Холоднонабивная подовая масса

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству углеродных материалов для футеровки подин алюминиевых электролизеров. Холоднонабивная подовая масса содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %: термообработанный антрацит 74,0-89,0, жидкое углеродное связующее 10,0-16,0, пластификатор 0,4-3,4, специальную добавку 0,6-6,6. Холоднонабивная подовая масса предлагаемого состава позволяет повысить плотность (пластичность) необожженной массы, прочность при изгибе, стойкость к воздействию алюминия и криолит-глиноземного расплава обожженной массы. 7 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к производству углеродных материалов для футеровки подины алюминиевого электролизера.

Известна углеродсодержащая масса для соединения углеродных блоков в алюминиевом электролизере, включающая прокаленный углеродный наполнитель и связующее - пек и растворитель. В качестве органического растворителя она содержит метилнафталиновую фракцию с температурой кипения 200-300^oC при следующем соотношении компонентов, мас.%: Пек - 7-17 Метилнафталиновый растворитель - 0,6 - 2,7 Прокаленный углеродный наполнитель - Остальное (Патент СССР N 995704, кл. C 01 B 31/02, 1983 г.) Известная масса набивается в швы при комнатной температуре и широко применяется на алюминиевых заводах фирмы "Алюминиум Компани оф Америка (Алкоа)". Однако использование этой массы не позволяет достичь монолитности подины после нагрева до рабочей температуры (950^oC) из-за повышенной усадки массы при термообработке. Плотность известной массы в необожженном состоянии составляет 1460 кг/см³ при объемной усадке шва при обжиге 0,9-1,1% (Дэлл М. В. // Джорнал оф Металз. - 1982 - v. 8 - p. 43-46).

Известна также углеродная масса для укладки в холодном виде в межблочные швы алюминиевого электролизера, включающая углеродный наполнитель - обожженные графитовые отходы, связующее (твердый пек) и пластификатор, полученный из одного или нескольких органических соединений (Заявка Франции N 243839, кл. C 04 B 35/52, B 22 D 3/02, опубл. 1980 г.). Указанная углеродная масса содержит не менее 70% обожженных отходов графитовых блоков, из которых 30% составляет фракция от 0,25 до 10 мм и 60% тонкий помол от 0 до 0,25 мм, связующее - твердый пек - 8%, а также до 13% пластификатора, состоящего из мелассы (или водного раствора глюкозы) влажностью не более 20%. Масса используется фирмой "СЕРС".

К причинам, препятствующим достижению высоких технических результатов при использовании известной массы, относятся следующие: - масса наиболее пригодна для соединения подовых блоков с повышенным содержанием графита (более 40%) в то время, как на заводах России применяются углеродные подовые блоки с содержанием графита не более 30%; - обожженные отходы отечественного производства характеризуются не только высокой неоднородностью качественного состава, так как производятся на сырье различной природы, но и повышенной упругостью и усадкой в процессе термообработки.

Соответственно, массы на указанном сырье отличаются нестабильностью объемно-линейных изменений при обжиге и физико-механических свойств при эксплуатации электролизеров.

Известна углеродная набивная смесь для катодных швов алюминиевого электролизера следующего состава, мас,%: Грубозернистый прокаленный антрацит - 30 - 60 Антрацитовая пыль - 30 - 50
Графитовая пыль - 1 - 10
Связующее (в расчете на твердый наполнитель) - 5 - 15
Растворитель (в расчете на твердый наполнитель) - 5 - 10
В качестве связующего используют нефтяной пек с температурой размягчения 120^oC или каменноугольный пек с температурой размягчения 115^oC. В качестве растворителя используют тяжелый дистиллятный нефтепродукт с плотностью 1,005 г/см³ и вязкостью при 60^oC - 123 сСт. (Патент США N 4282039, кл. C 08 L 95/00, 1981 г.).

Известная масса характеризуется невысокими качественными показателями. Эффект монолитности швов и высокой эксплуатационной стойкости достигается не столько качественным составом массы, сколько способом ее уплотнения. Известная масса фирмы "Рейнольдс Металз Компани" уплотняется в швах с помощью электротрамбовок и специальной набоечной машины, обеспечивающей требуемую плотность массы несмотря на присутствие в ее составе упругого компонента - графитовый пыли, что невозможно достигнуть с помощью пневмотрамбовок - единственного вида отечественных трамбовок.

