Способ контроля качества коксопековой композиции для производства искусственного графита

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 01 8 31/02 С 01 N 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) 3320054/26 ) (22) 04.06.81 (46) 30.06.93. Бюл. Р 24 (71) Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита (72) Б.Г.Остронов, А.С.Котосонов, И.Я.Левинтович, И.А.Платова, В.Я.Ца-;. рев и А.И.Обьедков (56) Патент СССР Н 791216, кл, C 01 " 31/02, 1978,:

Авторское свидетельство СССР 760620, кл. С 01 В 31/04, непубл., 1978, Изобретение относится к промышленности по производству углеродных материалов, в частности к методам контроля качества углеродных материалов, и может быть использовано для регулирования технологических процессов получения графита для металлургической и химической промышленности, Технология получения искусственного графита из кокс-пековой композиции является длительным многоступенчатым процессом, включающим стадии размола кокса, смешения кокса и пека в определенном соотношении, размола композиции до получения пресс-композиции нужной дисперсности, формования заготовок, их обжига и графитации при 2800-3000 С. Вся технологическая цепочка получения графита из коксопековой композиции в зависимости от марки графита в производственных ус- ) ловиях занимает время 2,5-3 месяца.

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) „„5U ÄÄ 1031085 А1 (54) (57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

КОКСОПЕКОВОЙ КОМПОЗИЦИИ JlJ1R ПРОИЗВОДСТВА ИСКУССТВЕННОГО ГРАФИТА, включающий формование и термообработку в инертной среде образцов из коксопековой композиции, измерение удельно"

ro электросопротивления и плотности термообработанных образцов и сопоставление их с эталонным образцом, о т л и ч а ю щ и " с я тем, что, с целью повышения точности и эспрессности контроля, термообработку об"-разцов ведут до 1000-1300 С и исполь- зуют обожженный эталонный образец, Качество конечного графита, характеризуемого комплексом физико-химичес- . ких свойств (плотностью, удельным электросопротивлением и др.), зависит как от качества используемого сырья, так и от параметров технологии на стадиях подготовки пресс-композиции. Так как сырье, применяемое при производстве графита, может об- 1 ладать разными качественными харак- теристиками, то для получения графита со стабильными свойствами варьируют технологические режимы получения пресс-композиции (время размола, соотношение компонентов композиции, время смешивания компонентов и др.)

При этом возникает важная задача контроля качества пресс-композиции.

Известен способ контроля качества коксопековой композиции для производства искусственного графита, включающий формование и определение усад1031085 ки заготовки. из коксопековой композиции до обжига.

Способ позволяет регулировать содержание связующего в композиции. Недостатком указанного способа является ограниченная его применимость.

Так, например, способ не может быть использован для коксопековых композиций,на основе непрокаленного кокса, так как при одинаковом количестве связующего в композиции и, следовательно, одинаковых величинах усадки (согласно противопоставленному спосо," бу) качество графита зависит еще от нескольких Факторов: времени смешивания компонентов, режимов размола композиции, сорбционной способности композиции к кислороду воздуха.

Наиболее близким техническим реше- о нием является способ контроля каче ства коксопековой композиции для про1 ,изводства искусственного графита, включающий Формование образцов из коксопековой композиции, их термооб- 25 работку (графитацию) в инертной среде до 2800 С и выше, измерение удельного электросопротивления и плотности .термообработанных образцов и сопоставление их с эталонным образцом гра- р фита.

Недостаток этого способа заключается в недостаточной точности контроля качества коксопековой композиции.

Это связано с тем, что контроль каче", 5 ства занимает много времени - около двух рабочих смен. 3а это время пресспорошок, качество которого контролируется, может существенно изменить свои физико-химические характеристи- @ ки, например, за счет сорбции кислорода воздуха. Поэтому после получения, например, положительного заключения по качеству, формования промышленных заготовок, их обжига и гра- g5 фитации полученный графит может иметь характеристики, не совпадающие с характеристиками, предсказанными при контроле. На практике в заводских условиях при двухсменной работе и длительности контроля .10 ч Формование заготовок проводят лишь на следующий день. При этом время хранения пресспорошка увеличивается до суток, а точность еще более уменьшается. Кроме того, способ контроля по известному способу требует создания нестандартного оборудования для высокотемпературного нагрева пробных образцов и больших расходов на графитовую оснастку, электроэнергию.

