Способ пакетировки крупногабаритных заготовок мелкозернистого графита изостатического прессования при графитации



Способ пакетировки крупногабаритных заготовок мелкозернистого графита изостатического прессования при графитации
Способ пакетировки крупногабаритных заготовок мелкозернистого графита изостатического прессования при графитации

 


Владельцы патента RU 2568493:

Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" (RU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении конструкционных материалов. Способ пакетировки углеродных обожженных крупногабаритных заготовок мелкозернистого графита изостатического прессования при графитации включает их расположение вертикально и горизонтально поперек керна в столбиках, отделенных друг от друга слоями керновой пересыпки толщиной приблизительно 0,2 диаметра заготовки. С боковых сторон каждой заготовки вплотную к ней размещают теплопередающие плоские панели, выполненные из высокотеплопроводного и высокотемпературного конструкционного графита. Ширина панели равна диаметру или толщине, в случае заготовки прямоугольного сечения, и длина соответственно равна длине заготовки, толщина не менее 0,15 от ее диаметра или толщины, в случае заготовки прямоугольного сечения. Теплопередающие панели могут быть выполнены составными в направлении их длины. Снижается уровень термических напряжений в теле заготовки, сокращается расход графита и удельный расход энергии за счет снижения на 40 процентов массы дополнительных комплектующих графитовых изделий. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к производству графитированных конструкционных материалов, а конкретно к операции графитации.

В настоящее время графитация таких заготовок проводится в промышленных печах графитации по способу Ачесона (1). Заготовки в керне располагаются стоя или лежа поперек печи в столбики в пределах размера керна конкретной печи. Столбики заготовок разделены прослойками керновой пересыпки коксовой (КМ) или пекококсовой мелочи (ПКМ) фракции (4-15) мм толщиной приблизительно 0,2в (в - ширина столбика загруженных заготовок). Керн со всех сторон окружен слоями теплоизоляционной пересыпки толщиной (350-500) мм с боковых сторон керна и с верхней стороны (так называемое «одеяло»). В качестве теплоизоляционной пересыпки используют КМ или ПКМ фракции (0-4) мм. В печах графитации по способу Ачесона нагрев заготовок графита в керне осуществляется от прослоек керновой пересыпки, т.е. с двух боковых сторон, что приводит к большим градиентам температуры в боковых частях заготовок, т.е. к большим температурным напряжениям и, как следствие, к появлению трещин и разрушению заготовок. Поэтому электрические режимы графитации разрабатываются с расчетом скорости нагревания 20-25°C/ч на интервале температуры 0-1800°C. Это приводит к длительности компании более 80 часов и высокому удельному расходу энергии. Даже при таких «мягких» режимах нагрева керна выход годных заготовок мелкозернистого графита изостатического прессования диаметром 338 мм и длиной 800 мм в производстве на одном из электродных заводов не превышает 40 процентов от партии, загруженной в печь.

Известен способ пакетировки углеродных цилиндрических заготовок в печи графитации, позволяющий при графитации выравнивать температурное поле по всей длине заготовки, что обеспечивает более равномерный нагрев заготовки по ее длине (2). Отличительными моментами данного изобретения является чередование вертикальных и горизонтальных рядов загрузки по отношению к продольной оси печи.

Этот способ имеет следующие недостатки.

При способе пакетировки по вышеуказанному изобретению не происходит выравнивания температурного поля по всей боковой поверхности заготовки, температурное поле выравнивается только по длине заготовки. Режим нагрева для крупногабаритных заготовок должен быть очень медленным для обеспечения низкого уровня термических напряжений, то есть сохранения целостности заготовки, это потребует увеличенного расхода удельной энергии. Реальная продолжительность кампании составит более 80 часов.

Способ также сложен в исполнении загрузки керна, так как требует дополнительных шаблонов и обеспечения устойчивости столбиков заготовок, расположенных вертикально.

В настоящее время ставится задача изготовления крупногабаритных заготовок мелкозернистого графита изостатического прессования диаметром 500 мм и более и длиной до 1000 мм.

