SU863567A1 - Засыпка дл термообработки углеродных изделий - Google Patents

Description

(54) ЗАСЫПКА ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ УГЛЕРОДНЫХ

1

Изобретение относитс  к химической технологии, а именно к за1читным материалам, примен емым при обжиге и графитации электроугольных изделий.

; Роль углеродной засыпки в процессах спекани  и обжига сводитс  к защите изделий от окислени  и короблени . Важное значение имеет свойство засыпки адсорбировать выдел ющиес  при обжиге летучие продукты-углеводороды , смолы и т.п. Регулирование гранулометрического состава и вида засыпки позвол ет управл ть процессом коксообразовани  в издели х и составом летучих продуктов. Чем больше сорбционна  активность засыпки, тем больше поглощаетс  углеводородов, что, в свою очередь, снижает выход кокса в издели х. Защита изделий от окислени  осуществл етс  благодар  окислению самой засыпки с образованием окиси и двуокиси углерода.

Известна защитна  засыпка, примен ема  при обжиге и спекании углеграфитовых материалов. Она изготавливаетс  на основе углеродистых порош ков - дробленого кокса, антрацита, древесного угл  или их смесей 1J. ИЗДЕЛИЙ

Однако указанна  углеродна  засыпка способна поглощать ограниченный состав газов, в основном углеводородов . Летучие соединени  серы,

5 хлора на ней не адсорбируютс  и выдел ютс  в окружающее пространство. Ввиду окислени  (угара) засыпки в производстве требуетс  ее посто нное обновление. Угар, в зависимости от

О типа термического оборудовани , вида засыпки и продолжительности процесса термообработки может достигать 15-25 вес.%.

Наиболее близкой по технической,

15 сущности к предлагаемой  вл етс  засыпка дл  термообработки углеродных изделий,содержаща  порошки углерода и минеральной добавки -.двуокиси кремни . Данна  добавка вводитс 

20 дл  снижени  расхода кокса и повышени  электрического сопротивлени  засыпки . Така  засыпка обладает повышенной стойкостью к окислению, брлее низкойгазопроницаемостью, повышенной теплопроводностью 2.

Недостатком данной засыпки  вл етс  низка  поглотительна  способность к углеродсодержащим и не углеродным газам, а также угар углеродного порошка, усиливаквдийс  на стаЛИИ охлаждени , когда из изделий прекращаетс  выделение собственных летучих продуктов. Ввиду присутстви  в засыпке термостойкой добавки двуокиси кремни , защитные свойства засыпки как поглотител  кислорода ослаблены. Кроме того, недостатком засыпки  вл етс  образование при высоких температурах чрезвычайно стойкого карбида кремни , ухудшающего свойства готового продукта, а также ее инертность по отношению к выдел ющимс  не углеродным газам.

Цель изобретени  - повышение степени поглощени  летучих соединений хлора и снижение выгорани  углеродного порошка.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что засыпка дл  термообработки углеродных изделий, содержаща  порошки углерода и минеральной добавки , в качестве минеральной добавки содержит соль угольной кислоты при следующем соотношении компонентов, об. %:

Порошок углерода 50-99 Соль угольной кислоты 1-50 Причем в качестве соли угольной кислоты засыпка содержит углекислый кальций.

Сущность изобретени  по сн етс  способностью углекислых солей в интервале температур 100-1000°С разлагатьс  с выделением двуокиси углерода , преп тствующей окислению изделий и угару углеродного порошка засыпки. Кроме физической адсорбции газообразных продуктов, предложенна  засыпка обладает способностью химически св зывать не углеродные летучие продукты , такие как хлор, хлористый водород в соединени  типа NaCl, CaCl, с невысокой температурой плавлени . Оплавление преобразованной минеральной , добавки приводит к образованию газ онепроницаемой пленки, снижающей угарзасыпки и окисление изделий на стадии охлаждени . Вместе с тем, образующиес  при разложении углекислых солей окислы обладают высокой температурой плавлени , что позвол ет проводить высокотемпературный обжиг изделий. В случае применени  солей натри , кали , цези , лити  и др. исключено образование термостойких карбидов. Применение углекислого кальци  хот  и приводит к образованию карбида кальци  при графитации ,ввиду низкой температуры разложени  его не ухудшает свойств графи-, тированных при 2500-2700 С изделий. В р де случаев образующийс  при разложении карбида кальци  вторичный графит повышает антифрикционные свойства готовых изделий. При использовании предложенной засыпки только дл  обжига и спекани  изделий (7001300 0 все углекислые соли не измен ют свойств изделий.

Принима  во внимание то, что химическа  активность предложенной засыпки зависит от величины поверхности частиц добавки, гранулометрический состав порошка углекислой соли подбираетс  в зависимости от количества и вида выдел ющихс  токсичных газов. Соответствующим образом подбираетс  и размер частиц углеродного порошка засыпки, так как от нег зависит спекаемость засыпки и снижение ее газонепроницаемости на стадии охлаждени .

