ES2292568T3 - Perno para conectar electrodos de carbono y procedimiento correspondiente. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para preparar pernos para conectar electrodos de carbono, comprendiendo el procedimiento: (a) combinar coque calcinado, un ligante de brea líquido y fibras de carbono derivadas de brea de mesofase para formar una mezcla como material de partida para preparar el perno ("pinstock"); (b) extruir la mezcla pinstock para formar un pinstock verde, (c) cocer el pinstock verde para formar un pinstock carbonizado; y (d) grafitizar el pinstock carbonizado manteniendo el pinstock carbonizado a una temperatura de al menos aproximadamente 2500ºC durante no más que aproximadamente 18 horas, en donde las fibras de carbono están presentes a un nivel de aproximadamente 0, 5 a aproximadamente 6 partes en peso de fibras de carbono por 100 partes en peso de coque calcinado.
Description
Perno para conectar electrodos de carbono y
procedimiento correspondiente.
La presente invención se refiere a un perno para
conectar electrodos de carbono, y a un procedimiento para preparar
el perno inventivo. Más particularmente, la invención se ocupa de un
perno para conectar electrodos de carbono, tales como electrodos de
grafito, formado procesando una mezcla de coque calcinado, brea y
fibras de carbono derivadas de brea de mesofase.
En la industria del acero se usan electrodos de
carbono, especialmente electrodos de grafito, para fundir los
metales y otros ingredientes usados para formar acero en hornos
electrotérmicos. El calor necesitado para fundir los metales se
genera haciendo pasar una corriente a través de una pluralidad de
electrodos, usualmente tres, y formando un arco entre los
electrodos y el metal. Se usan a menudo corrientes superiores a
100.000 amperios. La alta temperatura resultante funde los metales
y otros ingredientes. De manera general, los electrodos usados en
los hornos de acero consisten cada uno en columnas electródicas,
esto es, una serie de electrodos individuales unidos para formar
una única columna. De esta manera, cuando se agotan los electrodos
durante el proceso térmico, se pueden unir a la columna electrodos
de repuesto para mantener la longitud de la columna que se extiende
dentro del horno.
De manera general, los electrodos se unen en
columnas mediante un perno (denominado a veces racor) que hace la
función de unir los extremos de electrodos contiguos. Típicamente,
el perno toma la forma de secciones macho roscadas opuestas,
comprendiendo al menos un extremo de los electrodos secciones hembra
roscadas capaces de acoplarse con la sección macho roscada del
perno. Así, cuando cada una de las secciones macho roscadas
opuestas de un perno son enroscadas en las secciones hembra roscadas
de los extremos de dos electrodos, esos electrodos se unen formando
una columna electródica. Comúnmente, los extremos unidos de los
electrodos contiguos, y el perno entre ellos, se denominan en la
técnica una junta.
Dada la extrema tensión térmica que sufre la
junta (y de hecho la columna electródica como un todo), los factores
mecánicos tales como la expansión térmica deben ser equilibrados
cuidadosamente para evitar el daño o la destrucción de la columna
electródica o de electrodos individuales. Por ejemplo, la expansión
térmica longitudinal (es decir, a lo largo de la longitud del
perno/electrodo/columna electródica) del perno, especialmente a una
velocidad mayor que la de los electrodos, puede forzar a la junta a
separarse, reduciendo la eficacia de la columna electródica. Una
cierta cantidad de expansión térmica transversal (es decir, a través
del diámetro del perno/electrodo/columna electródica) del perno que
exceda a la de los electrodos puede ser deseable para formar una
conexión firme entre el perno y el electrodo; sin embargo, si la
expansión térmica transversal del perno excede en gran medida a la
del electrodo, puede dar como resultado un daño en el electrodo, en
la forma de agrietamiento o rotura. De nuevo, esto puede dar como
resultado una eficacia reducida de la columna electródica, o incluso
la destrucción de la columna si el daño es tan grave que falle una
junta. Así, el control de la expansión térmica de un perno, tanto
en la dirección longitudinal como en la transversal, es de suma
importancia.
Ha habido referencias al uso de fibras de
carbono basadas en brea de mesofase para mejorar propiedades
específicas de productos de grafito masivo tales como electrodos.
