DE102013008854B9 - Graphite powder mixture and process for its preparation - Google Patents
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Abstract
Graphitpulver, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver ein homogenes Gemisch aus mindestens zwei Graphitpulversorten mit jeweils unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizient ist, wobei eine Graphitsorte mengenmäßig überwiegt und die andere Graphitsorte als Zusatzgraphitsorte fungiert, wobei sich die Graphitsorten in einem Formfaktor FF unterscheiden, der mit ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten korreliert, wobei der Formfaktor FF sich jeweils ergibt aus einer Division einer Siebmaschenweite in μm, durch die eine bestimmte prozentuale Graphitflockenmenge x dieser Graphitsorte durchgeht (dx-Wert), durch eine aus mindestens einer REM-Aufnahme optisch ermittelten und rechnerisch gemittelten Dicke c von auf der REM-Aufnahme sichtbaren Flocken der Graphitsorte, wobei ein kleiner Formfaktor FF mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein größerer Formfaktor FF mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten korreliert.Graphite powder, characterized in that the powder is a homogeneous mixture of at least two types of graphite powder, each having a different coefficient of thermal expansion, wherein one graphite cake outweighs quantitatively and the other graphite acts as an additional graphite species, wherein the graphite varieties differ in a form factor FF, which correlates with their thermal expansion coefficient, wherein the form factor FF results in each case from a division of a Siebmaschenweite in microns through which passes a certain percent graphite flake x of this Graphitsorte (dx value), by a at least one SEM image optically determined and computationally averaged thickness c of the SEM Recording visible flakes of graphite, with a small form factor FF correlates with a high coefficient of thermal expansion and a larger form factor FF with a smaller coefficient of thermal expansion.
Description
Die Erfindung betrifft ein Graphitpulvergemisch und ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to a graphite powder mixture and a process for its preparation.
Graphit hat eine hexagonale Struktur und besteht aus einer Abfolge verschiedener Schichten, den sogenannten Graphenlagen, die sich in einer ab-Ebene ausbreiten und in c-Richtung übereinander angeordnet sind und dabei nur durch schwache Van der Waalsche-Wechselwirkungen zusammengehalten werden.Graphite has a hexagonal structure and consists of a sequence of different layers, the so-called graphene layers, which propagate in an ab plane and are superimposed in the c direction and are held together only by weak Van der Waals interactions.
Die Dichte von Graphit schwankt sehr stark in Abhängigkeit von Herkunft und Zerkleinerungsgrad. Bedingt durch die Schichtstruktur sind einige Eigenschaften von Graphit stark richtungsabhängig wie die elektrische Leitfähigkeit, die Wärmeleitfähigkeit und mechanische Eigenschaften.The density of graphite varies greatly depending on the origin and degree of comminution. Due to the layer structure, some properties of graphite are strongly direction-dependent, such as electrical conductivity, thermal conductivity and mechanical properties.
Ein besonderer Nachteil des Graphit ist seine geringe Oxidationsbeständigkeit. Sie nimmt mit zunehmender Kristallinität des Kohlenstoffmaterials zu.A particular disadvantage of graphite is its low oxidation resistance. It increases with increasing crystallinity of the carbon material.