Известна холоднонабивная масса с малым коэффициентом линейного расширения, состоящая из 90% прокаленного антрацита, 10% связующего, полученного путем пластификации каменноугольного пека с температурой размягчения > 80^oC с добавлением жидкой смеси нафталина и метилнафталина (А. Мургиа, Н. Фодди и С. Монтези. Производство нового типа холоднонабивной подовой массы с низкими усадочными свойствами // Легкие металлы. - 1986 - p. 681 - 684). Известная холоднонабивная масса характеризуется низкой пористостью (17%), высокой механической прочностью при сжатии (250 кг/см²) и линейным расширением при обжиге до 0,1%. Указанная масса разработана фирмой Алюминиа (Италия).

К причинам, препятствующим воспроизведению указанного выше технического результата, относится отсутствие информации о качестве и природе исходного сырья - антрацита, а также о гранулометрических характеристиках шихты наполнителя.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению (прототипом) является холоднонабивная подовая масса, включающая жидкое углеродное связующее и углеродный наполнитель (Патент РФ N 1836496, кл. C 25 C 3/06, 1992 г.).

Известная масса состоит из 13-15% связующего и 85-87% углеродного наполнителя - термоантрацита с содержанием фюзинолитов не менее 50%, истинной плотностью 1700 - 1800 кг/м³ и микротвердостью 200 - 250 кг/мм². Максимальный размер частиц термоантрацита - 15 мм, удельная поверхность шихты наполнителя - 100-150 м²/кг. Связующее представляет собой смесь каменноугольного пека с температурой размягчения 85-90^oC и поглотительного масла. Масса выпускается и используется на Саянском алюминиевом заводе.

Известная углеродсодержащая масса имеет высокие качественные характеристики после термообработки в условиях обжига электролизеров (950^oC):
Объемная плотность обожженной массы, кг/м³ - 1420 - 1460
Механическая прочность при сжатии, МПа - 45,5 - 62,3
Пористость, % - 16,9 - 19,0
Расширение при обжиге, % - 2,6 - 3,6
К причине, препятствующей достижению указанных технических характеристик при использовании известной холоднонабивной подовой массы, относится быстрая потеря активности массы при хранении. Низкое содержание связующего в известной массе с одной стороны способствует снижению выхода летучих из массы при обжиге, но, с другой стороны, приводит к неполному смачиванию углеродного наполнителя связующим при смешивании компонентов, следовательно, способствует быстрому высыханию и потере пластичности массы при хранении и транспортировке. Уплотнение указанной массы значительно снижает прочность обожженной массы при изгибе, а также стойкость к криолит-глиноземному расплаву. Срок хранения известной массы по прототипу низкий и составляет 3 месяца в сравнении с другими аналогами, срок пригодности которых составляет не менее 6 месяцев.

Максимальный эффект достигается при использовании свежеприготовленной массы по прототипу, что затрудняет использование массы на других заводах.

Основным препятствием к широкому использованию массы по прототипу является привязанность рецептуры к одному типу сырья - антрацитам фюзинитового литотипа. На антрацитах другого типа получится масса с низкими показателями.

Известно, что срок службы электролизера определяется сроком службы его подины, в частности прочностью и надежностью соединения катодных блоков между собой, а также катодных блоков с бортовыми блокам. Соединительный межблочный шов должен иметь высокие эксплуатационные характеристики, быть прочным при сжатии и изгибе, стойким к воздействию высокой температуры, не разрушаться под воздействием алюминия и криолитового расплава.

Холоднонабивная подовая масса представляет собой смесь полидисперсного углеродного наполнителя с жидким связующим, которая используется при комнатной температуре. Так как каждая фракция наполнителя готовится отдельно и также является полидисперсной, особенно тонкий помол с размером частиц от 0 до 0,5 мм, существует высокая степень вероятности неравномерного распределения крупных частиц среди мелких при смешивании компонентов. Кроме того, в процессе измельчения частиц термообработанного антрацита происходит повышение их поверхностной энергии, что приводит к агрегированию мелких частиц в крупные и мелкие агрегаты, которые в последующем не смешиваются со связующими, образуя непромесы в массе. Активная рабочая поверхность углеродного наполнителя создается при измельчении, но на воздухе активные центры адсорбируют кислород и теряют способность смачиваться и взаимодействовать со связующим. Для оптимизации взаимодействия компонентов массы требуется "очистка" поверхностности, а также разрушение агрегатов мелкодисперсного углерода.

