Способ получения мелкозернистых крупногабаритных графитированных заготовок

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 5 С 01 В 31/О К ПАТЕН Й обжиг темпеи послеторным подсво-,ального ельный чес кимипека, включающ формованных за ратуры подсводо дующеи их про обжигом при по дового простран значения и граф обжиг ведут с ч выдержками: и 850-870 С ем предварительны готовок с подъемом вого пространства питкой пеком, пов дъеме температуры ства до ее максим итацию, предварит етыръмя изотерми ри 470-490 С, 630- 1200 в течен час каждаяпературыпределах 2ветственноКроменых загото го,п кд ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(71) Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита(73) Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита(56) Авторское свидетельство СССРМ 1629244, кл. С 01 В 31/04, 1988,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛКОЗЕРНИСТЫ) КРУПНОГАБАРИТНЫ ГРАФИТИРОВАННЫХ ЗАГОТОВОК(57) Сущность изобретения; при полученииграфитовь 1 х мелкозернистых крупногабаритных заготовок путем предварительного Изобретение относится к технологии получения графитовых мелкозернистых крупногабаритных заготовок на основе нефтяного кокса и каменноугольного пека и мо.жет быть использовано в электронной, металлургической промышленности и других отраслях техники в качестве конструкционных углеграфитовых материалов,Задачей изобретения являются увеличение выхода годных обожженных заготовок и повышение плотности и прочности графита.Поставленная цель достигается тем., что в способе получения графитовых мелкозернистых крупногабаритных заготовок на основе нефтяного кокса и каменноугольного обжига формованных заготовок с последующей их пропиткой пеком, повторным обжигом и графитацией, предварительный обжиг ведут с четырьмя изотермическими выдержкамии при 470 - 490, 630 - 650, 850 - 870 и 1170- 1200 С в течение 10-412 часов каждая, при этом скорость подъема температуры под.сводового пространства между выдержками поддерживают в пределах 2,7-3,2; 3,2-3,6 и 1,8 - 2,2 С/ч соответственно. Г 1 одъем температуры подсводового пространства при повторном обжиге пропитанных заготовок до максимальных ее значений ведут со скоростью 3,5 - 3,8 С/час. При использовании данного способа получения графитовых мелкозернистых крупногабаритных заготовок выход Годной продукции, плотность и предел прочности на сжатие повысился по сравнению с прототипом на 38, 3 и 90/О, соответственно, 1 з,п.ф-лы, 1 табл. и 1170 С, ие 10-12 при этом скорость подъема тем ежду ними поддерживается 7-3,2; 3,2-3,6 и 1,8-2,2 С/ч соот о овторный обжиг пропитан о о максимальной температу(выделение летучих, образование пор, превращение пека в полукокс) и обеспечивает спекание пека с наполнителем. Уменьшение температуры второй изотермическойвыдержки менее 630 С нецелесообразно, так как она оказывает влияние на формирование структуры материала и особенно общей пористости, а температуре более 650 С соответствует менее термонапряженное со 55 ры подсводового пространства ведут со скоростью 3,5-3,8 С/ч.Достижение указанной цели при такомведении режимов нагрева обусловлено тем,что углеродный материал в течение всего 5процесса обжига находится в сложном напряженном состоянии, при этом одновременно протекают разные по характерухимические и физические процессы (перемещение и диффузия связующего и др.). "0Снижение термических напряжений, получение однородного и бездефектного материала требуют изменения графиковпервичного и повторного обжигов,По предложенному способу обжигу подвергают формованные заготовки, состоящие из прокаленного нефтяного кокса(ГОСТ 22898-78) и среднетемпературногокаменноугольного пека ГОСТ 10200-83),размерами: диаметром 300-600 и высотой 20700 - 1000 мм. Прессование проводят в закрытой матрице или гидростатическим методом под давлением 400-1000. кгс/см .Дис перс н ость пресс-порошка 40 - 100 мкм.