Feuerfeste geformte Erzeugnisse aus Graphitpulvern werden z. B. meist in großformatigen Blöcken oder geformten Steinen für z. B. Ofenauskleidungen oder als Gießformen oder als Schmelztiegel oder als Wannen und Elektroden für die Aluminiumherstellung hergestellt. Als Rohstoff dient in der Regel calcinierter Naturgraphit, der in grobkristalliner blättchenförmiger Form als sogenannter Flockengraphit mit Kohlenstoffgehalten zwischen 86 und 99, insbesondere zwischen 92 und 98% und Korngrößen z. B. zwischen > 200 und < 500 μm eingesetzt wird. Der auf dem Markt erhältliche Naturgraphit stammt hauptsächlich aus Lagerstätten in China, Brasilien, Norwegen, Kanada, Indien und Nordkorea. Als Bindemittel für den Graphit wird bei der Herstellung von Graphitblöcken oder Graphitsteinen z. B. Steinkohlenteerpech, Petrolpech oder Harze verwendet und durch eine Verkokung des Bindemittels bei höheren Temperaturen zu einem sogenannten Koksgerüst die Raumform der Blöcke bzw. Steine verfestigt. Eine Beschreibung der feuerfesten Graphitblöcke bzw. -steine ist in „Gerald Routschka/Hartmut Wuthnow, Praxishandbuch Feuerfeste Werkstoffe”, 5. Auflage, Vulkan Verlag, 2011, S. 56 bis 59 enthalten.Refractory shaped products made of graphite powders are z. B. usually in large blocks or shaped stones for z. As furnace linings or as molds or crucibles or as wells and electrodes for the production of aluminum. The raw material is usually calcined natural graphite, which in coarse crystalline platelet form as so-called flake graphite with carbon contents between 86 and 99, in particular between 92 and 98% and particle sizes z. B. between> 200 and <500 microns is used. Natural graphite available on the market comes mainly from deposits in China, Brazil, Norway, Canada, India and North Korea. As a binder for the graphite is in the production of graphite blocks or graphite bricks z. B. coal tar pitch, petrol pitch or resins used and solidified by coking of the binder at higher temperatures to a so-called coke scaffold, the spatial shape of the blocks or stones. A description of the refractory graphite blocks or stones is in "Gerald Routschka / Hartmut Wuthnow, Practical Guide Refractory materials", 5th edition, Vulkan Verlag, 2011, pp. 56-59.
Die auf dem Markt erhältlichen Naturgraphitpulver, die z. B. für feuerfeste Erzeugnisse oder andere Graphiterzeugnisse geeignet sind, unterscheiden sich lagerstättenbedingt insbesondere auch in den Abmessungen in den Flocken, woraus Unterschiede in mechanischen Eigenschaften resultieren. Neben diesen Naturgraphiten sind auch synthetische Graphite auf dem Markt.The natural graphite powder available on the market, the z. B. are suitable for refractory products or other graphite products, due to deposits due to particular differences in the dimensions in the flakes, resulting in differences in mechanical properties. In addition to these natural graphites, synthetic graphites are also on the market.
Neben den oben genannten feuerfesten Erzeugnissen aus Graphit gibt es weitere Graphiterzeugnisse, die wie die feuerfesten Graphiterzeugnisse im Einsatz häufigen Temperaturänderungen ausgesetzt sind. Dies sind z. B. Lager und Dichtungen, Kohlebürsten, Elektroden oder dergleichen. Die feuerfesten Graphiterzeugnisse haben ebenso wie die anderen Graphiterzeugnisse im Vergleich zu anderen feuerfesten Werkstoffen eine relativ niedrige reversible Wärmedehnung. Gleichwohl kann diese im Einsatz, z. B. in einer Mauerwerksauskleidung eines Industrieofens noch zu hoch sein und zu Spannungsrissen und zu Abplatzungen führen.In addition to the graphite refractory products mentioned above, there are other graphite products which, like refractory graphite products, are subject to frequent temperature changes during use. These are z. As bearings and seals, carbon brushes, electrodes or the like. The refractory graphite products, like the other graphite products, have a relatively low reversible thermal expansion compared to other refractory materials. Nevertheless, this can in use, for. B. in a masonry lining of an industrial furnace still be too high and lead to stress cracks and chipping.
Die
Aus der
Die
Es ist Aufgabe der Erfindung, die reversible Wärmedehnung von Graphitpulvern für die Verwendung in Graphiterzeugnissen aus Naturgraphiten und/oder synthetischen Graphiten zu erhöhen, insbesondere aber zu reduzieren.It is an object of the invention to increase the reversible thermal expansion of graphite powders for use in graphite products of natural graphites and / or synthetic graphites, but in particular to reduce.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein homogenes Graphitpulvergemisch aus mindestens zwei bezüglich eines Korngrößenparameters unterschiedlichen pulverförmigen Graphitsorten aus insbesondere natürlichen Vorkommen, wobei die reversible Wärmedehnung des Graphitsortengemisches und daraus resultierend eines Graphiterzeugnisses aus der Differenz der reversiblen Wärmedehnung der beiden Graphite, z. B. der beiden Flockengraphite resultiert. Dabei werden die mindestens beiden Graphitsorten ausgewählt aufgrund jeweils eines unterschiedlichen Formfaktors FF, der für die jeweilige Graphitsorte vorher ermittelt worden ist.This object is achieved by a homogeneous graphite powder mixture of at least two with respect to a particle size parameter different powdered graphite from particular natural occurrence, the reversible thermal expansion of Graphitsortengemisches and resulting graphite product from the difference of the reversible thermal expansion of the two graphites, z. As the two flake graphite results. In this case, the at least two graphite grades are selected on the basis of a different form factor FF, which has previously been determined for the respective graphite species.
