Способ контроля качества коксопековой композиции для производства искусственного графита

.Котоатов вЯ.Ца-;. 216,ССРнепубл ство С1/04,6 д О тр ко СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Государственный нвательский институт коматериалов на основе г(56) Патент СССР Н 791кл, С 01 В 31/02, 1978Авторское свидетельМ 760620, кл. С 01 В 31978,Изобретение относится к промышленности по производству углеродных материалов, в частности к методаи контроля качества углеродных материалов, и может быть использовано для регулирования технологических процес сов получения графита для металлурги ческой и химической промышленности,Технология получения искусственного графита из кокс-пековой компози ции является длительным многоступенчатым процессом, включающим стадии размола кокса, смешения кокса и пека в определенном соотношении, размола композиции до получения пресс-компо" зиции нужной дисперсности, Формовани заготовок, их обжига и графитации при 2800-3000 С. Вся технологическая цепоцка получения графита изкоксо" пековой композиции в зависимости от марки графита в производственных условиях занимает время 2,5-3 месяца. Ю) (п) спосоБ контроля КАцествА -КОКСОПЕКОВОЙ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСтВА ИСКУССТВЕННОГО ГРАФИТА, включающий Формование и териообработку винертной среде образцов из коксопековой композиции, измерение удельно"го электросопротивления и плотноститермообработанных образцов и сопоставление их с эталонныи образцом,о т л и ц а ю щ и й с я теи, что,с целью повышения точности и эспрессности контроля, териообработку об"разцов ведут до 1000-1300 С и исполь-зуют обожженный эталонный образец,Кацество конечного графита, характеризуемого комплексом физико-химичес-, ких свойств (плотностью, удельным электросопротивлением и др,), зависит как от качества используемого сырья, так и от параметров техноло" гии на стадиях подготовки пресс-композиции. Так как сырье, применяемое при производстве графита, может об ладать разными качественными харак-теристиками, то для получения графи" 00 та со стабильными свойствами варьи- (Л руют технологические режимы получе" ния пресс-композиции(время размола, соотношение компонентов композиции, вреия смешивания компонентов и др) При этом возникает важная задача коноля кацества пресс-коипозиции.Известен способ контроля качестваксопековой композиции для производства искусственного графита, вклюцающийформование и определение усад 1031085ки заготовки. из коксопековой композиции до обжига,Способ позволяет регулировать содержание связующего в композиции, Недостатком указанного способа является ограниченная его применимость.Так, например, способ не может бытьиспользован для коксопековых композиций,на основе непрокаленного кокса,так как при одинаковом количествесвязующего в композиции и, следовательно, одинаковых величинах усадки(согласно противопоставленному спосо,"бу) качество графита зависит еще отнескольких Факторов: времени смешивания компонентов, режимов размола композиции, сорбционной способности композиции к кислороду воздуха.Наиболее близким техническим решением является способ контроля качества коксопековой композиции для производства искусственного графита,включающий Формование образцов изкоксопековой композиции, их термообработку (графитацию) в инертной среде до 2800 С и выше, измерение удельного электросопротивления и плотности.термообработанных образцов и сопоставление их с эталонным образцом гра- цфита,Недостаток этого способа заключа"ется в недостаточной точности контроля качества коксопековой композиции.Это связано с тем, что контроль каче",5ства занимает много времени - околодвух рабочих смен, За это время пресспорошок, качество которого контролируется, может существенно изменитьсвои физико-химические характеристики, например, за счет сорбции кислорода воздуха, Поэтому после получения, например, положительного заключения по качеству, формования промышленных заготовок, их обжига и гра" 5Фитации полученный графит может иметьхарактеристики, не совпадающие с характеристиками, предсказанными приконтроле, На практике в заводских условиях при двухсменной работе и длительности контроля м 10 ч Формованиезаготовок проводят лишь на следующийдень, При этом время хранения пресспорошка увеличивается до суток, аточность еще более уменьшается, Крометого, способ контроля по известномуспособу требует создания нестандарт"ного оборудования для высокотемпературного нагрева пробных образцов и больших расходов на графитовую оснастку, электроэнергию,Целью изобретения является повышение точности и экспрессности способа контроля качества коксопековойкомпозицииУказанная цель достигается тем,что в предложенном способе, термообработку образцов ведут до 10001300 С и используют обожженный эталонный образец.