PL234788B1 - Sposób wytwarzania kształtek zasadowych zawierających powyżej 7% C na ogniotrwałe wyłożenia urządzeń cieplnych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kształtek zasadowych zawierających powyżej 7% C na ogniotrwałe wyłożenia urządzeń cieplnych, stosowanych zwłaszcza w przemyśle stalowniczym.

Współczesne materiały ogniotrwałe dobierane są do konkretnych warunków eksploatacyjnych. Proces wytwarzania materiałów ogniotrwałych zaczyna się od wyboru i przygotowania surowców, które miesza się z różnymi dodatkami spajającymi, a z przygotowanej masy formuje się kształtki, suszy je i wypala. Niezwykle istotny w tym procesie jest odpowiedni dobór surowców, właściwy dla przewidzianego miejsca i warunków pracy, co zapewnia długie użytkowanie materiałów ogniotrwałych bez konieczności wykonywania kosztownych napraw.

Wyroby ogniotrwałe są głównie wytwarzane z tlenków takich jak: SiO2, AI2O3, MgO, CaO, Cr2O3 i ZrO2, których temperatury topnienia mieszczą się w zakresie 1700^oC-2825°C oraz w kombinacjach tych tlenków z węglem lub związkami o wiązaniu kowalentnym, przede wszystkim SiC, a także B4C lub azotkami (Si3N4, BN). Zasady klasyfikacji materiałów ogniotrwałych są określone w normach branżowych.

Wyroby klasyfikowane na podstawie składu chemicznego podstawowych surowców to: glinokrzemianowe, zasadowe oraz zasadowe o zawartości węgla resztkowego poniżej 7%, zasadowe o zawartości węgla resztkowego od 7 do 50%, specjalne. Klasyfikacja wyrobów ogniotrwałych zasadowych o zawartości węgla resztkowego od 7 do 50%, jest przedstawiona w normie PN-EN ISO 10081-3:2005.

Z opisu patentowego PL167507 B1 znane jest wyłożenie ogniotrwałe warstwy roboczej pieca, zwłaszcza pieca do syntezy, spiekania lub prażenia produktów silnie alkalicznych. Jest ono wykonane z wyrobów ogniotrwałych zasadowych, przy czym co najmniej 20% całkowitej długości pieca i symetrycznie w stosunku do otworu wylewowego wykonane jest z wyrobów wypalanych zawierających od 8 do 20% Wagowych AI2O3, nie mniej niż 60% wagowych MgO oraz nie więcej niż 4% wagowych SiO2 oraz od 0 do 5% wagowych węgla resztkowego lub też wykonane jest z wyrobów niewypalanych zawierających nie mniej niż 8% wagowych AI2O3, nie mniej niż 50% wagowych MgO oraz 6 do 25% wagowych węgla w postaci stałej, korzystnie w postaci grafitu.

Znana jest ze zgłoszenia PL379521 A1 wykładzina dna reaktora, która składa się z cementu ogniotrwałego zawierającego AbO3 i/lub MgO w ilości od 5 do 25% wagowych oraz węgliku krzemu o granulacji od 14 do 80 w ilości do 45% wagowych i/lub węgliku krzemu o granulacji od 100 do 500 w ilości do 50% wagowych i/lub węgliku krzemu o granulacji od 600 do 1400 w ilości do 20 % wagowych, przy czym wykładzina zawiera węglik krzemu o co najmniej dwóch różnych granulacjach.

Ze zgłoszenia US4135939 A znany jest wyrób ogniotrwały w postaci cegły lub warstwy monolitycznej, stosowany na wyłożenia kadzi stalowniczych, składający się z mieszaniny 50-70% wagowych drobnoziarnistego piasku o wielkości ziaren do 0,06 do 0,10 mm, 10-30% wagowych gruboziarnistej krzemionki o wielkości ziaren do 3,0 mm oraz 15-30% wagowych środka wiążącego w postaci gliny o składzie 55-60% wagowych SiO2 oraz 22-40% wagowych AI2O3 i przypadkowych zanieczyszczeń. Sposób wytwarzania wyrobu ogniotrwałego polega na wytworzeniu mieszaniny z surowców, dodaniu wody do wilgotności 3,5-6% wagowych, uformowaniu cegieł i ich wysuszeniu w temperaturze do 105°C, do wilgotności około 1,5% wagowych. W celu uzyskania warstwy monolitycznej stosuje się obróbkę cieplną w temperaturze umożliwiającej jednolite połączenie kształtek.