Mit reversibler Wärmedehnung ist gleichermaßen der Wärmeausdehnungskoeffizient α gemeint, der die reversible Wärmedehnung kennzeichnet. Nicht gemeint ist eine irreversible Dehnung und irreversible Schwindung, sondern die Dehnung bei Temperaturerhöhung, die bei Temperaturerniedrigung wieder gleichermaßen zurückgeht.With reversible thermal expansion equally the thermal expansion coefficient α is meant, which characterizes the reversible thermal expansion. Not meant is an irreversible stretching and irreversible shrinkage, but the elongation with temperature increase, which goes back equally with temperature lowering.
Im Rahmen der Erfindung konnte festgestellt werden, dass die ermittelte maximale oder mittlere Korngröße oder andere bestimmte Korngrößen einer Graphitsorte nicht geeignet sind, mit der reversiblen Wärmedehnung zu korrelieren, so dass mit einem Gemisch aus mindestens zwei Graphitsorten unterschiedlicher Korngrößen die reversible Wärmedehnung des Gemisches nicht ohne weiteres steuerbar ist. Es hat sich gezeigt, dass nicht jede feinteiligere oder gröbere Graphitsorte gleichermaßen die reversible Wärmedehnung einer anderen Graphitsorte beeinflusst, weil auch die reversible Wärmedehnung des Graphits nicht ausschließlich mit seiner Feinheit korreliert.In the context of the invention, it has been found that the determined maximum or average grain size or other specific grain sizes of a graphite cake are not suitable for correlating with the reversible thermal expansion so that the reversible thermal expansion of the mixture does not occur with a mixture of at least two graphite species of different grain sizes Another is controllable. It has been shown that not every finely divided or coarser graphite grade alike influences the reversible thermal expansion of another graphite species, because the reversible thermal expansion of the graphite does not correlate exclusively with its fineness.
In überraschender Weise wurde gefunden, dass jeweils ein bestimmbarer Formfaktor einer Graphitsorte mit deren reversibler Wärmedehnung korreliert. Der Formfaktor errechnet sich aus einer durch eine Siebanalyse ermittelten bestimmten Korngröße und einem Mittelwert, errechnet aus einer optischen Messung der Dicke einer Vielzahl von Flocken der Flockengraphitsorte. Die Anzahl der dabei zu vermessenden Flocken ergibt sich z. B. aus statistischen Vorgaben, die der Fachmann kennt und z. B. der Norm ASTM E112 zu entnehmen sind.Surprisingly, it was found that in each case a determinable form factor of a graphite cake correlates with its reversible thermal expansion. The form factor is calculated from a determined grain size determined by a sieve analysis and an average calculated from an optical measurement of the thickness of a plurality of flakes of the flake graphite species. The number of flakes to be measured results z. B. from statistical specifications that the expert knows and z. B. the standard ASTM E112 can be seen.
Der Formfaktor FF errechnet sich somit aus der folgenden Formel:
Beispielsweise wird für eine erste Graphitsorte durch Siebung das Sieb ermittelt, bei dem 90 Gew.-% der Graphitsorte das Sieb passieren (d90-Wert). Dieser d90-Wert ergibt z. B. eine Korngröße von 200 μm. Durch eine optische Auswertung von mindestens einer REM-Aufnahme der Graphitsorte wird die durchschnittliche Dicke c (der Mittelwert) durch die Messung der Dicke einer Vielzahl von Flocken bestimmt, mit z. B. 10 μm. Daraus ergibt sich der folgende Wert für den Formfaktor FF dieser ersten Graphitsorte mit
Wird für eine zweite Graphitsorte ein höherer Wert für den Formfaktor aus deren d90-Wert und gemittelter Dicke c ermittelt, dann kann mit dieser Graphitsorte durch Mischung mit der ersten Graphitsorte die reversible Wärmedehnung der ersten Graphitsorte je nach Zusatzmenge im Gemisch mehr oder weniger gesenkt werden.If a higher value for the form factor is determined for a second graphite variety from its d 90 value and average thickness c, then the reversible thermal expansion of the first graphite species can be more or less reduced in this mixture by mixing with the first graphite species ,
Denn es konnte im Rahmen der Erfindung erst festgestellt werden, dass die reversible Wärmedehnung einer Graphitsorte mit ihrem Formfaktor korreliert, indem bei einem relativ niedrigen Formfaktor einer Graphitsorte eine relativ hohe reversible Wärmedehnung und bei einem relativ hohen Formfaktor einer Graphitsorte eine relativ niedrige reversible Wärmedehnung vorliegt.For it could only be found in the context of the invention that the reversible thermal expansion of a graphite with their form factor correlated by relatively high reversible thermal expansion and a relatively high form factor of a graphite is a relatively low reversible thermal expansion at a relatively low form factor of a graphite.