Соотношение ингредиентов 80 и 20 мас,%.25Формованные заготовки подвергают предварительной термообработке, Скоростьподьема температуры подсводового пространства до 470"С не регламентируется,так как произвольная скорость подъема температуры подсводового пространства доданной температуры не влияет на целостность углеродного материала, нахоДящегося в упругопластическом состоянии,Углеродный материал при температуре 35подсводового пространства 470-490 С находится в вязкопластическом состоянии, поэтому уменьшение температуры первойизотермической выдержки менее 470 С нецелесообразно, более 490 С нежелательно, 40так как материал начинае переходить в упругое состояние. Уменьшение времени первой изотермической выдержки менее 10 чприводит к перепаду температурного градиента в обьеме заготовки из-за низкого коэф- "5фициента теплопроводности материала,Время изотермической выдержки более 12ч экономически невыгодна.Вторая изотермическая выдержка при630-650 С обуславливает наиболее полное 50протекание Физико-химических процессов стояние материала. Поэтому температуру выдержки более 650 С поднимать не следует. Уменьшение времени второй изотермической выдеркки менее 10 ч согласно термическим расчетам приведет к возрастанию термических напряжений и процессе образования внутренних трещин, Продолжительность выдержки более 12 ч экономически невыгодна.Третья изотермическая выдержка при 850-870 С обусловлена окончательным удалением летучих из заготовки, образованием вторичного углерода на поверхности заготовок и максимальной общей пористости. Эта выдержка особенно важна, так как происходит превращение полукокса в кокс, образование слоев полициклических карбидных групп и рост плоских сеток. Уменьшение времени изотермической выдержки менее 10 часов при 850-870 С приводит к неравномерности образования жесткого каркаса, сдвигсвым деформациям и растрескиванию материала, Продолжительность вь 1 держки более 12 ч экономически не выгодно. Уменьшение температуры выдержки менее 850 С не выгодно, так как она оказывает влияние на образование кокса, Выдержку проводить при температуре более 870 С нецелесообразно, так как основная масса выделения летучих веществ проходит до 870 С,Продолжительность изотермической выдержки при 1170 - 1200 С менее 10 часов не обеспечивает выравнивание температурного поля в объеме заготовки и достаточно полного завершения процесса усадки материала, влияющего на свойства графита. Продолжительность более 12 часов приведет к удлинению процесса обжига. Уменьшение температуры выдержки менее 1170 С не обеспечит высокую плотность материала, температуры более 1200 С нецелесообразна, так как все физико-химические процессы при карбонизации материала завершены,Подьем температуры подсводового пространства между изотермическими выдержками с 1 по 4) со скоростью менее 2,7; 3,2 и 1,8 С/ч согласно теоретическим исследованиям напряженно-деформированного состояния материала увеличит время обжиг, а более 3,2: 3,6 и 2.2 С/ч оказывает влияние на формирование неоднородной структуры материала и может привести к образованию трещин.Для увеличения плотности и прочности графита пропитанные пеком заготовки подвергают повторному обжигу. Скорость подьема температуры подсводового пространства до ее максимального значения менее 3,5 ОС/ч увеличит время обжига, иболее 3,8"С/ч нецелесообразна, так как приведет к неоднородным усадочным и физ 1 ко-химическим процессам, протекающим в геке из-за высокой скорости нагрева,Предложенный способ получения графитовых мелкозернистых крупногабаритных заготовок на основе нефтяного кокса и каменноугольного пека подтверждается следующими примерами конкретного исполнения.П р и м е р 1, Крупногабаритные угле- родные заготовки изготавливали на основе нефтяного кокса (ГОСТ 22896 - 78. 800 массы) и среднетемпературного пека (ГОСТ 10200-83. 