В основу предлагаемого изобретения положена задача снизить удельный расход энергии на графитацию крупногабаритных заготовок мелкозернистого графита изостатического прессования в печи графитации и повысить выход годных заготовок.

Прелагаемый новый способ пакетировки крупногабаритных заготовок мелкозернистого графита изостатического прессования при графитации, включающий расположение заготовок в керне вертикально или горизонтально поперек керна в столбики, отделенные друг от друга слоями керновой пересыпки толщиной приблизительно 0,2 диаметра крупногабаритной заготовки, отличается тем, что с боковых сторон каждой заготовки вплотную к ней размещают теплопередающие плоские панели, шириной равные диаметру (или толщине, в случае заготовки прямоугольного сечения), длиной соответственно равные длине заготовки и толщиной не менее 0,15 от ее диаметра (или толщины, в случае заготовки прямоугольного сечения), выполненные из высокотеплопроводного и высокотемпературного конструкционного графита. Кроме того, теплопередающие панели могут быть выполнены составными в направлении их длины.

Предлагаемый способ компоновки керна печи графитации может быть применен к графитации крупногабаритных заготовок изостатического прессования, имеющих другую форму поперечного сечения, например прямоугольную. В этом случае ширина панели будет не менее толщины крупногабаритной заготовки.

В качестве материала для изготовления панелей лучше использовать заготовки конструкционного графита марок ГМЗ, ППГ, ЗОПГ, а также заготовки электродного графита. В направлении длины панели могут быть составными, то есть изготовлены из отдельных частей, в сумме равных длине заготовки.

При традиционной загрузке в печь в столбики крупногабаритная заготовка нагревается с передней и задней сторон от межстолбиковых слоев керновой пересыпки. Это приводит к неравномерности температурного поля по всей боковой поверхности заготовки. Основная и главная задача панелей - доставлять дополнительно тепло от керновых межстолбиковых прослоек пересыпки, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую, к боковым поверхностям крупногабаритных заготовок. Это обеспечивает условия всестороннего нагрева заготовки, близкого к осесимметричному, то есть увеличивает площадь тепловоспринимаемой поверхности заготовки более чем в 1,5 раза, тем самым увеличивает скорость нагрева заготовки при том же градиенте температуры и уровне термических напряжений. Снижается время проведения кампании графитации, снижается удельный расход энергии при высоких выходах годных заготовок.

По сравнению с прототипом в предлагаемом способе пакетировки керна при графитации крупногабаритных заготовок изменяется физико-техническая основа процесса нагревания крупногабаритных заготовок. В прототипе при движении по керну вдоль оси печи электрический ток равномерно распределен по поперечному сечению керна, т.е. применительно к отдельной крупногабаритной заготовке, размещенной в пересыпке. Таким образом, от межстолбиковых слоев керновой пересыпки тепло поступает к крупногабаритной заготовке. Часть тепла в силу высокой теплопроводности пересыпки обеспечивает боковой нагрев заготовки. При этом, хотя и происходит частичное выравнивание температурного поля на поверхности крупногабаритной заготовки, в теле крупногабаритной заготовки сохраняется определенный уровень термических напряжений.

