(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) (13) B1

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl7: C21B 7/06 C04B 35/528 (54) Sposób wytwarzania węglowego materiału ognioodpornego dla wielkiego pieca (30) Pierwszeństwo: ,JP, (73) Uprawniony z patentu: Nippon Steel Corporation, Tokio, JP Nippon Electrode Company, Ltd., Tokio, JP (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 06/96 (72) Twórcy wynalazku: Hitoshi Nakamura, Kimitsu City, JP Yorihito Mikami, Ohita City, JP Yutaka Takusagawa, Ihara-Gun, JP Tsutomu Wakasa, Fuji City, JP (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/00 (74) Pełnomocnik: Szlagowska-Kiszko Teresa, POLSERVICE (57) 1. Sposób wytwarzania węglowego materiału ognioodpornego dla wielkiego pieca poprzez łączenie grubych ziaren, drobnych ziaren i cząsteczek agregatów węglowych, znamienny tym, że stosuje się, jako agregat gruboziarnisty, sztuczny agregat gruboziarnisty, który uzyskuje się dodając organiczne lepiszcze do 100 części mieszaniny, złożonej z części materiału węglowego o dużej przewodności cieplnej i zawartości grafitu płatkowego równej 70% lub więcej,5-15 części proszku tlenku glinu i 5-15 części proszku metalicznego krzemu, a następnie ugniatając, odlewając, wypalając, krusząc i przesiewając mieszaninę. PL B1

2 Sposób wytwarzania węglowego materiału ognioodpornego dla wielkiego pieca Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wytwarzania węglowego materiału ognioodpornego dla wielkiego pieca poprzez łączenie grubych ziaren, drobnych ziaren i cząsteczek agregatów węglowych, znamienny tym, że stosuje się, jako agregat gruboziarnisty, sztuczny agregat gruboziarnisty, który uzyskuje się dodając organiczne lepiszcze do 100 części mieszaniny, złożonej z części materiału węglowego o dużej przewodności cieplnej i zawartości grafitu płatkowego równej 70% lub więcej, 5-15 części proszku tlenku glinu i 5-15 części proszku metalicznego krzemu, a następnie ugniatając, odlewając, wypalając, krusząc i przesiewając mieszaninę. 2. Sposób wytwarzania węglowego materiału ognioodpornego dla wielkiego pieca poprzez łączenie grubych ziaren, drobnych ziaren i cząsteczek agregatów węglowych, znamienny tym, że jako agregat gruboziarnisty stosuje się sztuczny agregat gruboziarnisty, który uzyskuje się dodając organiczne lepiszcze do 100 części mieszaniny, złożonej z części materiału węglowego o dużej przewodności cieplnej, zawierającego 70% lub więcej sztucznego grafitu o rozmiarach cząsteczek 1 mm lub mniej, 5-15 części proszku tlenku glinu i 5-15 części proszku metalicznego krzemu, a następnie ugniatając, odlewając, wypalając, krusząc i przesiewając mieszaninę. 3. Sposób wytwarzania węglowego materiału ognioodpornego dla wielkiego pieca przez łączenie grubych ziaren, drobnych ziaren i cząsteczek agregatów węglowych, znamienny tym, że jako agregat gruboziarnisty stosuje się sztuczny agregat gruboziarnisty, który uzyskuje się dodając organiczne lepiszcze do 100 części mieszaniny, złożonej z części materiału węglowego o dużej przewodności cieplnej i zawierającej 70% lub więcej mieszaniny grafitu płatkowego i sztucznego grafitu o rozmiarach cząsteczek 1 mm lub mniej, 5-15 części proszku tlenku glinu i 5-15 proszku metalicznego krzemu, a następnie ugniatając, odlewając, wypalając, krusząc i przesiewając mieszaninę. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania węglowego materiału ognioodpornego dla wielkiego pieca. Chodzi tu o węglowy materiał ognioodporny w postaci dużych bloków, odpowiednich do wykładania ścian bocznych i części dennych zbiornika wielkiego pieca. Węglowe materiały ognioodporne są zwykle wytwarzane poprzez dodanie organicznego lepiszcza, takiego jak smoła węglowa, żywica fenolowa, itd. do agregatów węglowych, takich jak koks, sztuczny grafit, grafit płatkowy, grafit amorficzny lub prażony antracyt, a następnie ugniatanie mieszaniny i formowanie mieszaniny przez wytłaczanie lub odlewanie ciśnieniowe, a następnie wypalanie odlanego produktu w osłonie z miału koksowego. Węglowe materiały ognioodporne mają doskonałą przewodowość cieplną i odporność na żużel w porównaniu z cegłami ognioodpornymi. Ponieważ łatwo jest również wytwarzać duże bloki z węglowych materiałów ognioodpornych, są one używane od dawna do wykładania komór wielkich pieców. Jednakże nie uzyskiwano zadowalającej trwałości węglowych materiałów ognioodpornych. Uszkodzenia wykładzin z węglowych materiałów ognioodpornych wewnątrz wielkich pieców następują w wyniku rozpuszczania się związków węgla w płynnym metalu, zniszczeń strukturalnych, towarzyszących wnikaniu płynnego metalu w pory, powstawania pęknięć w wyniku zmian temperatury przy wnikaniu i reakcji z parami zasadowymi i cynkowymi, tworzenia się pęknięć w wyniku cieplnych naprężeń, itd.