Целью изобретения является повышение точности и экспрессности способа контроля качества коксопековой композиции„

Указанная цель достигается тем, что в предложенном способе, термообработку образцов ведут до 10001300 С и используют обожженный эталонный образец.

Предлагаемый способ позволяет контролировать качество любой коксопековой композиции путем обжига пробных образцов и последующего измерения их удельного электросопротивления и плотности, причем качество графита определяется однозначно, При этом способе можно регулировать как соотношение компонентов композиции, так и другие параметры "зеленого передела": гранулометрический состав, время измельчения композиции, температуру смешивания компонентов и т.д.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет контролировать пригодность исходного сырья - кокса и пека для получения графита с заданными свойствами.

Установлено, что характеристики пробных образцов после обжига (удельное электросопротивление и плотность) связаны с характеристиками промышленного графита, полученного из той же пресс-композиции линейно, с коэффициентом корреляции )0,9:

Гг

А+ В ° 0 d =А +В d го г о где, Й г - удельное электросопротивление (Ом-мм /м) и плотность (г/смз) заготовок промышленного графита;

Ь,d - удельное электросопротивление и плотность пробных образцов после обжига;

/ i

A,В,A, В - коэффициенты постоянные для данной технологии графита (А = 7 92; В = с

= 0,425; А = -0,012;

В = 1,21).

Обнаруженные нами корреляции дают возможность рассчитывать характеристики промышленного графита по соответствующим характеристикам пробных образцов после обжига снизить температуру термообработки пробных образ85

5 10310

1 цов и использовать в качестве этаI лонного образца обожженный эталонный образец. Конечная температура термообработки пробных образцов 1000о

1300 С выбрана, исходя из того, чтобы надежность контроля была достаточно высокой, а время контроля составляло не более 4-5 ч.

При уменьшении температуры обра- 10 ботки ниже 1000 С точность контроля снижается из-за резкого уменьшения коэффициентов корреляции. Повышение .температуры обработки выше 1300 С приводит к затратам времени на контроль, 15 превышающим длительность одной рабочей смены, а также требует нестандартного оборудования.

Способ контроля качества пресскомпозиции реализуют следующим образом. От 30-60 кг кокспековой пресскомпозиции отбирают пробу 30-60 r.

Под давлением 650 + 50 кг/см2 фор" муют 2-3 пробных образца диаметром

10-18 мм, высотой 20-35 мм. Образцы подвергают термической обработке до

1000-1300 С с максимально возможной скоростью, обеспечивающей сохранение монолитности образцов 3-15 град/мин, После термообработки образцы охлаж- З0 дают до комнатной температуры, измеряют их удельное электросопротивление и плотность. Сопоставляют измеренные величины с соответствующими характеристиками эталонного образца Э5 и делают заключение о качестве кокспековой пресс-композиции. В случае, если характеристики пробного образца не хуже характеристик эталонного образца, пресс-композицию считают ка- 4р чественной и она поступает на дальнейшую переработку: прессование, обжиг, графитацию. В качестве эталона выбирают такую промышленную обожженную заготовку, которая при последую- 45 щей графитации приобретает свойства графита, соответствующего ГОСТ, ОСТ, ТУ. Поэтому режим получения эталона совпадает с режимом получения обожженных промышленных заготовок, Для 5Q каждой маркы графита эталон будет свой собственный.

Пример l.

Из коксопековой пресс-композиции, состоящей из 383 высокотемпературно- ад

ro каменноугольного пека и 623 нефтяного кокса марки КНПС, предназначенной для производства графитовых заготовок с удельным электросопротивлением не. более 12 Ом мм2/м и плотностью не менее 1,85 г/смз (обожженный эталонный образец 077 Ом мм /м, d 1,50 г/смз) отбирают пробу. Из пробы формуют 8 образцов цилиндрической формы диаметром 12 мм, высо" той 24 мм. Давление формования—

650 кг/см . Четыре образца термообрабатывают до 1000 С в инертной среде. - аргоне со скоростью

5. град/мин. и. 15 мин. изотермической выдержкой при конечной температуре

1000 С, Остальные четыре образца термообрабатывают до 2800 С по режиму прототипа: скорость нагрева до

900 С вЂ” 5 град/мин, до 2800 С

30 град/мин с изотермической выдержкой при 2800 С - 15 мин.

На образцах, приготовленных по сравниваемым режимам, измеряют удельное электросопротивление и плотность.

