Вуглецева маса

Изобретение относится к области черной металлургии и, в частности к материалам для использования в футеровках и в леточных блоках печных агрегатов. Известна огнеупорная масса для заделки леток, включающая в вес. %: угольную мелочь фракции менее 5 мм 46...66, отходы металлического кремния 20...30, каменноугольный пек 10...25, причем отходы металлического кремния имеют следующий состав, вес.%: кремния 90...95 SiO2 3,5...4,0 SIC 1,0...1,5 [1]. Недостатком такой массы является низкая стойкость из-за взаимодействия с кислородом воздуха. Наиболее близкой к предлагаемой по составу и достигаемому эффекту является углеродсодержащая безводная леточная масса, имеющая следующий состав, вес.%: термоантрацит 10...30 графитсодержащий материал 3...12 каменноугольный пек 8...18 антраценовое масло 10 ... 20 кокс остальное [2]. Недостатком такой массы является низкая стойкость после обжига из-за интенсивного горения в кислороде воздуха, что объясняется повышенной пористостью из-за вспучивания и высокой реакционной способностью. Реакция горения углеродных материалов начинается при температуре около 600°С, а бурно протекает при 700...1000°С. Задачей изобретения является разработка такой углеродистой массы для использования в футеровках и обмазке леточных блоков, в которой за счет ввода в ее состав порошка Fе2O3 и добавки SIC-содержащего компонента обеспечивается увеличение рабочего ресурса после коксования. Указанная задача решается тем, что углеродистая масса, содержащая термоантрацит, графитсодержащий материал и каменноугольный пек, дополнительно содержит отходы графитации, а в качестве добавок порошок Fе2O3 и доменный гранулированный шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%: термоантрацит 19,0...57,5; отходы графи тации 30,4...65,4; доменный гранулированный шлак 5,0...12,0; порошок окиси железа 0,5...4,0; каменноугольный пек остальное, причем отходы графитации содержит в мac. %: 15...55 SIC, 3...20 SiO2, 3,0...4,0 FeO, углеродистые материалы - остальное, а доменный гранулированный шлак содержит в мас.%: 30...40 SiO2, 7...16 Аl2O 3, 0,5...3,2 MnO, 0,15...0,90 FeO, 2,3...17,0 MgO, CaO - остальное. Новый состав углеродистой массы позволит увеличить ее рабочий ресурс после коксования при обмазке леточных блоков, углеродных изделий, работающих при температуре 700...1000°С. Так, если ранее сводик леточного блока из известковой массы работал 1 месяц и его приходилось менять из-за выгорания, то сводик из предложенной массы - 1,5...2 месяца. Отходы графитации вводят в состав массы из-за наличия в них SIC, который способствует стабилизации границы горения изделий из обожженной массы по реакции: 3С+2O2 ® 2СО+СO2 (1) SiC+2O2 ® SiO2+CO2 (2) Образование мелкодисперсного слоя SiO2 на границе горения предотвращает поступление О2 в зону реакции (1), чем и стабилизирует толщину изделия. Крупность материала отходов графитации определяется их получением от поставщика. Граничные значения массовой доли отходов графи тации обосновываются тем, что при вводе их менее 30,4% задача не решается, так как свойства образцов, обожженных из этой массы, хуже, чем у прототипа. При вводе отходов графитации более 65,4% в углеродистой массе из-за чрезмерного увеличения крупных углеродных кусков и кварцевого песка сцепление частиц массы ухудшается, и она начинает выкрашиваться, что приводит к снижению ее рабочего ресурса ниже, чем у прототипа. Доменный гранулированный шлак вводят, как химически неактивную к 02 воздуха добавку, которая вместе с мелкодисперсным SiО2 (по реакции 2) герметизирует поверхность от поступления О2 к фронту горения. При добавке доменного шлака менее 5% результат по указанной задаче хуже, чем у прототипа, а при добавке его более 12% сцепление частиц в обожженной массе ухудшается, что приводит к снижению показателей по указанной задаче. Крупность шлака берется по поставке с учетом известных соотношений фракционного состава для более плотной упаковки материала. В данной массеона составляет 0...10 мм. Добавку порошка Fе2O3 осуществляют для предотвращения вспучивания массы при обжиге, при этом кислород Fе2O3 способствует удалению боковых гр упп углеводородов в молекулах пека через отрыв от них оодорода и удаление его в виде паров воды до коксования массы, что уменьшает выделение летучих при коксовании и снижает пористость готовых изделий. Специфика работы Fе2O3 в массе и проведенные испытания показывают, что крупность ее должна быть в виде порошка 0,1...0,2 мм, При количестве Fе2O3 менее 0,5% результат почти не замечен, при 0,6% максимален и при добавке 4,0% не улучшается, хотя ведет к удорожанию массы и перерасходу дефицитного материала. При добавке Fе2O3 более 4,0% результат начинает ухудшаться. Испытания проводили в лаборатории Днепровского электродного завода. Массу го товили следующим Образом: сухой состав массы (без пека) по всем 16 вариантам (таблица) смешивали в смесительном барабане в течение 20 мин. Затем производили смешивание всех компонентов массы с жидким пеком в подогреваемом паром шнековом і смесителе при температуре 125...140°C. Из жидкой массы в пресс-форме формируют плоские образцы размером 100 х 100 х 40 мм (по три образца на вариант), которые обжигают в коксовой засыпке со скоростью нагрева 100 градусов/ч до температуры 900°С, с охлаждением в этом засыпке до комнатной температуры. Полученные образцы нагревают на воздухе до температуры 1000°С с выдержкой и контролем их толщины до уменьшения ее на 10 мм за определенное время, которое и выбрано в качестве критерия оценки служебных свойств массы при ее эксплуатации. Среднеарифметические результаты опытов представлены в таблице. Оптимальным составом по 1 серии опытов (I...VII варианты) является IV вариант, который оказался лучшим и после испытания по всем 16 вариантам. Промышленное использование предлагаемого состава массы - защита углеродных наружных участков печей, контактирующих с газовой средой, содержащей О2, и работающих при температуре 700...1000°С (леточные блоки, футеровка печей и т.д.). Так, если ранее сводики углеродных леточных блоков, выполняемые из известковой массы, держались не более 1 месяца, то сводики из предлагаемого состава массы - 1,5...2 месяца, т.е. рабочий ресурс обмазки увеличился более, чем на 50%.