Określenie kryteriów dobru nośnika węglowego w zawiesinach ceramiczno-węglowych do otrzymywania filtrów ciekłego metalu

• Autorzy: Muzyka R. , Robak Z. , Lipowska B.

Warianty tytułu

EN

Determination of criteria for the selection of a carbon carrier in ceramic-carbon suspensions for liquid metal filters

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Dodatek węgla do filtra ceramicznego do filtrowania ciekłego metalu ma za zadanie poprawić jego właściwości użytkowe, w tym właściwości mechaniczne oraz warunki przepływu metalu przez filtr. Użyte w badaniach prekursory węgla stanowić mogą dwa rodzaje materiałów: 1) ciekłe (pseudociekłe) materiały o charakterze spoiw: paki, smoły, żywice, asfalty, które wyniku pirolizy dają karbonizat o wysokiej zawartości węgla pierwiastkowego; 2) materiały stałe dodawane do zawiesiny ceramicznej w formie rozdrobnionej: grafity (naturalne i elektrografity), antracyty, koksy. Przedmiotem badań było opracowanie procedury oceny podstawowych właściwości zawiesin ceramiczno-węglowych, które stanowią etap przejściowy przy produkcji filtrów i określenie wpływu niektórych czynników (skład, dodatki) na wartości ich parametrów reologicznych. Przedstawiono wyniki badań doboru stałego nośnika węglowego, zwłaszcza w zakresie określenia właściwości reologicznych zawiesin. W pracy scharakteryzowano tiksotropię zawiesin ceramiczno-węglowych za pomocą pomiarów powierzchni pól pętli histerezy krzywych płynięcia. Do zrealizowania założonego celu pracy zastosowano reometr obrotowy typu CR z regulowaną szybkością ścinania i model Haake VT550. Planowanie eksperymentu, sterowanie jego przebiegiem oraz obróbkę matematyczną otrzymanych wyników uzyskano stosując oprogramowanie RheoWin 4.30. Do przeprowadzenia badań lepkości zawiesin węglowych zastosowano układ pomiarowy złożony z cylindrów współosiowych typu SV-DIN. Pomiary wykonano w temperaturze 25 °C. Zastosowano zakresy szybkości ścinania od 10 s-1 do 200 s-1. Krzywe płynięcia wyznaczono dla wzrastających i malejących wartości szybkości ścinania. Lepkość badanych zawiesin oznaczano przy stałej szybkości ścinania wynoszącej 200 s-1. Porównanie zastosowanych metod ze szczególną charakterystyką surowców węglowych, przedstawionych w pracy, pozwoliła na lepsze zrozumienie przyczyn powstawania struktury tiksotropowej. Dla zawiesin ceramiczno-węglowych tiksotropia jest miarą energii wewnętrznej zależną od składów badanych zawiesin. Pole powierzchni pętli histerezy krzywych płynięcia określa energię wewnętrznej układu, zużytą do zniszczenia lub odbudowy struktury zawiesiny. Istotnym elementem jest przygotowanie procedury nanoszenia zawiesin na powierzchnię filtra a także proces jego dalszej obróbki termicznej. Na podstawie przeprowadzonych badań – pomiaru lepkości i tiksotropii – określono najkorzystniejsze właściwości reologiczne charakteryzujące otrzymane zawiesiny, a także zastosowany materiał węglowy.

EN

The aim of the adding carbon to a ceramic filter for liquid metal filtration is to improve filter’s functional properties, including mechanical properties and conditions of the flowing metal through the filter. In the investigations two kinds of precursors were used: (i) liquid (pseudo-liquid) materials playing the role of binders: pitches, tars, resins, asphalts, which as a result of pyrolysis provide a carbonating agent with a high content of elemental carbon, (ii) solid materials applied on the surface of filters in a pulverised form: graphite (natural and electro graphite), anthracites, cokes, coals. The aim of research was to develop a procedure for evaluating basic properties of ceramic-carbon suspension, being a transition stage in production of filters, and to determine the influence of some factors (composition, additives) on their rheological parameters. The results of investigations into the selection of a solid carbon carrier, especially with regard to rheological properties of suspensions, have been presented. In the work thixotropy of ceramic-carbon suspensions was characterised by determination of flow curve hysteresis loops. In order to fulfil the assumed goal, a rotary rheometer type CR, model Haake VT550 with regulated shear rate was applied. The experiment was planned, its course was controlled and mathematical processing of the obtained results was carried out by means of the RheoWin 4.30 programme. Viscosities of carbon suspensions were determined using a measurement system composed of SW-DIN coaxial cylinders. The measurements were taken at 25 °C. Shear rates ranged from 10 s-1 to 500 s-1. Flow curves were determined for the increasing and decreasing values of shear rate. The examined suspensions’ viscosity was determined at a constant shear rate reaching 500 s-1. A comparison of the applied methods, with a special focus on the characteristics of carbon raw materials presented in the work, made it possible to better understand reasons of the thixotropic structure formation. For ceramic-carbon suspensions, thixotropy is a measure of internal energy, dependent on the examined suspensions’ compositions. The area of flow curves hysteresis loops determines the internal energy of a system used for destruction or reconstruction of the suspension structure. On the basis of the measurement of viscosity and thixotropy, the most favourable rheological properties of the obtained suspensions and the applied carbon material were determined.

Słowa kluczowe

PL

filtr ceramiczno-węglowy; nośnik węgla; reologia; tiksotropia

EN

ceramic-carbon filter; carbon carriers; rheology; thixotropy

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 65, nr 4
• Strony: 406--411
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz.

Twórcy

autor

Muzyka R.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze

autor

Robak Z.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze

autor

Lipowska B.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Oddział Materiałów Ogniotrwałych w Gliwicach, ul. Toszecka 99, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Muzyka, R., Robak, Z., Lipowska, B.: Źródła węgla w filtrach ceramiczno – węglowych do filtracji stopów metali. VII Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna - MATERIAŁY WĘGLOWE i KOMPOZYTY POLIMEROWE, Ustroń, (2012).
• [2] Stránský, K., Bažan, J., Bůžek, Z., Dobrovská, J., Kavička, F.: Zagadnienia związane z przepływem stali przez filtry ceramiczne, Hutnik – Wiadomości Hutnicze, 11, (2006) 486–490.
• [3] Schramm, G.: Reologia. Podstawy i zastosowanie, Ośrodek Wydawnictw Naukowych PAN, Poznań, (1998).
• [4] Ferguson, J., Kembłowski, Z.: Reologia stosowana płynów, Wydawnictwo MARCUS s.c., Łódź, (1995).
• [5] Partyka, J., Wodnicka, K., Wójcik, Ł.: Parametry reologiczna wodnych zawiesiny kaolinu KOC, Materiały Ceramiczne, 62, 2, (2010), 197–202.
• [6] Matysiak, H.,Wiśniewski, P., Ferenc-Dominik, J., Michalski, J., Kurzydłowski, K.J.: Badania właściwości reologicznych ceramicznych mas lejnych do odlewania precyzyjnego części turbin lotniczych, Szkło i ceramika, 66, (2011), 10–15.
• [7] Stępkowska, A., Izak, P., Ogłaza, L.: Właściwości reologiczne zawiesin ceramicznych modyfikowanych krzemianami sodu, potasu i litu, Materiały Ceramiczne, 63, 3, (2011), 547–551.