ОГНЕУПОРНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙ ФУТЕРОВКИ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, ПОЛУЧАЕМЫЙ ЧАСТИЧНОЙ ГРАФИТИЗАЦИЕЙ СМЕСИ, СОДЕРЖАЩЕЙ C И Si Российский патент 2016 года по МПК C04B35/528 C04B35/532 

Настоящее изобретение относится к огнеупорному материалу для внутренней футеровки доменной печи, к доменной печи, включающей внутреннюю футеровку, содержащую такой огнеупорный материал, и к применению такого огнеупорного материала во внутренней футеровке доменной печи.

Огнеупорные материалы характеризуются тем, что они сохраняют высокую прочность при высоких температурах, например, при температурах, превышающих 1000°C. По этой причине огнеупорные материалы используют в многочисленных устройствах, для которых требуются высокие термические сопротивления, например, в качестве футеровки печей, камер для сушки и обжига, установок для сжигания и реакторов, в качестве материала тиглей для расплавов и подобного.

Огнеупорные материалы, используемые во внутренней футеровке доменной печи, должны, в частности, удовлетворять множеству требований, таких как высокая устойчивость к термическому воздействию, достаточная теплопроводность по отношению к конструкции доменной печи, высокая механическая прочность, в том числе высокая прочность на сжатие при температурах вплоть до 2000°C, хорошая устойчивость к изменениям температуры, превосходная устойчивость к коррозии и высокая устойчивость к окислению. В частности, высокая устойчивость к растворению в жидком горячем металле и шлаке является желательной для огнеупорного материала внутренней футеровки доменной печи.

Современные огнеупорные материалы для внутренней футеровки доменной печи содержат в качестве основы углеродные и графитовые материалы вследствие высокой устойчивости к термическому воздействию, хорошей устойчивости к изменениям температуры и удовлетворительной прочности на сжатие, которыми обладают углерод и графит при температурах вплоть до 2000°C. Эти огнеупорные материалы изготавливают, как правило, путем формования необожженного блока из смеси исходных материалов, содержащей углеродный материал, и обжига необожженного блока при температуре, составляющей от 1100 до 1300°C. Однако стандартные углеродные материалы имеют недостаток, заключающийся в обеспечении лишь низкой устойчивости к щелочам, низкой устойчивости к окислению, недостаточной устойчивости к растворению углеродного материала в жидких горячих металлах и шлаках, которые не являются насыщенными углеродом, и относительно высокой проницаемости жидкого горячего металла в их поры. Чтобы, по меньшей мере, частично компенсировать или устранить вышеупомянутые неблагоприятные свойства углерода и графита, определенные добавки обычно вводят в углеродные и графитовые материалы. Например, тонкодисперсный кремний часто добавляют в такие материалы, потому что он вызывает уменьшение диаметра пор в огнеупорном материале, образуя карбид кремния в процессе термической обработки, до таких малых значений, что проникновение жидкого горячего металла в огнеупорный материал уменьшается или даже полностью предотвращается. С другой стороны, добавление оксида алюминия повышает устойчивость материала к растворению углерода в жидком горячем металле и шлаке.

Источник DE 601 20 675 T2 описывает способ изготовления огнеупорного материала, который считается особенно подходящего для использования в футеровке доменной печи, причем данный способ включает следующие стадии: (i) изготовление смеси, содержащей от 50 до 80 мас.% углеродного материала, такого как прокаленный кокс или графит, от 5 до 15 мас.% порошка оксида алюминия, от 5 до 15 мас.% порошка кремния и от 5 до 20 мас.% одного или нескольких материалов, выбранных из группы, которую составляют металлический титан, карбид титана, нитрид титана и карбонитрид титана, (ii) введение связующего материала в изготовленную смесь, (iii) формование необожженного блока из смеси, изготовленной на стадии (ii) и обжиг необожженного блока при температуре 1250°C. Добавление от 5 до 20 мас.%, по меньшей мере, одного материала, выбранного из группы, которую составляют металлический титан, карбид титана, нитрид титана и карбонитрид титана, предназначено для повышения устойчивости огнеупорного материала к расплавленному железу, в то время как добавление кремния предназначено для создания пор сравнительно малого диаметра в огнеупорном материале. Даже если материал является принципиально подходящим для использования во внутренней футеровке доменной печи, удельная теплопроводность и механическая прочность данного материала нуждаются в повышении. Такое же условие применяется к другим известным огнеупорным материалам, которые упомянуты выше.

