Холоднонабивная подовая масса Советский патент 1993 года по МПК C25C3/06 

Изобретение относится к получению алюминия электролизом, в частности к производству футеровочных набивных масс для заполнения швов между углеродными блоками при сборке алюминиевых электролизеров и электролизеров для производства других цветных металлов.

В предлагаемом изобретении используется в качестве наполнителя подовой массы изотропного термоантрацита фюзинитово- го литотипа.

Термоантрацит Листвянского месторождения с высоким содержанием фюзини- та и его компонентов (50-80%) является наиболее приемлемым для этих целей наполнителем. При этом оптимальный результат достигается при использовании термоантрацита с истинной плотностью 1700-1750 кг/м , отражательной способностью, RA - 15-20% и микротвердостью 200- кг/мм3. Высокое содержание

фюзинитового литотипа (50%) обеспечивает изотропность свойств термоантрацита в массе. Зернистость и однородная штриховая структура фюзинитового термоантрацита определяет низкую истинную плотность за счет высокой внутричастичной пористости и высокую адсорбционную способность шихты наполнителя. Структура фюзиноли- тотипа и форма зерна термоантрацита фракции (-15+ 0,5) мм обеспечивают преобладание пластических свойств шихте наполнителя над упругими (Крел. Ку.р.). что снижает эффект упругого последствия массы-усадки - после ее уплотнения и обжига. Термоантрациты с содержанием менее 50% фюзинитов характеризуются анизотропной структурой и всеми свойствами, присущими витринитовым антрацитам как в прототипе, а именно: высокой истинной плотностью 1800 кг/м3, низкой отражательной способностью - 5-7% и микротвердостью 180-200 кг/мм2.

00

ы о

4

ю о

W

Углеродный наполнитель смешивают с жидким углеродным связующим. В качестве жидкого связующего можно использовать каменноугольный пластифицированный пек (ТУ 14-7-81-85) или смесь каменноугольного пека марки В (ГОСТ 10200-83) с поглотительным маслом (ТУ 14-107-148-87), а также смесь нефтяного пека с растворителем,

Соде рж§н ие /на пол н ител я соста в л я ет 85-87 мае.%. При «удержании термоантра- цита менее В5% масса плЪхо уплотняется в швах подины, в процессе обжига происходит большой угар массы за счет избытка связующего, что приводит к пористости и дефектности швов. При содержании термо- антрацита более 87 мас.% не уплотняется в швах из-за недостатка связующего и отсутствия связи между частицами наполнителя. При этом снижается плотность массы, прочность и стойкость к воздействию криолит- глиноземного расплава.

При смешивании предлагаемого наполнителя со связующим в результате высокой внутричастичной пористости термоантрацита и процесЬов адсорбции происходит равномерное тонкослойное распределение связующего в среде наполнителя. При нагреве эти процессы усиливаются и при обжиге происходит коксование связующего в порах термоантрацита, вызывающее пла- стические деформации и увеличение объема массы в целом.

П р и м е р 1. Для приготовления массы используют фюзинитовый термоантрацит (ТУ 48-4804-17-90) фракции (-15 + 4) мм, (-4 + 0) мм и (-0,5 + 0) мм. Шихту готовят таким образом, чтобы удельная поверхность шихты составляла 150 м2/кг. Свойства термоантрацита приведены втабл, 1.

В качестве связующего используют композиционное связующее, представляющее собой смесь каменноугольного пека марки В (ГОСТ 10200-83) и поглотительного масла (ТУ 14-107-148-87), свойства связующего: динамическая вязкость (при 30°С) - 400 МЛа с, выход коксового остатка - 38%.

Массу готовят из 85% шихты наполнителя и 15% композиционного связующего (табл. 1). Приготовление массы ведут следующим образом: в необогреваемую лабора- торную смесильную машину емкостью 3 л загружают шихту наполнителя, перемешивают без подогрева в течение 10 минут, затем добавляют связующее с температурой 80°С и перемешивают в течение 35 минут без подогрева.

После смешивания масса готова к употреблению. Испытания массы проводят в соответствии с ТУ 48-0132-06-89. От приготовленной массы берут навески по 200 г, помещают в

пресс-форму. Температура пресс-формы комнатная. Давление прессования (19,6 ± 2,0) МПа в течение 120 ± 5 с. Получают заготовки диаметром 60 мм, их замеряют, взвешивают.

Термообработку заготовок проводят путем обжига до 950°С со скоростью подъема температуры 100°С/ч, выдержкой при конечной температуре в течение 3-х ч.

Обожженные образцы взвешивают, замеряют м испытывают на механическую прочность (ГОСТ 23775-79). Объемная плотность и усадка рассчитывается по результатам обмера и взвешивания образцов.

Стойкость к воздействию криолит-глиноземного расплава определяется на обож женных образцах по известной методике. Сущность метода заключается в определении относительного удлинения образца в процессе электролиза расплава следующего состава (алюминий, криолит, глинозем, натрий фтористый).

Свойства масс в обожженном состоянии приведены в табл. 2,

П р и м е р 2. Как в примере 1. Отличие в том, что: в качестве наполнителя используют шихту термоантрацита с внешней удельной поверхностью 100 м /кг,1 массу готовят мз 86% шихты термоантрацита и 14% каменноугольного композиционного связующего.

П р и м е р 3. Как в примере 1, Отличие в том, что массу готовят из 87% шихты термоантрацита и 13% каменноугольного композиционного связующего.

П р им е р 4. Как в примере 2. Отличие в том, что в качестве связующего используют нефтяную композицию, состоящую из нефтяного крекингового пека с температурой размягчения 92°С, выходом летучих веществ 70,5% и смолы пиролиза бензина с условной вязкостью при 50°С - 4,1 с.

