Способ получения углеродных изделий

 

аммввЕбв вм е- Фмм,vs аие е в М В р, О П И С А Н И Е (11!76875 6

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.11.78 (21) 2680461/23-26 с присоединением заявки № (51) М.К .

С 01В 31/02 ло делам ивобретеиий (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень № 37 (53) УДК 661.666.1 (088.8) и открытий (45) Дата опубликования описания 07.10.80 (72) Авторы изобретения

Э. Л. Полисар и Б. В. Абросимов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ ИЗДЕЛИИ

ГосУдарствеииый комитет (23) Пр нори гег

Изобретение относится к технологии производства углеграфитовых материалов и из.делий, которые могут быть использованы преимущественно в качестве металлургических тиглей, блоков химической теплообменной аппаратуры и в других отраслях техники.

Известен способ получения углеродных изделий, включающий измельчение нефтяного кокса с отбором фракции менее 50 мкм, графитацию этой фракции, смешение графитированного кокса с раствором фенолформальдегидной смолы, сушку смеси, дробление ее, отбор фракции менее 76 мкм, гранулирование ее с добавкой графита и связующего, прессование гранул цри нагреве и последующий обжиг в инертной атмосфере (1).

По этому способу получают изделия с изотропными свойствами, но получение их требует большое количество технологических стадий, несколько типов оборудования, что усложняет процесс.

Прототипом является известный способ получения углеродных изделий, включающий предварительное прессование (при

14 — 21 кгс/см ) композиции на основе расширенного графита с пеком в заготовки, повторное прессование заготовок в направлении, перпендикулярном направлению 30 предварительного прессования, при удельном давлении в 20 — 150 раз, превышающем давление предварительного прессования, и последующую термообработку заготовок (2).

По этому способу получают изделия с коэффициентом анизотропии (по удельному электросопротивлению) 2,3 — 4,1.

Целью изобретения является снижение анизотропии электросопротивления и коэффициента термического расширения изделий.

Указанная цель достигается тем, что предложенный способ включает измельчение композиции на основе смеси прокаленного нефтяного кокса с природным графитом и пека до фракции менее 0,8 мм, предварительное прессование композиции при удельном давлении 350 — 450 кгс/сме в заготовки, повторное прессование заготовок в направлении, перпендикулярном направлению предварительного прессования, при удельном давлении в 1,4 — 1,5 раза превышающем давление предварительного прессования и последующую термообработку (обжиг и графитацию) заготовок.

Отличие предложенного способа заключается в том, что удельное давление повторного прессования в 1,4 — 1,5 раза превышает давление предварительного прессования;

М Ю М»

° у 4 %«» «f, 1

JP

768756 дополнительное отличие — в том, что в качестве углеродного наполнителя используют смесь прокаленного нефтяного кокса с природным графитом, перед предварительным прессованпем композицию измельчают до фракции менее 0,8 мм и предварительное прессование ведут при удельном давлении

350 — 450 кгс/см .

Повторное прессование заготовок в перпендикулярном первоначальном направлении приводит к перемещению массы и повороту зерен наполнителя в заготовке. Такое перемещение будет тем большим, чем выше давление повторного прессования. По мере увеличения давления анизотропия свойств (различие в свойствах вдоль направления первоначального прессования и перпендикулярно к нему) будет уменьшаться. При отношении повторного давления к первоначальному, равном — 1,5 свойства материала во взаимно перпендикулярных направлениях становятся одинаковыми, т. е. анизотропия исчезает. Дальнейшее увеличение этого отношения приводит к появлению новой анизотропии свойств, которая обратна исходной. Поэтому повышать давление повторного прессования более, чем в

1,5 раза, не целесообразно.

Заметное уменьшение исходной анизотропии свойств наблюдается при давлении повторного прессования, которое не менее, чем в 1,4 раза, превышает первоначальное давление. Таким образом, отношение давления повторного прессования к первоначальному следует поддерживать в пределах 1,4 — 1,5.

Предлагаемый способ позволяет устранить анизотропию свойств материалов, получаемых прессованием через мундштук.

Для этого такие материалы тоже подвергаются повторному прессованию в матрице в направлении, перпендикулярном направлению первого прессования.

П р и мер, Предлагаемый способ был апробирован на материале типа АРВ, представляющем собой пресс-порошок для холодного прессования изделий в пресс-форме. Композиция содержит 65 вес. о/о прокаленного нефтяного кокса (марки КНПС) в виде частиц с размерами менее 0,09 мм, 5 вес. /, природного графита тех же размеров и ЗОО/о вес. среднетемпературного каменноугольного пека (/р„„,— 65 ) . .Смесь этих компонентов готовят в смесильной машине при t=130, охлаждают и измельчают в шаровой мельнице, после чего просеивают через сито с размером ячеек 0,8 мм.

Полученный пресс- порошок содержит фракции с размером частиц 0,8 — 0,5 мм 5 — 7О/о, 0,5 — 0,3 мм 12 — 16, 0,3 — 0,09 мм 27 — 33 /о, менее 0,09 мм — около 50 .

Пресс-порошок прессуют предварительно в матрице квадратного сечения 20)(20« мм при удельном давлении 400 кг/см . Отпрессованные заготовки кубической формы подвергают повторному прессованию в той же матрице в направлении, перпендикулярном направлению предварительного прессования при удельном давлении 400, 440, 480, 520, 560, 600 и 640 кгс/см . Как предварительное, так и повторное прессование производят при одинаковой скорости повышения давления для всех заготовок без исключения. Эта скорость составляла 20 кгс/см в секунду.

