Способ получения углеграфитовых изделий

Способ получения углеграфитовых изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

А. Н. Антонов, В. А. филатова, И. А. Бенцианов

В. С. Набоков, В. П. Нестор и И. М. Зильберг (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институ по защите металлов от коррозии (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕГРАФИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к способу получения углеграфитовых иэделий, которые находят применение в различных отраслях промышленности, например в производстве графитовой теплообменной, реакционной колонной аппаратуры, тиглей для плавки

5 металлов и т. д.

Известен способ получения углеграфитовых изделий путем заполнения пор пористых углеродных материалов раствором ,tO фенольной или фурановой смолы, содержащей частицы коллоидного графита с последующей сушкой, полимеризацией и термообработкой смолы (1) .

i

Недостатком известного способа является то, что пропитка в основном осуществляется фенольной нли фурановой смолой.

Известно, что при пиролизе этих смол образуются жесткие трехмерные структуры, приводящие к растрескиванию углеграфитавых иэделий, даже при малых скоростях нагрева

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения углева рафитовых изделий, включающий фильтрацию под давлением 0,1 - 1 МПа через графитовую эа« готовку водной суспензии сажи (0,05 -2%1 с добавкой 0,05 - О, 1% поверхностно-активных веществ, сушку заготовки при

80 - 120 С и последующую термообработ. ку в среде углеводородов (бенэол) в течение 150 - 300 ч при 1000оС $2 ) .

Недостатком указанного способа явля ется то, что при такой пропитке мелкодисперсные частипы углеродного вещества .(сажи) свободно осаждаются в порах гра» фитового изделия, т. е. частицы не свя- заны с заготовкой и при высушивании при 80 - 120оС они легко удаляются иэ пор заготовки вместе с парами влаги.

Вследствие этого получают изделия с высокой газопроницаемостью (10

10о см /с).

Для получения ут леграфитового изделия с пониженной газопронипаемостью (10

О ф растрескиванию образцов, так как коксообразование применяемых добавок сопровождается образованием эластичных трехмерных структур. Поэтому при дальнейшей . карбонизации содержание углеродных веществ в порах изделия увеличивается эа счет кокса, получаемого из водорастворимых органических добавок. Таким образом, все мелкие и крупные поры изделия окая юаются заполнены углеродным материалом, и гаэопронинаемость значительно уменьшается.

Применение водной суспензии окисленного графита концентрации менее 0,03 мас.% неэффективно, твк как содержание графита очень мало и не приводит к полному заполнению пор изделия. Для заполнения не обходим о проводить многократную пропитку изделия, что экономически невыгодно.

Применение водной суспензии окисленного графита выше 1,5 мас. % неэффективно, твк как приводит к повышенному расходу углеграфитового материала, не вызывая уже значительного увеличения степени заполнения пор изделия и, следовательно, не прйводит к существенному снижению газо:проницаемос ти.

Применение водорас творимых органических добавок концентрации. ниже 1 мас. % в водной суспенэии приводит к тому, что не все частицы окисленного графита обволакиваются укаэанными добавками и не полностью удерживаются в порах изделия при сушке. Частично окисленный графит удаляется иэ пор иэделия при высушивании, вызывая при атом увеличение газопроницаемости изделия.

3 95832

10 см /с) необходима дополнительная, длительная (150 - 300 ч) дорогостоящая термообработка в среде углеводородов.

Целью иэобре гения является сокращение длительности и упрощение процесса с получением изделия пониженной гаэопроницаемости (10 - 10 см2/с).

11ель достигается тем, что согласно способу, включающему фильтрацию под удавлением .О, 1 - О, 5 МПа через.графитовуЮО . заготовку водной суспензйи по формуле.

В качестве углеродного материала используют окисленный графит и предварительно;в суспензию вводяг I - 10 мас. % водорастворимого органического вещества.15

Дополнительно в качестве органическо.го вещества используют патоку, геминел« люлоэу, сахар или полиакриламид. Кроме того, используют ; 0,03 - 1,5% суспензию окисленного графита с размером частиц 20

0,02 - О, 1 мкм.