Соответственно, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить огнеупорный материал, который имеет, в частности, превосходную удельную теплопроводность и высокую механическую прочность, и который также обеспечивает хорошую устойчивость к растворению в расплавленном горячем металле и шлаке, хорошую устойчивость к коррозии, а также низкую проницаемость для жидкого горячего металла и реакционноспособных газов, таких как монооксид углерода и диоксид углерода в его поры, таким образом, что он является идеально подходящим для использования во внутренней футеровке и, в частности, во внутренней футеровке доменной печи. Кроме того, огнеупорный материал должен сохранять устойчивость, даже если из него формуют блок, имеющий сравнительно большие размеры.

Согласно настоящему изобретению, данную задачу решает огнеупорный материал, предназначенный для использования во внутренней футеровке доменной печи, который получают способом, включающим следующие стадии:

a) изготовление смеси, содержащей:

- кокс,

- кремний и

- связующий материал,

b) формование необожженного блока из смеси, изготовленной на стадии (a),

c) обжиг необожженного блока, изготовленного на стадии (b) и

d) частичная графитизация обожженного блока, изготовленного на стадии (с), при температуре, составляющей от 1600 до 2000°C.

Данное решение основано на неожиданном обнаружении того, что огнеупорный материал, который можно получать частичной графитизацией обожженного блока, изготовленного из смеси, которая содержит кокс, кремний и связующий материал, при температуре от 1600 до 2000°C, имеет хорошую устойчивость к растворению углеродного материала в расплавленном горячем металле и шлаке. Его также характеризуют хорошая устойчивость к коррозии, низкая проницаемость для жидкого горячего металла и реакционноспособных газов в его поры (вследствие того, что его поры имеют сравнительно малый диаметр), хорошая устойчивость к изменениям температуры, а также высокая устойчивость к термическому воздействию. Кроме того, его также характеризуют также повышенная теплопроводность и повышенная механическая прочность, в том числе повышенная прочность на сжатие при температурах, составляющих вплоть до 2000°C. Превосходная удельная теплопроводность огнеупорного материала представляет собой преимущество по двум причинам, а именно, во-первых, потому что она уменьшает возможное повреждение или разрушение огнеупорного материала и, во-вторых, потому что она создает высокий тепловой поток, приводящий к снижению температуры поверхности горячих частей огнеупорного материала, которые вступают в контакт с горячим металлом и шлаком. Это, в свою очередь, обеспечивает образование защитного слоя имеющего высокую вязкость железа, которое прилипает к огнеупорному материалу, что дополнительно повышает устойчивость к эрозии и коррозии огнеупорного материала. Это также позволяет использовать меньшую толщину стенок рабочего пространства печи и увеличивает рабочий объем доменной печи.

В частности, улучшаются, прежде всего, удельная теплопроводность и механическая прочность огнеупорного материала по сравнению с материалом, в котором содержится имеющий высокую проводимость синтетический графит, например, графит, который используют в соединительных стержнях для графитовых электродов, применяемых в дуговых электропечах, в качестве основного исходного материала, который обжигают только при температуре, составляющей приблизительно от 1100 до 1300°C, если обожженный блок подвергается частичной графитизации при температуре от 1600 до 2000°C. Без намерения ограничиваться теорией, авторы настоящей патентной заявки полагают, что повышение удельной теплопроводности, а также повышение механической прочности обуславливает, в частности, тот факт, что в процессе термической обработке при температуре, составляющей от 1600 до 2000°C, аморфный углерод, который содержится в необожженном блоке, по меньшей мере, частично превращается в графитовую или графитоподобную структуру. Кроме того, частичная графитизация обожженного блока при температуре, составляющей от 1600 до 2000°C, приводит к гомогенизации композиции и микроструктуры огнеупорного материала. Кроме того, кремний, который содержится в необожженном блоке, способствует этим эффектам, потому что часть этого кремния реагирует в процессе обжига с углеродом, который образуется в процессе частичной графитизации, превращаясь в карбид кремния в форме игольчатых кристаллов, что дополнительно повышает механическую прочность огнеупорного материала. Однако поскольку частичная графитизация не осуществляется до конца при температуре, превышающей 2000°C, которую обычно используют в процессе традиционной графитизации, надежно предотвращается разложение кристаллов карбида кремния, образующихся на стадии традиционной графитизации. Следовательно, добавление кремния в смесь для формования необожженного блока и последующая частичная графитизация обожженного блока при температуре от 1600 до 2000°C действуют синергетически, и это синергетическое действие повышает механическую прочность огнеупорного материала. В целом, частичная графитизация обожженного блока при температуре от 1600 до 2000°C преимущественно влияет на три свойства огнеупорного материала:

- во-первых, она значительно увеличивает удельную теплопроводность огнеупорного материала,

- во-вторых, она значительно увеличивает механическую прочность огнеупорного материала и

- в-третьих, она повышает устойчивость к эрозии и коррозии огнеупорного материала.

Благодаря своей превосходной механической прочности и своей превосходной удельной теплопроводности, огнеупорный материал согласно настоящему изобретению имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что он является устойчивым, даже если из него формуют блок, имеющий сравнительно большие размеры, такие как W (ширина) × H (высота) × L (длина), составляющие, по меньшей мере, 700×700×2500 мм. Это является особенно благоприятным, потому что если большие блоки используют для футеровки, можно уменьшить число соединений блоков в футеровке данного размера и, таким образом, можно повысить устойчивость футеровки, потому что соединения блоков представляют собой слабые точки футеровки.

Помимо этого, кремний также способствует образованию микропористой структуры, и это означает, что совокупная пористость, которую образуют поры с диаметром, составляющим более чем 1 мкм, не превышает 4% объема образца, что обычно измеряют методом ртутной порометрии. Благодаря этой микропористой структуре, огнеупорный материал согласно настоящему изобретению имеет низкую проницаемость в отношении жидкого горячего металла и реакционноспособных газов.

Вследствие всех вышеупомянутых благоприятных свойств, огнеупорный материал согласно настоящему изобретению идеально подходит для использования во внутренней футеровке и, в частности, во внутренней футеровке доменной печи.

Как указано выше, частичная графитизация в смысле настоящей патентной заявки означает термическую обработку, осуществляемую при температуре от 1600 до 2000°C. Таким образом, термин «частичная графитизация» используется в настоящей патентной заявке исключительно для пояснения предположения о том, что в течение данного процесса углерод, по меньшей мере, частично превращается в графитовую или графитоподобную структуру.

В принципе, настоящее изобретение не является ограниченным в отношении типа кокса, используемого на стадии (a) для изготовления смеси. Таким образом, можно использовать, по существу, все типы кокса, такие как нефтяной кокс, антрацит, кокс из пека каменноугольной смолы, ацетиленовый кокс, металлургический кокс и подобное.

Однако согласно первому особенно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, на стадии (a) используют такой кокс, что, по меньшей мере, часть кокса представляет собой изотропный кокс. Изотропный кокс отличается высоким коэффициентом теплового расширения и отсутствием предпочтительной ориентации. При использовании изотропного кокса неожиданно получается огнеупорный материал, имеющий особенно высокую механическую прочность. Предположительно это объясняется тем, что изотропный кокс подвергается более однородной усадке во время процесса частичной графитизации, чем анизотропный кокс, и, таким образом, образуется огнеупорный материал, имеющий более однородную микроструктуру. Кроме того, использование изотропного кокса способствует изотропной теплопроводности огнеупорного материала. Особенно хорошие результаты получаются, если, по меньшей мере, 50 мас.% кокса, используемого на стадии (a), представляет собой изотропный кокс. Еще лучшие результаты получаются, если кокс, используемый на стадии (a), содержит, по меньшей мере, 80 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, 90 мас.%, предпочтительнее, по меньшей мере, 95 мас.%, еще предпочтительнее, по меньшей мере, 99 мас.% и наиболее предпочтительно 100 мас.% изотропного кокса.

Согласно второму особенно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, на стадии (a) используют кокс, имеющий сравнительно низкое содержание железа. Данный вариант осуществления основан на обнаружении того, что использование кокса, имеющего сравнительно низкое содержание железа, повышает устойчивость к коррозии и особенно устойчивость к монооксиду углерода, устойчивость к диоксиду углерода и устойчивость к окислению огнеупорного материала. Кроме того, в качестве вторичного эффекта, использование кокса, имеющего сравнительно низкое содержание железа, повышает устойчивость к горячему металлу. Соответственно, оказывается предпочтительным, чтобы кокс, используемый на стадии (a), имел содержание железа, составляющее не более чем 0,1 мас.%, предпочтительнее не более чем 0,05 мас.%, еще предпочтительнее не более чем 0,01 мас.%, особенно предпочтительно не более чем 0,005 мас.% и наиболее предпочтительно не более чем 0,001 мас.%.