В предлагаемом способе пакетировки керна при графитации крупногабаритных заготовок распределение силы электрического тока по поперечному сечению керна будет неравномерным. Рассмотрим отдельный элемент загрузки керна - заготовку и прилегающие к ней боковые панели. В каждом таком элементе мы имеем три электрических проводника, расположенных параллельно друг другу. Два из них составлены из последовательно расположенных в направлении оси печи межстолбикового слоя керновой пересыпки заданной толщины и панелей (по ширине), а третий - из того же слоя керновой пересыпки и диаметра заготовки. Суммарные длины каждого из проводников одинаковы. Наши проводники с панелями имеют более низкое сопротивление за счет того, что УЭС графита панелей ниже УЭС обожженной заготовки. В соответствии с законом Кирхгофа распределение силы тока по параллельным проводникам обратно пропорционально электросопротивлению. Поэтому плотность тока на торцевых поверхностях панелей будет выше, чем на передней и задней сторонах крупногабаритной заготовки. Поскольку выделение тепла зависит от квадрата силы тока, то на торцевых поверхностях панелей будет более высокая температура, чем на передней и задней сторонах заготовки. Высокая теплопроводность материала боковых панелей обеспечивает поддержание соответственно высокой температуры и на боковых поверхностях крупногабаритной заготовки, т.е. создает на боковых ее поверхностях условия нагревания такие же, как на передней и задней ее сторонах. При четырехстороннем направлении теплового потока у крупногабаритной заготовки температурное поле по ее боковой поверхности будет более равномерным, чем при направлении по прототипу, и, следовательно, уровень термических напряжений ниже при одинаковых скоростях нагревания керна. Толщина боковых панелей должна быть не менее 0,15 диаметра заготовки. В этом случае площадь тепловоспринимающих поверхностей двух панелей будет ≥0,30 d×h, а площадь равновеликого заготовке параллелепипеда с размерами dx(π/2×r)×h, будет (π/2×r)×h.

Электросопротивление половины заготовки и двух половин панелей будут соответственно

и

В данном выражении 40 мкОм×м и 8 мкОм×м - удельное электросопротивление обожженной заготовки и панелей из графита марки ГМЗ при температуре 0°C. Их отношение Rзаготовки/Rпанелей ≈2. Это значит, что через боковые панели пойдет больше электрического тока и выделение тепла в зоне теплопередающих поверхностей панелей будет больше, значит, температура выше. При теплопроводности графита значительно большей, чем у обожженной заготовки, тепло будет передаваться в зону контакта панелей с заготовкой и обеспечивать нагрев заготовки с боковых сторон, создавая более равномерный нагрев заготовки со всех сторон.

Предлагаемый способ был опробован при графитации заготовок диметром 338 мм и длиной 800 мм. Панели размерами 55×338×800 мм изготовили из графита ГМЗ. Время проведения кампании графитации составило 60 часов, что позволило снизить расход энергии на 15%. Это тоже одна из положительных сторон предлагаемого способа. Результаты промышленной проверки предлагаемого способа положительные. Брака по трещинам заготовок не наблюдалось. По физико-техническим свойствам они соответствовали техническим условиям.

Предлагаемый способ пакетировки керна при графитации крупногабаритных заготовок мелкозернистого графита изостатического прессования удобен еще и тем, что при отсутствии плоских заготовок графита нужной длины теплопередающие панели могут быть изготовлены из отдельных частей, то есть по длине составными. В ряде опытов боковые панели были по длине разрезаны на две части, каждая из которых имела размеры 400×338×55 мм. Результаты показали, что при составных панелях выход годных заготовок оказался на том же уровне, как и при цельных по длине.

Таким образом, введение теплопередающих панелей при загрузке в печь графитации крупногабаритных заготовок мелкозернистого графита изостатического прессования позволяет подвести тепло к боковым частям заготовок и обеспечить нагревание заготовки с четырех сторон. При этом снижается уровень термических напряжений в теле заготовки. При этом способе пакетировки керна сокращается удельный расход энергии на 15% за счет снижения на 25% времени ведения процесса графитации по сравнению с прототипом. Сокращается расход графита на изготовление комплектующих изделий за счет более простых форм меньших габаритных размеров.

Источники информации

1. В.П. Соседов, Е.Ф. Чалых. «Графитация углеродистых материалов». М.: «Металлургия», 1987, с. 126-166.

2. Авторское свидетельство СССР №998337, МКИ С01В 31/04, опуб. 23.02.1983 г. «Способ пакетировки углеродных цилиндрических заготовок в печи графитации».

