DE2320827A1

DE2320827A1 - PASTE FOR JOINING OBJECTS MADE OF CARBON OR GRAPHITE, IN PARTICULAR ELECTRODES

Info

Publication number: DE2320827A1
Application number: DE2320827A
Authority: DE
Inventors: Michael John Allen; John Malcolm Fletcher; Ian Burnett Laing; Harry Markham; Andrezej Antoni Romanski
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1972-04-27
Filing date: 1973-04-25
Publication date: 1973-12-06
Also published as: FR2182123B1; GB1392531A; SE380511B; IT984476B; JPS4954290A; FR2182123A1

Description

Karl A. Brose .Karl A. Brose.

η-8023 M^sn Wienersir.Zj.Mdin.7930570.7931782 η-8023 M ^ sn Wienersir.Zj.Mdin.7930570.7931782

1/sta - 7393/P7433 München-Pullach, den 19. April 19731 / sta - 7393 / P7433 Munich-Pullach, April 19, 1973

BRITISH STEEL CORPORATION, eine Gesellschaft nach den Sestini- ; mungen des "Iron, and Steel Act 1967", 33 Grosvenor Place, j London S.W. 1, EnglandBRITISH STEEL CORPORATION, a post-Sestine company ; of the "Iron, and Steel Act 1967", 33 Grosvenor Place, j London S.W. 1, England

Paste zni Verbinden von Gegenständen ans Kohlenstoff oder Graphit, insbesondere von ElektrodenPaste for joining objects to carbon or graphite, especially electrodes

Die Erfindung betrifft eine Paste zum Verbinden von Gegenständen aus Kohlenstoff oder Graphit und insbesondere zum. Verbinden von Kohlenstoffelektroden.The invention relates to a paste for joining objects made of carbon or graphite and in particular for. associate of carbon electrodes.

Ein Gegenstand der Erfindung ist es, eine Paste zu schaffen, die auf einen Kohlenstoff- oder Graphitgegenstand aufgetragen werden kann und welche aushärtet, so daß sie nicht klebrig ist und es somit ermöglicht, daß der Gegenstand gehandhabt werden kann, weldie jedoch andex"erseits schmilzt und eine elektrisch leitende Verbindung bildet, wenn die mit der Paste überzogenen Gegenstände zusammengebracht und erhitzt werden.An object of the invention is to provide a paste that can be applied to a carbon or graphite article and which cures so that it is non-sticky and thus enables the article to be handled can, weldie but andex "on the one hand melts and an electrical one forms a conductive connection when the objects coated with the paste are brought together and heated.

Erfind^ngsgemäß besteht eine Paste zum Verbinden von Kohlenstoff- oder Graphitgegenständen aus einer Mischung von Pech und einem elektrisch leitenden Pulver, wobei die Mischung ausreichend viskos ist, um heiß als Paste aufgetragen werden zu können, jedoch aushärtet und bei normaler Raumtemperatur und Umgebungstemperaturen im wesentlichen nicht klebrig ist. Die Viskosität des verwendeten Peches in der Paste sollte in Übereinstimmung mit der Größe der zu verbindenden Elektroden gewählt werden. Für sehr kleine Elektroden in der GrößenordnungAccording to the invention there is a paste for connecting carbon or graphite objects made from a mixture of pitch and an electrically conductive powder, the mixture being sufficiently viscous to be applied hot as a paste can, however, hardens and at normal room temperature and Ambient temperatures is essentially non-sticky. The viscosity of the pitch used in the paste should be consistent can be chosen with the size of the electrodes to be connected. For very small electrodes of the order of magnitude

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von 3 " Durchmesser' oder weniger sollte diese Viskosität vorzugsweise in dem Bereich zwischen 10.000 bis 150.Ό00 Poise be^ ι tragen, jedoch bei größeren Elektroden bis zu einem Durchmesser und einschließlich 24 " sollte das Pech eine Viskosität in dem Bereich zwischen 10 bis 10.000 Poise bei 15,5 °0 haben.3 "diameter" or less, this viscosity should preferably be in the range between 10,000 to 150,000 poise be ^ ι wear, but for larger electrodes up to and including 24 "in diameter, the pitch should have a viscosity within that Have range between 10 to 10,000 poise at 15.5 ° 0.