Результаты измерения приведены в таблице„ Как видно из таблицы, сопоставление полученных результатов с удельным электросопротивлением и плотностью соответствующих эталонных образцов позволяет сделать заключение о непригодности пресс-композиции для дальнейшей переработки.

Пример 2.

Из коксопековой пресс-композиции, полученной виброразмолом в течение

40 мин и предназначенной для производства графитовых заготовок с удельным электросопротивлением не выше 13 Ом. MM2/м и плотностью не ниже 1,80 г/смз (характеристики обожженного эталона р = 49 Ом.мм2/м и

d „ = 1,53 гlсм ), отбирают пробу.

Из пробы формуют 4 образца цилиндрической формы диаметром 18 мм и высотой 30 мин. Давление формования700 кг/см . Два образца термообрабатывают до 1200 С в инертной среде со скоростью 10 град/мин, Изотермическая выдержка при 1200 С15 мин, Образцы охлаждают до комнатной температуры за 0,5 ч. Оставшиеся два образца термообрабатывают до 2800 С по режиму прототипа: скорость нагрева до 900 С вЂ” 5 град/мин, до 2800 С - 30 град/мин. Изотермическая выдержка при 2800 С - 15 мин.

Охлаждают образцы до комнатной температуры за 3,5 ч.

На образцах, приготовленных по сравниваемым режимам, измеряют удельное электросопротивление и плотность.

1031085

Предлагаемый способ

f Пример

Прототип

Пример

Характеристика образцов и способа контроля

Пример

Пример

Пример

Пример

Обожженный эталонный образец

Графитированный эталонный образец

Эталон

Удельное электросопротивление, Ом мм2/м

49,0

1 53

47,0 12,0 13 0 12,0

1,56 1,85 1,80 1,85

77,0

1,50

Плотность, г/смз

Пробный образец температура обработки, C

1300 2800 2800

2800

1000 1200

3 связующего в композиции 38 39 40

38

Удельное электросопротивление, Ом ммз/м

81,0. . 42,0

13 2

40,0

19,0

1.2,5

1,37 1,56 1,57 1,65 1,82 о 1,84

Плотность, гlсмз

Время контроля, ч 5,8 4,4 4у7 10,5 9,2 10,0

Не при- Пригодна годна

Пригодна Не при- Пригодна Пригодна годна

Заключение по качеству пресс-композиции".

Пригоден Пригоден Не при- Пригоден Не пригогоден ден

Не пригоден

Качество графита из контролируемой композиции

Результаты измерения приведены в таблице. Сопоставление полученных результатов с удельным электросопротивлением и плотностью соответствующих эталонных образцов позволяет сделать заключение о пригодности пресс-композиции для дальнейшей переработки.

Пример 3. 10

Из коксопековой композиции, состоящей из 40 мас.Ф высокотемпературного пека и 60 мас.Ф нефтяного кокса марки КНПС, предназначенной для производства графитовых заготовок с 15 удельным электросопротивлением не более 12 Ом мм2/м и плотностью не менее 1,85 г/смэ (характеристики обожженного эталонного образца: р

= 47 Ом мм2/м, d„ = 1,55 г/смэ), от- 20 бирают пробу. Из пробы формуют шесть образцов диаметром 15 0 мм, высотой

30 мм. Давление формования - 650 кг/см2.

Три образца термообрабатывают до

1300 С в инертной среде со скоростью

8 град/мин и 15 мин,изотермической выдержкой. Охлаждение. до комнатной температуры 40 мин.

Результаты контроля качества кок

Другие три образца термообрабатывают до 2800 С со скоростью 5 град/мин до 900 С и 20 град/мин - до 2800 С. и 15 мин изотермической выдержкой.

Охлаждение до комнатной температуры

2,5 ч.

Половину исследуемой композиции прессуют по окончании контроля по предлагаемому способу (через 6 ч), а половину - по окончании контроля по прототипу (на следующие сутки).

Результаты эксперимента представлены в таблице. Из таблицы следует, что в данном примере способ контроля по прототипу не позволяет дать правильного заключения о качестве прессуемой композиции, которая за время, необходимое для -контроля, значительно изменилась, когда как предлагаемый способ позволил более точно (пра-. вильно) предсказать качество пресскомпозиции, Кроме того, сокращается время (повышается экспрессность) контроля качества по предложенному способу в два раза по сравнению с прототипом. сопековой пресс-композиции