3 Proponowano i wdrażano różne rozwiązania odnośnie składu, warunków wytwarzania, sposobów eksploatacji itd. węglowych materiałów ognioodpornych, aby przedłużyć ich trwałość. W japońskim opisie patentowym nr Sho przedstawiono węglowe materiały ognioodporne dla wielkiego pieca, charakteryzujące się niską podatnością na erozję wywoływaną przez płynny metal, uzyskiwaną poprzez wybór prażonego antracytu o niskiej podatności na erozję wywoływaną przez płynny metal (1/7 podatności koksu pakowego, 1/4 podatności sztucznego grafitu, 1/2 podatności amorficznego grafitu) i dodawanie do tego antracytu 2-30% tlenków metali, takich jak tlenek glinowy alfa, cyrkon, tlenek magnezowy. W japońskim opisie patentowym nr Sho przedstawiono sposób wytwarzania wielkopiecowych, węglowych materiałów ognioodpornych, w których 5-15 części proszku metalicznego krzemu i części smoły węglowej jest dodawane do części agregatu węglowego, złożonego głównie z antracytu, a następnie mieszanina jest ugniatana, odlewana i wypalana tak, że tworzą się związki krzemowe w postaci włoskowych kryształów wewnątrz porów węglowego materiału ognioodpornego, co prowadzi do zmniejszenia porów o rozmiarach 1 μm lub więcej, w które płynne żelazo może wnikać, przez co uzyskuje się zmniejszenie wnikania płynnego żelaza i aktywnych gazów. W japońskim opisie patentowym nr Sho przedstawiono sposób wytwarzania wielkopiecowych, węglowych materiałów ognioodpornych, charakteryzujący się tym, że ugniata się mieszaninę, składającą się z części grafitu płatkowego o wielkości cząsteczek 0,3-3 mm, części sztucznego grafitu o rozmiarach cząsteczek 0,1-4,5 mm, części proszku karbidu krzemowego o wielkości cząsteczek 0,074 mm lub mniejszej i 5-15 części proszku metalowego, dodaje organiczne rozpuszczalniki i roztwór żywicy fenolowej jako lepiszcze, a następnie dodaje proszek z żywicy fenolowej i znów ugniata, po czym odlewa, suszy i wypala. Węglowe materiały ognioodporne wykonane w powyższy sposób były zadowalające, posiadając wysoką przewodność cieplną i małą przepuszczalność i charakteryzowały się niskim wnikaniem płynnego metalu i słabym rozpuszczaniem węgla. Jednakże, ponieważ grafit płatkowy był używany tak, jak on występuje, w formie płatków, jego silne skłonności do przyjmowania jednej orientacji stanowiły dużą wadę. Inaczej mówiąc, chociaż właściwości w kierunku równoległym do ułożenia cząsteczek były wspaniałe, cieplna przewodność i odporność na zginanie w kierunku prostopadłym były niezadowalające. Ponadto, chociaż bloki średniej wielkości mogły być wytwarzane z takiego materiału, to kiedy spróbowano wytwarzać duże bloki, np. o rozmiarach 600 x 700 x 2500 mm, sprężynowanie podczas odlewania było duże, łatwo tworzyły się uwarstwienia i pęknięcia, dając niski uzysk produkcji. W celu zapobieżenia zniszczeniu wielkopiecowych, węglowych materiałów ognioodpornych, trzeba: 1) zmniejszyć rozpuszczalność węgla w płynnym metalu, 2) zmniejszyć rozmiary porów dla zredukowania wnikania płynnego metalu i gazów aktywnych i 3) zwiększyć cieplną przewodność dla zmniejszenia rozmiarów uszkodzeń wywoływanych przez naprężenia cieplne. Węglowe materiały ognioodporne wewnątrz wielkiego pieca nie są niszczone jednorodnie, zaś poziom uszkodzeń zależy od miejsca. Korzystne jest zastosowanie węglowych materiałów ognioodpornych o wysokiej przewodności cieplnej w miejscach, gdzie występują silne uszkodzenia i zwiększenie poziomu zabezpieczenia tych sekcji poprzez oddalenie linii krzepnięcia płynnego metalu o temperaturze 1150 C od płaszcza pieca. Dodanie sztucznego grafitu lub grafitu płatkowego jest efektywne dla zwiększenia przewodności cieplnej antracytowych materiałów ognioodpornych o cieplnej przewodności 13W/(m.K). Jednakże, agregaty