Помимо кремния и кокса, смесь, изготовленная на стадии (a), преимущественно содержит также графит. Добавление определенного количества графита способствует процессу обжига и повышает теплопроводность конечного продукта.

Можно использовать все виды природного и синтетического графита, причем особенно хорошие результаты получаются в случае синтетического графита.

Кроме того, настоящее изобретение не является ограниченным определенным образом по отношению к количеству кокса и графита, добавляемому на стадии (a). Однако особенно хорошие результаты получаются, если смесь, изготовленная на стадии (a), содержит от 60 до 85 мас.% и предпочтительно от 65 до 75 мас.% смеси кокса и графита по отношению к суммарной сухой массе огнеупорного материала. Суммарная сухая масса огнеупорного материала согласно настоящему изобретению означает суммарную массу всех ингредиентов огнеупорного материала, за исключением связующего материала.

Как указано выше, кремний влияет на образование микропористой структуры в огнеупорном материале, что приводит к свойству низкой проницаемости огнеупорного материала по отношению к жидкому горячему металлу и реакционноспособным газам. Кроме того, кремний способствует, действуя синергетически с частичной графитизацией, повышению механической прочности огнеупорного материала согласно настоящему изобретению, потому что часть этого кремния реагирует с углеродом в процессе обжига, и в результате частичной графитизации образуется карбид кремния в форме игольчатых кристаллов. Для достижения обоих эффектов в достаточной степени оказывается предпочтительным, чтобы смесь, изготовленная на стадии (a), содержала от 5 до 15 мас.% и предпочтительнее от 8 до 12 мас.% кремния по отношению к суммарной сухой массе огнеупорного материала.

Согласно следующему, особенно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, смесь, изготовленная на стадии (a), дополнительно содержит диоксид титана. Добавление диоксида титана повышает вязкость жидкого горячего металла на поверхности раздела с огнеупорным материалом, и по этой причине у огнеупорного материала повышается устойчивость к эрозии и коррозии. Для получения высокой степени данного благоприятного эффекта оказывается предпочтительным, чтобы смесь, изготовленная на стадии (a), содержала от 6 до 14 мас.% и предпочтительнее от 8 до 12 мас.% диоксида титана по отношению к суммарной сухой массе огнеупорного материала.

Согласно следующему особенно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, смесь, изготовленная на стадии (a), дополнительно содержит смесь порошков карбида кремния и углерода (порошок SiC-C), который содержит, по меньшей мере, 50 мас.% карбида кремния. Добавление порошка SiC-C повышает устойчивость к окислению, а также механическую устойчивость огнеупорного материала. Хорошие результаты в данном отношении достигаются, в частности, если смесь, изготовленная на стадии (a), содержит от 4 до 15 мас.% и предпочтительно от 8 до 12 мас.% порошка SiC-C по отношению к суммарной сухой массе огнеупорного материала.

Наконец, что не менее важно, смесь, изготовленная на стадии (a), содержит, по меньшей мере, один связующий материал. Связующий материал может представлять собой любой связующий материал, известный в данной области, такой как материал, выбранный из группы, которую составляют пек каменноугольной смолы, нефтяной пек, фенолоальдегидный полимер, фурфуриловый полимер, каменноугольная смола, нефтяная смола и любая смесь двух или более вышеупомянутых материалов. Количество связующего материала предпочтительно выбирают таким образом, чтобы получалась пригодная для обработки паста, другими словами, чтобы получалась паста, имеющая подходящую вязкость для процесса формования.

В общем, огнеупорный материал согласно настоящему изобретению можно получать из смеси, которая должна содержать кокс, кремний, связующий материал и необязательно графит и/или диоксид титана и/или порошок SiC-C. Оказывается предпочтительным, чтобы смесь, изготовленная на стадии (a), содержала кокс, кремний, связующий материал и, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, которую составляют графит, диоксид титана и порошок SiC-C. Предпочтительнее, чтобы смесь, изготовленная на стадии (a), содержала кокс, кремний, связующий материал, графит и диоксид титана, а также необязательно порошок SiC-C.