Ze zgłoszenia JP03242362 A znane są ogniotrwałe cegły odporne na szok termiczny, dzięki budowie warstwowej oraz ułożeniu warstw pod odpowiednim kątem. Ilość warstw w kierunku prostopadłym do powierzchni roboczej wynosi 0,5-10 na cm, korzystnie 1,0-5,0 na cm.

Znane są ze zgłoszenia JP11230679 A funkcjonalne ogniotrwałe kształtki na wyłożenia kadzi stalowniczych z Al2O3 o zróżnicowanej porowatości na przekroju, z największą porowatością od strony płaszcza kadzi i najmniejszą od strony czynnika roboczego. Dzięki takiej budowie uzyskuje się gradientową przewodność cieplną, a kształtki mogą być również stosowane jako cegły ognioodpo rne.

W znanych rozwiązaniach, w zależności od konstrukcji urządzenia cieplnego i strefy instalacji materiału ogniotrwałego wykorzystywane są odpowiednie surowce. W strefach wysokotemperaturowych i miejscach szczególnie narażonych na korozję i agresywne działanie różnych czynników, stosowane są najczęściej materiały o najwyższej trwałości i odporności, które są najdroższe. Z kolei w innych obszarach stosowane są materiały tańsze.

PL 234 788 B1

Zastosowanie jednorodnego wyłożenia na całej grubości urządzenia byłoby nieopłacalne ekonomicznie, dlatego zwykle układa się warstwy z materiałów dostosowanych odpowiednio do warunków ich eksploatacji. Jednakże strefy przejściowe pomiędzy warstwami są miejscami, które charakteryzują się skokowym przejściem właściwości, co prowadzi do koncentracji naprężeń na granicy faz i często sprawia problemy użytkowe, np. materiały są podatne na korozję.

Okazało się, że niedogodności znanego stanu techniki mogą zostać ograniczone przez rozwiązanie będące przedmiotem niniejszego wynalazku.

Sposób wytwarzania kształtek zasadowych zawierających powyżej 7% C na ogniotrwałe wyłożenia urządzeń cieplnych, podobne jak w znanych rozwiązaniach, polega na sporządzeniu mieszanki z surowców zawierających MgO i C oraz domieszki i zanieczyszczenia tlenkowe pochodzące z surowców naturalnych, a następnie wprowadzeniu spoiwa i ewentualnie dodatków modyfikujących, wyrobieniu jednorodnej masy w temperaturze 100-200^oC oraz zaformowaniu tej masy i podaniu jej obróbce termicznej w temperaturze 300-600°C.

Istota rozwiązania polega na tym, że przygotowuje się od 3 do 20 mas, każdą z mieszanki o innej zawartości MgO i C, przy czym pierwszą masę przeznaczoną do zainstalowania w urządzeniu cieplnym od strony przestrzeni roboczej przygotowuje się z mieszanki zawierającej 40-93% wagowych MgO oraz 7-60% wagowych C, a każdą kolejną warstwę z mieszanki zawierającej MgO w ilości większej o 1-5% wagowych w stosunku do ilości w mieszance poprzedniej, a jednocześnie proporcjonalnie mniejszej ilości C, aż do ostatniej masy sporządzonej z mieszanki zawierającej 70-93% wagowych MgO oraz 7-30% wagowych C. Masy układa się w formie prostopadle lub równolegle do jej osi warstwami o grubości co najmniej 3 mm, a następnie poddaje znanym zabiegom, tworząc strukturę z gradientowym rozkładem składu surowcowego na przekroju kształtki.

