Патент на изобретение №2160725

(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕЙ МАССЫ ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ ПЛОТНЫХ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

(57) Реферат:

Способ включает дозирование и перемешивание огнеупорного наполнителя, углеродсодержащего компонента и связующего. Процесс перемешивания включает гомогенизацию массы до консистенции, соответствующей максимальной энергии смешивания, затем происходит изменение свойств массы, а именно увеличение ее подвижности (что характеризуется уменьшением энергии, затрачиваемой на перемешивание) и увеличение насыпной плотности. Процесс проводят до стабилизации энергии перемешивания на минимальном уровне и до достижения коэффициента уплотнения массы, равного 1.3 – 2.1 и определяемого по формуле где – насыпная плотность массы, кг/л; _i – насыпная плотность i-го компонента шихты, кг/л; M_i – массовая доля i-го – компонента в шихте; n – количество компонентов в шихте. Техническим результатом изобретения является повышение плотности, снижение пористости изделий и уменьшение энергозатрат при их прессовании. 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и касается способа приготовления углеродсодержащей массы для прессования изделий с низкой пористостью и высокой плотностью.

Известен способ изготовления изделий на основе огнеупорного сырья, в котором приготовление массы производят смешением компонентов шихты в определенной последовательности, смесь после введения каждого компонента гомогенизируют добавлением 20-0% остаточной жидкой искусственной смолы и последующим смешиванием получают прессуемую массу [1]. Недостатком данного способа является низкая насыпная плотность массы, большие затраты энергии при прессовании, повышенное количество запрессованного воздуха и большое внутреннее трение между частицами, возникающее при прессовании изделий.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления безобжиговых периклазоуглеродистых изделий, предусматривающий приготовление массы смешиванием периклаза, графита, жидкой и порошкообразных фенольных смол, прессование и сушку изделий.

Для повышения прочности и снижения пористости изделий приготовление массы осуществляют путем смешивания сначала 2/3-3/4 части общего количества жидкой смолы с зернистым периклазом и графитом, а затем последовательно с дисперсным периклазом и порошкообразной смолой до равномерного распределения их в смоле и далее 1/4-1/3 остаточной частью жидкой смолы до получения однородной пластичной массы [2]. Недостатком данного способа является низкая насыпная плотность массы, большое внутреннее трение между частицами при прессовании, большое количество запрессованного воздуха, повышенные затраты энергии при прессовании и, как следствие, низкие плотность и устойчивость огнеупоров к окислению в службе.

Задачей изобретения является повышение плотности, снижение пористости изделий, уменьшение энергозатрат при их прессовании.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе приготовления углеродсодержащей массы для прессования плотных огнеупорных изделий, включающем дозирование и перемешивание огнеупорного наполнителя, углеродсодержащего компонента, связующего в процессе перемешивания сначала массу гомогенизируют до достижения консистенции, соответствующей максимальной энергии смешивания, а затем уплотняют до стабилизации энергии смешивания на минимальном уровне и величины коэффициента уплотнения массы, равного 1.3-2.1, определяемого по формуле:

где – насыпная плотность готовой массы, кг/л;
_i – насыпная плотность i-го компонента шихты;
M_i – массовая доля i-го компонента в шихте;
n – количество компонентов в шихте.

Углеродсодержащие массы для прессования огнеупорных изделий относятся к полусухим. Поэтому их свойства и поведение определяются силами аутогезии и внутреннего трения.

Аутогезия и внутреннее трение в углеродсодержащих массах представляют собой сложные явления и зависят от большого числа факторов. Среди этих факторов природа материала частиц, его упругопластические свойства, размеры, форма, шероховатость частиц, наличие адсорбционных пленок, температура, влажность и химический состав окружающей среды, степень сближения частиц или сила поджима их друг к другу при формировании контакта.

В процессе приготовления массы величина аутогезии и внутреннего трения изменяются в соответствии с кинетикой распределения различных по своей природе компонентов шихты, что, в свою очередь, отражается на потреблении энергии двигателем перемешивающего органа и энергии смешивания, по которой и судят о степени готовности массы.

Для этого в процессе приготовления массы производят измерение текущих значений энергии, потребляемой двигателем перемешивающего инструмента (E_дв), а затем вычисляют значения энергии смешивания (E_{см тек}) по формуле:
E_{см тек} = E_дв/М,
где E_{см тек} – текущее значение энергии смешивания, Вт/кг;
E_дв – текущее значение энергии, потребляемой двигателем перемешивающего инструмента;
M – масса перемешиваемого материала в момент замера E_дв.