Согласно следующему особенно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, смесь, изготовленная на стадии (a), содержит (i) кокс, предпочтительно изотропный кокс, в котором содержание железа составляет не более чем 0,1 мас.%, (ii) кремний, (iii) графит, предпочтительно синтетический графит, (iv) диоксид титана, (v) порошок SiC-C и (vi), по меньшей мере, один связующий материал, причем индивидуальные компоненты предпочтительно содержатся в смеси в вышеупомянутых количествах.

Исключительно в качестве примера, смесь, изготовленная на стадии (a), может включать:

i) смесь, содержащую:

- от 60 до 80 мас.% смеси кокса, предпочтительно кокса, в котором содержание железа составляет не более чем 0,1 мас.%, и графита,

- от 7 до 12 мас.% кремния,

- от 8 до 13 мас.% диоксида титана и

- от 6 до 13 мас.% порошка карбида кремния и углерода, в котором сумма вышеупомянутых ингредиентов составляет 100 мас.%, и

ii) по меньшей мере, один связующий материал.

Согласно еще более предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, смесь, изготовленная на стадии (a), содержит:

i) смесь, содержащую:

- от 65 до 75 мас.% смеси кокса, предпочтительно кокса, в котором содержание железа составляет не более чем 0,1 мас.%, и графита,

- от 9 до 11 мас.% кремния,

- от 9 до 11 мас.% диоксида титана и

- от 8 до 11 мас.% порошка карбида кремния и углерода, в котором сумма вышеупомянутых ингредиентов составляет 100 мас.%, и

ii) по меньшей мере, один связующий материал.

Формование необожженного блока на стадии (b) можно осуществлять, используя любой способ, известный специалистам в данной области техники, в том числе такой способ, как обжим блока, экструзия, горячее прессование или виброформование.

В отношении температуры обжига, настоящее изобретение не является ограниченным определенным образом. В данном отношении хорошие результаты получаются, если на стадии (с) необожженный блок обжигают при температуре, составляющей от 700 до 1200°C, предпочтительно от 800 до 1100°C и предпочтительнее от 800 до 900°C.

Как указано выше, одна из наиболее важных отличительных особенностей настоящего изобретения заключается в том, что обожженный блок подвергают частичной графитизации на стадии (d) при температуре от 1600 до 2000°C. Удельная теплопроводность огнеупорного материала, как правило, повышается при повышении температуры частичной графитизации. Вследствие этого оказывается предпочтительным, чтобы на стадии (d) обожженный блок подвергался частичной графитизации при температуре, составляющей от 1700 до 2000°C, предпочтительнее от 1800 до 2000°C и наиболее предпочтительно от 1900 до 2000°C.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, термически обработанный блок, то есть обожженный и/или частично графитизированный блок можно пропитывать до и/или после частичной графитизации, осуществляемой на стадии (d), используя пропиточный материал, такой как, например, каменноугольная смола, нефтяная смола, пек каменноугольной смолы, нефтяной пек, полимер и подобное, чтобы заполнять поры и повышать кажущуюся плотность, механическую прочность и удельную теплопроводность конечного продукта. После пропитывания блоки подвергают повторному обжигу предпочтительно при температуре, составляющей от 700 до 1200°C, предпочтительнее при температуре, составляющей от 800 до 1100°C, и еще предпочтительнее при температуре, составляющей от 800 до 900°C, в целях обугливания пропиточного материала. Пропитывание и повторный обжиг можно осуществлять несколько раз. Предпочтительно повторный обжиг после стадии конечного пропитывания и частичную графитизацию осуществляют одновременно, т.е. как объединенную стадию, причем оказывается особенно предпочтительный, если частичная графитизация представляет собой заключительную стадию термической обработки.

Согласно следующему особенно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, стадии (c) и (d) осуществляют одновременно, то есть как объединенную стадию, особенно если блок не подвергают пропитке и повторному обжигу перед частичной графитизацией.

Вследствие высокой механической устойчивости огнеупорного материала, огнеупорный материал согласно настоящему изобретению является устойчивым в течение продолжительного времени, даже если он имеет сравнительно большие размеры. Поскольку соединения блоков, находящиеся между отдельными блоками футеровки представляют собой слабые точки футеровки, и поскольку число соединений блоков в футеровке данного размера можно уменьшать, если для футеровки используются большие блоки, оказывается предпочтительным, чтобы огнеупорный материал согласно настоящему изобретению использовали для формования изделий, имеющих сравнительно большие размеры, таких как блоки, имеющие сравнительно большие размеры, например, W × H × L, составляющие, по меньшей мере, 700×700×2500 мм.