Uzyskane sposobem według wynalazku wyłożenie charakteryzuje się ciągłą i gładką zmianą składu wzdłuż określonego kierunku, co w konsekwencji eliminuje powstawanie mikrouszkodzeń i rozwarstwień na granicy faz. Gładkie przejście realizowane jest poprzez stosowną zmianę udziału objętościowego zawartości składników dla każdej z mas. Dzięki temu zwiększa się czas użytkowania wyłożenia oraz obniża są koszty związane z konserwacją i naprawami.

Stopniowe, kontrolowane przejście pomiędzy właściwościami kolejnych mas umożliwia ponadto adaptację wyrobu do zakładanych warunków jego eksploatacji.

Sposób według wynalazku ilustruje bliżej poniższy przykład, nie ograniczający jego zakresu.

Przygotowano 16 różnych mas, zawierających następujące składniki, w ilościach przedstawionych w tabeli 1:

- klinkier magnezjowy MgO o następujących frakcjach ziarnowych:

- 28% poniżej 0,01 mm,

- 37% frakcji ziarnowej 0 * 2,0 mm,

- 35% frakcji ziarnowej 2,0 * 3,0 mm,

- grafit płatkowy C.

Ponadto każda masa zawierała 6% lepiszcza pakowego pochodzenia węglowego.

PL 234 788 Β1

TABELA 1

masa	Grafit płatkowy C % wagowe wagowe	Klinkier magnezjowy MgO % wagowe wagowe
1	50	44
2	48	46
3	46	48
4	44	50
5	42	52
6	40	54
7	38	56
8	36	58
9	34	60
10	32	62
11	30	64
12	28	66
13	26	68
14	24	70
15	22	72
16	20	74

Surowce, oddzielnie dla każdej masy umieszczono w piecu obrotowym i podgrzano do temperatury 150°C, a następnie wymieszano w mieszarce intensywnego mieszania do uzyskania jednorodnej masy.

Gorące masy, o temperaturze powyżej 80°C, począwszy od pierwszej ułożono warstwami w formie prostokątnej o wymiarach 230 x 114 x 64 mm, wysmarowanej olejem formierskim wypełniając ją dokładnie, przy czym grubość każdej warstwy wynosiła 4 mm.

Następnie uformowano kształtki w prasie hydraulicznej, pod ciśnieniem 80 MPa. Po wyciśnięciu kształtek z formy, ścięciu nadmiaru masy i wygładzeniu ich powierzchni, poddano je obróbce termicznej w temperaturze 500°C.

Wyłożenie gradientowe wykazuje następujące właściwości użytkowe gęstość: 2,4 [g/cm³], wytrzymałość na ściskanie: 40 [MPa],

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Sposób wytwarzania kształtek zasadowych zawierających powyżej 7% C na ogniotrwałe wyłożenia urządzeń cieplnych, polegający na sporządzeniu mieszanki z surowców zawierających MgO i C oraz domieszki i zanieczyszczenia tlenkowe pochodzące z surowców naturalnych, a następnie wprowadzeniu spoiwa i ewentualnie dodatków modyfikujących, wyrobieniu jednorodnej masy w temperaturze 100-200°C oraz zaformowaniu tej masy i podaniu jej obróbce termicznej w temperaturze 300-600°C, znamienny tym, że przygotowuje się od 3 do 20 mas, każdą z mieszanki o innej zawartości MgO i C, przy czym pierwszą masę przeznaczoną do zainstalowania w urządzeniu cieplnym od strony przestrzeni roboczej przygotowuje się z mieszanki zawierającej 40-93% wagowych MgO oraz 7-60% wagowych C, a każdą kolejną warstwę z mieszanki zawierającej MgO w ilości większej o 1-5% wagowych w stosunku do ilości w mieszance poprzedniej, a jednocześnie proporcjonalnie mniejszej ilości C, aż do ostatniej masy sporządzonej z mieszanki zawierającej 70-93% wagowych MgO oraz 7-30% wagowych C, przy czym masy układa się w formie prostopadle lub równolegle do jej osi warstwami o grubości co najmniej 3 mm, a następnie poddaje znanym zabiegom, tworząc strukturę z gradientowym rozkładem składu surowcowego na przekroju kształtki.