Термообработку ведут в среде углерод-

"ной,засыпки со скоростью 10 ««20 град/ч до 700 -800ОС с .выдержкой 2 - 3 ч. ! 25

Применение водной суспензии окисленного графита с размером частиц 0,10,02 мк, вместо термической сажи, имеющей частицы 1 - 2 мк, позволяет при филь| рации заполнять как мелкие, так и крупные поры иэделия.

Пропитка углеграфитового изделия окиспенным графитом с размером частиц О, 10,02 мк, способным при нагревании к расширению: и увеличению объема, приводит к тому что при высушивании н карфЗ

I бонизации иэделия окисленный графит расширяется в 80 - 100 раз непосредственно в йорах изделия, что приводит к более полному закрытию крупных пор. Таким образом, газопроницаемость изделия значитель40 но уменьшается.

Применение специальных водорастворимых органических добавок, таких как са хар, патока, гемицеллюлоза, полиакриламид способствуют тому, что зв счет карамелидании и полимеризации применяемых добавок при температурах сушки иэделия, час» тицы окисленного графита цементируются в порах изделия и прочно связываются с основным графитовым скелетом заготовки. о

При сушке заготовки при 80 - 120оС эти частицы уже не удаляются с парами влаги.

Происходит более полное заполнение пор изделия углеродным материалом и газопронинаемость значительно уменьшается.

Кроме того, эти добавки при дальнейшей кврбониэвции дают высокий выход коксового статка (до 50%) и не приводят к. Применение водорастворимых органи ,ческих добавок концентрации выше 10 мас.% приводит к расслоению водной суспензии окисленного графита; укрупнению частиц окисленного графита и их осаждению. Заполнение мелких пор иэделия затрудняется и газопроницаемость изделия возрастает.

Окисленный графит получается следующим образом.

Графит марки С-1 литейный, скраповый и т. д. обрабатывают при перемешивании

10%-ным раствором бихромата натрия, калия и др. в концентрированной серной кислоте (1,84 г/смз) в течение 3060 мин. После обработки графит отделяют от жидкой фазы фильтрованием илп центрифугированием; промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции и сушат при 105 - 120 С.

В результате такой обработки между плоскостями графита внедряется серная

Предложенный

10-4

10 >

10-

1О

10 1

1, 79 110

1,75 116

77

1,74

112

4 1 71 108

Известный (?)

Известный (Ц)

1,68

106

1,67 96

150 — 300

5 9583 кислота. Под действием окислителей бихромата калия, натрия и др. иэ серной

: кислоты и графита образуются бисульфаты графита. При последующем нагревании бисульфаты, графита Разлагаются с выделением 50g или 80, что. вызывает рас ширение окисленного графита в 80 100 паэ, объемная плотность расширенного графита

0,03 - 0,005 г/см . Это свойство исполь» зуется в предложенном способе., ©

Пример 1. В вертикальные каналы (диаметр 15 мм) теплообменного блока размером 350н350х350 мм, изготовленного .иэ мелкопористого графита МГ, с исходной

,пористостью 28 -30% под давлением 0,1 МПа4

:с помощью шестеренчатого насоса в направлении сверху вниз нагнетают водную сус. пензию со скоростью 3 м/с, содержащую

Пример 2.. В вертикальные кана-, лы (диаметром 15 мм) теплообменного блока размером 350х350х350 мм, изготовленного из графита ГМЗ, с исходной пористостью 30 - 32% под давлением

0,3 МПа с помощью шестеренчатого насоса по направлению сверху вниз нагнетают, водную суспензию со скоростью 3 м/с, содержащую 0,5 мас. % окисленного графита фракции 0,05 мкм, 0,035 % ПАВ (On 10), в которой предварительно растворяют 5% мас.% патоки. Дальнейшая операция фильтрации и сушки проводится так же, как в примере 1. Карбониэацию проводят в засыпке иэ литейного кокса с размером частиц 0,15 - 0,8 мм по ре жиму: подъем температуры со скоростью

10 град/ч до 750оC и выдержка при конечной температуре 2 ч. .Свойства полученного изделия приведены в таблице.

20 6

0,03 мас. % окисленного графита фракции

0,1 мкм ° 0,02% ПАВ (ОП-5), в которой предварительно растворяют 1 мас.% сахара. Процесс фильтрации проводят так, что вы ходящая из .каналов суспензия поступает

;вновь на всас насоса и,таким образом, сус-, пензия циркулирует по каналам. Продолжи тельность обработки 20 мин, температура суспензия 20 — 25 С. После слива жидкости блок сушат при 80 С в течение 5-7ч.