Por ejemplo, Singer, en la patente de EE.UU. 4.005.183, describe la
producción de fibras basadas en brea de mesofase, y establece que, a
causa de su baja resistividad eléctrica, estas fibras se pueden
emplear como material de relleno en la producción de electrodos de
grafito. En la patente británica 1.526.809, de Lewis y Singer, se
añade de 50% a 80% en peso de fibras de carbono a de 20% a 50% en
peso de un ligante de brea, y después se extruye para formar un
artefacto de carbono que puede ser grafitizado. El artículo
resultante exhibe una expansión térmica longitudinal relativamente
baja.
En la patente de EE.UU. 4.998.709, Griffin et
al. intentan solucionar los problemas causados por la excesiva
expansión térmica longitudinal de pernos de electrodos preparando un
racor de grafito (es decir, un perno) con fibras de carbono basadas
en brea de mesofase incluidas en la mezcla de extrusión. Las fibras
de carbono usadas por Griffin et al. tienen un módulo de
Young mayor que 379 x 10^{6} kPa (55 x 10^{6} libras por
pulgada cuadrada (psi)), y están presentes en la mezcla en
aproximadamente 8 a 20 por ciento en peso. La mezcla se extruye, se
cuece, y después se grafitiza durante de aproximadamente 5 a 14 días
para producir el racor. Aunque los racores producidos por el
procedimiento de Griffin et al. muestran una disminución en
el coeficiente de expansión térmica (CET) en la dirección
longitudinal, también muestran un aumento indeseable en el CET en
la dirección transversal, un aumento en la resistividad eléctrica y
una disminución en el módulo de ruptura. Además, el tiempo de
grafitización es extremadamente largo comparado con los tiempos que
serían ventajosos para la producción comercial.
La solicitud de patente europea
EP-A-0 453 073 describe un
procedimiento para producir racores de grafito, adecuados para
conectar electrodos de grafito, a partir de una mezcla de extrusión
que comprende coque calcinado y un ligante, en donde se añaden
fibras de carbono a la mezcla de extrusión antes de la
extrusión.
Hay un procedimiento descrito en la patente de
EE.UU. A-4.814.307 para producir un substrato de
electrodos, procedimiento que comprende las etapas de amasar una
mezcla de materias primas que comprende de 30 a 60% en peso de
fibras de carbono cortas, de 20 a 50% en peso de un ligante de
resina fenólica y de 20 a 50% en peso de un aditivo de moldeo,
extruir la mezcla de materias primas así amasada y, después de
moldear a presión el material así extruido por laminación o
estampado, calcinar el material así moldeado a presión en una
atmósfera inerte y/o bajo una presión reducida, obteniéndose el
substrato de electrodos producido por el procedimiento mencionado
anteriormente.
La solicitud de patente británica
GB-A-1 548 046 proporciona un
procedimiento para preparar electrodos de carbono, procedimiento
que comprende las etapas de:
- mezclar 100 partes en peso de un material carbonoso y 0,5-10 partes en peso de fibras no fusibles, de 1-25 mm de largo y 5-15 \mum de diámetro, siendo obtenidas las fibras no fusibles oxigenando fibras orgánicas para hacer al menos a su superficie no fusible;
- incorporar la mezcla así formada con 15-40 partes en peso de un ligante;
- amasar la masa entera;
- darle a la masa así amasada la forma de electrodos de carbono verdes; y
- cocer los electrodos de carbono verdes a una temperatura suficientemente alta para carbonizarlos, para preparar de este modo los electrodos de carbono deseados.
Lo que se desea, por lo tanto, es un perno para
conectar electrodos de carbono, teniendo el perno un CET reducido
en la dirección longitudinal comparado con los pernos convencionales
de la técnica, sin sacrificar el CET transversal o la resistividad
y el módulo de ruptura. Especialmente deseable es un perno tal que
se prepare mediante un procedimiento que no requiera 5 días de
grafitización. Es también sumamente deseable conseguir estos
beneficios en las propiedades sin usar cantidades altas de
materiales caros.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un procedimiento para preparar pernos para conectar
electrodos de carbono.