1. Способ пакетировки углеродных обожженных крупногабаритных заготовок мелкозернистого графита изостатического прессования при графитации, включающий расположение заготовок вертикально и горизонтально поперек керна в столбиках, отделенных друг от друга слоями керновой пересыпки толщиной приблизительно 0,2 диаметра заготовки, отличающийся тем, что с боковых сторон каждой заготовки вплотную к ней размещают теплопередающие плоские панели, шириной равные диаметру или толщине, в случае заготовки прямоугольного сечения, и длиной соответственно равной длине заготовки, толщиной не менее 0,15 от ее диаметра или толщины, в случае заготовки прямоугольного сечения, выполненные из высокотеплопроводного и высокотемпературного конструкционного графита.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что теплопередающие панели могут быть выполнены составными в направлении их длины.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в медицине при изготовлении контрастных веществ для получения изображений методом магнитного резонанса или флуоресценции, средств для доставки лекарств, меток для клеток.

Изобретения относятся к химической промышленности и могут быть использованы при изготовлении электродных материалов. На поверхность подложки помещают самособранный монослойный трафарет (SAM) - производное силанбензофенона.

Изобретение может быть использовано для изготовления терморасширенного графита (ТРГ) и огнезащитных материалов. Исходный порошкообразный графит обрабатывают окислительным раствором, содержащим следующие компоненты в соотношении, г/г графита: серная кислота 2,0-5,0; азотнокислый аммоний 0,04-0,15; карбамид 0,04-0,15.
Изобретение может быть использовано в медицине, биологии и сельском хозяйстве в качестве химических контейнеров для хранения и транспортировки веществ. Графит фторируют фторокислителями - трифторидом хлора или брома в растворителе, инертном к указанным фторокислителям, в качестве которого используют тетрахлорид углерода или фреон.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении противопригарных покрытий на основе активированных графитов для получения чугунных отливок в разовых песчано-глинистых формах.

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано для получения композиционных материалов с высокой электро- и теплопроводностью, добавок в бетоны и керамику, сорбентов, катализаторов.

Изобретения относятся к нанотехнологии и могут быть использованы при изготовлении катализаторов и сорбентов. Графеновая пемза состоит из графенов, расположенных параллельно на расстояниях больше 0,335 нм, и аморфного углерода в качестве связующего по их краям, при соотношении графена и связующего от 1:0,1 до 1:1 по массе.

Группа изобретений может быть использована при изготовлении материалов для электротехнической и химической промышленности. Графитсодержащий компонент смешивают с наполнителем на основе каолина, проводят сухое перемешивание с одновременным диспергированием последовательно в барабанном и центробежном смесителях.
Изобретение может быть использовано при получении изделий, работающих в области высоких температур. Сначала получают частицы терморасширенного графита нагревом частиц гидролизованного нитрата графита с удельной энергией нагрева, равной или превышающей 4,7 кДж/г в атмосфере продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива на воздухе с коэффициентом избытка воздуха в пересчете на топливо λ=0,8-1,1.

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при производстве гибких изделий, композитов, прокладок, уплотнений, покрытий, антифрикционных и теплозащитных материалов, сорбентов.