ze sztucznego grafitu posiadaj ą duże pory, o rozmiarach 1 μm lub więcej, w które płynny metal może łatwo wnikać, zaś poziom rozpuszczalności węgla w płynnym metalu jest również wysoki. W przypadku agregatów grafitu płatkowego, łatwo dochodzi do powstawania uwarstwień w wyniku silnego zorientowania cząsteczek i wytwarzanie dużych bloków jest trudne, jak opisano powyżej. Ogólnie, do wytwarzania dużych bloków materiałów ognioodpornych dla wielkich pieców itp. używa się agregatów, złożonych w 20-45% z grubych ziaren, o rozmiarach 1-5 mm lub 1-10 mm. Jeśli wśród ziaren jest mało ziaren grubych, silne kurczenie się podczas procesu wypalania zmniejsza uzysk produkcji, występują pęknięcia podczas wypalania, a zatem wytwarzanie dużych

4 bloków jest utrudnione. Jeśli grafit płatkowy jest używany w formie płatków jako agregat gruboziarnisty, powoduje to zjawiska typu sprężynowania podczas odlewania. Dalej, jeśli dodawane są grube ziarna sztucznego grafitu, wówczas ziarna, które znajdą się na obrobionej powierzchni wielkopiecowego materiału ognioodpornego rozpuszczą się szybko w płynnym metalu, powodując ospowatą erozję powierzchni i przyczyniając się do wnikania erozji do wnętrza struktury. Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania materiału ognioodpornego dla wielkiego pieca w postaci dużych bloków, przy czym bloki te mąją rozmiary do 600x700x2500 mm, charakteryzują się niską podatnością na erozję przez płynny metal i związki zasadowe oraz posiadają wysoką przewodność cieplną. Sposób wytwarzania węglowego materiału ognioodpornego dla wielkiego pieca poprzez łączenie grubych ziaren, drobnych ziaren i cząsteczek agregatów węglowych odznacza się według wynalazku tym, że stosuje się, jako agregat gruboziarnisty, sztuczny agregat gruboziarnisty, który uzyskuje się dodając organiczne lepiszcze do 100 części mieszaniny, złożonej z części materiału węglowego o dużej przewodności cieplnej i zawartości grafitu płatkowego równej 70% lub więcej, 5-15 części proszku tlenku glinu i 5-15 części proszku metalicznego krzemu, a następnie ugniatając, odlewając, wypalając, krusząc i przesiewając mieszaninę. Sposób wytwarzania węglowego materiału ognioodpornego dla wielkiego pieca poprzez łączenie grubych ziaren, drobnych ziaren i cząsteczek agregatów węglowych charakteryzuje się według wynalazku również tym, że jako agregat gruboziarnisty stosuje się sztuczny agregat gruboziarnisty, który uzyskuje się dodając organiczne lepiszcze do 100 części mieszaniny, złożonej z części materiału węglowego o dużej przewodności cieplnej, zawierającego 70% lub więcej sztucznego grafitu o rozmiarach cząsteczek 1 mm lub mniej, 5-15 części proszku tlenku glinu i 5-15 części proszku metalicznego krzemu, a następnie ugniatając, odlewając, wypalając, krusząc i przesiewając mieszaninę. Sposób wytwarzania węglowego materiału ognioodpornego dla wielkiego pieca przez łączenie grubych ziaren, drobnych ziaren i cząsteczek agregatów węglowych odznacza się według wynalazku tym, że jako agregat gruboziarnisty stosuje się sztuczny agregat gruboziarnisty, który uzyskuje się dodając organiczne lepiszcze do 100 części mieszaniny, złożonej z części materiału węglowego o dużej przewodności cieplnej i zawierającego 70% lub więcej mieszaniny grafitu płatkowego i sztucznego grafitu o rozmiarach cząsteczek 1 mm lub mniej, 5-15 części proszku tlenku glinu i 5-15 proszku metalicznego krzemu, a następnie ugniatając, odlewając, wypalając, krusząc i przesiewając mieszaninę. Zgodnie z wynalazkiem opracowano sposoby wytwarzania dużych bloków węglowych materiałów ognioodpornych dla wielkiego pieca, charakteryzujące się stosowaniem sztucznego agregatu gruboziarnistego o rozmiarach ziaren na przykład 1-5 mm, przy czym