Es otro objeto de la presente invención
proporcionar un procedimiento para preparar pernos para conectar
electrodos de carbono, teniendo los pernos un coeficiente de
expansión térmica longitudinal reducido comparado con los pernos
convencionales de la técnica.
Es otro objeto más de la presente invención
proporcionar un procedimiento para preparar pernos para conectar
electrodos de carbono, teniendo los pernos un coeficiente de
expansión térmica longitudinal reducido comparado con los pernos
convencionales de la técnica, sin un sacrificio sustancial del CET
transversal o la resistividad, a la vez de aumentar también el
módulo de ruptura.
Es aún otro objeto más de la presente invención
proporcionar un procedimiento para preparar pernos para conectar
electrodos de carbono, teniendo los pernos un coeficiente de
expansión térmica longitudinal reducido comparado con los pernos
convencionales de la técnica, en donde el procedimiento requiere
tiempos de grafitización significativamente más cortos que 5
días.
Estos objetos y otros que llegarán a ser
evidentes para el experto en la técnica tras la revisión de la
siguiente descripción se pueden conseguir proporcionando un
procedimiento para preparar pernos para conectar electrodos de
carbono, procedimiento que incluye (a) combinar coque calcinado, un
ligante de brea líquido y fibras de carbono derivadas de brea de
mesofase para formar una mezcla como material de partida para
preparar el perno ("pinstock"), (b) extruir la mezcla pinstock
para formar un pinstock verde (c) cocer el pinstock verde para
formar un pinstock carbonizado; y (d) grafitizar el pinstock
carbonizado por calentamiento a una temperatura de al menos
aproximadamente 2500ºC, y mantenerlo a esa temperatura durante no
más que aproximadamente 18 horas; en donde las fibras de carbono
están presentes a un nivel de aproximadamente 0,5 a aproximadamente
6 partes en peso de fibras de carbono por 100 partes en peso de
coque calcinado.
En el procedimiento inventivo, las fibras de
carbono están presentes preferiblemente a un nivel de
aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5 partes en peso de fibras de
carbono por 100 partes en peso de coque calcinado, o a
aproximadamente de 0,4% a aproximadamente 4,0% en peso de los
componentes de la mezcla total, tienen un módulo de Young después
de la grafitización no mayor que aproximadamente 275 x 10^{6} kPa
(40 x 10^{6} psi), un diámetro medio de aproximadamente 6 a
aproximadamente 15 \mum (micrómetros), y una longitud de
aproximadamente 0,42 cm a aproximadamente 2,54 cm (aproximadamente
1/6 de pulgada a aproximadamente 1 pulgada). Lo más ventajosamente,
las fibras de carbono se añaden a la mezcla pinstock como haces,
conteniendo cada haz de aproximadamente 2000 a aproximadamente
20.000 fibras. El cocido del pinstock verde tiene lugar
preferiblemente a una temperatura de aproximadamente 700 hasta
aproximadamente 1000ºC en un entorno no oxidante o reductor, y la
grafitización tiene lugar más preferiblemente a una temperatura de
aproximadamente 2500 a aproximadamente 3400ºC.
La presente invención, además, se refiere a un
procedimiento para preparar pernos como se describe en la
reivindicación 9 y a pernos para conectar electrodos como se
describe en las reivindicaciones 16 a 22.
Como se apuntó anteriormente, los pernos para
conectar electrodos de grafito se pueden fabricar combinando
primero coque calcinado, brea y fibras de carbono basadas en brea de
mesofase para formar una mezcla como material de partida para
preparar el perno ("pinstock"). Más específicamente, se mezcla
coque de petróleo calcinado, machacado, seleccionado en tamaño y
molido con un ligante de brea de alquitrán de hulla para formar la
mezcla. El tamaño de partícula del coque calcinado se selecciona
según el uso final del electrodo, y está dentro de la experiencia
en la técnica. De manera general, en los electrodos de grafito para
el uso en la fabricación del acero se emplean en la mezcla
partículas de hasta aproximadamente 25 milímetros (mm) de diámetro
medio. Otros ingredientes que se pueden incorporar en la mezcla a
bajos niveles incluyen óxidos de hierro para inhibir la expansión
de volumen irreversible o "puffing" (causada por la liberación
de azufre de su unión con el carbono dentro de las partículas de
coque) y aceites u otros lubricantes para facilitar la extrusión de
la mezcla.