Die Differenz zwischen zwei Formfaktoren in einem Graphitsortengemisch beträgt zweckmäßigerweise mindestens 10, insbesondere mindestens 50, vorzugsweise mindestens 80. The difference between two form factors in a graphite cake mixture is expediently at least 10, in particular at least 50, preferably at least 80.
Die zugemischte Menge der anderen Graphitsorte, der Zusatzgraphitsorte, richtet sich nach der Höhe der gewünschten Reduzierung der reversiblen Wärmedehnung der zu verändernden Graphitsorte, die ohne beachtlichen Einfluss auf andere Eigenschaften des jeweiligen, eine bestimmte Graphitmenge enthaltenden, feuerfesten Erzeugnisses ist, z. B. in welchem erfindungsgemäß nunmehr ein Graphitgemisch enthalten ist, das eine reduzierte reversible Wärmedehnung entsprechend der Zusatzgraphitsortenmenge aufweist. Die zugegebene Menge der Zusatzgraphitsorte beträgt z. B. maximal 50 Gew.-% und minimal 3 Gew.-% zum Graphitgemisch und ist nicht abhängig von der reversiblen Wärmedehnung z. B. des feuerfesten Erzeugnisses, die durch den Graphitgemischzusatz beeinflusst wird, weil die Absenkung der reversiblen Wärmedehnung des z. B. feuerfesten Erzeugnisses lediglich auf der reversiblen Wärmedehnung des Graphitgemisches beruht.The blended amount of the other graphite, the Zusatzgraphitsorte, depends on the amount of the desired reduction in the reversible thermal expansion of the graphite to be changed, which is without significant influence on other properties of the respective, containing a certain amount of graphite refractory product, eg. B. in which according to the invention now contains a graphite mixture having a reduced reversible thermal expansion corresponding to the Zusatzgraphitsortenmenge. The added amount of Zusatzgraphitsorte is z. B. maximum of 50 wt .-% and at least 3 wt .-% to the graphite mixture and is not dependent on the reversible thermal expansion z. As the refractory product, which is influenced by the graphite mixture addition, because the reduction of the reversible thermal expansion of z. B. refractory product based solely on the reversible thermal expansion of the graphite mixture.
Das Folgende verdeutlicht die Unbrauchbarkeit von lediglich Siebdurchgangswerten dx. Eine auf dem Markt erhältliche Graphitsorte wies einen d90-Wert von 30 μm und einen c-Wert von 0,4 μm auf. Eine andere Graphitsorte hatte einen d90-Wert von 154 μm und einen c-Wert von 2,0 μm. Bei beiden Graphitsorten errechneten sich beieinander liegende Formfaktoren von 75 und 77, d. h. beide Graphitsorten weisen bezüglich der möglichen Senkung der reversiblen Wärmedehnung die gleichen Wirkungen bezüglich des oben errechneten Formfaktors von 20 auf, obwohl die d90-Werte und die c-Werte weit auseinander liegen.The following clarifies the uselessness of only throughput values d x . A graphite grade available on the market had a d 90 value of 30 μm and a c value of 0.4 μm. Another places graphite had a d 90 value of 154 microns and a c-value of 2.0 .mu.m. For both graphite grades, 75 and 77 were found to be close to each other, ie both graphite grades show the same effects with respect to the possible reduction of reversible thermal expansion compared with the above calculated form factor of 20, although the d 90 values and the c values are far apart ,
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung im Folgenden beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:Reference to the drawing, the invention is explained in more detail below by way of example. Show it:
Die reversible Wärmedehnung bzw. der Wärmeausdehnungskoeffizient einer Graphitpulversorte wird z. B. ermittelt, indem ein kaltisostatisch gepresster Graphitprobekörper herstellt wird und dann die Wärmedehnung gemessen wird.The reversible thermal expansion or the coefficient of thermal expansion of a graphite powder is z. B. determined by a cold isostatically pressed graphite test piece is prepared and then the thermal expansion is measured.