Затем эти заготовки помещают в графитовый тигель и обжигают в промышленной обжиговой печи до температуры 1300 С в течение 380 час. Скорость подъема температуры составляет: до 400 С вЂ” 104 час; 400—

600 — 90; 600 †8 — 70; 800 †10 — 50;

1000 — 1300 — 40; выдержка при 1300 С—

26. Всего — 380 час.

В качестве пересыпки для заготовок используют прокаленный кокс с размером зерен 0,15 — 0,5 мм. Благодаря этому во время обжига в тигле поддерживалась восстановительная атмосфера. В камере печи в процессе обжига поддерживают разрежение 2 — 6 мм водяного столба.

Обожженные заготовки подвергают графитации в промышленной электрической печи сопротивления. В печь графитации заготовки помещают графитовый тигель с коксовой пересыпкой (размер зерен 0,15—

0,5 мм), поэтому графитация образцов также происходит при восстановительной атмосфере. Давление в печи графитации равно атмосферному. Скорость подъема температуры соответствует следующему графику: до 1000 С вЂ” 20 час; 1000 — 1500 — 3;

1500 †18 — 3; 1800 †20 — 4; 2000—

2200 — 4; 2200 †25 — 6. Всего — 40 час.

По достижении температуры 2500 С подачу электроэнергии в печь прекращают, и в течение 4 суток охлаждают печь.

После графитации из каждой заготовки

Хо 1 — 7 вырезают по 2 образца для измерения удельного электросопротивления и коэффициента термического расширения материала в двух взаимноперпендикулярных направлениях, совпадающих с направлениями первого и повторного прессования заготовок.

В таблице 1 представлены физико-механические характеристики изделий, полученные по предложенному способу (заготовки

5 — 6), при значении отношения давлений при предварительном прессовании и повторному прессованию, выходящих за предложенные пределы (образцы 1 — 4) и по «прототипу (образцу 8).

В таблице 2 представлены результаты по анизотропии коэффициента термического расширения и удельного электросопротивления для образцов, указанных в таблице 1.

Из приведенных в таблицах данных следует, что при предложенном отношении удельных давлений взаимноперпендикулярных прессований (1,4 — 1,5) достигается

Зо

768756

Таблица 1

Коэф, терм. расширеиия 1.10 6

1/ С в направлении прессования

Плотность графитированиых заготовок, г/смв, после прессования

Плотность .зелеиых заготовок, г/см, после прессования

УД. 9Л. COIIpOTHBление, ом. мм2/м, в иаправлении прессования

Уд, давление, кгс/ем при прессовании примера предва- перпенритель- дикУлЯРного нему предва- перпенритель дн"Улирного нему предварительного предварительном предва рительного повторповторповториам ного

2

4

6

8 (прототип) 1,50

1,50

1,50

1,50

1,52

1,50

1,50

0,25

1,50

1,51

1,52

1,53

1,56

1,58

1,59

700!,51

1,52

l,53

1,54

1,56

1,59

1,60

1,8

5,3

5,2

5,2

5,0

4,7

4,5

4,4

4,1

4,0

4,1

4,2

4,4

4,5

4,7

45,5

45,2

45,0

43,2

41,1

39,0

39,0

35,6

32,5

32,2

34,6

36,1

37,7

39,1

39,9

15,4

3,5

Таблица 2

Формула изобретения

Коэффициент. анизотропии для

Отношение давлений повторного и первого прессов термического расширения образца уц. эл, сопротивлеииХ

1,40

1,40

1,30

1,20

1,09

1,00

0,97

2,3

1,29

l 29

1,28

1, 18

1,07

1,00

0,94

2

4

6

8 (прототип) 1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

l,6

200

Составитель Т. Ильинская

Редактор Л. Курасова Техред И. Заболотиова Корректор О. Гусева

Заказ 1992/14 Изд. № 500 Тираж 569 Подписное

НПО «Поиск> Гасударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская каб,, д. 4/5

Типография, пр. Сапунова. 2 максимальное снижение анизотропии коэффициента термического расширения и удельной электропроводности по сравнению с прототипом.

Таким образом, использование предлагаемого способа изготовления углеграфнтовых изделий обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества: упрощение получения углеграфитовых изделий с изотропными свойствами материала; возможность придания изотропных свойств изделиям, полученным прессованием через мундштук.

1. Способ получения углеродных изделий, включающий предварительное прессование композиции на основе углеродного наполннтеля с пеком в заготовки, повторное прессование заготовок в направлении, перпендикулярном направлению предварительного прессования, при удельном давле10 нии, превышающем давление предварительного прессования, и последующую термообработку заготовок, отличающийся тем, что, с целью снижения анизотропии электросопротивления и коэффициента термиче-!

5 ского расширения изделий, удельное давление повторного прессования в 1,4 — 1,5 раза превышает давление предварительного прессования.

2. Способ по п. 1, о тли ч а ю щий с я тем, что в качестве углеродного наполнителя используют смесь прокаленного нефтяного кокса с природным графитом, перед предварительным прессованием композицию измельчают до фракции менее 0,8 мм и предварительное прессование ведут при удельном давлении 350 †4 кгс/см .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании № 1147456, кл. С IА, опубл. 02.04.69.

2. Патент Великобритании № 1227405, кл, С 1А (С OIB 31/04), опублик. 1971 (прототип).