze od 150 do 200°C, wy|miary cegiel wynosza 194 X 9? Xc31 mm i gestosc ich tworzywa wynosi okolo 6.5.Przyklad 2. Wytwarzanie cegiel z borku tytanowego. Miesza sie na sucho: 30 kg sproszkowanego tytanu (o ziarnach mniejszych od 0,7 mm), 17 kg 80%-owego sproszkowanego boru te¬ chnicznego (o ziarnach mniejszych od 0,08 mm). - 2 -Shomogenizowany produkt sprasowany pod cisnieniem 1 tony/om2, w ilosci 1800 g na 1 sztu¬ ke formuje sie w formach o wymiarach 200 X 110 min.Otrzymane brykiety maja 30 mm grubosci.Do tygla (1 m X °75) Pieca elektrycznego, jak w przykladzie pierwszym, laduje sie 25 bry¬ kietów o lacznej wadze 45 kg, ulozonych na po¬ wierzchni o wymiarach 220 X 30 mm. Tempera¬ ture pieca znajdujacego sie pod próznia (nizsza od 0,1 mm Hg) podnosi sie z szybkoscia 507go- dzine az do 900°C. W tym momencie zaczyna sie tworzenie borku. Egzotermicznosc reakcji wy¬ woluje przejsciowy wzrost temperatury masy reakcyjnej o 160° w ciagu 15 minut. Po zakon¬ czeniu reakcji ladunek ogrzewa sie w ciagu 10 godzin do temperatury 1900°C i temperature te utrzymuje sie w ciagu 6 godzin.Cegly wyladowane po oziebieniu w prózni po¬ siadaja nastepujace wymiary: 226 X 113 X 3i mm, sa one calkowicie pozbawione magnezu.Doswiadczenie wykazalo, ze praktycznie jest niemozliwe ladowanie wiecej niz 25 cegiel na jedna operacje.Przyklad 3. Wytwarzanie rur z borku tytanowego. Miesza sie na sucho: 17 kg sproszkowanego tytanu (o ziarnach mniejszych od 0,7 mm) 2,6 kg 80%-owego sproszkowanego boru tech¬ nicznego (o ziarnach mniejszych od 0,08 mm).Suchy wymieszany produkt sprasowuje sie pod cisnieniem 1,22 tony/cm2, w ilosci 250 g na jedna sztuke i formuje s*e w komorze w ksztal¬ cie pierscienia pomiedzy pustym cylindrem o srednicy 55 mm i wspólosiowym trzpieniem o srednicy 40 mm. Otrzymuje sie surowe ele¬ menty rurowe o dlugosci 70 mm.W tyglu (0,45 m . X 0,45 m) pieca o mocy 50 KW i wysokosci 0,44 m laduje sie 100 ele¬ mentów rurowych, umieszczonych swymi pozio¬ mymi osiami w 2 równoleglych pionowych rze¬ dach.Elementy te po usunieciu powietrza z tygla pieca znajduja sie w prózni (0,1 mm Hg abs).Temperature w piecu podnosi sie z szybkoscia 507godzine do temperatury 1900°C, nastepnie temperature te utrzymuje sie w ciagu 6 godzin.Jlury wyladowane po oziebieniu zachowuja praktycznie swoje poczatkowe wymiary.Przyklad 4. Wytwarzanie rur z azotku cyrkonowego. W formy, wymienione w przykla¬ dzie trzecim laduje sie 300 g metalicznego cyr¬ konu, o ziarnach mniejszych od 2 mm. Nastep¬ nie prasuje sie je pod cisnieniem 1,2 ton/cm2.Otrzymywane elementy rurowe posiadaja dlu¬ gosc 74 mm. Do pieca prózniowego w przykla¬ dzie trzecim laduje sie 100 takich elementów.Piec opróznia sie z powietrza i ladunek ogrzewa sie do temperatury 1200°C w ciagu 2 godzin.Nastepnie wtryskuje sie czysty azot w ilosci 20 litrów/minute. Koniec reakcji wskazuje zatrzy¬ manie absorbcji azotu. Nastepnie w ciagu 3 go¬ dzin podnosi sie temperature do temperatury 1900°C. Maksymalna temperature utrzymuje sie w ciagu 6 godzin.Po oziebieniu rury z czystego azotku cyrkono¬ wego wyladowuje sie. Posiadaja one w przybli¬ zeniu nastepujace wymiary: srednica wewnetrz¬ na — 43,5 mm, srednica zewnetrzna — 66,0 mm, dlugosc — 81,0 mm. PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania materialów ogniotrwa¬ lych z weglików, borków i azotków metali takich jak wolfram, molibden, tantal, tytan, cyrkon itd., znamienny tym, ze w jednym procesie prowadzi sie synteze tych zwiazków z pierwiastków: metali i metaloidów oraz ich spiekanie w wysokich temperaturach, przy czym ciezar ladowanego materialu ogniotrwalego na jednostke pieca zalezy od ilosci ciepla uwolnionego przez polaczenie pierwiastków i od stosunku powierzchni pro¬ mieniowania do ciezaru wytwarzanych ele¬ mentów.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wytwarza sie materialy ogniotrwale z we¬ glików lub azotków otrzymywanych przez wprowadzenie metaloidu w postaci strumie¬ nia gazu wyregulowanego tak, zeby zapobie¬ gal naglemu podnoszeniu temperatury.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przy wprowadzeniu metaloidu w stanie ga¬ zowym stosuje sie metal w ziarnach o wy¬ miarach do 10,0 mm.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze co najmniej jeden z reagujacych pierwiast¬ ków oczyszcza sie w trakcie wytwarzania materialu ogniotrwalego. Pechiney Cómpagnie de Produits Chimiaues et Electrometallurgiaues Zastepca: mgr Józef Kaminski rzecznik patentowy 109. R9W „Prasa", Kielce. PL