Засыпка для термообработки углеродных изделий

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ПЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 181 279 (2f) 2856654/29-33 с присоединением заявки Нов (23) ПриоритетОпубликовано 150981. Бюллетень Йо 34

Дата опубликования описания 15098

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк

Республнк

{ii) 863567 (511М. Кл.З

С 04 В 35/52

Государственный комнтет

СССР но делам нзобретеннй н открытнй (53) УДК 666. 762. .852 (088.8) (72) Авторы изобретения

Л.С.Малей, М.Д.Малей и Г.М.Коршунов

1 (71) Заявитель (54) ЗАСЫПКА ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ УГЛЕРОДНЫХ

ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к химической технологии, а именно к заЬ итным материалам, применяемым при обжиге и графитации электроугольных иэделий.

Роль углеродной засыпки в процессах спекания и обжига сводится к защите изделий от окисления и коробления ° Важное значение имеет свойство засыпки адсорбировать выделяющиеся при обжиге летучие продукты-углеводороды, смолы и т.п. Регулирование гранулометрического состава и вида засыпки позволяет управлять процессом коксообраэования в изделиях и составом летучих продуктов. Чем больше сорбционная активность засыпки, тем больше поглощаетсяуглеводородов, что, в свою очередь, снижает выход кокса в изделиях. Защита иэделий от окисления осуществляется благодаря окислению самой засыпки с образованием окиси и двуокиси углерода.

Известна защитная засыпка, применяемая при обжиге и спекании углеграфитовых материалов. Она изготавливается на основе углеродистых порошков — дробленого кокса, антрацита, древесного угля или их смесей fl), Однако указанная углеродная засыпка способна поглощать ограниченный состав газов, в основном углеводородов. Летучие соединения серы, хлора на ней не адсорбируются и выделяются в окружающее пространство.

Ввиду окисления (yrapa) засыпки в производстве требуется ее постоянное обновление. Угар, в. зависимости от 0 типа термического оборудования, вида засыпки и продолжительности процесса термообработки может достигать

15-25 вес.Ъ.

Наиболее близкой по технической

35 сущности к предлагаемой является засыпка для термообработки углеродных изделий, содержащая порошки углерода и минеральной добавки вЂ,двуокиси кремния. Данная добавка вводится

20 для снижения расхода кокса и повышения электрического сопротивления эаоыпки. Такая засыпка обладает повышенной стойкостью к окислению, более низкой газопроницаемостью, повышен25 ной теплопроводностью (2)

Недостатком данной засыпки является низкая поглотительная способность к углеродсодержащим и не угле-. родным газам, а также угар углерод30 .ного порошка, усиливающийся на ста863567

Сущность изобретения поясняется способностью углекислых солей в интервале температур 100-1000 С разлагаться с выделением двуокиси углерода, препятствующей окислению иэделий и угару углеродного порошка засыпки.

Кроме физической адсорбции газообразных продуктов, предложенная засыпка обладает способностью химическИ связывать не углеродные летучие продукты, такие как хлор, хлористый водород в соединения типа НаС1, СаС1, с невысокой температурой плавления.

Оплавление преобразованной минеральной,,цобавки приводит к образованию газонепроницаемой пленки, снижающей угар засыпки и окисление изделий на стадии охлаждения. Вместе с тем, образующиеся при разложении углекислых солей окислы обладают высокой температурой плавления, что позволяет проводить высокотемпературный обжиг изделий. В случае применения солей натрия, калия, цезия, лития и др. исключено образование термостойких карбидов. Применение углекислого кальция хотя и приводит к образованию карбида кальция при графитации,ввиду низкой температуры юазложения его не ухудшает свойств граФи-. тированных при 2500-2700 С изделий.

В ряде случаев образующийся при разложении карбида кальция вторичный графит повышает антифрикционные свойства готовых изделий. При использовании предложенной засыпки только для обжига и спекания иэделий (7001300 С) все углекислые соли не изменяют свойств иэделий.

В муфельную электрическую печь на дно муфеля насыпают слой засыпки толщиной 5 мм и разравнивают ° Сверху укладывают пакет заготовок на осноN ве сажепековой композиции, содержащей ЗЪ порообразователя — хлористого аммония. Свободное пространство муфеля засыпают засыпкой. Слой -,àñhIIIки над пакетом заготовок 100 мм, 4$ Нагрев осуществляют со скоростью дни охлаждения, когда из изделий прекращается выделение собственных летучих продуктов. Ввиду присутствия в засыпке термостойкой добавки— двуокиси кремния, защитные свойства засыпки как поглотителя кислорода ослаблены. Кроме того, недостатком засыпки является образование при высоких температурах черезвычайно стойкого карбида кремния, ухудшающего свойства готового продукта, а также ее инертность по отношению к выделяющимся не углеродным газам.

Цель изобретения — повышение степени поглощения летучих соединений хлора и снижение выгорания углеродного порошка.