П р и м е р 5. Как в примере 1. Отличие втом, что в качестве наполнителя используют шихту термоантрацита с внешней удельной поверхностью 130 м2/кг; массу готовят из 86,5% шихты термоантрацита и 13,5% каменноугольного композиционного связующего.

П р и м е р 6 (на запредельное содержание компонентов массы). Как в примере 1. Отличие, в том, что массу готовят из 84% шихты наполнителя и 16% композиционного каменноугольного связующего.

Приме р.7 (на запредельное содержание компонентов массы). Как в примере 1. Отличие в том, что массу готовят из 88% шихты наполнителя и 12% композиционного каменноугольного связующего.

Примерв (на запредельные свойства наполнителя). Как в примере 1. Отличие в том, что в качестве наполнителя массы используют витринитовый термоантрацит (ГОСТ 4794-75) со следующими свойствами: истинная плотность - 1810 кг/м3; отражательная способность, RA - 7%; микротвердость - 182 кг/мм2. Массу готовят из 86% шихты наполнителя и 14% каменно-уголь- ного композиционного связующего.

П р и м е р 9 (по прототипу). Для приготовления углеродсодержащей массы используют в качестве наполнителя смесь термоантрацита фракции (-4 + 0) мм Донецкого месторождения (ГОСТ 4794-54), искус- ственного графита фракции (-0,5 + 0) мм (ГОСТ 4226-71), каменноугольного кокса (- 0,5 + 0) мм (ГОСТ 3310-71). Максимальный размер фракции наполнителя 4 мм.

Гранулометрический состав шихты на- полнителя: Размер фракций,

мм-4+1,25-1,25 + 0.071-0,071

Содержание

фракций, % 264925

В качестве связующего используют каменноугольный пластифицированный пек (ТУ 14-7-81-86).

Свойства связующего:

Условная вязкость при 50°С 15

Коксовый остаток, %34

Массу готовят в гтромышленных условиях из 87% наполнителя указанного гранулометрического состава и 13% пластифицированного связующего.

Приготовление массы ведут следующим образом: в подогреваемый смеситель емкостью 2000 л загружают шихту наполнителя и перемешивают в течение 15 мин, затем добавляют связующее с -температурой 80°С и перемешивают в течение 45 мин. Полученная охлажденная масса готова к употреблению.

Испытание массы проводят в еоответст- вии с ТУ 48-12-57-89 Масса подовая холод- нонабивная для алюминиевых электролизеров, от приготовленной массы берут навески по 200 г, помещают в пресс- форму и уплотняют при комнатной темпера- туре под давлением (19,6 ±2)МПавтечение 120 ± 5с. Получают заготовки диаметром 60 мм, которые замеряют, взвешивают.

Термообработку заготовок производят путем обжига до 950°С со скоростью подь- ема температуры 100°С/ч и выдержкой при конечной температуре в течение 3-х ч.

Обожженные образцы взвешивают, замеряют рассчитывают объемную плотность,

усадку. Испытания на механическую прочность проводят по ГОСТ 23775-79. Стойкость к воздействию криолит-глиноземного расплава - по ТУ 48-12-21-85.

Свойства массы в необожженном и обожженном состоянии приведены в табл. 2.

Данные табл. 2 показывают, что использование предлагаемой массы позволяет повысить качество межблочных швов за счет расширения массы в швах при обжиге подины до 3,8%, что повышает монолитность подины и эксплуатационную стойкость в сравнении с прототипом. Применение термоантрацита с содержанием фюзинолитов более 50% позволяет обеспечить расширение массы на его основе при обжиге и повысить ее стойкость к воздействию криолит-глиноземного расплава (Кс) до 0,70%. Одновременно улучшаются прочностные свойства шва и снижается пористость.

Выход за заявляемые пределы по свойствам термоантрацита (пример 8) неюбеспе- чивает достижения поставленной цели. В этом случае показатели качества массы находятся на уровне известной массы.

Выход за заявляемые пределы по содержанию компонентов (примеры 6, 7) также не обеспечивают монолитности и стойкости массы. Недостаток связующего (пример 7) приводит к получению сухой массы с низкой уплотняемостью, что отражается в дальнейшем на свойствах в обожженном состоянии. Избыток связующего (пример 6) приводит к получению жирной массы. При уплотнении такой массы происходит образование толстых прослоек связующего, которые при обжиге приводят к усадке, а также повышению пористости, что отражается на стойкости массы к криолит- глиноземному расплаву, наблюдается его повышенная фильтрация.

Изобретение применимо при изготовлении футеровочной набивной массы для заполнения швов между углеродными блоками при сборке алюминиевых электролизеров и позволяет повысить качество межблочных швов и как следствие повысить срок службы электролизеров.

Формула изобретения

1. Холоднонабивная подовая масса, включающая жидкое углеродное связующее и углеродный наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит 13-15 мас.% жидкого углеродного связующего и 85-87% углеродного наполнителя - термоантрацита - со следующими характеристиками:

Содержание фюзинолитов

не менее %50 Истинная плотность, кг/м 1700-1800

Микротвердость, кг/мм2200-250

2, Масса по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что она содержит термоантрацит с максимальным размером зерна 15 мм и удельной поверхностью 100-150 м2/кг.

Использование: изобретение относится к получению алюминия электролизом, в частности к производству футеровочных набивных масс для заполнения швов между углеродными блоками при сборке алюминиевых электролизеров. Сущность изобретения: подовая холоднонабивная масса содержит 13-15мас.% жидкого углеродного связующего и 85-87% углеродного наполнителя - термоантрацита со следующими характеристиками: содержания фюзиноли- тов не менее 50%, истинная плотность, 1700-1800 кг/м3. микротвердость 200-250 кг/мм . 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Т блиц 1

ТабяицаЗ