Изобретение относится к области создания и производства углеродных материалов с высокими физико-механическими характеристиками, в частности углерод-углеродных композиционных материалов на основе тканых армирующих наполнителей из углеродного высокомодульного волокна и углеродной матрицы, сформированной из пеков в процессе карбонизации и последующих высокотемпературных обработок. Способ получения углеродного композиционного материала (УУКМ) на основе углеродного волокнистого наполнителя и углеродной матрицы включает последовательные процессы сухой выкладки каркаса на основе армирующего наполнителя в виде ткани из углеродного высокомодульного волокна на оправку, закрепления оправки с тканью в приспособлении для пропитки сухого каркаса, размещая его в пропиточном контейнере, и проводят пропитку каркаса пеком и карбонизацию, затем каркас пропитывают пеком и карбонизируют в герметизированном контейнере в аппарате высокого давления, где в качестве передающей давление среды используют кварцевый песок, извлекают заготовки и графитизируют в вакууме. При этом операции пропитки и карбонизации под давлением и вакуумной графитации повторяют до получения материала с плотностью 1,88-1,91 г/см3. Изобретение позволяет получить УУКМ на основе армирующих наполнителей в виде тканей из углеродного высокомодульного волокна, обладающих высокими физико-механическими характеристиками, при наименьших затратах. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Изобретение может быть использовано при изготовлении электронных и оптоэлектронных устройств, а также солнечных батарей. Исходный графит диспергируют иглофрезерованием с получением продукта диспергирования, содержащего графен и графитовые элементы. Затем из полученного продукта диспергирования выделяют графен за счет использования его гидрофобных свойств, с применением жидкости, имеющей плотность 1,80-2,3 г/см3. После этого расщепляют графитовые элементы истиранием в барабане, содержащем истирающие элементы, выполненные в виде истирающих роликов, длина которых эквивалентна длине образующей барабана. Внутренняя поверхность барабана и поверхность роликов имеют шероховатость не более 0,32 мкм. Повышается производительность процесса получения графена, снижается вредность производства. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение может быть использовано при изготовлении электрохимических элементов, суперконденсаторов, адсорбентов, вакуумных и космических смазок, огнезащитных покрытий. Графитсодержащий порошковый материал 4 с содержанием графита не менее 93 мас.%, например природный чешуйчатый графит, располагают в вакуумируемом форвакуумным насосом 9 замкнутом объёме 1 на зеркале жидкой фазы гептафторида йода 5 или над ней. Отношение массы графитсодержащего порошкового материала 4 к массе гептафторида йода 5 от 1:2,21 до 1:5,02. Обработку ведут при 16÷25°C. Состав получаемых соединений соответствует эмпирической формуле CxFJ0,14·yJF7, где x=1÷6, y=0÷0,05. Способ прост, безопасен и позволяет расширить номенклатуру получаемых продуктов. 17 з.п. ф-лы, 5 ил., 5 пр. .

Изобретение может быть использовано для получения материалов и элементов наноэлектроники, нанофотоники, газовых сенсоров и лазерных систем с ультракороткими импульсами излучения. Графен получают путем расслоения графита в жидком азоте. Поверхность графитовой мишени обрабатывают пучком импульсного лазерного излучения с длительностью импульса порядка 10-13 с, перемещающимся по поверхности мишени со скоростью, обеспечивающей 75% перекрытие пятен воздействия лазерных импульсов. Способ позволяет получать графеновые структуры различных форм и размеров с обеспечением высокой производительности и экологической чистоты производственного процесса. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, медицине, химической промышленности, нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении транзисторов, суперконденсаторов, сенсорных дисплеев, биосенсоров, присадок к полимерам и нанокомпозитов. Природный графит очищают от примесей, термообрабатывают при температуре не ниже 2100°C, диспергируют в водной среде, содержащей поверхностно-активный или диспергирующий агент, с получением суспензии с концентрацией графитового материала не более 6 мг/мл. Поверхностно-активный или диспергирующий агент выбирают из групп: анионные поверхностно-активные вещества, неионогенные поверхностно-активные вещества, катионные поверхностно-активные вещества, фторсодержащие поверхностно-активные вещества, органические растворители: ацетон, спирт, толуол или их смеси; органические ароматические вещества, такие как бензол, нафталин, антрацен. Полученную суспензию обрабатывают ультразвуковыми колебаниями на уровне энергии и длительности обработки, достаточных для получения отдельных малослойных графенов при акустической мощности не менее 50 Вт/см2 рабочей поверхности излучателя, в результате чего кристаллиты графитового материала расщепляют на отдельные графеновые слои. Изобретение обеспечивает выход суспензии малослойных графенов до 90-95% относительно массы исходного графита. 3 з.п. ф-лы, 15 ил., 1 табл.

