Углеродная гранулированная засыпка Советский патент 1982 года по МПК C01B31/02 

Изобретение относится к технологии обжига углеродных формовочных заготовок, используемых после графитации в различных областях техники, в частности при получении кварцевого стекла, для футеровки химической аппаратуры, а также в виде графитовйй оснастки вакуумных печей в полупроводниковой технике и др.

Известна углеродная засыпка, используемая для обжига углеграфитовых изделий. В качестве засыпки применяют антрацит, кокс, песок, шлаки и др. Засьтка предохраняет изделия от окисления и адсорбирует частично выделяющиеся летучие вещества пека при обжиге. Засыпку применяют следующего

гранулометрического состава: фракции 0,5 мм и 6 мм с целью уменьшения сорбционной поверхности засыпки и сохранения свойств графитированного материалаС J.

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.%:

0,6-2 мм35-40

. 0,6-1,3 мм Остальное с сорбционной способностью по бензолу 280 мк моль/г 2 .

Недостатки известной засыпки заключаются в значительном размере пор в гранулах, что снижает прочность и

10 плотность углеродного материала, повышенной сорбции засыпки летучих пека, что также приводит к снижению прочности и плотности изделий и в быстрс 4 спекании засыпки и как следствие

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

Целью изобретения является повышение плотности и прочности графити20рованных изделий.

Эта цель достигается тем, что углеродная засыпка для обжига углеграфитовых изделий содержит гранулы с размером пор при следующем сортноше25нии, ма:с. %:

0,3-0,8 мм 40-50 0,1-0,3 мм Остальное Дополнительно засыпка содержит гранулы с сорбционной способностью

30 по бензолу 150-240 мк моль/г. Применение предлагаемой засыпки с указанным распределением и размером пор для обжига углеграфитовых и делий позволяет увеличить плотность и прочность графитированного материала. При отклонении от предлагавмых пределов снижается прочность и ллотность графитированных изделий. Засыпку используют для обжига углеграфитрвых 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 заготовкам составляет 8-12 мм. Затем нижний ря засыпают пересыпочным материалом (гранулированный нефтяной кокс) и устанавливают второй,ряд заготовок Расстояние между рядами 200-250 мм Обжиг заготовок производят в газово среде летучих прк непрерывном подъе ме температуры со скоростью 3,1 град/ч до 11009с, с в течение 10 ч. Графитацию заготовок осуществляют до 2400°С со скоростью 10 град/ч и выдержкой в течение 5 ч. Особенно важное значение в форм ровании физико-механических характеристик углеродного материала при обжиге имеет пористая структура за сыпки и следовательно ее сорбционная способность. Заготовки-, находя щиеся в обжиге, проходят вязко-пла тичное состояние. При этом в поры засыпки, за счет капиллярных сил, переходит часть связующего, в результате чего прочность и плотност материала уменьшается. Кроме того, засыпка с крупйыми порами (по извес ному способу ) активно сорбирует летучие пека, которые не участвуют в процессе вторичного пиролиза в объеме заготовки. Это также снижает прочность и плотность материала. Применение малопористой засыпки (с размером пор 0,3-0,8 мм 70 мас.% и 0,1-0,3 мм ЗОмас.%) приводит к дефектам по трещинам, к быстрому ее закоксовыванию и создают большие трудности по дожиганию летучих в объё ме камеры. С целью уменьшения размера крупных пор углеродную засыпку термообрабатывают в углеводородной среди), например, в печах ЭВШ-2500 до lOOO в течение 90-180 ч.Изменяя время пропитки пироуглеродом частиц кокса в печах ЭВШ-2500, возможно регулиррва размер пор в углеродной засыпке и п лучать графит с определенными физико механическими характеристиками. Размер пор и их количество определя ют, по известной методике 3. Пример. Прокаленную коксовую мелочь фракции 0,3-8,0 мм с содержанием фракции 0,3 мм не более 8 мас.%, 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.%. 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 высотбй 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 при непрерывном подъеме температуры со скоростью 3,1 град/ч до 1100°С, с выдержкой при максимальной температуре в течение 10ч. Графитацию заготовок проводят в промышленных печах до 2400С в засыпке из пекового кокса со скоростью 10 град/ч и выдержкой при максимальной температуре 5ч. П р и м е р 2. Отличается от примера 1 временем термообработки засыпки в печи ЭВШ-2500 (140 ч ) и ее пористым составом, мас.%: 0,3-0,8 мм 40; 0,1-0,3 мм 60. Сорбция по бензолу засыпки за счет уменьшения количества мелких пор составляет 180 мк моль/г. П р и м ё р 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.%: О, 3-0-, 8 мм 50; 0,1-0,3 мм 50. П р и м е р 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.%: 0,5т1,2 мм 40; 0,12-0,4 мм 60. П р и 1И е р 5. По примеру 1, rto пропитка пироуглеродом засыпки; 180ч, величина сорбции засыпки по бензолу 140 мк моль/г, пористый состав засыпки, мас.-%;; 0,1-0,2 мм 50;р,040,07 мм 50. Сравнительные физико-механические характеристики графитированных изделий, полученного по изобретению (примеры 2-4) и известному способу представлены в табл.1.

Состав заРазмеры,пор сыпки, мас.% засыпки, мм 1300,3-0,8 700,1-0,3 2. 400,3-0,8 600,1-0,3 .3500,3-0,8 500,1-0,3 4.450,3-0,8 55о,1-0,3 5400,5-1,2 600,12-0,4 6.500,1-0,2 500,04-0,07 735-400,8-2,0 извест- 60-650,6-1,2 ный} « «L ей .. Методика сорбции по бензолу 8процессе исследования установлено, что при измельчении засыпки при обжиге пористость.в .объеме засыпки не изменяется. При обжиге применяют дополнительно теплоизоляционную шихту, в процессе графитации поПример1 2 3 4 .5 6 71

.Таблица 1

Предел прочности,

Плотность кгс/см г/см г

при сжатии при из.1 гибе з 240 1,70 180 1,76 150 1,80 170 . 1,78 250 1,68 280 140 1,65 280 1,60-1,62 230-260 85-110 KKBMV риведена в 4 . 0 дают хлор для очистки материеша от примесей. В табл.2 представлены плотность зеленых (необожженных ) заготовок .и после обжига. Та 6 л и ц а 2 Плотность заготовок, г/см .. леных обожженных 1,701,61 1,711,64 1/691,68 1,691,67 1,691,59 1,681,49 68-1,701,50-1,52

Из табл.2 следует, что наиболее предпочтительным для изготовления графитированных изделий является пример 3, где получены наиболее высокая плотность и прочность, по сравнению с известйыми и примерами , входяЕщих за предлагаемые пределы. Например, величина прочности при сжатии и изгибе изделий, полученных по изобретению выше по сравнению с известным соответственно на 50 и 72%, а рлотность на 11%.

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

Формула изобретения 20

1. Углеродная гранулированная засыпка для обяэдга углеграфитовых изделий, отличающаяся тем, что, с целью повышения плотности и . jj

прочности изделий, она содержит гранулы с размером пор при следующем соотношении, мас.%:

0,3-0,8 мм 40-50 0,1-0,3 мм Остальное 2. Засыпка поп.1, отличаюDj а я с я тем, что она содержит гранулы с сорбционной способностью по бензолу 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 19-72 производства графита марки ГМЗ Московского электродного завода. М., 1972, с.44 (прототип).

3.Вутырин Г.М, Высокопористые углеграфитовые материалы. М., Химия, 1976, с.43-49.

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

№ 3 Конструкционные материалы на основе графита. М., Металлургия, 1967, с.191-196.