También se incluyen en la mezcla fibras de
carbono basadas en brea de mesofase. Tales fibras se producen a
partir de brea que ha sido transformada al menos parcialmente a un
estado cristalino líquido, o la llamada mesofase. Las fibras usadas
deben tener ventajosamente un módulo de Young (después de la
carbonización) de aproximadamente 103 x 10^{6} kPa (15 x 10^{6}
psi) a aproximadamente 275 x 10^{6} kPa (40 x 10^{6} psi).
Tienen, preferiblemente, un diámetro medio de aproximadamente 6 a
aproximadamente 15 \mum (micrómetros), una resistencia a la
tracción de aproximadamente 1379 x 10^{3} kPa a aproximadamente
2758 x 10^{3} kPa (de aproximadamente 200 x 10^{3} psi a
aproximadamente 400 x 10^{3} psi), y son de aproximadamente 0,42
cm a aproximadamente 2,54 (de aproximadamente 1/6 de pulgada a
aproximadamente 1 pulgada) de largo, en promedio. Lo más
ventajosamente, las fibras se añaden a la mezcla como haces que
contienen entre aproximadamente 2000 y aproximadamente 20.000 fibras
por haz, compactadas con el uso de un agente de encolado.
Como se apuntó, las fibras de carbono a ser
incluidas en la mezcla están basadas en brea de mesofase. La brea
de mesofase se puede preparar a partir de materias primas tales como
corrientes de petróleo aromáticas pesadas, alquitranes procedentes
de craqueadores de etileno, derivados de la hulla, alquitranes
térmicos de petróleo, residuos de craqueadores de lecho fluido y
destilados aromáticos tratados a presión que tienen un intervalo de
ebullición de 340ºC a aproximadamente 525ºC. La producción de brea
de mesofase se describe en, por ejemplo, la patente de EE.UU.
4.017.327, de Lewis et al. Típicamente, la brea de mesofase
se forma calentando la materia prima en una atmósfera químicamente
inerte (tal como nitrógeno, argón, xenón, helio o similar) hasta una
temperatura de aproximadamente 350ºC a 500ºC. Se puede burbujear un
gas químicamente inerte a través de la materia prima durante el
calentamiento para facilitar la formación de brea de mesofase. Para
la preparación de fibras de carbono, la brea de mesofase debe tener
un punto de ablandamiento, esto es, el punto en el cual la brea de
mesofase se empieza a deformar, menor que 400ºC, y usualmente menor
que aproximadamente 350ºC. Si la brea tiene un punto de
ablandamiento más alto, la formación de fibras de carbono que tengan
las propiedades físicas deseadas es difícil.
Una vez que se prepara la brea de mesofase, se
hila en filamentos del diámetro deseado mediante procedimientos
conocidos tales como mediante hilado en fusión, hilado centrífugo,
hilado por soplado u otros procedimientos que serán familiares al
experto en la materia. El hilado produce fibras de carbono adecuadas
para el uso en la preparación del perno de la presente invención.
Los filamentos son después termoendurecidos a una temperatura no
más alta que el punto de ablandamiento de la brea (pero usualmente
por encima de 250ºC) durante aproxima- damente de 5 a 60 minutos,
después se tratan adicionalmente a temperaturas extremadamente
altas, del orden de hasta aproximadamente 1000ºC y superiores, y en
algunos casos tan altas como aproximadamente 3000ºC, más
típicamente de aproximadamente 1500ºC a 1700ºC, para carbonizar las
fibras. El procedimiento de carbonización tiene lugar en una
atmósfera inerte, tal como gas argón, durante al menos
aproximadamente 0,5 minutos. Lo más comúnmente, la carbonización
usa tiempos de residencia de entre aproximadamente 1 y 25 minutos.
Después las fibras se cortan a una longitud y se forman en haces.