Кроме того, настоящее изобретение относится к доменной печи, включающей внутреннюю футеровку, причем данная внутренняя футеровка содержит, по меньшей мере, один из описанных выше огнеупорных материалов.

Следующий предмет настоящего изобретения представляет собой применение вышеупомянутого огнеупорного материала во внутренней футеровке доменной печи.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно посредством неограничительного примера.

ПРИМЕР 1

Огнеупорный материал изготавливали, получая сначала смесь, содержащую:

- 74 мас.ч. смеси изотропного кокса, такого как кокс из пека каменноугольной смолы или нефтяной кокс, в котором содержание железа составляет 0,01 мас.%, и синтетического графита,

- 9 мас.ч. порошка металлического кремния, имеющего максимальный размер зерен, составляющий 63 мкм,

- 9 мас.ч. диоксида титана (рутилита), имеющего максимальный размер зерен, составляющий 45 мкм, и

- 8 мас.ч. порошка SiC-C, имеющего максимальный размер зерен, составляющий 63 мкм.

К данной смеси добавляли пек каменноугольной смолы в качестве связующего материала в таком количестве, чтобы получалась пригодная для обработки паста, то есть паста, имеющая подходящую вязкость для процесса формования.

Для стадии смешивания можно использовать, например, многолопастный смеситель.

После этого смесь формовали методом виброформования, получая необожженные блоки, каждый из которых имел размеры (W × H × L), составляющие 630×630×2500 мм, перед тем, как блоки подвергали обжигу в коксовом тумане (из измельченного кокса) при максимальной температуре, составлявшей от 850 до 1000°C.

Затем обожженные блоки подвергали частичной графитизации в дуговой электропечи Ачесона (Acheson) при конечной температуре, составлявшей 2000°C.

Блоки, получаемые данным способом, имели следующие свойства:

- кажущаяся плотность: 1,72 г/см³,

- прочность при раздавливании в холодном состоянии: 42 МПа,

- удельная теплопроводность: 45 Вт/(м·K) и

- распределение пор по размеру: суммарная открытая пористость от пор с диаметром, превышающим 1 мкм, составляла 2,7% объема образца.

Сравнительный пример 1

Изготавливали огнеупорный материал, как описано в примере 1, за исключением того, что вместо частичной графитизации при конечной температуре, составлявшей 2000°C, обожженные блоки подвергали обработке путем графитизации при 2500°C в дуговой электропечи Ачесона.

Блоки, получаемые данным способом, имели следующие свойства:

- кажущаяся плотность: 1,71 г/см³,

- прочность при раздавливании в холодном состоянии: 27 МПа,

- удельная теплопроводность: 85 Вт/(м·K) и

- распределение пор по размеру: суммарная открытая пористость от пор с диаметром, превышающим 1 мкм, составляла 7,0% объема образца.

Огнеупорный материал для футеровки доменной печи получают способом, включающим следующие стадии: a) изготовление смеси, содержащей кокс, кремний и связующий материал, b) формование необожженного блока из смеси, изготовленной на стадии (a), c) обжиг необожженного блока, изготовленного на стадии (b) и d) частичная графитизация обожженного блока, изготовленного на стадии (с), при температуре от 1600 до 2000°C. Технический результат изобретения - получение материала, обладающего высокой механической прочностью и устойчивостью к растворению в горячем металле и шлаке. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ изготовления огнеупорного материала, предназначенного для использования во внутренней футеровке доменной печи, включающий следующие стадии:
a) изготовление смеси, содержащей:
- кокс,
- кремний и
связующий материал,
b) формование необожженного блока из смеси, изготовленной на стадии (а),
c) обжиг необожженного блока, изготовленного на стадии (b) и
d) частичная графитизация обожженного блока, изготовленного на стадии (с), при температуре от 1600 до 2000°С.