Die Viskosität des Pechs ist hauptsächlich von Bedeutung, was ! den Auftrag der heißen Paste betrifft. Während dieses Vorganges j übt die Elektrode eine Kühlwirkung aus, und' die daraus resultierende Änderung der Viskosität der Paste hängt von der Größe der Elektrode ab. Es ist vorteilhaft, die Paste bei einer so niedrigen Temperatur wie möglich zu halten, um nicht wieder umkehrbare thermische Änderungen zu vermeiden, und folglich ist es zweckdienlich, verschiedene Pasten für verschiedene Elektroden unterschiedlicher Durchmesser zu verwenden, anstelle die Paste auf Temperaturen zu erhitzen, die erheblich höher als 80⁰C liegen. 'The viscosity of the pitch matters mainly what! concerns the application of the hot paste. During this process, the electrode exerts a cooling effect, and the resulting change in the viscosity of the paste depends on the size of the electrode. It is advantageous to keep the paste at as low a temperature as possible in order to avoid irreversible thermal changes, and consequently it is convenient to use different pastes for different electrodes of different diameters instead of heating the paste to temperatures which are considerably higher than 80 ^° C. '

Gleichermaßen wird der Anteil des elektrisch leitenden Pulvers, bei dem es sich vorzugsweise um Graphitpulver handelt, in vorteilhafter Weise entsprechend der Größe der Elektrode geändert. Bei kleineren Elektroden der oben erwähnten Größen liegt der Anteil des Graphitpulvers zum Pech vorzugsweise in dem Bereich zwischen 10 bis 40 $>, während bei größeren Elektroden der prozentuale Gehalt am unteren Ende dieses' Bereiches oder unterhalb des Bereiches liegen sollte, der bei kleineren Elektroden angewendet wird.Likewise, the proportion of the electrically conductive powder, which is preferably graphite powder, is advantageously changed in accordance with the size of the electrode. For smaller electrodes of the sizes mentioned above, the proportion of graphite powder to pitch is preferably in the range between 10 to 40 $, while for larger electrodes the percentage should be at the lower end of this range or below the range used for smaller electrodes will.

Die übliche Weise, Kohlenstoffelektroden miteinander zu verbinden, besteht in der Verwendung eines doppelt konischen Nippels, der ein Gewinde aufweist, welches in Innengewinde eingreift, die in Bohrungen in den Endflächen der beiden zu verbindenden Elektroden ausgebildet sind. Falls nun, wie dies oft vorkommt,· die Flächen an den Fugen nicht genau geschliffen sind, bildet die Fuge keinen durchgehenden elektrischen Kontakt durch die Flächen, und so ist der Widerstand an der Fuge hoch. Dies führt zu einer Erhöhung der Temperatur, wenn elektrischer Strom durchThe usual way of connecting carbon electrodes together consists in the use of a double conical nipple, which has a thread that engages in internal threads, which are formed in bores in the end faces of the two electrodes to be connected. If now, as often happens, If the surfaces at the joints are not precisely sanded, the joint does not form a continuous electrical contact through the Surfaces, and so the resistance at the joint is high. this leads to to an increase in temperature when electric current passes through

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Verbindunglink

die Elektrode geleitet wird, und kann dazu führen, daß die. SHgH j bricht, oder die Elektroden springen.conducts the electrode and can cause the. SHgH j breaks, or the electrodes jump.

Bei dem vorliegenden Verfahren wird versucht, dieses Problem zu lösen, und es wird ein Pechstopfen in eine Höhlung in dem Nip-' pel eingesetzt. Wenn Strom durch das Pech geleitet wird, schmilzt dies, und dies verbessert die Fuge zwischen dem mit Gewinde versehenen Teil des Nippels und den Gewindebohrungen in den Elektroden. Das Pech durchdringt nicht die Endfläche der Fuge. Zur Zeit erweisen sich zwischen 10 bis 15 i° der Fugen an Elektroden als schlecht, woraus'sich ergibt, daß ein geringer Anteil des Stroms durch die Fugenfläche hindurchgeht. Ba der größere Teil des Stroms durch den Nippel hindurchgelangt, wird der Nippel überhitzt und erzeugt Spannungen. Durch Verwendung einer Paste, welche erfindungsgemäß zubereitet ist, kann die Elektrode mit der Paste an Ort und Stelle transportiert werden, und wenn die beiden Elektroden zusammengebracht werden, "um eine Fuge zu bilden, wird die Paste -zwischen den Endflächen eingequetscht . Wenn die Elektrode in den Ofen eintritt, wärmt sie sich anf, und die Hitze verursacht chemische Veränderungen in ■" der Paste. Insbesondere bewirkt die Hitze eine Karbonisierung der Paste. Hierdurch wird die Leitfähigkeit der Paste verbessert, und gleichzeitig werden die Endflächen zusammengeklebt, wodurch die mechanische Festigkeit der Fuge vergrößert wird.The present method seeks to solve this problem and uses a pitch plug in a cavity in the nipple. When current is passed through the pitch it melts and this improves the joint between the threaded portion of the nipple and the threaded holes in the electrodes. The pitch does not penetrate the end face of the joint. At present, between 10 to 15 ° of the joints on electrodes are found to be bad, which means that a small proportion of the current passes through the joint surface. If most of the current passes through the nipple, the nipple will overheat and create stresses. By using a paste prepared according to the invention, the electrode can be transported with the paste in place, and when the two electrodes are brought together "to form a joint, the paste is squeezed between the end faces. When the electrode When entering the oven, it becomes warm and the heat causes chemical changes in the paste. In particular, the heat causes the paste to carbonize. This improves the conductivity of the paste and at the same time glues the end faces together, increasing the mechanical strength of the joint.

