Углеродная гранулированная засыпка

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 111 983043

Союз Советскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 0406.81 (21) 3315390/23-26 с присоединением заявки Йоf$g) g+ 3

С 01 В 31/02

Государственный комитет

СССР ио девам изо6ретений и открытий (23) Приоритет— (33) УДК 661.666.

° 1(088.8) Опубликовано 2312,82. Бюллетень Мо47

Дата опубликования описания 231232

Е.М Остроумов, A.È.Ëóòêîâ,.Э.В.Калинин и» В.ПЛ(янмацщ

1» г

f;.: (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УГЛЕРОДНАЯ ГРАНУЛИРОВАННАЯ ЗАСЫПКА

Изобретение относится к технологий обжига углеродных формовочных заготовок, используемых после графитации s . различных областях техники, в част ности при получении кварцевого стекла,для футеровкй химической аппаратуры, а также в виде графнтовой оснастки вакуумных печей в полупроводниковбй технике и др.

Известна углеродная засыпка, используемая для обжига углеграфитовых иэделий..В качестве засыпки применяют антрацит, кокс, песок, шлаки и др.

Засыпка предохраняет изделия от окисления и адсорбирует частично выделяющиеся летучие вещества пека при обжиге ° Засыпку применяют следующего ,гранулометрического состава: фракции )0,5 мм и 4 6 мм с целью уменьшения сорбционной поверхности засыпки и сохранения свойств графитированного материала(1 1.

Недостатком известной засыпки является нерегламентированная пористость, что снижает плотность и прочность изделий.

Наиболее близкой к предлагаемой является углеродная гранулированная засыпка для обжига углеграфитовых изделий, содержащая гранулы фракции

0,3-8 мм с размером пор, мас.Ъг

0,8-2 мм 35-40

0,6-1,3 мм Остальное с сорбционной способностью по бенэолу

280 мк моль/г(2 ).

Недостатки известной засыпки заключаются в значительном размере пор в гранулах, что снижает прочность и плотность углеродного материала, повышенной сорбции засыпки летучих пека, что также приводит к снижению прочности и плотности изделий и в быстром спекании засыпки и как следствие

:ее замена после использования в 2-3 процессах обжига.

Целью изобретения является повышение плотности и прочности графитированных изделий.

Эта цель достигается тем, что углеродная засыпка для обжига углеграфитовых изделий содержит гранулы с размером пор при следующем соотношении, мас.Ъ!

0,3-0,8 мм 40 -50

0,1-0,3 мм Остальное дополнительно засыпка содержит гранулы с сорбционной способностью по бензолу 150-240 мк моль/r.

983043

Применение предлагаемой засыпки с указанным распределением и размером пор для обжига углеграфитовых иэ делий позволяет увеличить плотность и прочность графитированного материала. При отклонении от предлагаемых пределов снижается прочность и ,плотность графитированных изделий.

Засыпку используют для обжига углеграфитовых изделий в обычных газовых печах кольцевого типа.

На подину камеры насыпают слой засыпки не менее 200 мм. На засыпку устанавливают ряд заготовок диаметром 150 — 400 мм и высотой 200600 мм. Расстояние между заготовками 15 составляет 8-12 мм. Затем нижний ряд засыпают пересыпочным материалом (гранулированный нефтяной кокс) и устанавливают второй,ряд заготовок.

Расстояние между рядами 200-250 мм, Обжиг заготовок производят в газовой среде летучих при непрерывном подъеме температуры со скоростью

3,1 град/ч до 1100 С, с выдержкой в течение 10 ч. Графитацию заготовок осуществляют до 2400 C со скоростью 10 град/ч и выдержкой в течение 5 ч.

Особенно важное значение в формировании физико-механических характеристик углеродного материала при обжиге имеет пористая структура засыпки и следовательно ее сорбционная способность. Заготовки, находящиеся в обжиге, проходят вязко-пластичное состояние. При этом в поры З5 засыпки, за счет капиллярных сил, переходит часть связующего, в результате чего прочность и плотность материала уменьшается. Кроме того, засыпка с крупными порами (по извест-40 ному способу ) активно сорбирует летучие пека, которые не участвуют в процессе вторичного пиролиза в объеме заготовки, Это также снижает прочность и плотность материала. 45

Применение малопористой э асыпки (с размером пор 0,3-0,8 мм 70 мас. Ъ и 0,1-0,3 мм 30 мас.Ъ) приводит к дефектам по трещинам, к быстрому ее закоксовыванию и создают большие трудности по дожиганию летучих в объе— ме камеры.

С целью уменьшения размера крупНых пор углеродную засыпку термосбрабатывают в углеводородной средЮ, например, в печах ЭВШ-2500 до 1000 С в течение 90-180 ч.Изменяя время пропитки пироуглеродом частиц кокса в печах ЭВШ-2500, возможно регулировать размер пор в углеродной засыпке и получать графит с определенными физико-механическими характеристиками.

Размер пор и их количество определяют. по известной методике(3 ).

Пример 1. Прокаленйую коксовую мелочь фракции 0,3-8,0 мм с содержанием фракции 0,3 мм не более

8 мас.Ъ, предварительно термообрабатывают в среде метана в печи типа

ЭВШ-2500 до 1000 С в течение. 110 ч.

После пропитки углеродом пористость засыпки следующая: 0,3-0,8 и 0,10,3 мм, соответственно 30 и 70 мас.Ъ.