Dazu wird eine Mischung des Graphits mit einem Novolak-Pulverharz plus Harzhärter z. B. Hexamethylentetramin erstellt, und zwar aus 95 Ma.% Graphit und 5 Ma.% Harz einschließlich 10 Ma.% Härter, bezogen auf das Harz. Die Mischung erfolgt in einem Intensivmischer (z. B. Eirichgegenstrommischer; 4 min bei 1500 U/min. Danach wird die Rohmischung in eine Latexform eingefüllt, die Form mit einem Stopfen mit Ventil verschlossen, und die eingefüllte Rohmischung mittels Vakuumpumpe evakuiert. Es erfolgt anschließend ein kaltisostatisches Pressen und ein Aushärten des Formkörpers für 2 h bei 200°C. Aus dem gehärteten Formkörper wird anschließend ein Zylinder ausgebohrt und gesägt mit den Abmessungen d = 40 mm; h = 50 mm.For this purpose, a mixture of the graphite with a novolak powder resin plus resin hardener z. For example, hexamethylenetetramine, from 95 Ma.% Graphite and 5 Ma.% Resin including 10 Ma.% Hardener, based on the resin. The mixture is carried out in an intensive mixer (for example, a countercurrent mixer, at 1500 rpm for 4 minutes), after which the crude mixture is filled into a latex mold, the mold is closed with a stopper with a valve, and the crude mixture is evacuated by means of a vacuum pump a cold isostatic pressing and curing of the molding for 2 h at 200 ° C. From the cured molded body, a cylinder is then drilled and sawn with the dimensions d = 40 mm, h = 50 mm.
Zur Bestimmung der Wärmedehnung am Graphitprobekörper wird der Graphitzylinder in eine Messkapsel eingebracht, die gefüllt ist mit Petrolkoks zum Schutz vor Abbrand des Kohlenstoffs, und für die Messung der Wärmedehnung ein Haubenofen z. B. der Firma Netzsch verwendet. Die präparierte Messkapsel wird in den Haubenofen eingebaut und eine Auflast von 0,02 MPa aufgebracht und der Probekörper bis 1500°C aufgeheizt. Dabei wird die Wärmedehnung ermittelt mit einer aufgezeichneten Dehnungskurve. Die Berechnung des Wärmeausdehnungskoeffizienten α erfolgt dann aus dem Anstieg der Dehnungskurve in Abhängigkeit von der Temperatur, ermittelt in Anlehnung an DIN-EN 993-19.To determine the thermal expansion of the graphite test specimen of the graphite cylinder is placed in a measuring capsule, which is filled with petroleum coke for protection against combustion of carbon, and for the measurement of thermal expansion of a hood furnace z. B. the company Netzsch used. The prepared measuring capsule is installed in the hood furnace and a load of 0.02 MPa applied and the sample heated to 1500 ° C. The thermal expansion is determined with a recorded strain curve. The calculation of the thermal expansion coefficient α then takes place from the increase in the expansion curve as a function of the temperature, determined on the basis of DIN-EN 993-19.
Die REM-Aufnahme (
Eine andere auf dem Markt befindliche Flockengraphitsorte wurde gleichermaßen analysiert und ergab einen Formenfaktor von FF = 94.Another flake graphite on the market was similarly analyzed giving a molding factor of FF = 94.
Ein Gemisch aus 80 Gew.-% der ersten Flockengraphitsorte und 20 Gew.-% der zweiten Flockengewichtsgraphitsorte ergab einen WAK von 10,2 × 10–6 K–1. Ein Gemisch aus 90 Gew.-% der ersten Flockengraphitsorte und 10 Gew.-% der zweiten Flockengraphitsorte ergab einen WAK von 11,9 × 10–6 K–1. Ein Gemisch aus 70 Gew.-% der ersten Flockengraphitsorte und 30 Gew.-% der zweiten Flockengraphitsorte ergab einen WAK von 8,5 × 10–6 K–1.A blend of 80% by weight of the first flake graphite and 20% by weight of the second flake weight graphite cake gave a CTE of 10.2 × 10 -6 K -1 . A mixture of 90% by weight of the first Flake graphite and 10% by weight of the second flake graphite yielded a CTE of 11.9 × 10 -6 K -1 . A blend of 70% by weight of the first flake graphite and 30% by weight of the second flake graphite yielded a CTE of 8.5 × 10 -6 K -1 .