Задачей настоящего изобретения является повышение смачиваемости наполнителя связующим при смешивании массы и, как следствие, повышение эксплуатационных характеристик массы.

Технический результат - повышение плотности (пластичности) необожженной массы, а также прочности при изгибе и стойкости к воздействию алюминия и криолит-глиноземного расплава обожженной массы.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что холоднонабивная подовая масса, включающая жидкое углеродное связующее и термообработанный антрацит, дополнительно содержит пластификатор и специальную добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Термообработанный антрацит - 74,0 - 89,0
Жидкое углеродное связующее - 10,0 - 16,0
Пластификатор - 0,4 - 3,4
Специальная добавка - 0,6 - 6,6
В качестве пластификатора холоднонабивная подовая масса содержит многоатомные спирты жирного ряда (полигликоли), например диэтиленгликоль.

В качестве специальной добавки масса содержит боросодержащий компонент - борную кислоту (H₃BO₃), оксид бора (B₂O₃), карбид бора (B₄C) или буру. Указанное соотношение компонентов в предлагаемой массе является оптимальным и обусловлено требованиями к консистенции массы, условиями ее уплотнения, характером взаимодействия компонентов при комнатной температуре и в процессе обжига, обеспечивающим получение совершенной структуры материала, которая должна быть сохранена на все время службы электролизера.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Заявляемая масса отличается от прототипа составом, а именно присутствием добавки и пластификатора, следовательно, она соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного вещества. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение технического результата. Описываемое изобретение не основано только на изменении количественного признака. Новые значения этих признаков не могли быть получены исходя из известных зависимостей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Применение в заявляемой массе добавок, осуществляющих пластифицирующий и специальный эффекты, обеспечивает достижение нового эффекта - повышение смачиваемости наполнителя связующим при смешивании, повышения пластичности, получения объемного расширения при обжиге и спекания массы в монолите с повышенной прочностью при изгибе и стойкостью к воздействию алюминия и криолит-глиноземного расплава, не присущих подовой массе по прототипу.

Выбор пластификатора обусловлен реализацией необходимо-допустимой степени взаимодействия между компонентами без увеличения количества связующего в массе.

Экспериментально установлено, что пластифицирующий эффект в присутствии многоатомных кислот жирного ряда, например диэтиленгликоля, характеризуется увеличением пластичности (формуемости) массы в необожженном виде при неизменном количественном содержании связующего. Так как поверхность углеродного наполнителя характеризуется наличием лиофильных и лиофобных участков, добавки, содержащие активные функциональные группы разной полярности (-OH, - SO₃H; > C=0), перемежающиеся с неполярными радикалами, легко взаимодействуют с активными центрами на углеродной поверхности, повышая смачиваемость углеродной поверхности каменноугольным связующим. Наличие групп OH в добавках способствует образованию меж- и внутримолекулярных водородных связей, а также связей с ароматическими составляющими каменноугольного связующего. Таким образом, роль указанных пластификаторов сводится к снижению сцепления между частицами мелкодисперсной фракции термоантрацита (разбиваются агрегаты), резкому повышению смачиваемости углеродной поверхности и проникновению связующего в микротрещины на поверхности углеродных частиц. Диэтиленгликоль и другие полигликоли снижают поверхностное натяжение на границе углерод-связующее, обеспечивая однородность массы и ее уплотняемость (пластичность) при набойке в швы подины электролизера.

В качестве специальных добавок в углеродную шихту наполнителя вводят боросодержащие соединения - оксид бора (B₂O₃), или борную кислоту (H₃BO₃), или карбид бора (B₄C), или буру - природные натриевые соли кислот бора. При перемешивании компонентов шихты указанные добавки распределяются среди углеродной составляющей наполнителя.