Затем блок помещают в камерную печь ,для обжига в засыпку из литейного кокса с размером частиц 0,15 - 0,8 мм и нагревают до 700оС со скоростью 20 град/ч и выдерживают при конечной температуре 2ч.

Свойства полученного иэделия s сравнении c .прототийом. приведены s таблице, 10

10 5

10 . 10-5

101

10 -10- (После уплотнения пироуглеродом) Пример 3. В вертикальные каналы (диаметр 15 мм), теплообменного блока размером 400х400х400 мм, изготовленного из графита МГ, с исходной пористостью 28 - 30% под давлением

0,5 МПа с помощью шестеренчатого насоса по направлению сверху вниз фильтруют суспенэию со скоростью 3 м/с, содержащую 1,5 мас. % окисленного графита фракции 0,02 мкм, 0,05 ПАВ (тан нин), в которой предварительно растворяют 10 мас.% гемицеллюлозы.

Дальнейшая операция фильтрации и сушки производится так же, как в примере 1.: Карбойизацию. проводят в засыпке иэ литейного кокса с размером частиц

0,15 - 0,8 мм по режиму: подъем температуры до 800вС со скоростью 20 град/ч и выдержка при конечной температуре 3 ч.

Свойства полученного иэделия приведены в таблице.

Составитель Т. ильинская

Техред № Надь Корректор О. Билак. Редактор Г. Гербер

Заказ 6964/28 Тираж 509 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рвушсквя наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 958

Пример 4. В вертиквлыые каналы (диаметр 15 мм) теплообменного бло ка размером 400 400 400 мм, изготов.ленного из графита АНГ. с исходной пористостью 32-33% под давлением 0,5МПа, с помощью шестеренчатого насоса по на- правлению сверху вниз нагнетают водную суспензню со скоростью 3 м/с, содержащую 1,0 мас.% окисленного графита фрак-. ции 0,1 мкм, 0,04% триатиламина, в ко- 10 торой предварительно растворяют 2 мас.% полиакриламида с молекулярным весом

1000 ««1200.

Дальнейшая операция фильтрации и сушки проводится так же, как в примере 1. 15

Карбониэацню проводят в засыпке из ли тейного кокса с размером частиц 0,15

0,8 мм по режиму: подъем температуры до 750 С со скоростью 10 град/ч и вы- держка при конечной температуре 3 ч. 20

Свойства полученного изделия приве- . дены в таблице.

Как следует иэ приведенной таблицы, предложенный способ обеспечивает получение углеграфитовых изделий с коаффициен-2$ том газопроницаемости в тех же пределах, что и в прототипе, но при атом длитель ность процесса сокращается в 2,- 9 раэ и упрощается за счет исключения дорого стоящей операпии уплотнения заготовки 2й пироуглеродом. формула изобретения

1. Способ получения углеграфитовых изделий, включаюшЮ1 фильтрацию под дав320 8 лением О; 1 - 0,5 МПа через графитовую заготовку водной суспенэии углеродного материала с добавкой поверхностно-активного вещества, сушку заготовки и последующую термообработку, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью сокрашения длительности и упрощения процесса, в ка-. честве углеродного материала используют окисленный графит и предварительно в суспензию вводят 1 - 10 мас. % водорастворимого органического вещества.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю

m и и с я тем, что в качестве органического вещества используют патоку, гемицеллюлозу, сахар или полиакриламид.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что используют

0,03 - 1,5%-ную суспенэию окисленного графита с размером частиц 0,02 - О, 1 мкм.

4.Способ по пп. 1 - 3, о т л и ч а юшийся тем, что термообработку ведут в среде углеродной засыпки со скоростью 10 -20 град/ч до 700-800 С.с выдержкой 2 -3 ч.

Источники информации, принятые во внимание при ",акспертизе,}

1. Патент франции Ж 2276913, кл. В 29 С 13/00, 19T6.

2. Авторское свидетельство СССР

М 507522, кл. С 01 В 31/04, 1973 (прототип).: