СПОСОБ ОТЖИГА УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ЗАГОТОВОК Российский патент 1997 года по МПК C04B35/532 C04B35/64 

Изобретение касается способа отжига углеродсодержащих заготовок, в частности получения огнеупорных кирпичей, графитовых электродов или им подобных.

Известен способ обжига углеродсодержащих изделий, пропитанных пеком или заготовок, в которых в качестве связки используют пек, по которому холодные изделия помещают в автоклав, плотно его закрывают и нагревают в инертном газе под давлением 0,5 4,0 кг/см² при 340 400^oC, после чего из клапана постепенно выпускают газ. Затем обжигают под давлением изделия за 2 - 3 ч.

При отжиге образуются вещества полукоксования, вредные газы и им подобные вредные вещества из заготовок.

Задачей изобретения является сокращение выделения этих вредных веществ и обеспечение того, что вредные вещества не попадут бесконтрольно в окружающую среду.

Для этого заготовки помещаются в автоклав в холодном состоянии (т.е. ниже предельной температуры T_g) и подвергаются нагрузке вплоть до сверхвысокого давления P_h в непрерывном производстве и нагреваются внутри инертно, затем автоклав газопроницаемо закрывается, откачивается до вакуумного давления P_v, потом автоклав наполняется до начального давления P_s рабочим газом, при газонепроницаемом затворе внутренняя часть автоклава нагревается до температуры отжига T_t и поддерживается на этой температуре до тех пор, пока заготовки существенно не прогрелись, потом нагрев прекращается и внутренняя часть охлаждается максимально до предельной температуры T_g, для выравнивания давления выпускается избыточный инертный газ, затем открывается автоклав и отожженные холодные заготовки вынимаются.

Так как согласно изобретению заготовки находятся внутри закрытого автоклава, пока они не нагреваются до температуры выше предельной, то вредные вещества образуются только внутри закрытого автоклава и могут контролироваться без материальных затрат.

Согласно предлагаемому способу отжиг может осуществляться под давлением. При этом может увеличиваться та часть пропиточного вещества, которая коксуется при отжиге внутри заготовки и таким образом не может способствовать образованию вредных веществ, по сравнению с обычно одинаковыми условиями отжига. Если хотят получить благодаря пропитке предварительное коксование внутри заготовки, то уменьшается при повышенной норме коксования внутри заготовки также количество используемого пропиточного средства.

Достигнутое увеличение внутреннего коксования тем больше, чем выше давление отжига. По этой причине рекомендуется работать как можно с более высоким давлением отжига до тех пор, пока позволяет предельно допустимая нагрузка при внутреннем давлении в автоклаве.

Для создания давления не требуется особенных мер. Если закрытый холодный автоклав наполнен рабочим газом до начального давления P_s, например 10⁵Pa, то необходимое повышение давления происходит с повышающейся температурой отжига без последующих действий. Можно увеличить давление, полученное таким образом при температуре отжига T_t, если исходить из высокого начального давления P_s и/или нагнетать во время отжига в автоклав дополнительный рабочий газ. Если таким образом установится слишком высокое давление, возможно также выпустить избыточный рабочий газ, который затем в любом случае следует нейтрализовать под контролем.

Кислород может окислять теплую поверхность заготовок так, что готовые отожженные заготовки становятся непригодными. Можно снимать пораженные поверхностные слои на готовой отожженной заготовке, но это ведет, с одной стороны, к потере и, с другой стороны, к новым размерам, а этого нельзя допустить, если речь идет о заготовках, размерно точно изготовленных камнях или им подобных.

По этой причине задачей следующего этапа является избежание такого поверхностного окисления. Этот следующий этап отличается тем, что в качестве инертного газа используется преимущественно азот. Так как заготовки вне автоклава холодные и не подвержены внутри автоклава воздействию кислорода, то окисление поверхности не происходит.

Так как предлагаемый способ обходится одноразовым наполнением автоклава рабочим газом, то потребность в рабочем газе, в противоположность известным способам, при которых во время обжига всегда новый рабочий газ пропускается через заготовки, сравнительно невелика, так что использование дорогостоящего инертного газа может быть оправданным.