Dieses Beispiel verdeutlicht, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient und damit die reversible Wärmedehnung einer Graphitpulversorte über den Formfaktor FF gezielt verändert werden kann.This example illustrates that the coefficient of thermal expansion and thus the reversible thermal expansion of a graphite powder grade can be changed in a targeted manner via the form factor FF.
Zweckmäßig ist, für die zu analysierenden Flockengraphitsorten den gleichen dx-Wert zu verwenden, z. B. den d90-Wert für die verfügbaren Flockengraphitsorten und anhand des errechneten Formfaktors die Zusatzgraphitsorte bzw. die Zusatzgraphitsorten auszuwählen, mit denen der Wärmeausdehnungskoeffizient einer hauptsächlich verwendeten Graphitsorte durch Zumischen einer Zusatzgraphitsorte deutlich gesteuert werden kann.It is expedient to use the same d x value for the flake graphites to be analyzed, eg. Example, to select the d 90 value for the available flake graphites and the calculated form factor, the additional graphite or the Zusatzgraphitsorten with which the thermal expansion coefficient of a graphite mainly used by mixing a Zusatzgraphitsorte can be clearly controlled.
Zweckmäßig ist eine Siebung nach ASTM E11-87 bzw. ISO 565.It is advisable to screen according to ASTM E11-87 or ISO 565.
Die erfindungsgemäßen Graphitpulvergemische sind effektiv verwendbar bei der Herstellung reiner Graphiterzeugnisse, insbesondere reiner feuerfester Graphiterzeugnisse, die hauptsächlich aus Graphit bestehen, wie Tiegel, Graphitblöcke und andere Graphitbauteile, weil durch erfindungsgemäßes Mischen von mindestens zwei verschiedenen Flockengraphitsorten, z. B. aus unterschiedlichen Lagerstätten stammend, Flockengraphite hergestellt werden können mit deutlich veränderter reversibler Wärmedehnung. Dies macht z. B. Sinn, wenn man lediglich die reversible Wärmedehnung der einen Graphitsorte verändern will und die anderen ursprünglichen Eigenschaften von Graphiterzeugnissen erhalten bleiben sollen bei gleichem Graphitgehalt.The graphite powder blends of the present invention are effectively useful in the production of pure graphite products, especially pure refractory graphite products consisting primarily of graphite, such as crucibles, graphite blocks and other graphite components, because by blending at least two different flake graphites, e.g. B. originating from different deposits, flake graphite can be produced with significantly changed reversible thermal expansion. This makes z. B. sense, if you only want to change the reversible thermal expansion of a graphite and the other original properties of graphite products are to remain intact with the same graphite content.
Eine Anwendung der gezielten und wirksamen Änderung der reversiblen Wärmedehnung einer Graphitsorte durch Zumischen einer über den Formfaktor dafür geeignet festgestellten, anderen Flockengraphitsorte ist für alle geformten graphithaltigen Erzeugnisse möglich. In allen feuerfesten Erzeugnissen beeinflusst der Graphit die reversible Wärmedehnung grundsätzlich wegen seiner unterschiedlichen reversiblen Wärmedehnung im Vergleich zu anderen enthaltenen Stoffen bzw. Werkstoffen. Zudem besteht eine Abhängigkeit von der Graphitmenge im feuerfesten Graphiterzeugnis, wobei aber unterschiedliche Graphitmengen nicht nur unterschiedliche reversible Wärmedehnungen verursachen, sondern auch andere wesentliche Eigenschaften wie Kaltdruckfestigkeit, Kaltbiegefestigkeit, E-Modul und Temperaturwechselbeständigkeit verändern. Die vorliegende Erfindung schafft Abhilfe, indem nunmehr Graphitgemische als Graphitzusatz in gleicher Menge verwendet werden können, die lediglich die reversible Wärmedehnung verändern, nicht aber die anderen Eigenschaften in einem inakzeptablen Umfang.An application of the targeted and effective change of the reversible thermal expansion of a graphite by admixing a determined on the form factor for suitable, other flake graphite is possible for all molded graphite-containing products. In all refractory products, graphite basically influences reversible thermal expansion because of its different reversible thermal expansion compared to other substances or materials it contains. In addition, there is a dependence on the amount of graphite in the refractory graphite product, but different amounts of graphite not only cause different reversible thermal expansion, but also change other essential properties such as cold compressive strength, cold bending strength, modulus of elasticity and thermal shock resistance. The present invention remedy this by now graphite mixtures can be used as graphite additive in the same amount, which change only the reversible thermal expansion, but not the other properties to an unacceptable extent.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, anstelle des dx-Wertes aus einer Siebung mindestens eine REM-Aufnahme einer Flockengraphitsorte auszuwerten, indem die Graphenlänge a und die Graphenbreite b von einer statistisch ausreichenden Anzahl von Flocken optisch, z. B. nach ASTM E112, ausgemessen und diese Werte jeweils gemittelt werden und aus den gemittelten Werten für a und b wird der Term aus
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, mindestens eine synthetische Graphitsorte, insbesondere als Zusatzgraphitsorte zu verwenden.It is also within the scope of the invention to use at least one synthetic graphite, in particular as Zusatzgraphitsorte.