Сорбция по бензолу составляет

270 мк моль/г.

Гранулированной засыпкой, полученной таким образом, засыпают слой на подину камеры (печь типа Ридамера ) толщиной 210 мм. На засыпку устанавливают ряд заготовок марки ГМЗ диаметром 200 и высотой 240 мм. Расстояние между заготовками 8 мм. Затем нижний ряд засыпают пересыпочным материалом и устанавливают второй ряд заготовок, расстОяние между рядами 200 мм и т.д. Обжиг заготовок производят в газовой среде летучих упри непрерывном подъеме температуры со скоростью 3,1 град/ч до 1100 С, с выдержкой при максимальной температуре в течение 10-ч. Графитацию заготовок проводят в промышленных печах до 24000С в засыпке из пекового кокса со скоростью 10 град/ч и выдержкой при максимальной температуре 5 ч.

Пример 2. Отличается от при-! мера 1 временем термообработки засыпки в печи ЭВШ-2500 (.140 ч ) и ее пористым составом, мас.Ъ: 0,3-0,8 мм

40, 0,1-0,3 мм 60. Сорбция по бензолу засыпки эа счет уменьшения количества мелких пор составляет

180 мк моль/г.

Пример 3. Отличается от примера 1 временем пропитки засыпки пироуглеродом — 170 ч, величиной сорбции по бензолу засыпки

150 мк моль/г, а также ее пористым составом мас.Ъ: 0,3-0.,8 мм 50;

0,1-0,3 мм 50.

Пример 4. Отличается от примера 1 временем пропитки пироуглеродом засыпки — 90 ч, величиной сорбции по бензолу 250 мк моль/г, а также ее пористым составом, мас.Ъ:

0,5-,1,2 мм 40; 0,12-0,4 мм 60.

Пример 5. По примеру 1, Но пропитка пироуглеродом засыпки. 180 ч, величина сорбции засыпки по бензолу 140 мк моль/г, пористый состав засыпки, мас.Ъ: 0,1-0,2 мм 50; 0,040,07 мм 50.

Сравнительные физико-механические характеристики графитированных иэделий, полученного по изобретению

1 (примеры 2-4) и известному способу представлены в табл.1.. 983043.Таблица 1

Состав засыпки, мас.В

Пример

Размеры пор засыпки, мм

Предел нрочности, кгс/см

Сорбция по бензолу,+ мк моль/г

Плотность г/см при сжатии при изгибе

160

240

1 i 70

300

40

180

1,76

320

175

50

3.60

150 1,80

185

0,1-0,3

170 1,78

0,3 -0,8

0,1-0,3

350

180

250 1ю68

280

140

140 1,65

300

150

0,04-0,07

35-40

60-65

0,8-2,0

0,6-1,2 (известный) Методика сорбции по бензолу приведена в (4 3.

Плотность заготовок, г/см

Пример

"зеленых" обожженных

1,61

1,70

1,64

1,71

1,68

1р69

1,67

1,69

1,59

1,69

1,49

1,68 1,50-1,52

1,68-1,70

0,3-0,8

0,1-0,3

0,3-0,8

0,1-0,3

0,3-0,8

0,5-1,2

0,12-0,4

0,1-0,2

В процессе исследования установлено, что при измельчении засыпки при обжиге пористость. в .объеме за- . сынки не изменяется. При обжиге применяют дополнительно теплоизоляционную шихту, в процессе графитации по28а 1,60-1,62 230-260 85-110

Щ дают хлор для очистки материала от примесей.

В табл.2 представлены плотность

"зеленых" (необожженных ) заготовок .и после обжига.

Т а б л и ц а 2 в

983043.

Формула изобретения

Составитель Т.Ильинская Ф

Техред С.Мигунова Корректор А, Ференц

Редактор Н.Рогулич

Заказ 9822/25 Тираж 509 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Из табл.2 следует, что наиболее предпочтительным для изготовления графитированных изделий является пример 3, где получены наиболее высокая плотность и прочность, по сравне нию с H3BBGTkbIMH и примера,входФ 5 щих за предлагаемые пределы. Например, величина прочности при сжатии и изгибе изделий, полученных по изобретению выше по сравнению с известным соответственно на 50 и 724, а плотность на 11%.

За счет более высоких параметров по плотности и прочности изделий значительно удлиняется эксплуатация изделий, полученных с использо- 15 ванием предлагаемой углеродной засыпки.

1. Углеродная гранулированная засыпка для обжцга углеграфитовых иэделий, отличающаяся тем, что, с целью повышения плотности и . д прочности иэделий, она содержит гранулы с размером пор при следующем соотношении, мас.Ъ1

0,3-0,8 мм 40-50

0,1-0,3 мм Остальное

2. Засыпка по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что она содержит гранулы с сорбционной способностью по бенэолу 150-240 мк моль/г.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Чалых Е.Ф. Технология углеграфитовых материалов. М., "Металлургия", 1963, с. 207.

2. Техпроцесс Р 19-72 производства графита марки ГМЗ Московского электродного завода. М., 1972, с.44 (прототип).

3. Бутырин Г.M. Высокопористые углеграфитовые материалы. М., "Химия", 1976, с.43-49.

4. Багров Г.Н. и др. Сорбция бензола на нефтяном коксе. Сб. трудов

Р 3 "Конструкционные материалы на основе графита". М., Металлургия, 1967, с.191-196.