По причинам безопасности постоянно рекомендуеся контролировать внутреннее давление в автоклаве, предотвращать превышение допустимого сверхвысокого давления P_h или заданного находящегося ниже максимального рабочего давления P_g с помощью дозированного выпускания инертного газа.

Так как достигнутое внутреннее коксование тем выше, чем выше давление отжига, рекомендуется использовать касающиеся этого возможности данного автоклава. Это может произойти благодаря тому, что наполнение инертным газом, осуществленное до отжига, так соразмерно, что при температуре отжига достигнуто рабочее давление P_b, которое находится почти на уровне сверхвысокого давления P_h.

В этом случае максимальное рабочее давление достигается только с температурой отжига и сохраняется во время задержки, во время которой во внутренней части автоклава поддерживается температура отжига. Но в тот промежуток времени, который необходим для достижения температуры отжига, происходит коксование, однако в этом случае при более низком рабочем давлении, так как максимальное рабочее давление еще не установилось.

По этой причине последующее увеличение нормы внутреннего коксования достигается благодаря преимущественной форме открытия, которая отличается тем, что наполнение инертным газом, преимущественно осуществленное до отжига, так соразмерно, что уже при достижении температуры набухания T_s, которая лежит между температурой отжига T_t и температурой коксования T_v, при которой начинается коксование пропиточного вещества при соответственно имеющемся рабочем давлении P_b, преимущественно уже при достижении этой температуры коксования T_v достигнуто окончательное рабочее давление P_b и затем благодаря выпусканию избыточного инертного газа поддерживается постоянным вплоть до достижения температуры отжига T_t.

Загрязненные вредными веществами рабочие газы, которые выпускаются, например, для уменьшения избыточного давления во время отжига или для выравнивания давления перед открытием автоклава, очищаются преимущественно с помощью термического досжигания, прежде чем они попадут в окружающую среду или используются дальше. Рекомендуется рабочие газы оставлять в автоклаве до охлаждения, если не придется выпускать преждевременно части для регулировки давления, чтобы таким образом испарившиеся вредные вещества осадить с помощью конденсации, прежде чем автоклав откроется. Таким образом уменьшается загрязненность освобождающихся затем рабочих газов, а конденсат может собираться для дальнейшей переработки.

Достигаются очень высокие нормы внутреннего коксования, если рабочее давление P_b при температуре T_t находится между 10⁶ и 10⁸ Pa, преимущественно между 10⁶ и 10⁷ Pa. В частности, достигаются нормы внутреннего коксования относительно веса более 70% при рабочем давлении P_b температуре отжига T_t и 10⁶ Pa. При 10⁷ Pa достигаются даже нормы внутреннего коксования более 80%
Пример 1. В соответствии с формой предварительно спрессованные заготовки огнеупорных кирпичей из A1 20 мас. M1 каменноугольного пека в качестве пропиточного средства A2 80 мас. M2 коксового порошка предварительно нагреваются до 150^oC и вставляются в автоклав. Предельная температура этих заготовок T_g 300^oC. Установка происходит на поддонах, которые вдвигаются в автоклав с помощью шасси, причем шасси вслед за тем снова вытаскиваются. Допустимая нагрузка внутренним давлением используемого автоклава составляет P_h 10⁶ Pa. Автоклав затем герметически закрывается и откачивается до P_v 7000 Pa и затем наполняется M3 азотом при начальном давлении P_s 2•10⁵ Pa. Затем посредством сделанного внутри автоклава электрического обогрева внутренняя часть автоклава нагревается до температуры отжига T_t 740^oC. Эта температура отжига достигается через Z₁ 30 ч, время обогрева. При этом увеличивается рабочее давление P_b из-за повышения температуры и из-за нейтрализующихся выделений до P_b 7•10⁵ Pa.

Это рабочее давление P_b и температура отжига поддерживаются Z₂ 8 ч. Затем обогрев отключается внутренняя часть автоклава может охлаждаться. Через Z₃ 50 ч температура внутри автоклава упала до T₂ 25^oC. Давление рабочее газа при этом понизилось одновременно до P₁ 3,3•10⁵ Pa.

Теперь выравнивание давления производится только при дозированном выпуске избыточного рабочего газа, и автоклав затем открывается, а готовые отожженные заготовки вынимаются. Они состоят теперь на 100% из коксового порошка, из потери веса по сравнению с исходным весом рассчитывается норма внутреннего коксования пека D1 52 мас.