Поставленная цель достигается тем, что засыпка для термообработки углеродных изделий, содержащая порошки углерода и минеральной добавки, в качестве минеральной добавки содержит соль угольной кислоты при следующем соотношении компонентов, об.Ъ:

Порошок углерода 50-99

Соль угольной кислоты 1-50

Причем в качестве соли угольной кислоты засыпка содержит углекислый кальций.

Принимая во внимание то, что химическая активность предложенной засыпки зависит от величины поверхности частиц добавки, гранулометрический состав порошка углекислой соли подбирается в зависимости от количества и вида выделяющихся токсичных газов. Соответствующим образом подби ается д ирается и размер частиц углеродного порошка засыпки, так как от него зависит спекаемость засыпки и снижен ние ее гаэонепроницаемости на стадии охлаждения.

С целью сохранения активности засыпки при многократном употреблении, 15 для обжига выделяющих хлор и хлористый водород изделий ее необходимо перед использованием промывать водой.

Растворимые хлористые соли удаляются и могут быть использованы в качестве побочного продукта. Химическая активЩ ность засыпки зависит также от содержания минеральной добавки. Заметное поглощение НС1 обеспечивается уже при выделении 1 об.Ъ углекислой соли. Однако при малых содержаниях добавки

25 возникают трудности равномерного распределения ее в углеродном порошке. При содержании углекислой соли более 50Ъ выделяется максимальное количество защитных газов. Однако в том случае, когда иэ обрабатываемого материала выделяется хлор или хлористый водород, происходит образование прочного расплава хлористых солей, трудно поддающегося измельчению при выгрузке изделий. Кроме того, ввиду снижения содержания углеродного порошка и образования случайных трещин в пленках расплава, наблюдается некоторое окисление поверхности изделий, особенно при длительных процессах на4О грева и охлаждения в туннельных печах.

Пример 1. Для приготовления засыпки используют коксовый порошок с размером частиц 1-3 мм, который

4 дозируют объемным доэатором. Предварительно просушенный до влажности

2-73 коксовый порошок помещают в лопастный смеситель и добавляют равное по объему количество порошка химически чистого СаСО . Размер частиц СаСО

1-3 мм. Смесь порошков перемешивают в течение 30 мин и выгружают из смесителя ° В результате самоиэмельчения при смешении частиц СаСОп имеют, в основном, размер частиц 0,5-2 мм.

863567

20 С/ч. до 900 С. Охлаждают муфель в течение 70 ч до 50 С.

После охлаждения на поверхности засыпки образуется корка толщиной до

15 мм, которая легко разрушается при нажатии ° Вещество корки практически не содержит углеродных частиц, что вызвано, очевидно, окислением их во время термообработки. На поверхности корки имеются микротрещины.

Контрольный отбор засыпки на глубине

50 мм от поверхности (с растворением добавки в НС1 и промывкой) показывает, что содержание углеродной составляющей практически не изменяется.

Выгруженные изделия имеют чистую поверхность, беэ подгаров и короблений. Общий угар засыпки (расчетный)

1,5Ъ. Для сравнения в аналогичных условиях производят обжиг заготовок в засыпке, содержащей 50 об.В песка (8 О ) . Верхние заготовки имеют пиролитическую пленку и местные подгары.

Вся засыпка, включая верхний слой, рыхлая. Угар углеродных частиц 16%, причем в верхнем слое до 30-40 мм углеродные частицы выгорают полностью

Пример 2. Засыпку готовят по примеру 1, однако количество СаСОЗ ,1 об.Ъ.После нагрева и охлаждения изделия выгружают. На поверхности некоторых заготовок имеются местные подгары (до 7Ъ от общего количества).

Вся засыпка рыхлая. Общий угар углеродных частиц достигает 119. Контроль ный обжиг в углеродной засыпке, содержащей 1% песка, приводит к образованию подгара верхних заготовок (до

6% от общего количества). Общий угар углеродных частиц 13 вес.Ъ.

Пример 3. Смешивают 75 об.Ъ коксового порошка с 25 об.% MgCOg .

Размер частиц порошков перед смешением 1-2 мм.

В муфель засыпают нижний слой засыпки толщиной 50 мм и устанавливают на него рулон гидратцеллюлозного войлока, пропитанного l4 Н4С1 до привеса

35-40 вес.%. Рулон и все свободное пространство в муфеле засыпают засыпкой. Толщина верхнего слоя засыпки 100 мм. Нагревают муфель в течение 8 ч до 100 "-С и охлаждают в течение 40 ч. В процессе нагрева производят отбор проб летучих продуктов на содержание Й Н .С1 и HCl, а также контролируют выделение летучих продуктов визуально. Выделение NH4C1 и НС1 не установлено. После охлаждения на поверхности засыпки образуется корка спекшейся соли МцС1, которая легко обламывается. Толщина корки достигает 10-15 мм. При выгрузке засыпки наблюдается присутствие непрочных сростков частиц засыпки диаметром до 30-50 мм, которые разрушаются при погружении в воду. Выгруженный карбонизованный войлок имеет чистую поверхность без подгаров, хорошую эластичность. Угар углеродных частиц не превышает 1%.

