Состав для пропитки углеграфитовых изделий
Владельцы патента RU 2264982:
Открытое акционерное общество "Украинский графит" (UA)
Изобретение может быть использовано в коксохимической и электродной промышленности. Состав для пропитки углеграфитовых изделий включает каменноугольный пек и пластификатор, в качестве которого используют полимеры бензольного отделения (отходы коксохимического производства), при следующем соотношении компонентов, мас.%: каменноугольный пек - 94-96; полимеры бензольного отделения - остальное. Полимеры бензольного отделения имеют следующий состав, мас.%: вещества, нерастворимые в толуоле, - 1,0-3,0; вода - 0,05-0,10; зола - 0,10-0,15; ароматические углеводороды - остальное. Плотность углеграфитовых изделий, пропитанных этим составом, после обжига - 1,78÷1,89 г/см3; после графитации - 1,85÷1,90 г/см3, пористость - 19,2÷19,9%, механическая прочность - 26,5÷27,5 МПа. Изобретение также позволяет улучшить условия производства за счет снижения содержания в пеке канцерогенных веществ. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к производству углеграфитовых материалов и может быть использовано в коксохимической и электродной промышленности.
Известно использование каменноугольного пека для пропитки углеграфитовых изделий (Вяткин С.Е., Деев А.Н., Нагорный В.Г. и др. Ядерный графит. М.: Атомиздат, 1967, 25-27 с.). Указанный пек имеет следующие характеристики:
| температура размягчения, определенная | |
| методом кубика на воздухе, °С | 80-100 |
| выход летучих веществ, % | не более 68,0 |
| зола, мас.% | не более 0,3 |
| содержание веществ, | |
| нерастворимых в толуоле, мас.%, | 5,0-10,0 |
| содержание веществ, | |
| нерастворимых в хинолине, мас.%, | 3,0-5,0 |
Однако известный каменноугольный пек является мезофазным и не обеспечивает высокую степень процесса пропитки, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на механической прочности и плотности углеграфитовых изделий.
Наиболее близким по технической сущности и результатам, что достигаются, является состав для пропитки углеграфитовых изделий (Авторское свидетельство СССР №1212941, МПК С 01 В 31/02, опубл. 23.02.86 г.) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| высокотемпературный пек | 60-90 |
| каменноугольное масло | остальное |
Предлагаемый состав имеет следующие характеристики:
| - температура размягчения, °С (Тр) | 120-200 |
| - выход летучих веществ, % (Vr) | 31-50 |
| - содержание веществ, нерастворимых | |
| в толуоле (α1-фракции), мас.% | 40-60 |
| - содержание веществ, нерастворимых | |
| в хинолине (α-фракции), мас.% | 0,2-1,5 |
Однако приведенный состав обладает высокой вязкостью, что в случае пропитки углеграфитовых материалов приводит только к частичному уплотнению пор. Поэтому полученное углеграфитовое изделие обладает низкой плотностью и соответственно высокой пористостью.
В основу изобретения поставлена задача разработки состава для пропитки углеграфитовых изделий, в котором совокупность ингредиентов и их количественное содержание позволит повысить плотность и снизить пористость за счет повышения степени пропитки заготовок.
Поставленная задача решается тем, что состав для пропитки углеграфитовых изделий, включающий каменноугольный пек и пластификатор, согласно изобретению содержит в качестве пластификатора полимеры бензольного отделения при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| каменноугольный пек | 94-96 |
| полимеры бензольного отделения | остальное |
При этом полимеры бензольного отделения имеют следующий состав, мас.%:
| вещества, нерастворимые в толуоле | 1,0-3,0 |
| вода | 0,05-0,10 |
| зола | 0,10-0,15 |
| ароматические углеводороды | остальное |
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и техническим результатом, которого можно достичь, состоит в том, что, по-видимому, каменноугольный пек и полимеры бензольного отделения образуют гомогенный молекулярный раствор и это увеличивает поверхностную активность связующего к поверхности углеродистых заготовок за счет физико-химических свойств и, в первую очередь, за счет интенсификации диффузионных процессов. В свою очередь, интенсивность проникновения каменноугольного пека в поры и трещины возрастает, способствуя улучшению эксплуатационных характеристик углеграфитовых изделий.
Заявляемое соотношение компонентов является необходимым и достаточным для достижения поставленной задачи.