Предлагаемый способ позволяетконтролировать качество любой коксопековой композиции путем обжига пробных образцов и последующего измеренияих удельного электросопротивления иплотности, причем качество графитаопределяется олнозначно, При этомспособе можно регулировать как соотношение компонентов композиции, таки другие параметры "зеленого передела": гранулометрический состав, время измельчения композиции, температуру смешивания компонентов и т,д.Кроме того, предлагаемый способ позволяет контролировать пригодностьисходного сырья - кокса и пека дляполучения графита с заданными свойствами,Установлено, что характеристикипробных образцов после обжига (удельное электросопротивление и плотность)связаны с характеристиками промышленного графита, полученного из тойже пресс-композиции линейно, с коэффициентом корреляции )0,9:1РгА+ВО й =А +В йоф г офгде, Й г - удельное электросопротивление (Ом мм/м) иплотность (г/смз) заготовок промышленногографита;о о,до - удельное электросопротивление и плотностьпробных образцов послеобжига;1А,В,А , В - коэффициенты постоянныедля данной технологииграфита (А = 7 92; В =с= о,йгБ; А = -0,012В = 1,21),Обнаруженные нами корреляции даютвозможность рассчитывать характеристики промышленного графита по соответствующим характеристикам пробныхобразцов после обжига снизить температуру термообработки пробных образ5 103101цов и использовать в качестве эталонного образца обожженный эталонныйобразец. Конечная температура термообработки пробных образцов 1000 о1300 С выбрана, исходя из того, чтобы надежность контроля была достаточно высокой, а время контроля составляло не более 4-5 ч.При уменьшении температуры обра- Щботки ниже 1000 С точность контроляснижается из-за резкого уменьшениякоэффициентов корреляции, Повышение.температуры обработки выше 1300 С приводит к затратам времени на контроль, 15превышающим длительность одной рабочей смены, а также требует нестандартного оборудования,Способ контроля качества пресскомпозиции реализуют следующим образом, От 30-60 кг кокспековой пресскомпозиции отбирают пробу 30-60 г,Под давлением 650 + 50 кг/см 2 формуют 2-3 пробных образца диаметром10-18 мм, высотой 20-35 мм. Образцыподвергают термической обработке до1000-1300 С с максимально возможнойскоростью, обеспечивающей сохранениемонолитности образцов 3-15 град/мин,После термообработки образцы охлаж- ЗОдают до комнатной температуры, измеряют их удельное электросопротивление и плотность. Сопоставляют измеренные величины с соответствующимихарактеристиками эталонного образца Э 5и делают заключение о качестве кокспековой пресс-композиции, В случае,если характеристики пробного образца не хуже характеристик эталонногообразца, пресс-композицию считают ка Очественной и она поступает на дальнейшую переработку: прессование, обжиг, графитацию, В качестве эталонавыбирают такую промышленную обожженную заготовку, которая при последую- д 5щей графитации приобретает свойстваграфита, соответствующего ГОСТ, ОСТ,ТУ. Поэтому режим получения эталонасовпадает с режимом получения обожженных промышленных заготовок, Для БОкаждой маркы графита эталон будетсвой собственный,Пример 1,Из коксопековой пресс-композиции,состоящей из 383 высокотемпературно- %го каменноугольного пека и 623 нефтяного кокса марки КНПС, предназначенной для производства графитовыхзаготовок с удельным электросопротивлением не. более 12 Ом мм 2/м и плотностью не менее 1,85 г/смз (обожженный эталонный образец р 77 Ом мм/м,й1,50 г/смз) отбирают пробу. Изпробы Формуют 8 образцов цилиндрической формы диаметром 12 мм, высо"той 24 мм. Давление формования -650 кг/см, Четыре образца термо"обрабатывают до 1000 С в инертнойсреде. - аргоне со скоростью5. град/мин, и. 15 мин. изотермическойвыдержкой при конечной температуре1000 С, Остальные четыре образцатермообрабатывают до 2800 С по режиму прототипа: скорость нагрева до900 С - 5 град/мин, до 2800 С30 град/мин с изотермической вцдерж"кой при 2800 С - 15 мин,На образцах, приготовленных посравниваемым режимам, измеряют удельное электросопротивление и плотность.