Контрольный обжиг аналогичного рулона войлока в засыпке иэ 75 об.В коксового порошка и 25 об.% песка показывает, что верхнего слоя засыпки в 100 мм недостаточно для предотвращения подгара войлока. Угар углеродных частиц засыпки 14%. В процессе нагрева, в интервале 180-400 С !

О наблюдается интенсивное выделение

ЙН4С1, а также выделение НС1 при более высоких температурах.

Пример 4. Для приготовления засыпки используют порошок сажи ПМ153 (50 об.Ъ), сажу смешивают с равным по объему количеством кальцинированной соды ЙаgCОg. В газонепроницаемый муфель на 2/3 высоты укладывают гидратцеллюлоэную вату, содержащую

25 вес.Ъ хлористого аммония. Сверх, 2О вату засыпают засыпкой. Толщина слоя засылки 150 мм. Муфель помещают в электрическую печь, нагревают в течение 5 ч до 1000 С и охлаждают в течение 70 ч. В электрической лечи в

75 момент нагрева и охлаждения присутствует воздух. При нагреве выделения

NH4Cl, а также хлористого водорода не наблюдается. После охлаждения уровень засыпки опускается на 50 мм, 3Q что вызвано усадкой ваты. Карбониэованная вата не имеет подгаров. Вся засыпка спекается и извлекается иэ муфеля в виде пористого кирпича. Анализ ее показывает угар углеродной части (сажи) на 6%.

Контрольный обжиг ваты под слоем засыпки на основе 50 об.В сажи IIM153 и 50 об.Ъ песка показывает при нагреве интенсивное выделение ее и

НС1. Во время охлаждения вся вата

4О сгорает.

Пример 5. Готовят засыпку на основе 70 об.Ъ коксовой крупки диаметром 2-3 мм и 30.об.Ъ порошка известняка, имеющего диаметр частиц

45 2-3 мм. Порошки смешивают в течение

20 мин в смесителе барабанного типа. Полученную засыпку загружают в кессон туннельной печи до образования слоя 150 мм. На нижний слой за50 сыпки устанавливают три рулона гидратцеллюлозного войлока, пропитанного МН4С1. Свободное пространство кессона засыпают засыпкой. Верхний слой засыпки над рулонами 200 мм.

Во второй кессон аналогичным образом помещают рулоны с войлоком и засыпку на основе 70 об.% коксовой крупки и 30 об.В песка. В третий кессон загружают войлок под слоем засыпки из чистой коксовой крупки. Обжиг войлока в кессонах осуществляют по 240часовому графику. После выходе кессонов из печи производят анализ засыпки иэ полученного войлока.

Результаты анализа сведены в табе5 лицу.

863567

Контролируемый параметр

Предложенная засыпка

Известная засыпка на основе кокса и песка

Коксовая засыпка

Количество поглощенной НС1, вес.Ъ от теоретически выделившейся (по количеству образовавшейся средней соли) 96-100

2-4 (за счет примесей) Угар углеродного порошка засыпки, вес.Ъ (расчетный) До 6

До 22

До 16

Без подгаров, эластичный

Внешний слой с подгаром

Качество обработанного изделия

Без подгаров, эластичный

Формула изобретения

Составитель С.Шахиджанова

Редактор О.Персиянцева Техред Л.Пекарь

Корректор М.Демчик

Заказ 7690/36 Тираж 663

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,,4/5

Подписное

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Как видно из примеров практического применения предложенной засыпки, ее использование позволяет обеспечить дополнительную защиту обжигаемых иэделий за счет выделяющегося из эасып- 30 ки углекислого газа или окиси углерода, снизить практически полное улавливание токсичных хлорсодержащих

Летучих продуктов и возможность использования побочного продукта в ви- 35 де хлористых солей.

1.Засыпка для термообработки углеродных изделий, содержащая порошки углерода и минеральной добавки, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения степени поглощения летучих об(.динений хлора и снижения 4> выгорания углеродного порошка, в качестве минеральной добавки она содержит соль угольной кислоты при следующем соотношении компонентов, об.Ъ:

Порошок углерода 50-99

Соль угольной кислоты 1-5О

2 ° Засыпка по п.l, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что в качестве соли угольной кислоты она содержит углекислый кальций.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фиалков A.Ñ. Формирование с груктуры и свойств углеграфитовых материалов. М., Металлургия, 1965., с.243-244.

2. Хрычева Д.Д. и др. Производство огнеупоров . Л., 1977, 9 б/49, 66-72.