Увеличение каменноугольного пека в составе для пропитки более 96 мас.% влечет за собой повышение вязкости заявляемого состава, что, в свою очередь, ведет к снижению плотности углеграфитовых изделий и повышению их пористости, а уменьшение его доли ниже 94 мас.% увеличивает выход летучих веществ, что также влечет за собой повышение пористости и снижение плотности. При этом снижается способность пека давать коксовый остаток, что приводит к ухудшению механической прочности углеграфитовых изделий.
Предлагаемый состав для пропитки углеродистых изделий имеет следующие характеристики:
| температура размягчения, °С (Тр) | 55-60 |
| выход летучих веществ, % (Vr) | не более 68 |
| содержание веществ, нерастворимых | |
| в толуоле (α1-фракции), мас.% | не менее 17 |
| содержание веществ, нерастворимых | |
| в хинолине (α2-фракции), мас.% | не более 3,0 |
Пропитка углеграфитовых изделий происходит следующим образом.
К 1000 л каменноугольного пека со следующими характеристиками: температура размягчения 62-65°С; выход летучих веществ 68%; вещества, нерастворимые в толуоле, 20% и вещества, нерастворимые в хинолине, 3,0%, добавляют полимеры бензольного отделения и перемешивают в течение 1 часа при 160-170°С. Полученным составом в лабораторном автоклаве емкостью 1 л пропитывают обожженные электродные заготовки диаметром 60 мм и длиной 130 мм, приготовленные из промышленных заготовок одной партии прессовки и обжига, с плотностью 1,60 г/см3 и пористостью 21,1%.
Пропитанные заготовки подвергают термической обработке в муфельных печах при 1000°С в течение 402 часов и затем графитации в электропечах при температуре 2500-3000°С в течение 50 часов.
В соответствии с описанным выше способом приготовлены пропиточные составы, соотношение компонентов и характеристика которых приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||||||
| Состав для пропитки | Содержание компонентов, мас.% | Характеристика состава | ||||||
| Каменноугольный пек | пластификатор | Тp, °С | Vr, % | содержание фракции, мас.% | ||||
| каменноугольное масло | полимеры бензольн. отделения | α1-фракции | α2-фракции | |||||
| прототип | 80 | 20 | - | 130 | 50 | 50 | 1 | |
| заявляемый | 1 | 98 | - | 2 | 60 | 68 | 20 | 3 |
| 2 | 96 | - | 4 | 57 | 68 | 20 | 3 | |
| 3 | 94 | - | 6 | 55 | 68 | 20 | 3 | |
| 4 | 92 | - | 8 | 48 | 75 | 20 | 3 |
Результаты испытаний пропитанных лабораторных образцов приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||
| Состав для пропитки | После обжига | После графитации | ||||
| коксовый остаток из пеков,% | плотность кажущаяся, г/см3 | плотность кажущаяся, г/см3 | пористость,% | механическая прочность, МПа | ||
| прототип | 49,5 | 1,72 | 1,71 | 23,0 | 23,0 | |
| заявляемый | 1 | 53,7 | 1,80 | 1,85 | 19,4 | 27,0 |
| 2 | 54,0 | 1,85 | 1,88 | 19,2 | 27,5 | |
| 3 | 54,8 | 1,89 | 1,90 | 19,2 | 28,7 | |
| 4 | 50,1 | 1,78 | 1,85 | 19,9 | 26,5 |
В результате испытаний установлено, что полученные образцы, изготовленные с использованием заявляемого состава для пропитки (варианты 2 и 3), обладают более высокой плотностью и более низкой пористостью.
Кроме того, за счет повышения коксового остатка после обжига существенно повышается механическая прочность изделий. Предлагаемый состав для пропитки углеграфитовых изделий характеризуется низким содержанием веществ, нерастворимых в толуоле, это позволяет увеличить кратность использования его для пропитки и дает возможность снизить налипание пропиточного материала на поверхность заготовок. При использовании предлагаемого состава для пропитки углеграфитовых изделий улучшаются санитарные условия производства, а именно снижается канцерогенность пека, за счет снижения содержания в пеке 3,4-бензпирена.
1. Состав для пропитки углеграфитовых изделий, включающий каменноугольный пек и пластификатор, отличающийся тем, что в качестве пластификатора используют полимеры бензольного отделения, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Каменноугольный пек | 94-96 |
| Полимеры бензольного отделения | Остальное |
2. Состав для пропитки углеграфитовых изделий по п.1, отличающийся тем, что полимеры бензольного отделения имеют следующий состав, мас.%:
| Вещества, нерастворимые в толуоле | 1,0-3,0 |
| Вода | 0,05-0,10 |
| Зола | 0,10-0,15 |
| Ароматические углеводороды | Остальное |