Die Paste muß die folgenden Eigenschaften haben:The paste must have the following properties:

1 .) Sie darf nicht nach dem Auftrag auf die Endfläche fließen oder absacken.1.) It must not flow or sag to the end face after application.

2.) Sie muß fest an der Elektrodenoberfläche haften und zulassen,, daß die Elektrode während der Lagerung und dem anschließenden Transport gehandhabt werden kann.2.) It must adhere firmly to the electrode surface and allow, that the electrode can be handled during storage and subsequent transport.

3.) Sie darf nicht leicht auf die Hände einer die Elektrode . handhabenden Person abfärben.3.) You must not lightly touch the electrode on your hands. rub off by the person handling it.

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' Das wichtige Merkmal-der Paste, abgesehen von. ihrer Leitfähigkeit, ist ihre Viskosität. Die Paste muß die Viskosität eines ! T.eiges haben. Sie muß klebrig genug sein, um an der Elektrode : zu haften, wenn sie heiß ist, darf jedoch nicht an·den Fingern : nach dem Abkühlen haften. , 'The important feature-the paste, apart from. their conductivity is their viscosity. The paste must have the viscosity of a! Have something of their own. It must be tacky enough to adhere to the electrode: when it is hot, but not to the fingers: after it has cooled down. ,

Im folgenden werden Beispiele der Verwendung der Erfindung beschrieben. Bei der Herstellung der Paste zur Verwendimg bei kleineren Elektroden, d. h.in der Großenordnung von 3 " Durchmesser oder weniger, ist ein zweckdienliches Pech das "Spezial*- pech Nr, 3"» welches durch die British Steel Corporation Chemicals Division hergestellt wird. Graphitpulver ist ein zweckdienliches elektrisch leitendes Pulver, und das Avarc-189'-Graphitpulver, welches durch die Firma C.E. Averill Ltd. hergestellt wird, ist ein zweckdienliches Graphitpulver.Examples of the use of the invention are described below. In making the paste for use with smaller electrodes, i.e. i.e., on the order of 3 "in diameter or less, is an expedient bad luck the "special * - Pech No. 3 "» which is made by the British Steel Corporation Chemicals Division is manufactured. Graphite powder is a useful electrically conductive powder, and the Avarc-189'-graphite powder, which is made by C.E. Averill Ltd. is a useful graphite powder.

Bei der Zubereitung der Paste nach der vorliegenden Erfindung wird Graphitpulver einer Korngröße so fein wie möglieh, jedoch nicht größer als 150 Mikron, mit dem Spezialpech Ur. 3 in einem erwärmten Gefäß gemischt.In preparing the paste according to the present invention graphite powder with a grain size as fine as possible, but not larger than 150 microns, with the special pitch Ur. 3 in one heated vessel mixed.

Bei einem Beispiel einer erfindungsgemäß hergestellten Paste wurden 70 Teile von Spezialpech Nr, 3' (Viskosität 100,000 Poise bei 15,5 ° C) auf 80 ° erhitzt, wobei bei dieser Temperatur die Viskosität des Pechs auf eine Größe verringert war, bei der 30 Teile an Avarc-189-Graphitpulver mit einer Teilchengröße von 98 fo unter 10 Mikron leicht durch Rühren dispergiert werden konnten, um eine homogene Mischung zu ergeben.In one example of a paste made in accordance with the present invention, 70 parts of special pitch No. 3 '(viscosity 100,000 poise at 15.5 ° C) were heated to 80 ° at which temperature the viscosity of the pitch was reduced to a size at which 30 parts of Avarc 189 graphite powder having a particle size of 98 fo under 10 microns could be easily dispersed by stirring to give a homogeneous mixture.