Tales fibras, agrupadas en haces como se describe, están
disponibles comercialmente en BP/Amoco Company, de Alpharetta,
Georgia, y Mitsubishi Chemical Company, de Tokio, Japón.
Las fibras de carbono se incluyen en la mezcla a
un nivel de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 6 partes en peso
de fibras de carbono por 100 partes en peso de coque calcinado. Lo
más preferiblemente, las fibras están presentes a un nivel de
aproximadamente 1,25 a aproximadamente 5 partes en peso de fibras de
carbono por 100 partes en peso de coque. En términos de la mezcla
como un todo, las fibras de carbono se incorporan a un nivel de
aproximadamente 1% a menos que aproximadamente 5% en peso.
Después de que se ha preparado la mezcla de
coque calcinado, ligante de brea, fibras de carbono, etc., el
cuerpo del perno se forma (o conforma) por extrusión a través de una
boquilla, o se moldea en moldes conformadores convencionales para
formar lo que se denomina un pinstock verde. La formación, ya sea
mediante extrusión o moldeo, se lleva a cabo a una temperatura
cercana al punto de ablandamiento de la brea, usualmente
aproximadamente 100ºC o superior. Aunque la boquilla o el molde
pueden formar el perno en la forma y el tamaño sustancialmente
finales, se necesita usualmente una maquinización del perno acabado,
por lo menos para proporcionar las roscas que se puedan requerir.
Como sería evidente, los pernos se ajustan a un tamaño para que
tengan un diámetro no mayor que el de los electrodos a ser unidos
en una columna electródica. Típicamente, los pernos tienen un
diámetro que es de aproximadamente 30% a aproximadamente 60% del
diámetro del electrodo. Así, para electrodos cuyo diámetro pueda
variar entre aproximadamente 38 y 76 cm (aproximadamente 15 y 30
pulgadas), los pernos tienen un diámetro de aproximadamente 11,4 a
aproximadamente 45,7 cm (de aproximadamente 4,5 a aproximadamente 18
pulgadas).
Después de la extrusión, el pinstock verde se
trata por calor, mediante un cocido a una temperatura de entre
aproximadamente 700ºC y aproximadamente 1100ºC, más preferiblemente
entre aproximadamente 800ºC y aproximadamente 1000ºC, para
carbonizar el ligante de brea a coque sólido, para dar al perno
permanencia de forma, alta resistencia mecánica, buena
conductividad térmica, y resistencia eléctrica comparativamente
baja. El pinstock verde se cuece en ausencia relativa de aire para
evitar la oxidación. El cocido debe ser llevado a cabo a una
velocidad de aproximadamente 1ºC a aproximadamente 5ºC por hora
hasta la temperatura final. Después del cocido, el perno puede ser
impregnado una o más veces con alquitrán de hulla o brea de
petróleo, u otros tipos de breas conocidos en la industria, para
depositar coque de brea adicional en cualesquiera poros abiertos del
perno. Cada impregnación es seguida después por una etapa de cocido
adicional.
Después del cocido, el perno, denominado en esta
etapa pinstock carbonizado, es grafitizado después. La grafitización
se realiza mediante un tratamiento por calor a una temperatura
final de entre aproximadamente 2500ºC y aproximadamente 3400ºC,
durante un tiempo suficiente para causar que los átomos de carbono
en el coque calcinado y el ligante de coque de brea se transformen
desde un estado escasamente ordenado hasta la estructura cristalina
del grafito. Ventajosamente, la grafitización se realiza
manteniendo el pinstock carbonizado a una temperatura de al menos
aproximadamente 2700ºC, y más ventajosamente a una temperatura de
entre aproximadamente 2700ºC y aproximadamente 3200ºC. A estas
altas temperaturas, los elementos distintos al carbono se
volatilizan y escapan como vapores. El tiempo requerido para el
mantenimiento a la temperatura de grafitización usando el
procedimiento de la presente invención no es mayor que
aproximadamente 18 horas, de hecho, no mayor que aproximadamente 12
horas. Preferiblemente, la grafitización tiene lugar durante
aproximadamente 1,5 a aproximadamente 8 horas.
