RU2214380C1 - Carbon-containing refractory material - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacture of carbon-containing refractory products applicable in lining of blast-furnaces, ore-thermal aluminum electrolyzers, etc. SUBSTANCE: carbon-containing refractory material has the following amounts of components, wt. %: thermoanthracite 43-53; graphite 23-33; coal-tar pitch 17-21; silicon carbide 10-20: metallurgical silicon 3-7; aluminum oxide 1-3. EFFECT: higher refractory stability of claimed carbon-containing refractory material. 1 tbl

Description

Изобретение относится к изготовлению углеродсодержащих огнеупорных изделий и может быть использовано для футеровок доменных печей, рудно-термических, алюминиевых электролизеров и др. The invention relates to the manufacture of carbon-containing refractory products and can be used for linings of blast furnaces, ore-thermal, aluminum electrolytic cells, etc.

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). Known refractory material based on carbon, containing 50-75% aluminum, 15-48% silicon carbide, 2-10% silicon metal, 25-50% ferrosilicon (Z. 60-8989 Japan, publ. 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. The disadvantages of the known material include the fact that the composition of silicon carbide, silicon metal and aluminum do not allow to obtain a porous structure with an average pore size of less than 1 μm due to the growth of whiskers and to increase operational stability.

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). The closest in technical essence to the proposed carbon-containing refractory material is a carbon-containing refractory material, including graphite, silicon carbide, silicon metal, refractory clay in the following ratio of components, wt.%: Graphite 21.5-49; clay 20-49; silicon carbide 3-60; silicon metal 5-10.5 (A.S. USSR 1763424 from 09/23/92, C 04 V 35/54).

Однако известный углеродсодержащий огнеупорный материал не позволят повышать эксплуатационную стойкость изделий за счет уменьшения среднего размера пор его структуры. However, the known carbon-containing refractory material will not allow to increase the operational stability of products by reducing the average pore size of its structure.

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. Due to the fact that silicon carbide and silicon metal do not form intermediate carbides during the heat treatment, they ensure the formation of whiskers, which divide large pores into smaller ones, upon further interaction with carbon.

Задачей предлагаемого изобретения является создание углеродсодержащего огнеупорного материала, обладающего повышенной эксплуатационной стойкостью. The task of the invention is the creation of a carbon-containing refractory material with high operational stability.

Техническим результатом является образование кристаллов карбида кремния и окиси кремния, уменьшающих средний размер пор в структуре углеродных блоков футеровки. The technical result is the formation of crystals of silicon carbide and silicon oxide, reducing the average pore size in the structure of the carbon blocks of the lining.

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.This problem is achieved in that the carbon-containing refractory material, including silicon carbide, silicon metal, according to the invention, further comprises aluminum oxide in the following ratio of components, wt.%:
Thermoanthracite - 43 - 53
Graphite - 23 - 33
Coal tar pitch - 17 - 21
Silicon Carbide - 10 - 20
Silicon Metallic - 3 - 7
Alumina - 1 - 3
The aluminum oxide introduced into the charge, acting as a catalyst, accelerates the chemical reactions that occur during the heat treatment of workpieces made from the developed carbon-containing refractory material. The onset temperature of carbide formation decreases from 1400 ^o C to 1200 ^o C, due to the formation of intermediate aluminum carbides, which, interacting with carbon, form ceramic crystals (SiC, SiO ₂ ), weakly reacting with the metal melt. Moreover, ceramic crystals are formed in the form of whiskers, overlapping large pores into parts, reducing the average pore size of the structure of carbon-containing refractory products and preventing the penetration of metal melt into them.

Сущность изобретения поясняется примером. Приготовление углеродсодержащего огнеупорного материала было осуществлено в промышленных условиях ОАО "Челябинский электродный завод" по известной технологии, с использованием общеизвестного оборудования. The invention is illustrated by example. The preparation of carbon-containing refractory material was carried out under the industrial conditions of Chelyabinsk Electrode Plant OJSC using the well-known technology, using well-known equipment.

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.As starting materials were used:
- thermoanthracite (TU 970000160301-001-95), which is a solid granular material after crushing and sieving in fractions -4 +1.25; -1.25 +0.0; -0.5 +0.0 (mm) in the amount of 690 kg;
- graphite (TU 48-20-54-84), which is a solid lumpy material, after crushing and sieving in fractions of -1.25 +0.0; -0.5 +0.0 mm;
- coal tar pitch (GOST 12200-83) in the form of a fluid, viscous resin, in an amount of 300 kg;
- silicon carbide (GOST 26327-84) after crushing, grinding to fractions less than 71 microns, in the amount of 260 kg;
- silicon metal (GOST 2169-69) after crushing, grinding to fractions less than 71 microns, in an amount of 40 kg;
- aluminum oxide (GOST 69121-93) in the form of a fine powder, in an amount of 10 kg.

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".After weighing, the components of the mixture are fed into the mixing machine and mixed for 60 minutes. The resulting mass is sent to the extruder, where at a pressure of 50 kg / cm at t = 135 ^° C, domain blocks of size 600 • 600 • 3000 (mm) are formed. Then the domain blocks are subjected to heat treatment in two stages. The first stage is carried out in a gas chamber furnace at t = 900 ^o C for 20 days, followed by cooling in the furnace for 6 days, and the second stage in an electric chamber furnace at t = 1250 ^o C in a reducing atmosphere for 2 days, followed by cooling in the oven for 7 days. Physicomechanical properties of the obtained products were determined by standard methods, and the average pore diameter of the structure was determined by mercury porosimetry. These indicators are shown in the table, in comparison with similar products made of known carbon-containing refractory materials at Chelyabinsk Electrode Plant OJSC.

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. The table shows that the domain blocks made of the proposed carbon-containing refractory material are characterized by increased strength, thermal conductivity and small pores that prevent the penetration of the metal melt into the structure of the material of the domain block and its destruction, which increases the service life of the domain blocks by 1.5-2 times .

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. The authors experimentally established that a carbon-containing refractory material containing alumina of less than 1% does not allow to obtain a structure of a domain block with an average pore diameter of less than 1 μm, since it does not provide sufficient growth of whiskers and an alumina content of more than 3% leads to to a decrease in the physical and mechanical properties of products, since an excess of alumina that is not involved in the formation of intermediate carbide compounds is not sintered with coal tar pitch (binder), which weakens sintering carbon components in the product.

Claims (1)

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 - 1-3еCarbon-containing refractory material, including silicon carbide, silicon metal, graphite, characterized in that it additionally contains aluminum oxide, thermoanthracite and coal tar pitch in the following ratio of components, weight%:
Thermoanthracite - 43-53
Graphite - 23-33
Coal tar pitch - 17-21
Silicon Carbide - 10-20
Silicon Metallic - 3-7
Alumina - 1-3e

Images