20 т массы) размером; диаметром 350 нм и высотой 890 мм, Прессование проводили с применением гидростата при давлении Р = 600 кгс/см . дисперсность2пресс - порошка 90 мкм. Заготовки загружали в жаропрочный контейнер размером 1400 х 1400 х 1600 мм и пересыпали подсушенным каменноугольным коксом (ГОСТ 11255 - 75) с содержанием фракций+3,0 и 0,5 мм не более 10%. На дно контейнера насыпали слой засыпки 150 мм, на него вертикально устанавливали заготовки, расстояние от стены контейнера и между заготовками 50 мм. Поверх загруженных заготовок наносили слой засыпки 200 мм. Контейнеры с заготовками загружали в обжиговую газовую камеру и подвергали предварительной термообработке. Обжиг проходил в среде летучих пека. Процесс обжига вели по следующему графику; до 480 С че регламентируется, при 480 С изотермическая выдержка 11 ч, от 480 до 640"С подьем температуры подсводового пространства со скоростью 3 С/ч, при 640"С выдержка 11 ч, от 640 до 860 С - со скоростью 3,4 С/ч, при 860 С выдержка 11 ч, от 860 С до 1185 С - со скоростью 2 С/ч, при 1185 С выдержка 11 ч. Заготовки после Обжига охлаждали и загружали в емкости с решетчатым дном, затем помещали в шахтный бак-нагреватель и нагревали до 275 С в течение 3,5 ч. Нагретые заготовки помещали в автоклав, где создавали вакуум не более 130 мм рт.стпосле чего в автоклав подавали жидкий пек под давлением до 5,6 кс/см . Пропитанные заготовки подверга 2ли повторному обжигу, который вели с подьемом температуры подсводового "г странства со скоростью 3,6 С/ч, Охлаждали заготовки в течение 50 ч до температуры 55 С. После повторного обжига заготовки графитировали до 2800 С в среде хлора.Примеры 2 - 5 выполнены в соответст 5 вии с примером 1 и отличаются размерамизаготовок, скоростью подъема температурыподсводового пространства, продолжительностью изотермической выдержки.Результаты по примерам представлены10 в таблице.Как видно из таблицы, наиболее приемлемым вариантом способа получения графитовых мелкозернистых крупногабаритныхзаготовок является пример М 1, где выход15 годной продукции по сравнению с прототипом выше на 38 , а плотность, предел прочности на сжатие на 3 и 9 соответственно.Несмотря на то, что данные по примерам М2 и 4 близки по своим значениям к данным20 примерам 1, их не следует рекомендоватьдля исследования в технологии полученияграфитового материала, из-за удлиненияпродолжительности процесса обжига,Увеличение выхода годных заготовок по25 описанному способу, а также увеличениеуровня физико-механических показателейматериала предопределяет экономическийэффект при использовании указанного материала в технологии.30 Формула изоб гете ни яСпособ получения мелкозернистыхкрупногабаритных графитированных заготовок, включающий предварительный обжиг сформованных на основе нефтяного35 кокса и каменноугольного пека заготовкипутем их нагрева с изотермическими выдержками до конечного значения температурыи выдержкой при этом температуре, последующую пропитку их пеком, повторный об 40 жиг при подьеме температурыподсводового пространства до ьс максимального значения и графитацию, о т л и ча ю щ и й с я тем, что нагрев ведут до1170 - 1200 С с изотермическими выдержками при 470 - 490 С, 630-60 С, 850-870 С и45 конечной температуре в течение 10 - 12 чкаждая и со скоростью подъема температуры подсводового пространства между выдержками 2,7-3,2"С/ч, 3,2-3,6 С и1;8-2,2 С/ч соответственно,50 2, Способ по и. 1, от л и чаю щи йс ятем, что повторный обжиг ведут со скоростью подъема температуры 3.5 - 3,8 С/ч.1834843 Технологические пврвметры, выход годных заготовок и свойстве грвфитв резмеры зеготово к Температура изотермичес.держки,С гз родов когте льность выдержки. чвс Скорость подьеме темперетурыподсводового про.стрвнстее. С/чзс Выход годных звгото.вок,Свойстве графита Време 1 и 11 обжигов, чвс,примеров 1 обжиг 2 обжиг плотностькгс/см предел прочности при сжатии,кгс/см 11 11 11 1 10 10 1 О Ф1,75 3.6 461 445 1,72 632 3.6 1,70 Н 600 1,74 3,4 82 1,60 4.0420 450 1,70 12,4 Составитель Е,ОстроумовТехред М.Моргентал Корректор А.Козориз Редактор Заказ 2702 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж. Раущская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 480 640 860 1165 470 630 850 1170 490 650 670 1200 450 620 640 1160 500 680 880 1220 660 780 12121212999.914141414Э 5 20 3,0 3,4 2.0 20 2,7 3.2 1,6 20 3.2 3,6 2.2 20 2,5 3,0 1,5 20 3,4 Э.б 2.5