Como se apuntó, una vez que se completa la
grafitización, el perno acabado puede ser cortado hasta un tamaño y
maquinizado después o conformado de otro modo hasta su configuración
final. Típicamente, el perno es estrechado desde el centro hasta
cada extremo, y después se maquinizan roscas en cada extremo del
perno, para permitir el acoplamiento con las roscas
correspondientes en los extremos de los electrodos de carbono, para
formar la columna electródica. Dada su naturaleza, el perno de
grafito permite la maquinización hasta un alto grado de tolerancia,
permitiendo así una fuerte conexión entre el perno y el
electrodo.
Los pernos preparados de acuerdo con la presente
invención exhiben una reducción sustancial en el CET longitudinal
comparado con pernos preparados sin fibras de carbono. Los pernos
muestran un aumento en la resistencia a la flexión (es decir, el
módulo de ruptura) y un aumento en el módulo de Young, sin un
aumento significativo concomitante en el CET transversal o la
resistencia específica, sin el requerimiento de tiempos de
grafitización comercialmente desventajosos.
Los siguientes ejemplos se presentan para
ilustrar y explicar adicionalmente la presente invención, y no deben
ser vistos como limitantes en ningún aspecto. A menos que se
indique lo contrario, todas las partes y porcentajes son en peso, y
están basados en el peso del producto en la fase particular del
procesado indicada.
Se llevó a cabo una prueba usando haces de
fibras de carbono basadas en brea de mesofase, designadas como
Grade K 223-SE, obtenidas de Mitsubishi Chemical
Company de Tokio, Japón. Las fibras tenían un diámetro medio de 10
\mum (micrómetros), un módulo de Young de 207 x 10^{6} kPa (30 x
10^{6} psi) y una resistencia a la tracción media de 2344 x
10^{3} kPa (340 x 10^{3} psi). Las fibras se compactaron en
haces de aproximadamente 12.000 fibras con un agente de encolado, y
se cortaron en trozos de 6,35 mm (1/4 de pulgada).
Los haces de fibras se mezclaron en un mezclador
cilíndrico con partículas de coque calcinado y brea ligante de
alquitrán de hulla. La mezcla contenía 4,5 partes en peso de fibras
de carbono por 100 partes en peso de coque calcinado por 32 partes
en peso de brea. Se añadió aproximadamente 1 parte en peso de óxido
de hierro para inhibir la expansión de volumen irreversible
("puffing") del coque y se añadió aproximadamente 1 parte en
peso de aceite como auxiliar de extrusión. El porcentaje en peso de
las fibras en la mezcla total fue 3,2%.
Los ingredientes se mezclaron durante
aproximadamente 1 hora mientras se calentaba hasta aproximadamente
160ºC, y después se extruyeron a aproximadamente 110ºC hasta formar
un pinstock de 317 mm de diámetro. El pinstock se coció hasta 800ºC
a una velocidad de 2ºC/hora en una atmósfera protegida del aire, y
después se impregnó con brea y se volvió a cocer hasta 800ºC,
seguido de una segunda impregnación y recocido. El pinstock
carbonizado se calentó después hasta aproximadamente 2700ºC en un
horno de grafitización y se mantuvo por encima de aproximadamente
2700ºC durante aproximadamente 5 horas.
Como control, se formó un pinstock de la misma
manera, con los mismos ingredientes y parámetros de proceso, pero
sin la adición de ninguna fibra de carbono.
\newpage
Las propiedades del grafito obtenido para el
pinstock, con y sin fibras, se resumen en la Tabla I.
Como se puede ver, la adición de 3,2% en peso de
fibras de carbono condujo a una reducción substancial en el CET
longitudinal y a un aumento en la resistencia a la flexión, sin un
efecto adverso significativo sobre el CET transversal o la
resistencia específica.
Se realizó una prueba usando haces de fibras de
carbono basadas en brea de mesofase, designadas como Thomel Carbon
Fibers, Grade GPX, obtenidas de BP/Amoco Company, de Alpharetta,
Georgia. Las fibras tenían un diámetro medio de 11 \mum
(micrómetros), un módulo de Young de 158 x 10^{6} kPa (23 x
10^{6} psi) y una resistencia a la tracción media de 1462 x
10^{3} kPa (212 x 10^{3} psi). Las fibras se compactaron en
haces de aproximadamente 4000 fibras con un agente de encolado, y
se cortaron en 6,35 mm (1/4 de pulgada).
