Способ получения углеродных изделий

алвемевлир еф фет фее ФмМ,чеед б,МЬеЕЕЕ МЕДИ С Д Н И Е (11 У 68756ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республикло делам изобретеиии и открытий) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ ИЗДЕЛИ го прессования, при удель - 150 раз, превышающем арительного прессования, и термообработку заготовок предварительнном давлениидавление предпоследующую Изобретение относится к технологии производства углеграфитовых материалов и изделий, 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 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/см 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;урфф. е ь ,у, 4 11., 4, / ф -, фф768756 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 (эразм -- 65). Смесь этих компонентов готовят в смесильной машине при 1=130, охлаждают и измельчают в шаровой мельнице, послечего просеивают через сито с размером ячеек 0,8 мм. Полученный пресс-порошок содержит фракции с размером частиц 0,8 - 0,5 мм 5 - 7%, 0,5 - 0,3 мм 12 - 16/о, 0,3 - 0,09 мм 27 - 33/о, менее 0,09 мм - около 50%.Пресс-порошок прессуют предварительно в матрице квадратного сечения 20 Х 20 мм при удельном давлении 400 кг/см. Отпрессованные заготовки кубической формы под 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 вергают 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 - 104 час; 400 - 600 - 90; 600 в 8 - 70; 800 в 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 - 20 час; 1000 - 1500 - 3;1500 в 18 - 3; 1800 в 20 - 4; 2000 - 2200 - 4; 2200 в 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 Юо 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 удельногоэлектросопротивления для образцов, указанных в таблице 1.Из приведенных в таблицах данных следует, что при предложенном отношении удельных давлений взаимноперпендикулярных прессований (1,4 - 1,5) достигается768756 Таблица 1 Коэф, терм. расширеиия 1.101/С в направлениипрессования Плотность графитврованиых заготовок, г 1 см, послепрессования Плотность зелеиых" заготовок,г/смз, после прессования Уд. эл, сопротивление, ом, мм 2/м, в иаправлениипрессования Уд, давление, кгс/ем при прессовании примера перпен- предва- дикулЯР рнтельногонему перпен- дикулярно к немУ предва;ритель. ного предва- ритель- ном предва. ритель- ного предва ритель- ного повтор. повторповториом ного ного 1 2 3 4 5 6 7 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 1,59 400 440 480 520 560 600 640 700Заказ 1992/14 Изд.500 Тираж 569 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж.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 углеродногонаполннтеля с пеком в заготовки, повторное прессование заготовок в направлении,перпендикулярном направлению предварительного прессования, при удельном давлеО нии, превышающем давление предваритель.ного 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 разапревышает давление предварительногопрессования.2. Способ по п. 1, о тли ч а ю щий с ятем, что в качестве углеродного наполнителя используют смесь прокаленного нефтяного кокса с природным графитом, передпредварительным прессованием композициюизмельчают до фракции менее 0,8 мм ипредварительное прессованиеведут приудельном давлении 350 в 4 кгс/см.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Великобритании1147456,кл. С 1 А, опубл. 02,04,69.2. Патент Великобритании1227405,кл, С 1 А (С 01 В 31/04), опублик. 1971