Ein erfindungsgemäßes Graphitpulver ist dadurch gekennzeichnet, dass
- – das Pulver ein homogenes Gemisch aus mindestens zwei Graphitpulversorten mit jeweils unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten ist, wobei eine Graphitsorte mengenmäßig überwiegt und die andere Graphitsorte als Zusatzgraphitsorte fungiert, und
- – sich die Graphitsorten in einem Formfaktor FF unterscheiden, der mit ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten korreliert, wobei der Formfaktor FF sich jeweils ergibt aus einer Division einer Siebmaschenweite in μm, durch die eine bestimmte prozentuale Graphitflockenmenge x dieser Graphitsorte durchgeht (dx-Wert), durch eine aus mindestens einer REM-Aufnahme optisch ermittelten und rechnerisch gemittelten Dicke c von auf der REM-Aufnahme sichtbaren Flocken der Graphitsorte, wobei ein kleiner Formfaktor FF mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein größerer Formfaktor FF mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten korreliert.
- - The powder is a homogeneous mixture of at least two graphite powder varieties, each with different coefficients of thermal expansion, wherein one Graphitsorte quantitatively outweighs and the other Graphitsorte acts as Zusatzgraphitsorte, and
- - The graphite varieties differ in a form factor FF, which correlates with their thermal expansion coefficient, wherein the form factor FF results in each case of a division of a Siebmaschenweite in microns through which a certain percent graphite flake x of this Graphitsorte passes (d x value), by a from at least one SEM image optically determined and computationally averaged thickness c of visible on the SEM image flakes of graphite, with a small form factor FF with a high coefficient of thermal expansion and a larger form factor FF correlates with a smaller coefficient of thermal expansion.
Besonders vorteilhaft ist ein erfindungsgemäßes Graphitpulver, wenn
- – der Formfaktor FF von
geeigneten Graphitsorten zwischen 5 und 200, insbesondere zwischen 10 und 100 liegt, (Anspruch 2) - – x des dx-Wertes zwischen 50 und 95, insbesondere zwischen 60 und 90 liegt, vorzugsweise 90 ist, (Anspruch 3)
- – die Differenz der Formfaktoren FF (ΔFF) der Graphitsorten des Graphitsortengemisches
mindestens 10, insbesondere mindestens 50 und vorzugsweise mindestens 85 beträgt. (Anspruch 4) - – die Zusatzmenge der Zusatzgraphitsorte z. B. mit dem größeren Formfaktor FF zur Graphitsorte mit dem kleineren Formfaktor FF maximal 50 Gew.-% beträgt und insbesondere zwischen 5 und 30 Gew.-% liegt, (Anspruch 5)
- The form factor FF of suitable graphite grades is between 5 and 200, in particular between 10 and 100, (claim 2)
- X is the d x value between 50 and 95, in particular between 60 and 90, preferably 90, (claim 3)
- - The difference of the shape factors FF (.DELTA.FF) of the graphite varieties of the graphite cake mixture is at least 10, in particular at least 50 and preferably at least 85. (Claim 4)
- - The additional amount of additional graphite z. B. with the larger form factor FF to graphite with the smaller form factor FF is not more than 50 wt .-% and in particular between 5 and 30 wt .-%, (claim 5)
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Reduzierung der reversiblen Wärmedehnung eines Graphitpulvers, insbesondere aus Naturgraphit, insbesondere verwendbar für feuerfeste geformte Graphiterzeugnisse oder feuerfeste graphithaltige Erzeugnisse, sieht vor, ein Gemenge aus Graphit und mindestens einem Bindemittel herzustellen und zu formen und zu verfestigen, wobei als Graphit ein Gemisch aus mindestens zwei Graphitpulversorten verwendet wird, die sich mit ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten unterscheiden, wobei eine Graphitsorte mengenmäßig überwiegt und die andere Graphitsorte als Zusatzgraphitsorte fungiert, wobei vorteilhaft ist, wenn