Изобретения относятся к химической промышленности, электронике, нанотехнологии и могут быть использованы при изготовлении наноэлектрических приборов, химических источников тока, композитов, смазочных материалов и защитных покрытий. Сначала порошок природного чешуйчатого графита обрабатывают фторгалогеном - гептафторидом йода с получением интеркалированного соединения фторированного графита, состав которого соответствует эмпирической формуле CxFJ0,14·yJF7, где x=1÷1,9; y=0÷0,2. Затем проводят термическое разложение полученного соединения при 60÷500°C с получением функционализированного графена, состоящего из атомов углерода и 8,98÷13,84 ат.% фтора. Функционализированный графен может дополнительно содержать нанокристаллы йода размером около 30 нм на графеновой плоскости. Изобретения обеспечивают экологически безопасное массовое производство фторидов графена. 2 н. и 5 з.п. ф-лы; 7 ил., 4 пр.
Изобретение относится к технологиям получения композиционных материалов на основе оксидов металлов и неметаллических веществ - терморасширенного графита, и может быть использовано в производстве токосъемных элементов электроподвижного состава, скользящих щеток в электродвигателях малой мощности, электродов для электрохимического производства и анодных заземлителей и др. Способ получения композиционного материала на основе модифицированного терморасширенного графита включает смешение частиц терморасширенного графита с водным раствором хлорида натрия с последующим электрохимическим осаждением оксидов меди. При приготовлении суспензии используется водный раствор хлорида натрия с концентрацией 2 моль/л при постоянном перемешивании, а на электроды подается переменный импульсный ток частотой 50 Гц. После синтеза суспензия композита в течение часа отстаивается в электролизере, осадок отфильтровывается и промывается бидистиллированной водой с последующей сушкой при температуре 75-85°C в течение 2-3 часов. Использование данного способа позволяет получать изделия с высокой удельной электрической проводимостью, а также небольшим весом и высокой коррозионной стойкостью. 6 пр.

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано в химической промышленности, электронике и медицине. Графитсодержащий материал обрабатывают последовательно газовой и жидкой фазами безводного фтористого водорода, затем на обработанный фтористым водородом графитсодержащий материал намораживают гептафторид йода. Полученную трехкомпонентную смесь размораживают до температуры производственного помещения, выдерживают при равновесном давлении паров гептафторида йода и фтористого водорода над жидкой фазой. Непрореагировавший фторокислитель и оставшиеся продукты реакции улавливают. Затем полученное интеркалированное соединение фторированного графита (ИСФГ) разлагают при 400-600°C в замкнутом объеме с получением терморасширенного фторированного графита. Газообразные продукты разложения улавливают. Обработку графитсодержащего материала и термическое разложение ИСФГ проводят в одной и той же реакционной емкости. Непрореагировавший фторокислитель и продукты реакции повторно используют в производственном цикле получения терморасширенного фторированного графита. Технический результат: использование в качестве сырья различных марок графита, экономия гептафторида йода; малоотходность; экологически безопасная промышленная технология. Коэффициент увеличения объема ИСФГ в интервале 350-450. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение может быть использовано в производстве адсорбентов газов, катализаторов и носителей катализаторов, электродов в высокоёмких источниках тока и в топливных элементах, фильтров, материалов для хранения водорода и метана, теплоизолирующих покрытий, покрытий для защиты от электромагнитного излучения. Интеркалированное соединение фторированного графита массой не менее 10 г нагревают до 60÷250 °С и термически разлагают в полости технологического объема при отношении V/M=0,025÷0,25, где V - размер полости технологического объема, дм3, М - масса интеркалированного соединения фторированного графита, г. Способ производства брикетированного пористого углеродного материала на основе высокорасщепленного графита экологически безопасен, отсутствуют выбросы вредных и токсичных веществ. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 пр.

Изобретение предназначено для авиационной, космической и ракетной техники и может быть использовано при изготовлении объемных термостойких широкодиапазонных радиопоглощающих материалов (РПМ) для защиты от электромагнитного излучения. Водно-спиртовую дисперсию графита, содержащую гидроокись аммония, 5-10 мас.% дисперсионной среды и более 5 мас.% этилового или изопропилового спирта, подвергают мокрому размолу и стабилизируют. Частицы графита расщепляют по слоям и активируют ультразвуком в режиме кавитации при протекании постоянного тока напряжением 0,4-0,6 В в присутствии перекиси водорода и йода. Изобретение позволяет улучшить адгезию пластинчатого графита к ультратонким стеклянным волокнам и исключить вредные испарения. 4 ил., 2 табл., 10 пр.
Наверх