В процессе эксплуатации углеродная масса в подине подвергается воздействию криолит-глиноземного расплава и жидкого алюминия. Расплавленный алюминий, контактируя с футеровкой, ведет себя как сильный восстановитель. Углеродная футеровка без добавок подвергается пропитке жидким алюминием, который в присутствии свободного углерода образует карбид алюминия Al₄C₃ - желтые кристаллы.

Наличие в предлагаемой массе спекающих добавок, оксидов или карбидов бора препятствует проникновению расплава металла в набивную массу, т.к. жидкий алюминий легче взаимодействует с указанными боросодержащими компонентами и стеклоподобными фазами, чем с углеродом. При попадании жидкого алюминия на поверхность, содержащую оксиды и карбиды бора, наблюдается химическое взаимодействие с образованием новых соединений в зоне контакта. Фазовый анализ показал наличие в продуктах реакции компонентов предположительно системы B-C-Al (карбоборидной фазы алюминия) типа AlC₂B₁₂; AlC₄B₂₄; Al₃C₂B₄₈.

Избыток свободного углерода из наполнителя и связующего вносит коррективы в происходящий процесс. Таким образом происходит дегидратация ортоборной кислоты с образованием стеклообразной модификации борного ангидрида (при температуре до 600^oC). Образовавшийся оксид бора при температуре выше 450^oC находится в жидком состоянии. В присутствии избытка углерода возможно одновременное существование нескольких соединений: B₂O₂; HBO₂; B₂(OH)₄; B. Углеродное восстановление с образованием карбида бора (B₄C) осуществляется при различных температурных условиях в зависимости от среды, сырья и времени воздействия. Как правило, это высокие значения температуры ~ 2200^oC. Длительный обогрев массы с добавками оксидов бора до 950^oC в течение нескольких месяцев в присутствии избытка углерода привел к образованию карбида бора различного состава от B₃C и B_0,22C до B₄C. Непосредственно после обжига в массе содержатся продукты химических восстановительных процессов, т.е. все перечисленные выше оксиды, субоксиды бора, бор, распределенные в углеродном каркасе в виде стеклоподобных фаз с пространственной коагуляционной структурой, способствующие повышению механической прочности при изгибе. Пленки стеклофазы сложного состава закупоривают поры, ограничивая доступ электролита в подину.

При низких температурах растворимость бора в жидком алюминии слишком мала и до температуры 1000-1300^oC отмечено взаимодействие с образованием AlB₂ и a-AlB₁₂, также представляющих собой стеклофазу сложного состава, цементирующую мелкие частицы и препятствующую проникновению расплава алюминия в футеровку. Т.к. указанные выше соединения образуются в незначительных количествах даже при избытке алюминия и взаимодействуют с образованием прочного тройного соединения бора с алюминием и углеродом, устойчивые к воздействию температуры до 1900^oC, образуя прочный каркас обожженной массы, стойкий к воздействию криолитглиноземного расплава и алюминия. Структура сложного карбоборидного каркаса способствует повышению механической прочности при изгибе и стойкости к воздействию жидкого алюминия к криолит-глиноземному расплаву.

Экспериментально установлено, что содержание 0,4 - 3,4% пластификатора обеспечивает активизацию углеродной поверхности, жизнеспособность в течение 6 месяцев и уплотняемость в необожженном состоянии, а 0,6 - 6,6% специальной добавки обеспечивает полноту химического взаимодействия компонентов массы в процессе обжига массы.

Недостаток пластификатора (менее 0,4%) приводит к частичному разрушению агрегатов и смачиванию углеродной поверхности, т.е. неравномерности распределения связующего в массе, что снижает жизнеспособность и пластичность массы при набойке в швы.

Избыток пластификатора (более 3,4%) приводит к образованию на углеродной поверхности избытка адсорбированной добавки, в результате частицы наполнителя изолируются от связующего. В этом случае добавка вместо промежуточного компонента, снижающего поверхностное натяжение на границе раздела фаз углерод - связующее, начинает играть роль смазки. Такие массы при уплотнении "плывут" из-за эластичности промежуточного слоя.

Как отмечалось выше, оптимальное содержание специальной добавки (1,2 - 1,7%) определяют химическим взаимодействием в системе B-C.