Für größere Elektroden, beispielsweise größer als 3 " im Durchmesser, und bei diesem speziellen Beispiel Elektroden von 24 " Durchmesser, wird die Paste hergestellt, indem 74 Teile des Spezialpeehs Nr. 4, hergestellt durch die Chemicals Division von British Steel Corporation, wobei das Pech eine Viskosität von 270 Poise bei 15,5 ° C aufwies, genommen werden, und das Pech auf 60⁰C erhitzt wird. Bei dieser Temperatur ist die Viskosität auf eine derartige Größe verringert, daß 26 TeileFor larger electrodes, for example larger than 3 "in diameter, and in this particular example electrodes 24" in diameter, the paste is made by using 74 parts of the Specialty No. 4 manufactured by the Chemicals Division of British Steel Corporation, the pitch a viscosity of 270 poise at 15.5 ° C had to be taken, and the pitch is heated to 60 ⁰ C. At this temperature the viscosity is reduced to such a level that 26 parts

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Avarc-139-Graphitpulver leicht durch üü-lircm u.ioxx^ _öIoj fc "können, um eirie uouo^ η:, "iö ellung zu ergeben. Das verwendete Graphitpulver weist eine Teilchengröße von 98 i° unter 10· Mikron ! auf. Beim Verwenden eines derartigen Peches zum Verbinden vonAvarc-139 graphite powder can easily by üü-lircm u.ioxx ^ _ö Ioj fc "to give eirie uouo ^ η :, " iö ellation. The graphite powder used has a particle size of 98 ° below 10 · microns! on. When using such a pitch to connect

• großen Elektroden von 24 " Durchmesser für Elektroöfen muß die ; Paste heiß aufgetragen werden, und es ist von Bedeutung, daß | j sie nicht zu schnell erstarrt. Das oben erwähnte Pech niedrige- \ rer Viskosität ist folglich sehr viel zweckäienlicher bei derartig großen Elektroden, um jedoch das nicht, wieder umkehrbare j Härten zu minimieren, welches auftritt, muß das Pech für große- \ re-31ektroden bei der niedrigstmöglichen Temperatur gehalten und aufgetragen werden. Ebenso sollten die Elektroden angestrichen sein, wenn deren Temperatur dicht bei Raumtemperatur liegt.• large electrodes 24 "diameter for electric furnaces must die;. Paste are applied hot, and it's important that | they j not too quickly solidifies The pitch above niedrige- \ rer viscosity is therefore very much zweckäienlicher at such large electrodes , but in order to minimize the not again reversible j hardening which occurs, the pitch for large- \ re-31ektroden must be maintained at the lowest possible temperature and applied. also, the electrodes should be painted when the temperature is close to room temperature.

Um die Probleme zu vermeiden, die sich daraus ergeben, daß die aus Paste bestehende Schicht von der Oberfläche größerer Elektroden abläuft, soll die Dicke der Pastenschicht 1 mm nicht überschreiten.In order to avoid the problems that arise from the fact that the a layer of paste from the surface of larger electrodes expires, the thickness of the paste layer should not exceed 1 mm.

Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.All of the technical details mentioned in the description are important for the invention.

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Claims

Pat e nt ans ρ r ü c Ii e

.JPaste for joining objects made of carbon or
ffraph.it, in particular for connecting electrodes, characterized in that the paste consists of a mixture of pitch
and an electrically conductive powder, the mixture is sufficiently thick to be applied as a paste, but hardens and is essentially non-sticky at normal ambient temperatures.

2. Paste according to claim 1, characterized in that the viscosity of pitch in the range between 10 and

150,000 poise and preferably in the range between 10

and 10,000 poise.

3. Paste according to claim 1, characterized in that it is in particular for connecting carbon electrodes in the
On the order of 3 "diameter or less is suitable, and that the viscosity of the pitch is in the range between
10,000 and 150,000 poise, and the proportion of graphite powder in the pitch is in the range between 10 70 and 40 i <>
lies.

4. Paste according to claim 1, characterized in that the graphite powder has a particle size of 93 i <> under 10 microns.

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