agregat wykonuje się w następujących etapach: - wykonanie bloku węglowego, odpornego na płynny metal i zasady, z niskąprzepuszczalnością i dobrą przewodnością cieplną, poprzez dodanie organicznego lepiszcza do mieszaniny złożonej z części surowego materiału węglowego, o dużej przewodności cieplnej, zawierającego 70% i więcej grafitu płatkowego lub sztucznego grafitu, o rozmiarach ziaren 1 mm lub mniej lub mieszaninę obu typów grafitu, 5-15 części proszku aluminiowego i 5-15 części proszku metalicznego krzemu, a następnie poprzez ugniatanie, odlewanie i wypalanie mieszaniny; oraz poprzez procesy kruszenia i przesiewania bloku węglowego. Elektrody UHP, które mają wysoką przewodność cieplną wśród elektrod wykonanych ze sztucznego grafitu, używanych do wytapiania stali, są preferowane jako surowiec zawierający sztuczny grafit. Jeśli rozmiary ziaren surowca ze sztucznym grafitem przewyższają 1 mm, ziarna sztucznego grafitu, odsłonięte na obrobionej powierzchni wielkopiecowego materiału ognioodpornego łatwo rozpuszczają się i wywołują ospowatą erozję. Aby zapewnić odporność na płynny metal, muszą być dodawane tlenek glinu i metaliczny krzem, zaś rozmiary ziaren surowca ze sztucznym grafitem muszą być równe 1 mm lub mniej. Jeśli chodzi o grafit płatkowy, ponie-

5 waż dostępne na rynku materiały mają maksymalne rozmiary ziaren około 3 mm, i ponieważ mają one formę płatków, nie ma potrzeby specyfikowania maksymalnego rozmiaru ziaren. Ilość dodawanego proszku tlenku glinowego wynosi korzystnie 5-15%. Dodawanie mniej niż 5% jest niewystarczające, zaś więcej niż 15% obniży cieplną przewodność. Te same efekty można uzyskać poprzez dodanie proszków wysoce ogniotrwałych tlenków metali, takich jak cyrkon i tlenek magnezu, zamiast tlenku glinu. Zawartość proszku metalicznego krzemu jest korzystnie 5-15%, gdyż efekt redukcji rozmiarów porów będzie zbyt słaby przy zawartości mniejszej niż 5%, zaś przy ilościach większych niż 15% rośnie ilość metalicznego krzemu, który nie wszedł w reakcję. Jako organiczne lepiszcze mogą być użyte smoła węglowa lub żywica fenolowa. Przy wytwarzaniu bloku węglowego, odpornego na płynny metal i zasady, o niskiej przepuszczalności i o dobrej przewodności cieplnej, przez ugniatanie, odlewanie i wypalanie mieszaniny wykonanej przez dodanie proszku tlenku glinu, proszku metalicznego krzemu i lepiszcza organicznego do grafitu płatkowego i wytwarzanie sztucznego agregatu uzyskiwanego poprzez kruszenie i przesiewanie bloków, eliminuje się orientację, która jest charakterystyczna dla płatkowego grafitu, i wielkopiecowe, węglowe materiały ognioodporne o niskiej anizotropii i wysokiej przewodności cieplnej mogą być wytwarzane z dużymi uzyskami. Poprzez wykonywanie sztucznego agregatu, uzyskiwanego poprzez dodanie proszku tlenku glinu, proszku metalicznego krzemu i organicznego lepiszcza do sztucznego grafitu o rozmiarach cząsteczek 1 mm lub mniej, a następnie ugniatanie, odlewanie, wypalanie, kruszenie i przesiewanie, zapobiega się erozji wywoływanej przez oddziaływanie grubych ziaren i płynnego metalu, a dzięki temu eliminuje się ospowatą erozję, zaś przewodność cieplna jest polepszona. Erozja wywoływana przez płynny metal w materiałach węglowych ma ścisły związek z czystością materiału węglowego. W przypadku materiałów węglowych o dużej zawartości popiołu, na powierzchni wytwarza się ochronna warstwa popiołu po rozpuszczeniu się węgla w płynnym metalu. Zapobiega to kontaktowaniu się węgla z płynnym metalem, a zatem zapobiega dalszemu rozpuszczaniu się węgla w płynnym metalu. Sztuczny grafit ma niską zawartość popiołu i łatwo jest erodowany przez płynny metal, gdyż nie jest wytwarzana ochronna warstwa. Jednakże, kiedy sproszkowany tlenek glinu dodaje się do