С целью сохранени  активности засыпки при многократном употреблении, дл  обжига выдел ющих хлор и хлористый водород изделий ее необходимо перед использованием промывать водой. Растворимые хлористые соли удал ютс  и могут быть использованы в качестве побочного продукта. Химическа  активность засыпки зависит также от содержани  минеральной добавки. Заметное поглощение НС1 обеспечиваетс  уже пр вьщелении 1 об.% углекислой соли. Однако при малых содержани х добавки возникают трудности равномерного распределени  ее в углеродном порошке . При содержании углекислой соли более 50% выдел етс  максимальное количество защитных газов. Однако в том случае, когда из обрабатываемого материала выдел етс  хлор или хлористый водород, происходит образование прочного расплава хлористых солей, трудно поддающегос  измельчению при выгрузке изделий. Кроме того, ввиду снижени  содержани  углеродного порошка и образовани  случайных трещин в пленках расплава, наблюдаетс  некоторое окисление поверхности издели особенно при длительных процессах и охлаждени  в туннельных печах .

Пример 1. Дл  приготовлени  засыпки используют коксовый порошок с размером частиц 1-3 мм, который дозируют объемным дозатором. Предварительно просушенный до влажности 2-7% коксовый порошок помещают в лопастный смеситель и добавл ют равное по объему количество пьрошка химически чистого CaCOj. Размер частиц СаСО 1-3 мм. Смесь порошков перемешивают в течение 30 мин и выгружают из смесител . В результате самоизмельчени  при смешении частиц CaCO-j имеют, в основном, размер частиц 0,5-2 мм.

В муфельную электрическую печь на дно муфел  насыпают слой эасыпки толщиной 5 ,мм и разравнивают. Сверху укладывают пакет заготовок на основе сажепековой композиции, содержащей 3% порообразовател  - хлористого аммони . Свободное пространство муфел  засыпают засыпкой. Слой засыпки над пакетом заготовок 100 мм. Нагрев осуществл ют со скоростью

, до . Охлаждают муфель в течение 70 ч до 50°С.

После охлаждени  на поверхности засыпки образуетс  корка толщиной до 15 мм, котора  легко разрушаетс  при нажатии. Вещество корки практически не содержит углеродных частиц, что вызвано, очевидно, окислением их во врем  термообработки. На поверхности корки имеютс  микротрещины. Контрольный отбор засыпки на глубине 50 мм от поверхности (с растворением добавки в НС1 и прокнлвкой) показывает , что содержание углеродной составл ющей практически не измен етс .

Выгруженные издели  имеют чистую поверхность, без подгаров и короблений . Общий угар засыпки (расчетный) 1,5%. Дл  сравнени  в аналогичных услови х производ т обжиг заготовок в засыпке, содержащей 50 об.% песка (ЗчО). Верхние заготовки имеют пиролитическую пленку и местные подгары. Вс  засыпка, включа  верхний слой, рыхла . Угар углеродных частиц 16%, причем в верхнем слое до 30-40 мм углеродные частицы выгорают полностью

Пример 2. Засыпку готов т по примеру 1, однако количество СаСО .1 об.%.После нагрева и охлаждени  издели  выгружают. На поверхности некоторых заготовок имеютс  местные подгары (до 7% от общего количества). Вс  засыпка рыхла . Общий угар углеродных частиц достигает 11%. Контрольный обжиг в углеродной засыпке, содержащей 1% песка, приводит к образованию подгара верхних заготовок (до 6% от общего количества). Общий Угар углеродных частиц 13 вес.%.

Пример 3. Смешивают 75 об.% коксового порошка с 25 об.% MjCOg , Размер частиц порошков перед смешением 1-2 мм.

В муфель засыпают нижний слой засыпки толщиной 50 мм и устанавливают на него рулон гидратцеллюлозного войлока , пропитанного NНдС до привеса 35-40 вес.%. Рулон и все свободное пространство в муфеле засыпают засыпкой . Толщина верхнего сло  засыпки 100 мм. Нагревают муфель в течение 8 ч до и охлаждают в течение 40 ч. В процессе нагрева производ т отбор проб летучих продуктов на содержание и НС1, а также контролируют выделение летучих продуктов визуальноо Выделение NH4.C1 и НС1 не установлено. После охлаждени  на поверхности засыпки образуетс  корка спекшейс  соли MtjCl , котора  легко обламываетс . Толщина корки достигает 10-15 мм. При выгрузке засыпки наблюдаетс  присутствие непрочных сростков частиц засыпки диаметром до 30-50 мм, которые разр тааютс  при погружении в воду. Выгруженный карбонизованный войлок имеет чистую поверхность без подгаров, хорошую

эластичность. Угар углеродных частиц не превышает 1%.