- – sich die Graphitsorten in einem mit ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten korrelierenden Formfaktor FF unterscheiden, wobei die eine Graphitsorte einen niedrigeren Formfaktor FF aufweist und den überwiegenden Bestandteil des Graphitgemisches ausmacht und die andere Graphitsorte einen höheren Formfaktor FF aufweist oder umgekehrt, je nachdem welcher Wärmeausdehnungskoeffizient verändert werden soll, und wobei der Formfaktor FF jeder Graphitsorte vor dem Mischen ermittelt wird, (Anspruch 8)
- – jeder Formfaktor FF wie folgt ermittelt wird (Anspruch 9):
Siebung der Graphitsorte und Ermittlung der Maschenweite in μm eines Siebes, das eine bestimmte prozentuale Durchgangsmenge x in Gew.-% durchlässt (dx-Wert)
Ermittlung der aus einer statistisch ausreichenden Anzahl von Messungen von Graphitflocken ermittelten gemittelten Dicke c mit einem optischen Verfahren aus mindestens einer REM-Aufnahme der jeweiligen Graphitsorte
Berechnung des Formfaktors FF mit der Formel:
FF = dx-Wert / c - – Graphitsorten mit Formfaktoren
FF von mindestens 10, insbesondere von mindestens 50 und vorzugsweise mindestens 100 zur Herstellung von Graphitgemischen verwendet werden, (Anspruch 10) - – die Maschenweite unter Verwendung von x-Werten zwischen 50 und 95, insbesondere zwischen 60 und 90, vorzugsweise mit 90 ermittelt wird, (Anspruch 11)
- – Graphitsorten für ein Graphitgemisch verwendet werden, deren Differenz zwischen ihren Formfaktoren FF (ΔFF)
mindestens 3 und maximal 50 beträgt und insbesondere zwischen 5 und 30 liegt, (Anspruch 12) - – die Zusatzmenge der Graphitsorte mit dem größeren Formfaktor FF zur Graphitsorte mit dem kleineren Formfaktor FF oder umgekehrt, je nachdem welcher Wärmeausdehnungskoeffizient verändert werden soll, minimal 3 und maximal 50 Gew.-% beträgt und insbesondere zwischen 5 und 30 Gew.-% liegt. (Anspruch 13)
- The graphite grades differ in a form factor FF correlated with their coefficient of thermal expansion, one graphite species having a lower form factor FF and making up the majority of the graphite mixture and the other graphite having a higher form factor FF or vice versa, depending on which coefficient of thermal expansion is to be altered; and wherein the shape factor FF of each graphite is determined before mixing, (claim 8)
- - Each form factor FF is determined as follows (Claim 9): Screening of the graphite and determining the mesh size in microns of a sieve, which passes a certain percentage passage x in wt .-% (d x value) Determination of a statistically sufficient number of measured thicknesses of graphite flakes determined by means of an optical process from at least one SEM image of the respective graphite species Calculation of the form factor FF by the formula:
FF = dx value / c - - Graphitsorten with form factors FF of at least 10, in particular of at least 50 and preferably at least 100 are used for the production of graphite mixtures, (claim 10)
- The mesh size is determined using x values between 50 and 95, in particular between 60 and 90, preferably 90, (claim 11)
- - Graphitsorten be used for a graphite mixture whose difference between their form factors FF (ΔFF) is at least 3 and a maximum of 50 and in particular between 5 and 30, (claim 12)
- - The additional amount of graphite with the larger form factor FF to the graphite with the smaller form factor FF or vice versa, depending on which coefficient of thermal expansion is to be changed, is at least 3 and at most 50 wt .-% and in particular between 5 and 30 wt .-%. (Claim 13)
Claims (13)
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