Состав для пропитки углеграфитовых изделий

Состав для пропитки углеграфитовых изделий

Реферат

Изобретение относится к производству углеграфитовых материалов и может быть использовано в коксохимической и электродной промышленности.

Известно использование каменноугольного пека для пропитки углеграфитовых изделий (Вяткин С.Е., Деев А.Н., Нагорный В.Г. и др. Ядерный графит. М.: Атомиздат, 1967, 25-27 с.). Указанный пек имеет следующие характеристики:

температура размягчения, определенная
методом кубика на воздухе, °С	80-100
выход летучих веществ, %	не более 68,0
зола, мас.%	не более 0,3
содержание веществ,
нерастворимых в толуоле, мас.%,	5,0-10,0
содержание веществ,
нерастворимых в хинолине, мас.%,	3,0-5,0

Однако известный каменноугольный пек является мезофазным и не обеспечивает высокую степень процесса пропитки, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на механической прочности и плотности углеграфитовых изделий.

Наиболее близким по технической сущности и результатам, что достигаются, является состав для пропитки углеграфитовых изделий (Авторское свидетельство СССР №1212941, МПК С 01 В 31/02, опубл. 23.02.86 г.) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

высокотемпературный пек	60-90
каменноугольное масло	остальное

Предлагаемый состав имеет следующие характеристики:

- температура размягчения, °С (Тр)	120-200
- выход летучих веществ, % (Vr)	31-50
- содержание веществ, нерастворимых
в толуоле (α1-фракции), мас.%	40-60
- содержание веществ, нерастворимых
в хинолине (α-фракции), мас.%	0,2-1,5

Однако приведенный состав обладает высокой вязкостью, что в случае пропитки углеграфитовых материалов приводит только к частичному уплотнению пор. Поэтому полученное углеграфитовое изделие обладает низкой плотностью и соответственно высокой пористостью.

В основу изобретения поставлена задача разработки состава для пропитки углеграфитовых изделий, в котором совокупность ингредиентов и их количественное содержание позволит повысить плотность и снизить пористость за счет повышения степени пропитки заготовок.

Поставленная задача решается тем, что состав для пропитки углеграфитовых изделий, включающий каменноугольный пек и пластификатор, согласно изобретению содержит в качестве пластификатора полимеры бензольного отделения при следующем соотношении компонентов, мас.%:

каменноугольный пек	94-96
полимеры бензольного отделения	остальное

При этом полимеры бензольного отделения имеют следующий состав, мас.%:

вещества, нерастворимые в толуоле	1,0-3,0
вода	0,05-0,10
зола	0,10-0,15
ароматические углеводороды	остальное

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и техническим результатом, которого можно достичь, состоит в том, что, по-видимому, каменноугольный пек и полимеры бензольного отделения образуют гомогенный молекулярный раствор и это увеличивает поверхностную активность связующего к поверхности углеродистых заготовок за счет физико-химических свойств и, в первую очередь, за счет интенсификации диффузионных процессов. В свою очередь, интенсивность проникновения каменноугольного пека в поры и трещины возрастает, способствуя улучшению эксплуатационных характеристик углеграфитовых изделий.

Заявляемое соотношение компонентов является необходимым и достаточным для достижения поставленной задачи.

Увеличение каменноугольного пека в составе для пропитки более 96 мас.% влечет за собой повышение вязкости заявляемого состава, что, в свою очередь, ведет к снижению плотности углеграфитовых изделий и повышению их пористости, а уменьшение его доли ниже 94 мас.% увеличивает выход летучих веществ, что также влечет за собой повышение пористости и снижение плотности. При этом снижается способность пека давать коксовый остаток, что приводит к ухудшению механической прочности углеграфитовых изделий.

Предлагаемый состав для пропитки углеродистых изделий имеет следующие характеристики:

температура размягчения, °С (Тр)	55-60
выход летучих веществ, % (Vr)	не более 68
содержание веществ, нерастворимых
в толуоле (α1-фракции), мас.%	не менее 17
содержание веществ, нерастворимых
в хинолине (α2-фракции), мас.%	не более 3,0

Пропитка углеграфитовых изделий происходит следующим образом.

К 1000 л каменноугольного пека со следующими характеристиками: температура размягчения 62-65°С; выход летучих веществ 68%; вещества, нерастворимые в толуоле, 20% и вещества, нерастворимые в хинолине, 3,0%, добавляют полимеры бензольного отделения и перемешивают в течение 1 часа при 160-170°С. Полученным составом в лабораторном автоклаве емкостью 1 л пропитывают обожженные электродные заготовки диаметром 60 мм и длиной 130 мм, приготовленные из промышленных заготовок одной партии прессовки и обжига, с плотностью 1,60 г/см³ и пористостью 21,1%.

Пропитанные заготовки подвергают термической обработке в муфельных печах при 1000°С в течение 402 часов и затем графитации в электропечах при температуре 2500-3000°С в течение 50 часов.

В соответствии с описанным выше способом приготовлены пропиточные составы, соотношение компонентов и характеристика которых приведены в таблице 1.

Таблица 1
Состав для пропитки	Содержание компонентов, мас.%	Характеристика состава
Каменноугольный пек	пластификатор	Тp, °С	Vr, %	содержание фракции, мас.%
каменноугольное масло	полимеры бензольн. отделения	α1-фракции	α2-фракции
прототип	80	20	-	130	50	50	1
заявляемый	1	98	-	2	60	68	20	3
2	96	-	4	57	68	20	3
3	94	-	6	55	68	20	3
4	92	-	8	48	75	20	3

Результаты испытаний пропитанных лабораторных образцов приведены в таблице 2.

Таблица 2
Состав для пропитки	После обжига	После графитации
коксовый остаток из пеков,%	плотность кажущаяся, г/см3	плотность кажущаяся, г/см3	пористость,%	механическая прочность, МПа
прототип	49,5	1,72	1,71	23,0	23,0
заявляемый	1	53,7	1,80	1,85	19,4	27,0
2	54,0	1,85	1,88	19,2	27,5
3	54,8	1,89	1,90	19,2	28,7
4	50,1	1,78	1,85	19,9	26,5

В результате испытаний установлено, что полученные образцы, изготовленные с использованием заявляемого состава для пропитки (варианты 2 и 3), обладают более высокой плотностью и более низкой пористостью.

Кроме того, за счет повышения коксового остатка после обжига существенно повышается механическая прочность изделий. Предлагаемый состав для пропитки углеграфитовых изделий характеризуется низким содержанием веществ, нерастворимых в толуоле, это позволяет увеличить кратность использования его для пропитки и дает возможность снизить налипание пропиточного материала на поверхность заготовок. При использовании предлагаемого состава для пропитки углеграфитовых изделий улучшаются санитарные условия производства, а именно снижается канцерогенность пека, за счет снижения содержания в пеке 3,4-бензпирена.

1. Состав для пропитки углеграфитовых изделий, включающий каменноугольный пек и пластификатор, отличающийся тем, что в качестве пластификатора используют полимеры бензольного отделения, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Каменноугольный пек	94-96
Полимеры бензольного отделения	Остальное

2. Состав для пропитки углеграфитовых изделий по п.1, отличающийся тем, что полимеры бензольного отделения имеют следующий состав, мас.%:

Вещества, нерастворимые в толуоле	1,0-3,0
Вода	0,05-0,10
Зола	0,10-0,15
Ароматические углеводороды	Остальное