Результаты измерения приведены в таблице Как видно изтаблицы, сопоставление полученных результатов судельным электросопротивлением иплотностью соответствующих эталонных образцов позволяет сделать заключение о непригодности пресс-композиции для дальнейшей переработки,П р им е р 2,Из коксопековой пресс-композиции,полученной виброразмолом в течение40 мин и предназначенной для производства графитовых заготовок судельным электросопротивлением невыше 13 Ом мм 2/м и плотностью не ниже 1,80 г/смз (характеристики обожженного эталона р = 49 Ом мм 2/м ий= 1,53 г/см), отбирают пробу.Из пробы Формуют 4 образца цилиндрической Формы диаметром 18 мм и высотой 30 мин. Давление формования 700 кг/см 2. Два образца термообрабатывают до 1200 С в инертной средесо скоростью 10 град/мин, Изотермическая выдержка при 1200 С 15 мин, Образцы охлаждают до комнатной температуры за 0,5 ч. Оставшиеся два образца термообрабатываютдо 2800 С по режиму прототипа: скорость нагрева до 900 С - 5 град/мин,до 2800 С - 30 град/мин. Изотермическая выдержка при 2800 С - 15 мин,Охлаждают образцы до комнатной температуры за 3,5 ч.На образцах, приготовленных посравниваемым режимам, измеряют удельное электросопротивление и плотность.Характеристика образцови способа контроля Пример 1Обожженный эталонный образец Графитированный эталонныйобразец Эталон Удельное электросопротивление, Ом мм 2/м 49,0 1 у 53 47,0 12,0 13,0 12,0 1,56 1,85 1,80 1,85 77,01,50 Плотность, г/смз Пробный образец температура обработ"ки,С 13 оо 28 оо 28 оо 2800 1000 1200 Ф связующего в композиции 38 39 40 40 38 39 Удельное электросопротивление, Ом ммз/мее 81,0. 42,0 13,2 40,0 19,0 1.2,5 1)37 1,56 1,57 1,65 1)82 1,84 Плотность, гlсмз время контроля, ч 5,8 4,4 4 ф 7 1 Оэ 5 912 10 эо Не при" Пригоднагодна Пригодна Не при- Пригодна Пригодна годна Заключение по качествупресс-композиции" Пригоден Пригоден Не при" Пригоден Не пригогоден ден Не пригоден Качество графита изконтролируемой компо"вицин Результаты измерения приведены втаблице, Сопоставление полученныхрезультатов с удельным электросопро"тивлением и плотностью соответствующих эталонных образцов позволяетсделать заключение о пригодностипресс-композиции для дальнейшей переработки,Пример 3, 10Из коксопековой композиции, состоящей из 40 мас,Ф высокотемператур"ного пека и 60 мас.Ф нефтяного кокса марки КНПС, предназначенной дляпроизводства графитовых заготовок с 15удельным электросопротивлением не более 12 Ом мм 2/м и плотностью не менее 1,85 г/смэ (характеристики обожженного эталонного образца: р= 47 Ом мм 2/м, й 1 у 55 Г/смэ), отбирают пробу, Из пробы формуют шестьобразцов диаметром 15,0 мм, высотой30 мм. Лавление формования - 650 кг/см 2,Три образца термообрабатывают до1300 С в инертной среде со скоростью8 град/мин и 15 мин,изотермическойвыдержкой, Охлаждение. до комнатнойтемпературы 40 мин.Результаты контроля качества кок Другие три образца термообрабатывают до 2800 С со скоростью 5 град/мин до 900 С и 20 град/мин - до 2800 фС. и 15 мин изотермической выдержкой. Охлаждение до комнатной температуры 2,5 ч. Половину исследуемой композициипрессуют по окончании контроля попредлагаемому способу (через 6 ч),а половину - по окончании контроляпо прототипу (на следующие сутки),Результаты эксперимента представлены в таблице. Из таблицы следует, чтов данном примере способ контроля попрототипу не позволяет дать правильного заключения о качестве прессуемой композиции, которая за время,необходимое для контроля, значительно изменилась, когда как предлагаемый способ позволил более точно (пра-.вильно) предсказать качество пресскомпозиции, Кроме того, сокращаетсявремя (повышается экспрессность)контроля качества по предложенномуспособу л в два раза по сравнениюс прототипом,сопековой пресс-композиции