sztucznego grafitu o rozmiarach ziaren 1 mm lub mniej, jak w wynalazku, cząsteczki tlenku glinu rozpraszają się w organicznym lepiszczu i pokrywają powierzchnię agregatu ze sztucznego grafitu. Silna warstwa ochronna, która zapobiega erodowaniu przez płynny metal, formuje się wówczas natychmiast, kiedy płynny metal zetknie się z węglem i rozpocznie erozję. Dalej, w procesie wypalania surowej bryły w osłonie z miału koksowego, dodane cząsteczki metalicznego krzemu reagują z cząsteczkami gazów N2 i CO i tworzą liczne włoskowe kryształy krzemu wewnątrz porów poprzez mechanizm GSC (faza gazowa, stała, ciekła) i redukują rozmiary porów. Przepuszczalność węglowych materiałów ognioodpornych jest w ten sposób zredukowana, zaś płynny metal i gazy reakcyjne nie mogą do nich wnikać. Chociaż płatkowy grafit nie jest silnie erodowany przez płynny metal, gdyż zawiera około 10% popiołu, dodanie tlenku glinu i metalicznego krzemu poprawia jeszcze bardziej odporność na płynny metal. Węglowy surowiec do wytwarzania sztucznego agregatu musi zawierać 70% lub więcej grafitu płatkowego lub sztucznego grafitu o wysokiej przewodności cieplnej lub ich kombinację. Jeśli zawartość ich jest mniejsza niż 70%, nie można uzyskać wielkopiecowego materiału ognioodpornego. Chociaż występuje tendencja do powstawania pęknięć przy wypalaniu dużych bloków, to w przypadku sztucznych agregatów gruboziarnistych, nie stanowi to problemu, ponieważ podczas wytwarzania agregatu nie występują grube ziarna, gdyż wytwarzane bloki są kruszone. Jednakże, aby zapobiec pęknięciom podczas wypalania wielkopiecowych materiałów ognioodpornych, konieczne je s t, aby agregat z grubymi ziarnami był stabilny termicznie. Podczas wytwarzania sztucznego agregatu korzystne jest zatem ustalenie temperatury wypalania bliskiej temperatury wypalania wielkopiecowego materiału ognioodpornego. Uzyskany w ten sposób sztuczny agregat gruboziarnisty ma mniejsze średnie rozmiary porów i większą odpo-

6 mość na płynny metal niż gruboziarniste agregaty z płatkowego grafitu, sztucznego grafitu, amorficznego grafitu, prażonego antracytu, koksu itp. W przypadku, gdy wielkopiecowy, węglowy materiał ognioodporny uzyskuje się przez łączenie drobnych ziaren i proszku sztucznego grafitu, proszku tlenku glinu i proszku metalicznego krzemu ze sztucznym agregatem gruboziarnistym zgodnie z wynalazkiem, zawierającym sztuczny grafit jako główny składnik, a następnie dodanie organicznego lepiszcza do uzyskanego związku, a następnie ugniatanie, odlewanie i wypalanie w około 1250 C, kruszone ziarna uzyskanego w ten sposób węglowego materiału ognioodpornego można uważać za równoważne ze sztucznym agregatem gruboziarnistym według wynalazku. Pokruszone ziarna wspomnianego węglowego materiału ognioodpornego mogą być ponownie użyte jako sztuczny agregat gruboziarnisty do produkcji wielkopiecowego, węglowego materiału ognioodpornego. Jednakże ponowne użycie nie jest możliwe, jeśli został zastosowany grafit płatkowy, gdyż dodanie cząsteczek płatkowego grafitu utrudnia wytwarzanie dużych bloków węglowego materiału ognioodpornego dla wielkich pieców, ze względu na ich charakterystyczną orientację, nawet przy zastosowaniu sztucznego agregatu gruboziarnistego. Przedmiot wynalazku jest opisany dokładniej w przykładach wykonania. I. Przygotowano surowiec węglowy, złożony z 94% płatkowego grafitu przez dodanie 5 części pyłu węglowego do 85 części grafitu płatkowego o rozmiarach cząsteczek 0,15-3 mm. Proszek tlenku glinu, proszek metalicznego krzemu i jako 14 pozostałych części lepiszcze, złożone z żywicy fenolowej i smoły węglowej dodano zgodnie z proporcjami podanymi dla przykładu I w Tabeli 1. Proporcje dla sztucznych agregatów gruboziarnistych z płatkowego