Недостаток специальной добавки (менее 0,6%) приводит к недостаточному образованию продуктов химического восстановления и, соответственно, неравномерному распределению стеклоподобных фаз в углеродном каркасе, что снижает прочностные показатели при изгибе и эксплуатационные свойства обожженных масс.

Избыток специальной добавки (более 6,6%) приводит к увеличению удельной поверхности наполнителя, что при неизменном количестве связующего выражается в получении "сухой" массы, плохо уплотняющейся при набойке в швы.

Составы предлагаемых масс, а также с запредельным содержанием компонентов приведены в таблице 1.

Пример 1. Для приготовления массы используют термоантрацит (ТУ 48-4804-17) фракции (-15+4), (-4+0,5) и (0,5+0) мм. Шихту готовят таким образом, чтобы удельная поверхность шихты составила 120 м²/кг.

Гранулометрический состав шихты наполнителя, мм/%:



Свойства термоантрацита:
истинная плотность - 1,760 г/см³;
массовая доля золы - 3,2%
В качестве связующего используют композицию, представляющую смесь каменноугольного пека марки Б (ГОСТ 10200) и поглотительного масла (ТУ 14-107-148), со следующими свойствами:
динамическая вязкость при 50^oC - 350 сПз;
выход коксового остатка - 38%
В качестве пластификатора используют диэтиленгликоль (ГОСТ 10136) плотностью при 20^oC - 1,116 г/см³.

В качестве специальной добавки вводится оксид бора (B₂O₃) (ТУ 6-09-2803).

Приготовление массы в лабораторных условиях ведут следующим образом: в необогреваемую смесильную машину емкостью 10 л загружают шихту углеродного наполнителя указанной удельной поверхности (74%), вводят спекающую добавку, перемешивают без подогрева в течение 5 мин. На перемешанную шихту заливают пластификатор (диэтиленгликоль) (3,4%) и дополнительно перемешивают 5 мин. Спекающая специальная добавка дозируется в последнюю очередь (6,6%) и перемешивают смесь наполнителя, пластификатора и спекающей добавки в течение 5 мин. Каменноугольное связующее в количестве 16% подогревают до 50^oC и заливают в подготовленную смесь. После перемешивания со связующим в течение 20 мин масса готова к употреблению.

Испытания массы проводят в соответствии с принятыми методами контроля качества углеродных футеровочных материалов. Для этого готовят образцы прессованием в необогреваемую матрицу:
- температура массы комнатная;
- температура пресс-формы комнатная;
- давление прессования (19,6 + 2,0) МПа;
- время подпрессовки 120 + 5 с.

Для определения кажущейся плотности необожженной массы готовят образцы диаметром 60 мм, высотой 60 мм.

Термообработку образцов ведут путем обжига до 1000^oC в углеродной засыпке со скоростью подъема температуры 100^oC/час и выдержкой при конечной температуре в течение 3-х часов.

Обожженные образцы взвешивают, обмеряют и испытывают на механическую прочность при изгибе (ГОСТ 23775). Объемная плотность и усадка рассчитываются по результатам обмера и взвешивания образцов.

Стойкость к воздействию криолит-глиноземного расплава определяется на обожженных образцах по методике, изложенной в ТУ 48-12-21-95 "Блоки подовые для алюминиевых электролизеров" по показателю относительного удлинения в расплаве, состоящем из алюминия, криолита, глинозема и фтористого натрия.

Пример 2. Как в примере 1. Отличия в том, что:
1. В качестве наполнителя используют шихту электрокальцинированного антрацита с внешней удельной поверхностью 100 м²/кг.

Свойства электрокальцинированного антрацита:
истинная плотность - 1,980 г/см³;
массовая доля золы - 4,0%
2. Массу готовят из 89% шихты термоантрацита; 10% композиционного связующего; 0,4% пластификатора - диэтиленгликоля и 0,6% специальной добавки - борной кислоты (H₃BO₃) (ТУ 6-09-17-263-89).

Пример 3. Как в примере 2. Отличие в том, что:
1. Массу готовят из 84% шихты электрокальцинированного антрацита; 13% композиционного связующего; 1,5% пластификатора-диэтиленгликоля (ГОСТ 10136) и 1,5% специальной добавки - карбида бора (B₄C) (ГОСТ 5744).

