УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИЙ ОГНЕУПОРНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2003 года по МПК C04B35/52 C04B35/528 

Изобретение относится к изготовлению углеродсодержащих огнеупорных изделий и может быть использовано для футеровок доменных печей, рудно-термических, алюминиевых электролизеров и др.

Известен огнеупорный материал на основе углерода, содержащий 50-75% алюминия, 15-48% карбида кремния, 2-10% кремния металлического, 25-50% ферросилиция (з. 60-8989 Япония, публ.07.03.85).

К недостаткам известного материала следует отнести то, что наличие в составе карбида кремния, кремния металлического и алюминия не позволяют получить пористую структуру со средним размером пор менее 1 мкм за счет роста кристаллов-усов и повысить эксплуатационную стойкость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому углеродсодержащему огнеупорному материалу является углеродсодержащий огнеупорный материал, включающий графит, карбид кремния, кремний металлический, огнеупорную глину при следующем соотношении компонентов, вес.%: графит 21,5-49; глина 20-49; карбид кремния 3-60; кремний металлический 5-10,5 (а.с. СССР 1763424 от 23.09.92, С 04 В 35/54).

Однако известный углеродсодержащий огнеупорный материал не позволят повышать эксплуатационную стойкость изделий за счет уменьшения среднего размера пор его структуры.

Вследствие того, что карбид кремния и кремний металлический в процессе термической обработки не образуют промежуточные карбиды, обеспечивающие при дальнейшем взаимодействии с углеродом образование кристаллов-усов, разделяющих крупные поры на более мелкие.

Задачей предлагаемого изобретения является создание углеродсодержащего огнеупорного материала, обладающего повышенной эксплуатационной стойкостью.

Техническим результатом является образование кристаллов карбида кремния и окиси кремния, уменьшающих средний размер пор в структуре углеродных блоков футеровки.

Указанная задача достигается тем, что углеродсодержащий огнеупорный материал, включающий карбид кремния, кремний металлический, согласно изобретению, дополнительно содержит окись алюминия при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Термоантрацит - 43 - 53
Графит - 23 - 33
Каменноугольный пек - 17 - 21
Карбид кремния - 10 - 20
Кремний металлический - 3 - 7
Окись алюминия - 1 - 3
Окись алюминия, введенная в шихту, выполняя роль катализатора, ускоряет химические реакции, протекающие при термической обработке заготовок, изготовленных из разработанного углеродсодержащего огнеупорного материала. Снижается температура начала карбидообразования с 1400^oС до 1200^oС, за счет образования промежуточных карбидов алюминия, которые взаимодействуя с углеродом, образуют керамические кристаллы (SiC, SiO₂), слабо реагирующие с металлическим расплавом. Причем керамические кристаллы образуются в виде усов, перекрывающих на части крупные поры, уменьшая средний размер пор структуры углеродсодержащих огнеупорных изделий и предотвращая проникновение в них металлического расплава.

Сущность изобретения поясняется примером. Приготовление углеродсодержащего огнеупорного материала было осуществлено в промышленных условиях ОАО "Челябинский электродный завод" по известной технологии, с использованием общеизвестного оборудования.

В качестве исходных материалов были использованы:
- термоантрацит (ТУ 970000160301-001-95), представляющий собой твердый сыпучий материал после дробления и рассева по фракциям -4 +1,25; -1,25 +0,0; -0,5 +0,0 (мм) в количестве 690 кг;
- графит (ТУ 48-20-54-84), представляющий собой твердый кусковой материал, после дробления и рассева по фракциям -1,25 +0,0; -0,5 +0,0 мм;
- каменноугольный пек (ГОСТ 12200-83) в виде жидкотекучей вязкой смолы, в количестве 300 кг;
- карбид кремния (ГОСТ 26327-84) после дробления, размола до фракций менее 71 мкм, в количестве 260 кг;
- кремний металлический (ГОСТ 2169-69) после дробления, размола до фракций менее 71 мкм, в количестве 40 кг;
- окись алюминия (ГОСТ 69121-93) в виде тонкого порошка, в количестве 10 кг.

После взвешивания компоненты шихты подаются в смесительную машину и перемешиваются в течение 60 мин. Полученную массу направляют в экструдер, где при давлении 50 кг/см при t= 135^oC формуют доменные блоки размером 600•600•3000 (мм). Затем доменные блоки подвергают термической обработке в две стадии. Первую стадию проводят в газовой камерной печи при t=900^oC в течение 20 суток с последующим охлаждением в печи в течение 6 суток, а вторую стадию в электрической камерной печи при t=1250^oС в восстановительной атмосфере в течение 2 суток с последующим охлаждением в печи в течение 7 суток. Стандартными методами были определены физико-механические свойства полученных изделий, а средний диаметр пор структуры был определен методом ртутной порометрии. Эти показатели приведены в таблице, в сравнении с аналогичными изделиями, изготовленными из известных углеродсодержащих огнеупорных материалов на ОАО "Челябинский электродный завод".

Из таблицы видно, что доменные блоки, изготовленные из предлагаемого углеродсодержащего огнеупорного материала, характеризуются повышенными прочностью, теплопроводностью и мелкими порами, предотвращающими проникновение металлического расплава в структуру материала доменного блока и его разрушение, что повышает срок службы доменных блоков в 1,5-2 раза.

Авторы установили экспериментально, что углеродсодержащий огнеупорный материал, содержащий окиси алюминия менее 1%, не позволяет получить структуру доменного блока со средним диаметром пор менее 1 мкм, так как не обеспечивает рост кристаллов-усов в достаточном количестве, а содержание окиси алюминия более 3% приводит к снижению физико-механических показателей изделий, так как избыток окиси алюминия, не участвующий в реакциях образования промежуточных карбидных соединений, не спекается каменноугольным пеком (связующим), что ослабляет прочность спекания углеродных компонентов в изделии.

Изобретение относится к изготовлению углеродсодержащих огнеупорных изделий и может быть использовано для футеровок доменных печей, руднотермических, алюминиевых электролизеров и др. Техническим результатом является образование кристаллов карбида кремния и окиси кремния, уменьшающих средний размер пор в структуре углеродных блоков. Углеродсодержащий огнеупорный материал содержит компоненты при следующем их соотношении, вес.%: термоантрацит 43-53, графит 23-33, каменноугольный пек 17-21, карбид кремния 10-20, кремний металлический 3-7, окись алюминия 1-3. Полученный углеродсодержащий огнеупорный материал обладает повышенной огнеупорной стойкостью. 1 табл.

Углеродсодержащий огнеупорный материал, включающий карбид кремния, кремний металлический, графит, отличающийся тем, что он дополнительно содержит окись алюминия, термоантрацит и каменноугольный пек при следующем соотношении компонентов, вес %:
Термоантрацит - 43-53
Графит - 23-33
Каменноугольный пек - 17-21
Карбид кремния - 10-20
Кремний металлический - 3-7
Окись алюминия - 1-3е