grafitu. Następnie mieszanina została dobrze ugnieciona i odlana w bloki o wymiarach 640 x 720 x 2500 mm, przy ciśnieniu odlewania 20 MPa. Odlane wyroby wypalono następnie w osłonie z miału koksowego w temperaturze 1250 C dla wytworzenia bloków dla sztucznego agregatu gruboziarnistego. Podczas wypalania powstały pęknięcia w 80% bloków. Przewodność cieplna bloków wynosiła 112W/(m.K) w kierunku równoległym do orientacji cząsteczek, zaś wytrzymałość na zginanie była 16 MPa w kierunku równoległym do orientacji cząsteczek i 4,7 MPa w kierunku prostopadłym do orientacji cząsteczek. Bloki były kruszone i przesiewane dla przygotowania sztucznego, gruboziarnistego agregatu o rozmiarach ziaren 1-5 mm. Następnie wytwarzano wielkopiecowy, węglowy materiał ognioodporny, stosując powyższy, sztuczny agregat gruboziarnisty, zgodnie z proporcjami przedstawionymi dla przykładu I w tabeli 2. Chociaż ugniatanie, odlewanie, wypalanie i inne procesy wytwórcze były takie, jak opisano powyżej, to jednak, ponieważ sztuczny agregat gruboziarnisty był wykonany według opisanego sposobu, uzyskiwano satysfakcjonujący uzysk wypalania rzędu 99%, przy czym nie zauważono tworzenia się warstw. Jak pokazano w kolumnie dla przykładu I w tabeli 2, w stosunku do właściwości produktu, przewodność cieplna i odporność na płynny metal były wspaniałe, zaś anizotropia, charakterystyczna dla płatkowego grafitu, została usunięta, co poprawiło wytrzymałość w kierunku prostopadłym. II. Sztuczny agregat gruboziarnisty został przygotowany przy użyciu tego samego sposobu wytwarzania gruboziarnistego agregatu, co w przykładzie I, z wyjątkiem tego, że zawartość płatkowego grafitu w materiale surowym została ustalona na 72% przez dodanie prażonego antracytu, jak widać w proporcjach dla przykładu II gruboziarnistego agregatu w tabeli 1. Gruboziarnisty agregat został następnie użyty do wytworzenia węglowego materiału ognioodpornego dla wielkich pieców. Jak pokazano w tabeli 2, w stosunku do właściwości produktu, przewodność cieplna w kierunku równoległym do orientacji cząsteczek była 30W/(mK) lub więcej, wytrzymałość na zginanie i odporność na płynny metal i zasady były również dobre.

7 Tabela 1 Proporcje i właściwości sztucznych agregatów gruboziarnistych z płatkowego grafitu Surowy materiał węglowy (części) Prz. I Prz. II Prz. III Por. I Grafit płatkowy (0,1 5-3 mm) Sztuczny grafit (0,074-1 mm) Prażony antracyt (0,074-1 mm) Jak wyżej (0,074 mm lub mniej) Pył węglowy Zawartość grafitu (%) (94) (72) (72) (44) Proszek tlenku glinu a Proszek metalicznego krzemu Lepiszcze organiczne Przewodność cieplna palonego produktu W/(mK) równolegle prostopadle Tabela 2 Proporcje i właściwości węglowych materiałów ognioodpornych dla wielkich pieców (sztuczne agregaty gruboziarniste płatkowego grafitu) Proporcje agregatu (części) I II V por. I por. II Grube ziarna (1-5 mm) Prażony antracyt Grafit płatkowy Sztuczny agregat gruboziarnisty Drobne ziarna (0,074-1 mm) Prażony antracyt Sztuczny grafit Grafit płatkowy Proszek (0,074 mm lub mniej) Prażony antracyt Sztuczny grafit Proszek tlenku glinu a Proszek metal, krzemu Lepiszcze organiczne (części) Właściwości Gęstość 1,77 1,74 1,76 1,70 1,76 Wytrzym. na zginanie (MPa) równolegle prostopadle ,4 Przewodność cieplna (W/(mK)) równolegle prostopadle Współczynnik erozyjności płynnego metalu 1) faktura powierzchni gładka gładka gładka gładka gładka Odporność na zasady (%) 2) 0,35 0,46 0,30 0,55 0,59 1) Względna wartość, dla której objętość porównawczego przykładu V zerodowanego przez płynny metal jest przyjęta za równą 100 2) Wzrost objętości po utrzymywaniu w osłonie koksowo-zasadowej (koks K2CO3 = 1 4) w temperaturze 1300 C przez 30 godzin, a następnie ochłodzeniu do temperatury pokojowej.