Пример 2. Как пример 1, с единственным отличием в том, что самое высокое рабочее давление P_b 7•10⁵ Pa достигается не сначала при достижении температуры отжига T_t, а при дополнительном нагнетании азота при достижении температуры коксования T_v 400^oC.

Благодаря выпуску избыточного азота во время последующего нагревания поддерживается достигнутое рабочее давление P_b 7•10⁵ Pa вплоть до достижения температуры отжига T_t и во время задержки Z₂.

Норма коксования выше, чем в примере 1 согласно изобретенному способу, а именно D1 56 мас.

На чертеже показан автоклав 1 с предельной нагрузкой внутренним давлением, который используется в связи с примерами выполнения. Вытянутый в длину корпус автоклава обозначен цифровой 2. Этот корпус 2 на одном конце закрыт, а на другом конце имеет отверстие 3, которое закрывается с помощью насаженной крышки 4. Отверстие 3 окружено круглым фланцем 5, к которому герметически подходит фланец 6 крышки 4. Оба фланца 5 и 6 держатся вместе в закрытом состоянии с помощью насаженных лапок 7 и 8. Между обоими фланцами 5 и 6 находится уплотнительное кольцо 9, которое гидравлически надувается.

Управление лапками 7 и 8 происходит с помощью гидравлического устройства, управление которым является надежным в том отношении, что затвор может открываться только лишь после выравнивания давления внутри автоклава по отношению к внешнему давлению.

Внутри автоклава устроен электрический обслуживаемый снаружи нагреватель 10. В автоклав входит перекрываемый вентилем 12 выдувной патрубок 13, перекрываемый вентилем 14 вдувной патрубок 15, оснащенный вентилем безопасности 16 выдувной патрубок избыточного давления 17.

Внутри автоклава имеются поддоны 20, 21, 22, на которые установлены подвергающиеся отжигу заготовки 23, 24.

Использование: для получения огнеупорных кирпичей, графитовых электродов. Сущность изобретения: графитовые заготовки, пропитанные пеком или ему подобным углеродсодержащим веществом, размещают в автоклаве, герметизируют, вакуумируют и нагревают в среде инертного газа до температуры коксования пропиточного вещества с последующим нагревом до температуры обжига при рабочем давлении 7•10⁵ - 10⁸ Pa. Затем заготовки охлаждают и выпускают избыточный газ. При этом в качестве инертного газа используют азот, а избыточный газ очищают предпочтительно дожиганием. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ отжига углеродсодержащих заготовок, в частности при получении огнеупорных кирпичей, графитовых электродов или им подобных, которые пропитаны пеком или ему подобным углеродсодержащим пропиточным веществом, которое нейтрализует углеводород и другие вредные газы при температуре около 300^oС, включающий размещение заготовок с температурой ниже указанной температуры нейтрализации в автоклаве, герметизацию автоклава и нагревание заготовок в среде инертного газа под давлением до температуры коксования углеродсодержащего пропиточного вещества с последующим нагревом до температуры отжига с выпуском избыточного газа, охлаждение, выгрузку изделий, отличающийся тем, что после герметизации автоклава его вакуумируют, затем нагнетают инертный газ, при этом обжиг заготовок проводят при рабочем давлении 7 • 10^-5 10⁸ Па, выпуск избыточного газа осуществляют после охлаждения заготовок. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве инертного газа используют предпочтительно азот. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что давление в автоклаве контролируют и при превышении заданного дозированно выпускают инертный газ. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что во время нагрева после достижения температуры коксования в автоклав дополнительно нагнетают инертный газ. 5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что инертный газ нагнетают таким образом, что при достижении температуры начала коксования рабочее давление поддерживают постоянным за счет выпуска избыточного газа до достижения температуры отжига. 6. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что избыточный газ очищают предпочтительно дожиганием. 7. Способ по пп.1 6, отличающийся тем, что избыточный газ очищают путем конденсации. 8. Способ по пп.1 7, отличающийся тем, что по крайней мере 35 мас. предпочтительно 40% пропиточного вещества, содержащегося в заготовке, коксуется внутри заготовки.