Углеродная гранулированная засыпка

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 111 983043 Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 040681 (21) 3315390/23-26 с присоединением заявки Йо 311 М. Кл.з С 01 В 31/02 Государственный комитет СССР по девам изобретений и открытий(54) УГЛЕРОДНАЯ ГРАНУЛИРОВАННАЯ ЗАСЫПКА Изобретение относится к технологии обжига углеродных формовочных заготовок, используемых после графитации в . различных областях техники, в част ности при получении кварцевого стекла,для футеровкй химической аппаратуры, а также в виде графнтовой оснастки вакуумных печей в полупроводниковбй технике и др.Известна углеродная засыпка, используемая для обжига углеграфитовых иэделий. В качестве засыпки применяют антрацит, кокс, песок, шлаки и др. Засыпка предохраняет изделия от окисления и адсорбирует частично выделяющиеся летучие вещества пека при обжиге. Засыпку применяют следующего ,гранулометрического состава: фракции )0,5 мм и 4 б мм с целью уменьшения сорбционной поверхности засыпки и сохранения свойств графитированного материала 1 3. 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,Ъг0,8-2 мм 35-400,6-1,3 мм Остальное с сорбционной способностью по бенэолу 280 мк моль/г 2 3.Недостатки известной засыпки заключаются в значительном размере пор в гранулах, что снижает прочность и плотность углеродного материала, повы" шенной сорбции засыпки летучих пека, что также приводит к снижению прочности и плотности изделий и в быстром спекании засыпки и как следствие :ее замена после использования в 2-3 процессах обжига. Целью изобретения является повышение плотности и прочности графитированных изделий.Эта цель достигается тем, что угле- родная засыпка для обжига углеграфитовых изделий содержит гранулы с размером пор при следующем соотношении, мас.Ъ0,3-0,8 мм 40-500,1-0,3 мм Остальноедополнительно засыпка содержит гранулы с сорбционной способностью по бензолу 150-240 мк моль/г.Применение предлагаемой засыпкис указанным распределением и размером пор для обжига углеграфитовых иэделий позволяет увеличить плотностьи прочность графитированного материала. При отклонении от предлагаемых пределов снижается прочность и,плотность графитированных изделий.Засыпку используют для обжигауглеграфитовых изделий в обычныхгазовых печах кольцевого типа.На подину камеры насыпают слойзасыпки не менее 200 мм. На засыпку устанавливают ряд заготовок диаметром 150 - 400 мм и высотой 200600 мм. Расстояние между заготовками 15составляет 8-12 мм. Затем нижний рядзасыпают пересыпочным материалом(гранулированный нефтяной кокс) иустанавливают втоРой,ряд заготовок.Расстояние между рядами 200-250 мм,Обжиг заготовок производят в газовойсреде летучих при непрерывном подъеме температуры со скоростью3,1 град/ч до 1100 С, с выдержкойв течение 10 ч. Графитацию заготовок осуществляют до 2400 С со скоростью 10 град/ч и выдержкой втечение 5 ч.Особенно важное значение в формировании физико-механических характеристик углеродного материала приобжиге имеет пористая структура засыпки и следовательно ее сорбционная способность. Заготовки, находящиеся в обжиге, проходят вяэко-пластичное состояние. При этом в поры З 5засыпки, за счет капиллярных сил,переходит часть связующего, в результате чего прочность и плотностьматериала уменьшается. Кроме того,засыпка с крупными порами ( по извест ному способу ) активно сорбируетлетучие пека, которые не участвуютв процессе вторичного пиролиза вобъеме заготовки, Это также снижаетпрочность и плотность материала. 45Применение малопористой засыпки( с размером пор 0,3-0,8 мм 70 мас.Ъи 0,1-0,3 мм 30 мас.Ъ) приводит кдефектам по трещинам, к быстрому еезакоксовыванию и создают большиетрудности по дожиганию летучих в объе -ме камеры.С целью уменьшения размера крупНых пор углеродную засыпку термосбрабатывают в углеводородной средФ,например, в печах ЭВШдо 1000 Св течение 90-180 ч.Изменяя время пропитки пироуглеродом частиц кокса впечах ЭВШ, возможно регулироватьразмер пор в углеродной засыпке и получать графит с определенными Физико-механическими характеристиками,Размер пор и их количество определяют. по известной методике 3 ),П р и м е р 1. Прокаленйую коксовую мелочь фракции 0,3-8,0 мм с содержанием Фракции 0,3 мм не более 8 мас.Ъ, предварительно термообрабатывают в среде метана в печи типа ЭВШдо 1000 С в течение. 110 ч. После пропитки углеродом пористость засыпки следующая: 0,3-0,8 и 0,1- 0,3 мм, соответственно 30 и 70 мас.Ъ, Сорбция по бензолу составляет270 мк моль/г.Гранулированной засыпкой, полученной тахим 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 сределетучих 1 при непрерывном подъеме температуры со скоростью 3,1 град/ч до 1100 С, с выдержкой при максимальной температуре в течение 10 ч. Графитацию заготовок проводят в промышленных печах до 24000 С в засыпке из пекового кокса со скоростью 10 град/ч и выдержкой при максимальной температуре 5 ч.П р и м е р 2. Отличается от примера 1 временем термообработки засыпки в печи ЭВШ(.140 ч ) и ее пористым составом, мас.Ъ: 0,3-0,8 мм 40, 0,1-0,3 мм 60. Сорбция по бензолу засыпки эа счет уменьшения количества мелких пор составляет 180 мк моль/г.П р и м е 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.Ъ: 0,3-0.,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,Ъ: 0,5-,1,2 мм 40; 0,12-0,4 мм 60.П р и м е р 5. По примеру 1, Но пропитка пироуглеродом засыпки. 180 ч, величина сорбции засыпки по бензолу 140 мк моль/г, пористый состав засыпки, мас.Ъ: 0,1-0,2 мм 50; 0,04- 0,07 мм 50.Сравнительные физико-механические характеристики графитированных иэделий, полученного по изобретению (примеры 2-4) и известному способу представлены в табл,1,.Таблица 1 Состав засыпки, мас.В Пример Размеры пор засыпки, мм Предел нрочности,кгс/смпри сжатии при из- гибе 0,34 3 1,70 300 0,1-0,3 0,3-0,8 4 0 0,1 3 0,3150,12-0,4 60 0 0,1-0,2 1,65 3 6 0,04-0,07 35-40 0,8 7 известный) риведена в 14 3,ериала от лотность аготовок Т а б л 2 тность заготовок г/см При е зелен обожженных 1,6 4 1,68 6 3 9 1,6 1,6 1,50-17 60-65 0,6-1,2 Методика сорбции по бензол В процессе исследования установлено, что при измельчении засыпки при обжиге пористость, в .объеме за- . сынки не изменяется. При обжиге применяют дополнительно теплоизоляционную шихту, в процессе графитации поСорбцияпо бензолу,фмк моль/г 280 1,60-1,62 230-260 85"110 р дают хлор для очистки мпримесей,В табл.2 представленеленыхф (необожженныхпосле обжига.в 983043 10 Формула изобретения 20 Составитель Т.ИльинскаяТехред С.Мигунова Корректор Л. Ференц Редактор Н.Рогулич Заказ 9822/25 Тираж 509 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Из табл,2 следует, что наиболее предпочтительным для изготовления графитированных изделий является пример 3, где получены наиболее высокая плотность и прочность, по сравнению с известными и примерами,входов щих 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 плотность на 11.За счет более высоких параметров по плотности и прочности изделий значительно .удлиняется эксплуатация изделий, полученных с использо ванием предлагаемой углеродной засыпки,1. Углеродная гранулированнаязасыпка для обжцга углеграфитовыхиэделий, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения плотности и . д прочности иэделий, она содержит гранулы с размером пор при следующемсоотношении, мас.%:0,3-0,8 мм 40"500,1-0,3 мм Остальное2. Засыпка по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что она содержитгранулы с сорбционной способностьюпо бенэолу 150-240 мк моль/г.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Чалых Е.Ф. Технология углеграфитовых материалов. М., "Металлургия",1963, с. 207.2. Техпроцесс Р 19-72 производства графита марки ГМЗ Московскогоэлектродного завода, М., 1972, с.44(прототип),3. Бутырин Г.М. Высокопористыеуглеграфитовые материалы. М., "Химия", 1976, с.43-49.4. Багров Г,Н. и др. Сорбция бензола на нефтяном коксе. Сб. трудовР 3 "Конструкционные материалы наоснове графита". М., Металлургия,1967, с,191-196.