8 porównawczy I. Sztuczny agregat gruboziarnisty przygotowano w ten sam sposób, jak przy wytwarzaniu gruboziarnistego agregatu z przykładu I z wyjątkiem tego, że zawartość płatkowego grafitu w surowym materiale węglowym była ustalona na 44%, jak pokazano w proporcjach dla gruboziarnistego agregat oznaczonego jako przykład por. I w tabeli 1. Następnie gruboziarnisty agregat zastosowano do wykonania węglowego materiału ognioodpornego dla wielkich pieców. Jak pokazano w tabeli 2, pod względem właściwości produktu, przewodność cieplna była niska i nie było istotnych różnic w stosunku do produktów tradycyjnych. porównawczy II. Wielkopiecowy, węglowy materiał ognioodporny wykonano takim samym sposobem, jakim wytworzono gruboziarnisty agregat w przykładzie I z wyjątkiem tego, że nie użyto sztucznego agregatu gruboziarnistego według wynalazku, natomiast użyto konwencjonalną mieszaninę prażonego antracytu i płatkowego grafitu jako grube ziarna, jak widać w tabeli 2. W przypadku przykładu porównawczego II wystąpiły znaczne uwarstwienia, uzysk prażenia był 70%, wystąpiła duża anizotropia, zaś wytrzymałość i przewodność cieplna były niskie w kierunku prostopadłym do orientacji cząsteczek (w kierunku wywierania nacisku podczas odlewania). III. Proporcje materiału surowego dla wytwarzania gruboziarnistego agregatu sztucznego grafitu są pokazane w tabeli 3. Surowy materiał węglowy, złożony w 94% ze sztucznego grafitu, przygotowano w oparciu o proporcje dla gruboziarnistego agregatu dla przykładu III poprzez zmieszanie 45 części drobnoziarnistego sztucznego grafitu, o rozmiarach ziaren 0,074-1 mm, uzyskanego przez sproszkowanie elektrod grafitowych UHP, stosowanych przy wytapianiu stali, 35 części proszku grafitowego UHP o rozmiarach cząsteczek 0,074 mm lub mniej i 5 części pyłu węglowego. Do tego dodano i zmieszano 7 części proszku tlenku glinu i 8 części proszku metalicznego krzemu. Następnie dodano mieszaninę żywicy fenolowej i smoły węglowej jako lepiszcza, stanowiącego 25 pozostałych części mieszaniny. Bloki sztucznego agregatu gruboziarnistego były wytwarzane w ten sam sposób, jak przy wytwarzaniu gruboziarnistych agregatów z przykładu I. Chociaż pęknięcia występowały w 60% bloków podczas procesu wypalania, właściwości były dobre, przy przewodności cieplnej 38 W/(mK) i współczynniku erozyjności w stosunku do płynnego metalu równym 54. Blok pokruszono i przesiano dla wytworzenia sztucznych agregatów gruboziarnistych o rozmiarach ziaren 1-5 mm. Wielkopiecowy, węglowy materiał ognioodporny został wytworzony przy zastosowaniu tego sztucznego agregatu gruboziarnistego, zgodnie z proporcjami przedstawionymi dla przykładu III w tabeli 4 i w ten sam sposób, jak w przykładzie I. Ponieważ sztuczny agregat gruboziarnisty składał się z połączonych ziaren, podczas wypalania pęknięcia występowały rzadko i uzyskiwano uzysk z wypalania około 99,5%. Produkt miał wspaniałą przewodność cieplną i odporność na zasady i płynny metal, jak pokazano w tabeli 4, zaś ospowata erozja, powodowana przez płynny metal, nie występowała. IV. Węglowy materiał surowy, złożony w 71 % ze sztucznego grafitu przygotowano przez dodanie antracytu, zgodnie z proporcjami dla gruboziarnistego agregatu z przykładu IV, pokazanego w tabeli 3. Do tego dodano tlenek glinu, metaliczny krzem i lepiszcze i wytworzono bloki sztucznego agregatu gruboziarnistego w ten sam sposób, jak przy wytwarzaniu gruboziarnistego agregatu z przykładu I. Przewodność cieplna bloku była 32 W/(mK). Następnie wykonano wielkopiecowy, węglowy materiał ognioodporny przy użyciu sztucznego agregatu gruboziarnistego o rozmiarach cząsteczek 1-5 mm, przygotowanego poprzez pokruszenie powyższych bloków i zgodnie z proporcjami dla przykładu IV, pokazanymi w tabeli 4 i w ten sam sposób, jak dla przykładu I. Jak pokazano w tabeli 4, pod względem właściwości produktu, przewodność cieplna przewyższała wymaganą wartość 30 W/(mK), odporność na zasady i płynny metal były wspaniałe, zaś ospowata erozja ze strony płynnego metalu nie była widoczna.