Пример 4. Как в примере 1. Отличие в том, что:
1. Массу готовят из 79,0% шихты термоантрацита; 15,5% композиционного связующего; 2,5% пластификатора - диэтиленгликоля (ГОСТ 10136) и 3,5% специальной добавки - буры.

Пример 5. Как в примере 1. Отличия в том, что:
1. В качестве наполнителя используют шихту термоантрацита с внешней удельной поверхностью 150 м²/кг.

Свойства термоантрацита:
истинная плотность - 1,700 г/см²;
массовая доля золы - 2,5 %
2. Массу готовят из 77,0% шихты термоантрацита; 14% композиционного связующего; 3,4% пластификатора - диэтиленгликоля (ГОСТ 10136) и 5,6% специальной добавки - борной кислоты (H₃BO₃) (ТУ 6-09-17-263-89).

Пример 6. Как в примере 5. Отличие в том, что:
1. В качестве наполнителя используют шихту термоантрацита с внешней удельной поверхностью 140 м²/кг.

2. Массу готовят из 85,0% шихты термоантрацита; 10,5% композиционного связующего; 2,0% пластификатора - диэтиленгликоля (ГОСТ 10136) и 2,5% специальной добавки - карбида бора (B₄C) (ГОСТ 5744).

Пример 7. (на запредельное содержание компонентов)
Как в примере 4. Отличие в том, что:
1. Массу готовят из 90% шихты термоантрацита; 8% композиционного связующего; 0,4% пластификатора - диэтиленгликоля (ГОСТ 10136) и 1,6% специальной добавки - оксида бора (B₂O₃) (ТУ 6-09-2803).

Пример 8. (на запредельное содержание компонентов)
Как в примере 1. Отличие в том, что:
1. Массу готовят из 73,0% шихты термоантрацита; 17,5% композиционного связующего; 3,4% пластификатора - диэтиленгликоля (ГОСТ 10136) и 6,1% специальной добавки - карбида бора (B₄C) (ГОСТ 5744).

Пример 9 (на запредельное содержание пластификатора)
Как в примере 6. Отличие в том, что:
1. Массу готовят из 80,2% шихты термоантрацита; 16% композиционного связующего; 0,2% пластификатора - диэтиленгликоля (ГОСТ 10136) и 3,6% специальной добавки - карбида бора (B₄C) (ГОСТ 5744).

Пример 10 (на запредельное содержание пластификатора)
Как в примере 2. Отличие в том, что:
1. Массу готовят из 83% шихты электрокальцинированного антрацита; 10% композиционного связующего; 5,4% пластификатора-диэтиленгликоля и 1,6% специальной добавки - борной кислоты (H₃BO₃) (ТУ 6-09-17-263-89).

Пример 11 (на запредельное содержание специальной добавки)
Как в примере 3. Отличие в том, что:
1. Массу готовят из 88,0% шихты электрокальцинированного антрацита; 10% композиционного связующего; 1,6% пластифатора-диэтиленгликоля и 0,4% специальной добавки - карбида бора (B₄C) (ТУ 3-05-00222226-47-93).

Пример 12 (на запредельное содержание специальной добавки)
Как в примере 5. Отличие в том, что:
1. Массу готовят из 80% шихты термоантрацита; 15,8% композиционного связующего; 0,4% пластификатора - диэтиленгликоля (ГОСТ 10136) и 3,8% специальной добавки - борной кислоты (H₃BO₃).

Пример 13 (по прототипу)
Для приготовления массы используют термоантрацит (ТУ 48-4804-17) фракции (-15+4), (-4+0,5) и (-0,5+0) мм. Шихту готовят таким образом, чтобы удельная поверхность шихты составляла 150 м²/кг.

Свойства термоантрацита:
истинная плотность - 1,740 г/см³;
содержание фюзенита, % - 76%
В качестве связующего используют композиционное связующее, представляющее собой смесь каменноугольного пека марки B (ГОСТ 10200-83) и поглотительного масла (ТУ 14-107-148-87); свойства связующего: динамическая вязкость (при 30^oC) - 400 мПа·с, выход коксового остатка - 38%.