Los haces de fibras se mezclaron en un mezclador
cilíndrico con partículas de coque calcinado y brea ligante de
alquitrán de hulla. La mezcla contenía 2 partes en peso de fibras de
carbono por 100 partes en peso de coque calcinado por 32 partes en
peso de brea. Se añadió aproximadamente 1 parte en peso de óxido de
hierro para inhibir la expansión de volumen irreversible
("puffing") del coque y se añadió aproximadamente 1 parte en
peso de aceite como auxiliar de extrusión. El porcentaje en peso de
las fibras en la mezcla total fue 1,5%.
La mezcla se mezcló durante aproximadamente 1
hora mientras se calentaba hasta aproximadamente 160ºC, y después
se extruyó a aproximadamente 110ºC hasta formar un pinstock de 150
mm de diámetro. El pinstock se coció hasta 800ºC a una velocidad de
2ºC/hora en una atmósfera protegida del aire, y después se impregnó
con brea y se volvió a cocer hasta 800ºC, seguido de una segunda
impregnación y recocido. El pinstock carbonizado se calentó después
hasta aproximadamente 3000ºC en un horno de grafitización y se
mantuvo por encima de aproximadamente 3000ºC durante aproximadamente
1 hora.
Como control, se formó un pinstock de la misma
manera, con los mismos ingredientes y parámetros de proceso, pero
sin la adición de ninguna fibra de carbono.
Las propiedades del grafito obtenido para el
pinstock con y sin fibras se resumen en la Tabla II.
Es evidente que incluso niveles de fibras de
carbono de 1,5% en peso dan como resultado unos CET longitudinal y
transversal más bajos y una resistencia aumentada del pinstock sin
afectar significativamente a otras propiedades.
La descripción anterior pretende habilitar a la
persona experta en la técnica a poner en práctica la invención. No
pretende detallar todas las posibles variaciones y modificaciones
que serán evidentes para el operario experto tras leer la
descripción. Pretende, no obstante, que todas las tales
modificaciones y variaciones estén incluidas dentro del alcance de
la invención que se define por las siguientes reivindicaciones. Las
reivindicaciones pretenden cubrir los elementos indicados y las
etapas de cualquier disposición o secuencia que sea eficaz para
cumplir los objetivos pretendidos para la invención, a menos que el
contexto indique específicamente lo contrario.
Claims (22)
1. Un procedimiento para preparar pernos para
conectar electrodos de carbono, comprendiendo el procedimiento:
- (a)
- combinar coque calcinado, un ligante de brea líquido y fibras de carbono derivadas de brea de mesofase para formar una mezcla como material de partida para preparar el perno ("pinstock");
- (b)
- extruir la mezcla pinstock para formar un pinstock verde,
- (c)
- cocer el pinstock verde para formar un pinstock carbonizado; y
- (d)
- grafitizar el pinstock carbonizado manteniendo el pinstock carbonizado a una temperatura de al menos aproximadamente 2500ºC durante no más que aproximadamente 18 horas,
en donde las fibras de carbono están presentes a
un nivel de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 6 partes en peso
de fibras de carbono por 100 partes en peso de coque calcinado.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que las fibras de carbono tienen un módulo de Young no mayor que
aproximadamente 276 x 10^{6} kPa (40 x 10^{6} psi).
3. El procedimiento de la reivindicación 2, en
el que las fibras de carbono tienen un módulo de Young de
aproximadamente 103 x 10^{6} kPa a aproximadamente 276 x 10^{6}
kPa (de aproximadamente 15 x 10^{6} psi a aproximadamente 40 x
10^{6} psi).
4. El procedimiento de la reivindicación 3, en
el que las fibras de carbono tienen un diámetro medio de
aproximadamente 6 a aproximadamente 15 \mum (micrómetros).
5. El procedimiento de la reivindicación 4, en
el que las fibras de carbono tienen una longitud de aproximadamente
0,42 cm a aproximadamente 2,54 cm (de aproximadamente 1/6 de pulgada
a aproximadamente 1 pulgada).
6. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que las fibras de carbono se añaden a la mezcla pinstock como
haces, conteniendo cada haz de aproximadamente 2000 a
aproximadamente 20.000 fibras.
7. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el pinstock verde se cuece a una temperatura de
aproximadamente 700 a aproximadamente 1100ºC en un entorno
inerte.
8. El procedimiento de la reivindicación 7, en
el que el pinstock carbonizado se grafitiza manteniéndolo a una
temperatura de aproximadamente 2500 a aproximadamente 3400ºC durante
de aproximadamente 1,5 horas a aproximadamente 8 horas.
9. Un procedimiento para preparar pernos para
conectar electrodos de carbono, comprendiendo el procedimiento:
- (a)
- combinar coque calcinado, un ligante de brea líquido y de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5 partes en peso de fibras de carbono derivadas de brea de mesofase por 100 partes en peso de coque calcinado para formar una mezcla pinstock, teniendo las fibras de carbono un módulo de Young no mayor que 276 x 10^{6} kPa (40 x 10^{6} psi);
- (b)
- extruir la mezcla pinstock para formar un pinstock verde;
- (c)
- cocer el pinstock verde para formar un pinstock carbonizado; y
- (d)
- grafitizar el pinstock carbonizado.
10. El procedimiento de la reivindicación 9, en
el que las fibras de carbono tienen un módulo de Young de
aproximadamente 103 x 10^{6} kPa a aproximadamente 276 x 10^{6}
kPa (de aproximadamente 15 x 10^{6} psi a aproximadamente 40 x
10^{6} psi).
11. El procedimiento de la reivindicación 10, en
el que las fibras de carbono tienen un diámetro medio de
aproximadamente 6 a aproximadamente 15 \mum (micrómetros).
12. El procedimiento de la reivindicación 11, en
el que las fibras de carbono tienen una longitud de aproximadamente
0,42 cm a aproximadamente 2,54 cm (de aproximadamente 1/6 de pulgada
a aproximadamente 1 pulgada).
13. El procedimiento de la reivindicación 12, en
el que las fibras de carbono se añaden a la mezcla pinstock como
haces, conteniendo cada haz de aproximadamente 2000 a
aproximadamente 20.000 fibras.
\newpage
14. El procedimiento de la reivindicación 9, en
el que el pinstock verde se cuece a una temperatura de
aproximadamente 700 a aproximadamente 1100ºC en un entorno
inerte.
15. El procedimiento de la reivindicación 14, en
el que el pinstock carbonizado se grafitiza manteniéndolo a una
temperatura de aproximadamente 2500 a aproximadamente 3400ºC durante
de aproximadamente 1,5 horas a aproximadamente 8 horas.
16. Un perno para conectar electrodos de
carbono, siendo formado el perno a partir de una mezcla de coque
calcinado, brea y fibras de carbono que tienen un módulo de Young
después de la grafitización no mayor que aproximadamente 276 x
10^{6} kPa (40 x 10^{6} psi),
en donde las fibras de carbono están presentes a
un nivel de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 6 partes en peso
de fibras de carbono por 100 partes en peso de coque calcinado.
17. El perno de la reivindicación 16, en el que
las fibras de carbono tienen un diámetro medio de aproximadamente 6
a aproximadamente 15 \mum (micrómetros).
18. El perno de la reivindicación 17, en el que
las fibras de carbono tienen una longitud de aproximadamente 0,42
cm a aproximadamente 2,54 cm (de aproximadamente 1/6 de pulgada a
aproximadamente 1 pulgada).
19. El perno de la reivindicación 16, en el que
las fibras de carbono se añaden a la mezcla pinstock como haces,
conteniendo cada haz de aproximadamente 2000 a aproximadamente
20.000 fibras.
20. Un perno para conectar electrodos de
carbono, perno fabricado según el procedimiento de la
reivindicación 6.
21. Un perno para conectar electrodos de
carbono, perno fabricado según el procedimiento de la reivindicación
9.
22. Un perno para conectar electrodos de
carbono, perno fabricado según el procedimiento de la reivindicación
13.
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