На основании текущих значений энергии смешивания строят кривую зависимости энергии смешивания от длительности перемешивания. Характер указанной кривой приведен на фигуре, из которой видно, что приготовление массы по изобретению состоит из трех стадий.

I-я стадия – гомогенизация массы. На этой стадии производят распределение компонентов шихты по объему массы. С ростом энергии смешивания увеличивается аутогезия и внутреннее трение массы и достигает максимальной величины при максимальном значении энергии смешивания. Максимальная энергия смешивания (E_{см max}) – это экстремум, энергия смешивания в котором за весь цикл приготовления массы имеет наибольшее значение.

Коэффициент уплотнения массы после завершения этой стадии не превышает 1.2, масса хорошо гомогенизирована, но, ввиду небольшой насыпной плотности и большого внутреннего трения и аутогезии, получение плотной ненапряженной структуры сырца не представляется возможным.

II-я стадия – уплотнение массы. На этой стадии снижают аутогезию, внутреннее трение и уплотняют массу до значения коэффициента уплотнения, равного 1.3-2.1, определяемого по формуле:

где – насыпная плотность готовой массы, кг/л;
_i – насыпная плотность i-го компонента шихты;
M_i – массовая доля i-го компонента в шихте;
n – количество компонентов в шихте.

Величина выражает насыпную плотность неперемешанной смеси исходных компонентов [3].

В результате снижения аутогезии и внутреннего трения между частицами массы энергия смешивания непрерывно уменьшается.

III-я стадия – стабилизация энергии смешивания на минимальном уровне. На этой стадии средняя скорость изменения энергии смешивания значительно меньше, чем на II-й стадии приготовления массы, т.е. происходит стабилизация энергии смешивания на минимальном уровне. Существенного уплотнения массы и изменения величины аутогезии и внутреннего трения не происходит. Дальнейшее изменение свойств массы связано со значительным увеличением длительности перемешивания и расходом электроэнергии. Поэтому исходя из экономической целесообразности, принимают решение об окончании приготовления массы. Готовая масса имеет оптимальный гранулометрический состав, небольшую величину внутреннего трения и высокую насыпную плотность.

Указанные выше качества массы позволяют получать графитсодержащие изделия, обладающие высокой плотностью и низкой пористостью, с наименьшими затратами энергии при прессовании, а также с малым количеством и давлением запрессованного в них воздуха.

Влияние коэффициента уплотнения массы, приготовленной в смесителе RV-15 фирмы “ERICH”, на затраты энергии при прессовании периклазоуглеродистых изделий на основе плавленого периклаза с содержанием графита в шихте 10%, спрессованных на дугостаторном прессе марки НБФ-1738, проиллюстрировано в таблице 1.

В таблице 2 приведены примеры приготовления углеродсодержащей массы и свойства изделий по изобретению и прототипу.

Из таблиц 1 и 2 следует, что способ приготовления массы по изобретению позволяет снизить затраты энергии при прессовании, повысить плотность и понизить пористость изделий, снизить количество и давление запрессованного воздуха в огнеупоре и, следовательно, снизить окисляемость изделий в службе. Помимо указанных преимуществ способ приготовления массы по изобретению исключает появление перепрессовочных трещин и посечек как в процессе прессования, так и во время термообработки изделий, а также при разогреве футеровки теплового агрегата. Стабилизация массы по насыпной плотности позволила стабилизировать свойства и размеры изделий в узких пределах.

Литература
[1] Заявка ФРГ N 3814360, С 04 В 35/00, опубл. 23.03.89.

[2] Авт. св. СССР N 1244130, С 04 В 35/00, опубл. 15.07.86.

[3] Технический контроль производства огнеупоров. К.К.Стрелов, И.Д.Кащеев. М.: Металлургия, 1986.

Формула изобретения

Способ приготовления углеродсодержащей массы для прессования плотных огнеупорных изделий, включающий дозирование и перемешивание огнеупорного наполнителя, углеродсодержащего компонента, связующего, отличающийся тем, что в процессе перемешивания сначала массу гомогенизируют до достижения консистенции, соответствующей максимальной энергии смешивания, а затем уплотняют до стабилизации энергии смешивания на минимальном уровне и величины коэффициента уплотнения массы, равного 1,3 – 2,1, определяемого по формуле:

где – насыпная плотность массы, кг/л;
_i – насыпная плотность i-го компонента шихты;
M_i – массовая доля i-го компонента в шихте;
n – количество компонентов шихты.

РИСУНКИ