Массу готовят из 85% шихты наполнителя и 15% композиционного связующего. Приготовление массы ведут следующим образом: в необогреваемую лабораторную смесительную машину емкостью 3 л загружают шихту наполнителя, перемешивают без подогрева в течение 10 минут, затем добавляют связующее с температурой 80^oC и перемешивают в течение 35 минут без подогрева.

После смешивания масса готова к употреблению. Испытания массы проводят в соответствии с ТУ 48-0132-06-89 "Масса антрацитовая подовая холоднонабивная для алюминиевых электролизеров". От приготовленной массы берут навески по 200 г, помещают в пресс-форму. Температура пресс-формы комнатная. Давление прессования (19,6+2,0) МПа в течение 120+5 с. Получают заготовки диаметром 60 мм, их замеряют и взвешивают. Объемная плотность необоженных образцов рассчитывается по результатам обмеров образцов по диаметру и высоте.

Термообработку заготовок проводят путем обжига до 950^oC со скоростью подъема температуры 100^oC/ч, выдержкой при конечной температуре в течение 3-х часов.

Обожженные образцы взвешивают, замеряют и испытывают на механическую прочность (ГОСТ 23775-79). Объемная плотность и усадка рассчитываются по результатам обмера и взвешивания образцов.

Стойкость к воздействию криолит-глиноземного расплава определяется на обожженных образцах по известной методике (ТУ 48-12-21-85 "Блоки подовые для алюминиевых электролизеров"). Сущность метода заключается в определении относительного удлинения образца в процессе электролита расплава следующего состава (алюминий, криолит, глинозем, натрий фтористый).

Свойства масс в обожженном состоянии приведены в табл. 2.

Данные, представленные в табл. 2, показывают, что предлагаемые массы (примеры 1-6) характеризуются повышенной пластичностью при набойке, следствием чего является повышенная объемная плотность необоженной массы в сравнении с прототипом
Применение пластификатора и специальной добавки позволяет повысить у обожженных подовых масс предлагаемого состава прочность при изгибе. Одновременно улучшается эксплуатационный показатель - снижается относительное удлинение обожженной массы в криолит-глиноземном расплаве в сравнении с прототипом.

Выход за заявляемые пределы по содержанию компонентов (примеры 7-12) не обеспечивает достижение требуемого технического результата.

Изобретение применимо при изготовлении футеровочной холоднонабивной подовой массы для заполнения межблочных швов и позволяет повысить эксплуатационную стойкость углеродных подин при эксплуатации алюминиевых электролизеров.

Формула изобретения

1. Холоднонабивная подовая масса, включающая жидкое углеродное связующее и углеродный наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пластификатор и специальную добавку, а в качестве углеродного наполнителя используют термообработанный антрацит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Термообработанный антрацит - 74, 0 - 89,0
Жидкое углеродное связующее - 10,0 - 16,0
Пластификатор - 0,4 - 3,4
Специальная добавка - 0,6 - 6,6
2. Масса по п.1, отличающаяся тем, что в качестве углеродного наполнителя используют термоантрацит с истинной плотностью 1,70 - 1,88 г/см³.

3. Масса по п.1, отличающаяся тем, что в качестве углеродного наполнителя используют электрокальцинированный антрацит с истинной плотностью 1,86 - 2,30 г/см³.

4. Масса по п.1, отличающаяся тем, что в качестве пластификатора она содержит многоатомный спирт жирного ряда - диэтиленгликоль.

5. Масса по п.1, отличающаяся тем, что в качестве специальной добавки она содержит боросодержащий компонент - борную кислоту (Н₃ВО₃).

6. Масса по п.1, отличающаяся тем, что в качестве специальной добавки она содержит боросодержащий компонент - оксид бора (В₂О₃).

7. Масса по п.1, отличающаяся тем, что в качестве специальной добавки она содержит боросодержащий компонент - карбид бора (В₄С).

8. Масса по п.1, отличающаяся тем, что в качестве специальной добавки она содержит боросодержащий компонент - буру.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.10.2010

Извещение опубликовано: 27.10.2010        БИ: 30/2010

---