2. Способ по п. 1, в котором кокс, используемый на стадии (а), содержит, по меньшей мере, 50 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, 80 мас.%, предпочтительнее, по меньшей мере, 90 мас.%, еще предпочтительнее, по меньшей мере, 95 мас.%, особенно предпочтительно, по меньшей мере, 99 мас.% и наиболее предпочтительно полностью изотропный кокс.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором кокс, используемый на стадии (а), имеет содержание железа, составляющее не более чем 0,1 мас.%, предпочтительно не более чем 0,05 мас.%, предпочтительнее не более чем 0,01 мас.%, еще предпочтительнее не более чем 0,005 мас.% и наиболее предпочтительно не более чем 0,001 мас.%.

4. Способ по п. 3, в котором смесь, изготовленная на стадии (а), дополнительно содержит графит.

5. Способ по п. 4, в котором графит представляет собой синтетический графит.

6. Способ по п. 5, в котором смесь, изготовленная на стадии (а), содержит от 60 до 85 мас.% и предпочтительно от 65 до 75 мас.% смеси кокса и графита по отношению к суммарной сухой массе огнеупорного материала.

7. Способ по п. 6, в котором смесь, изготовленная на стадии (а), содержит от 5 до 15 мас.% и предпочтительно от 8 до 12 мас.% кремния по отношению к суммарной сухой массе огнеупорного материала.

8. Способ по п. 7, в котором смесь, изготовленная на стадии (а), дополнительно содержит от 6 до 14 мас.% и предпочтительно от 8 до 12 мас.% диоксида титана по отношению к суммарной сухой массе огнеупорного материала.

9. Способ по п. 8, в котором смесь, изготовленная на стадии (а), дополнительно содержит от 4 до 15 мас.% и предпочтительно от 8 до 12 мас.% смеси порошков карбида кремния и углерода по отношению к суммарной сухой массе огнеупорного материала, который содержит, по меньшей мере, 50 мас.% карбида кремния.

10. Способ по п. 9, в котором, по меньшей мере, один связующий материал выбирают из группы, которую составляют пек каменноугольной смолы, нефтяной пек, фенолоальдегидный полимер, фурфуриловый полимер, каменноугольная смола, нефтяная смола и любая смесь двух или более вышеупомянутых материалов.

11. Способ по п. 10, в котором смесь, изготовленная на стадии (а), содержит смесь, содержащую:
- от 60 до 80 мас.% и предпочтительно от 65 до 75 мас.% смеси кокса, в котором содержание железа составляет не более чем 0,1 мас.%, и графита,
- от 7 до 12 мас.% и предпочтительно от 9 до 11 мас.% кремния,
- от 8 до 13 мас.% и предпочтительно от 9 до 11 мас.% диоксида титана и
- от 6 до 13 мас.% и предпочтительно от 8 до 11 мас.% порошка карбида кремния и углерода, причем сумма вышеупомянутых ингредиентов составляет 100 мас.%, и
по меньшей мере один связующий материал.

12. Способ по п. 11, в котором формование на стадии (b) осуществляют, используя обжим блока, экструзию, горячее прессование или виброформование.

13. Способ по п. 12, в котором на стадии (с) необожженный блок обжигают при температуре, составляющей от 700 до 1200°С, предпочтительно от 800 до 1100°С и предпочтительнее от 800 до 900°С.

14. Способ по п. 13, в котором на стадии (d) обожженный блок подвергают частичной графитизации при температуре, составляющей от 1700 до 2000°С, предпочтительно от 1800 до 2000°С и предпочтительнее от 1900 до 2000°С.

15. Способ по п. 14, в котором термически обработанный блок пропитывают до и/или после частичной графитизации, осуществляемой на стадия (d), используя пропиточный материал, предпочтительно выбранный из группы, которую составляют каменноугольная смола, нефтяная смола, пек каменноугольной смолы, нефтяной пек, полимер и смеси двух или более вышеупомянутых материалов, причем пропитанный необожженный блок подвергают повторному обжигу предпочтительно при температуре, составляющей от 700 до 1200°С, предпочтительнее при температуре, составляющей от 800 до 1100°С, и еще предпочтительнее при температуре, составляющей от 800 до 900°С.

16. Способ по п. 15, в котором стадии (с) и (d) осуществляют как объединенную стадию.

17. Огнеупорный материал для использования во внутренней футеровке доменной печи, причем указанный материал получен способом по любому из пп. 1-16.

18. Доменная печь, включающая внутреннюю футеровку, причем внутренняя футеровка содержит, по меньшей мере, один огнеупорный материал по п. 17.