Контрольный обжиг аналогичного рулона войлока в засыпке из 75 об.% коксового порошка и 25 об.% песка показывает, что верхнего сло  засыпки в 100 мм недостаточно дл  предотвращени  подгара войлока. Угар углеродных частиц засыпки 14%. В процессе нагрева, в интервале 180-400°с наблюдаетс  интенсивное выделение

10 , а также выделение НС1 при более высоких температурах. I

Пример 4. Дл  приготовлени  засыпки используют порошок сажи ПМ15Э (50 об.%), сажу смешивают с рав15 ным по объему количеством кальцинированной соды N33003. В газонепроницаемый муфель н« 2/3 высоты укладывают гидратцеллюлозную вату, содержащую 25 вес.% хлористого аммони . Сверху

0 вату засыпают засыпкой.Толщина сло  засыпки 150 мм. Муфель помещают в электрическую печь, нагревают в течение 5 ч до 1000°С и охлаждают в течение 70 ч. В электрической печи в

5 момент нагрева и охлаждени  присутствует воздух. При нагреве выделени  НдС, а также хлористого водорода не наблюдаетс . После охлаждени  уровень засыпки опускаетс  на 50 мм, что вызвано усадкой ваты. Карбонизо0 ванна  вата не имеет подгаров. Вс  засыпка спекаетс  и извлекаетс  из муфел  в виде пористого кирпича. Анализ ее показывает угар углеродной части (сажи) на 6%.

5

Контрольный обжиг ваты под слоем I засыпки на основе 50 об.% сажи ПМ15Э и 50 об.% песка показывает при нагреве интенсивное выделение ее и НС1. Во врем  охлаждени  вс  вата

0 сгорает.

Пример 5. Готов т засыпку на основе 70 об.% коксовой крупки диаметром 2-3мм и 30 об.% порошка известн ка, имеющего диаметр частиц

5 2-3 мм. Порошки смешивают в течение 20 мин в смесителе барабанного типа. Полученную засыпку загружают в кессон туннельной печи до образовани  сло  150 мм. На нижний слой за0 сыпки устанавливают три рулона гидратцеллюлозного войлока, пропитанного NH4C1. Свободное пространство кессона засыпают засыпкой. Верхний слой засыпки над рулонами 200 мм. Во второй кессон аналогичным образом

5 помещают рулоны с войлоком и засыпку на основе 70 об.% коксовой крупки и 30 об.% песка. В третий кессон загружают войлок под слоем засыпки из чистой коксовой крупки. Обжиг войО лока в кессонах осуществл ют по 240часовому графику. После выходе кессонов из печи производ т анализ засыпки из полученного войлока.

Результаты анализа сведены в таб5 лицу .

Количество поглощенной НС1, вес.% от теоретически вьаделившейс  (по количеству образовавшейс  средней соли)

Угар углеродного порошка засыпки, вес.% (расчетный)

Качество обработанного издели  Как видно из примеров практического применени  предложенной засыпки ее использование позвол ет обеспечит дополнительную защиту обжигаемых изделий за счет вьщел ющегос  из засып ки углекислого газа или окиси углерода , снизить практически полное улавливание токсичных хлорсодержащих Летучих продуктов и возможность использовани  побочного продукта в виде хлористых солей. Формула, изобретени  1.Засыпка дл  термообработки угле родрых изделий, содержаща  порошки углерода и минеральной добавки, о тличающа с   тем, что, с целью повышени  степени поглощени  летучих соединений хлора и снижени 

2-4 (за счет примесей)

До 22

Внешний слой с подгаром выгорани  углеродного порошка, в качестве минеральной добавки она содержит соль угольной кислоты при следующем соотношении компонентов, об. %: Порошок углерода 50-99 Соль угольной кислоты1- 0 2. Засыпка по п.1, о т л и ч а ю щ а   с   тем, что в качестве соли угольной кислоты она содержит углекислый кальций. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Фиалков А.С. Формирование структуры и свойств углеграфитовых материалов. М., Металлурги , 1965, с.243-244. 2.Хрычева Д.Д. и др. Производство огнеупоров . Л., 1977, 6/49, 66-72.

Claims (2)

1. Формула, изобретения

   1.Засыпка для термообработки углеродных изделий, содержащая порошки углерода и минеральной добавки, о тличающаяся тем, что, с целью повышения степени поглощения летучих сйгёдинений хлора и снижения выгорания углеродного порошка, в качестве минеральной добавки она содержит соль угольной кислоты при следующем соотношении компонентов, об. %:

   Порошок углерода 50-99

   Соль угольной кислоты 1-¾ 0
2. 2. Засыпка по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что в качестве соли угольной кислоты она содержит углекислый кальций.