Углеродистые огнеупоры

К углеродистым огнеупорам относятся угольные, графитированные и углеродсодержащие огнеупоры. Общим признаком изделий этого типа является наличие в их составе углерода в том или ином виде.

Особенностью угольных и графитированных огнеупоров является то, что при окислении они полностью сгорают; углеродсодержащие сгорают частично.

Исходным сырьем для производства угольных и графитированных изделий являются: графит, термоантрацит, коксы и каменноугольная смола.

Графит обладает высокой температурой плавления (3700^oС), химически инертен, не взаимодействует с основными и кислыми шлаками, кислотами и щелочами, не деформируется. При высоких температурах он является восстановителем, а при температуре 600-700^oС интенсивно окисляется кислородом.

При атмосферном давлении графит минуя жидкое состояние, сублимирует. Температура сублимации 3700^oС. Приблизительная диаграмма состояния графита имеет такой вид (рис.).

Рисунок Диаграмма состояния углерода

Из диаграммы видно, что придание формы отливкой из расплава углеродистых материалов невозможно.

Одновременно вследствие низкого коэффициента самодиффузии невозможно получение изделий методом прессования и спекания.

Поэтому углерод как огнеупорный материал используют обычно в комбинации с другими углеродсодержащими материалами и как добавку к огнеупорным материалам на основе оксидов металлов.

В восстановительной атмосфере он обладает высшими свойствами огнеупоров.

В природе графит встречается кристаллический и аморфный (мелкокристаллический, скрытнокристаллический, т.е. криптокристаллический). Кристаллический графит вы видели в миксерном отделении. Это т.н. спель – чешуйки графита, выделяющиеся из чугуна при его охлаждении. Если эти чешуйки истолочь, они потеряют блеск и станут скрытокристаллическими. Такой графит используют в составе всякого рода засыпок и утепляющих смесей.

В огнеупорной промышленности используют чешуйчатый графит, его зольность 8-11 %.

Термоантрацит получают путем нагревания антрацита до температуры 1250-1300^oС.

Коксы получают пуем коксования коксующихся углей, нефтяных остатков и пеков. Содержание углерода в коксах должно быть не менее 85 %, золы – 8-12 %. В качестве связующего материала используют каменноугольную смолу, пек, битум, антрацековое масло. Коксохимики готовят с использованием этих компонентов так называемую препарированную смолу, которую в емкостях поставляют на огнеупорные заводы.

Шихта состоит из термоантрацита крупностью не более 5-10 мм, кокса крупностью не более 3 мм и графита. Компоненты шихты смешивают в обогреваемых смесителях при температуре 100-120^oС и в процессе смешивания добавляют препарированную смолу в количестве 18-28 % в зависимости от соотношения компонентов шихты и ее зернового состава. Затем горячую массу прессуют, трамбуют или прошивают через мундштуки (в зависимости от сечения и размеров изделия). Температура прессуемой массы должна быть такой, чтобы изделие не разрушалось под действием собственного веса – это 90-100^oС; давление прессования 30-50 МПа.

Полученные полуфабрикаты быстро охлаждают холодным воздухом или в воде для закрепления формы. При охлаждении смола переходит в твердое стекловидное состояние, что и обеспечивает сохранение формы.

Обжиг этих огнеупоров ведут при температуре 1350-1400^oС в засыпке из коксового порошка для предупреждения окисления изделий.

Режим обжига должен предотвратить разрушение изделий под влиянием газовыделения при удалении летучих и при размягчении смолы. Длительность обжига 15-30 суток.

После обжига изделия подвергаются механической обработке на строгальных, токарных или шлифовальных станках. Их применяют для кладки лещади и футеровки горна доменных печей, в печах для плавки цветных металлов, для электродов электродуговых и руднотермических печей.

Что касается графитированных огнеупоров, их получают из угольных, подвергая их графитизации, т.е. переводя углерод в форму графита. Эту операцию проводят в специальных печах, пропуская через изделия электрический ток и разогревая их до температуры 2500^oС. Углеродистые материалы при этом приобретают структуру графита, изменяются их физико-химические свойства: увеличивается плотность, понижается электрическое сопротивление, термостойкость – более 25 водяных теплосмен.

Использование графитированных блоков в кладке лещади и горна доменной печи повышает стойкость этих элементов на несколько лет; в электросталеплавильном производстве графитированные электроды дают возможность увеличить силу тока до 30А/см2, снизить удельный расход электродов до 4-5 кг/т.

Источник: 
"Огнеупоры и их эксплуатация"
Дюдкин Д.А., Ухин В.Е.