9 Surowy materiał węglowy (części) Tabela 3 Proporcje dla sztucznych agregatów gruboziarnistych sztucznego grafitu Sztuczny grafit (0,074-1mm) Sztuczny grafit (0,074 mm lub mniej) Prażony antracyt (0,074-lmm) Jak wyżej (0,074 mm lub mniej) III IV por. HI Pył węglowy (Zawartość sztucznego grafitu (%)) (94) (71) (47) Proszek tlenku glinu α Proszek metalicznego krzemu Lepiszcze organiczne Proporcje agregatów Tabela 4 Proporcje i właściwości węglowych materiałów ognioodpornych dla wielkich pieców (sztuczny agragat gruboziarnisty sztucznego grafitu) 3 4 por. 3 por. 4 por. 5 Grube ziarna (1-5 mm) Prażony antracyt (części) Sztuczny grafit Sztuczny agregat gruboziarnisty Drobne ziarna (0,074-1 mm) Sztuczny grafit Proszek (0,074 mm lub mniej) Sztuczny grafit Pył węglowy Proszek tlenku glinu α Proszek metal, krzemu Lepiszcze organiczne (części) Właściwości Zaw. popiołu (%) 21,5 21,7 21,9 15,7 17,3 Gęstość 1,79 1,77 1,75 1,77 17,4 Wytrzym. na ściskanie (MPa) Przewodność cieplna (W/(mK)) Wsp. erozyjności płynnego metalu 1) Faktura powierzchni gładka gładka gładka duże wżery duże wżery Odporność na zasady (%) 2) 0,13 0,20 0,37 0,10 0,45 1) Względna wartość, dla której objętość przykładu porównawczego 5, zerodowana przez płynny metal jest przyjęta za 100 2) Wzrost objętości po trzymaniu w osłonie z mieszaniny koks - zasada (koks. K2CO3 = 1 4) w temperaturze 1300 C przez 30 godzin, a następnie ochłodzeniu do temperatury pokojowej

10 porównawczy III. Surowy materiał węglowy, zawierający 47% sztucznego grafitu, przygotowano zgodnie z proporcjami dla gruboziarnistego agregatu z przykładu porównawczego III, przedstawionego w tabeli 3, a następnie zostały wykonane bloki dla sztucznego agregatu gruboziarnistego w ten sam sposób, jak przy wytwarzaniu gruboziarnistych agregatów z przykładu I. Przewodność cieplna bloku wynosiła 21 W/(mK). Następnie wykonano wielkopiecowy, węglowy materiał ognioodporny, stosując sztuczny agregat gruboziarnisty o rozmiarach cząsteczek 1-5 mm, przygotowany przez pokruszenie powyższych bloków i zgodnie z proporcjami dla przykładu porównawczego III, pokazanymi w tabeli 4 i w ten sam sposób, jak dla przykładu I. Jak pokazano w tabeli 4, chociaż odporność na płynny metal była wspaniała, przewodność cieplna miała wartość 23 W/(mK) i była porównywalna z przewodnością cieplną konwencjonalnych, węglowych materiałów ognioodpornych typu antracytowego dla wielkich pieców. y porównawcze IV i V. Wielkopiecowe, węglowe materiały ognioodporne zostały wykonane w tradycyjny sposób, wykorzystując grube ziarna sztucznego grafitu i grube ziarna prażonego antracytu w przykładach porównawczych IV i V odpowiednio, zamiast sztucznego agregatu gruboziarnistego z przykładu III. Jak widać w tabeli 4, proporcje składników dla obu przykładów porównawczych były takie same, poza ilością lepiszcza. W przypadku przykładu porównawczego IV, w którym użyto tradycyjnych grubych ziaren sztucznego grafitu, produkt miał wysoką przewodność cieplną i wspaniałą odpomość na zasady, ale miał słabą odpomość na płynny metal i widoczna była ospowata erozja wywołana przez płynny metal. W przypadku przykładu porównawczego V, w którym zastosowano konwencjonalne grube ziarna antracytu, cieplna przewodność była niska, odporność na płynny metal również nie była bardzo duża. V. Sztuczny agregat gruboziarnisty, zawierający 72% kombinacji płatkowego grafitu i sztucznego grafitu wewnątrz surowego materiału węglowego, jak podano w proporcjach dla przykładu V w tabeli 1, został wykonany w ten sam sposób, jak przy wytwarzaniu gruboziarnistego agregatu z przykładu I, a następnie wykonano wielkopiecowy, węglowy materiał ognioodporny przy użyciu tego agregatu. Jak widać w kolumnie dla przykładu V w tabeli 2, produkt wykazywał bardzo dobre wartości wszystkich wymaganych cech produktu. W przypadku stosowania tradycyjnych sposobów, w których używane są prażony antracyt, sztuczny grafit, amorficzny grafit lub grafit płatkowy jako agregaty gruboziarniste, właściwości wymagane dla wielkopiecowego, węglowego materiału ognioodpornego nie mogą być osiągnięte, zaś wytwarzanie dużych bloków jest trudne. Poprzez komponowanie sztucznych agregatów gruboziarnistych, wytwarzanych przez łączenie tlenku glinu i metalicznego krzemu z grafitem płatkowym i/lub sztucznym grafitem o rozmiarach cząsteczek 1 mm lub mniej, zgodnie z wynalazkiem, można łatwo wytwarzać duże bloki węglowych materiałów ognioodpornych dla wielkich pieców, charakteryzujące się dużą przewodnością cieplną i wysoką odpornością na działanie zasad i płynnego metalu. Można zatem dobierać przewodność cieplną węglowego materiału ognioodpornego dla ułatwienia konstrukcji wykładzin, które przedłużają trwałość wielkich pieców. Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.