NO128401B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av formede produkter

av karbon og grafitt med en øket begynnelsestempe-

ratur for oksydering.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte

til fremstilling av formede produkter av karbon og grafitt med en øket begynnelsestemperatur for oksydering, spesielt til fremstilling av grafittelektroder som benyttes i jern og stålindu-strien.

Karbon og grafittprodukter slik som grafittelektroder og andre lignende stoffer har ved siden av de gode bruk-bare egenskaper relativt lav motstandsdyktighet overfor oksydering spesielt ved temperaturer over 550°C• På grunn av oksydering for-andres deres ytre dimensjoner og også strukturen av sjikt festet til overflaten ødelegges, noe som resulterer i hurtig slitasje av karbon og grafittprodukter når disse benyttes i gassholdige om-givelser hvor det ved temperaturer i området over 550°C hersker en oksyderende atmosfære. Det kan f.eks. nevnes at ved fremstilling av elektrostål, nedbrytes grafittelektroder relativt hurtig etter-som de forbrennes på grunn av oksydering med oksygen som er til-stede i gassatmosfæren i ovenen og i omgivelsene. De hittil kjente fremgangsmåter for å øke begynnelsestemperaturen for oksydering i karbon og grafittprodukter angår hovedsakelig varmebehandling av produkter for å sikre maksimal ordning av krystall-strukturen av det behandlede stoff og økning av den tilsynelatende tetthet i produktene ved å impregnere disse med bek, tjære og andre impregneringsstoffer som er i stand til oppsamling av karbon i porene av produktet etter varmebehandlingen. Det foreligger også kjente fremgangsmåter som benytter beskyttende belegg av pyrogra-fitt eller dettes forbindelser eller som impregnerer produktene med lavtsmeltende metaller eller salter av organiske eller uorganiske forbindelser slik som aluminiumkalsium fosfater eller aluminium-magnesium fosfater med tilsetning av boraks eller borsyre.

Imidlertid har alle disse nevnte fremgangsmåter kun en begrenset anvendelse ved den industrielle produksjon, da de kun kan anvendes på relativt små produkter eller de forhindrer at produktene oksyderes kun opp til det benyttede beleggs smeltetempe-ratur, f.eks. opp til omkring 700°C hvis det benyttes et aluminium-belegg, eller til en temperatur ikke høyere enn 800°C hvis produktene impregneres med andre metaller eller organiske eller uorganiske forbindelser. Gjenstand for foreliggende oppfinnelse er å produsere stoffer av karbon eller grafitt med en forhøyet oksydasjon begynnelsestemperatur, spesielt å produsere grafittelektroder som kan benyttes i fremgangsmåter til fremstilling av elektrostål hvor det ved temperaturer på over 550°C hersker en oksyderende atmosfære.

Fremgangsmåten til fremstilling av karbon og grafittprodukter i henhold til foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å oppnå stoffer som i praksis er helt motstandsdyktige overfor oksydasjon ved temperaturer opp til 900°C• Ved høyere temperaturer i området opp til 1100°C er de således oppnådde produkter karakterisert ved en merkbart redusert koeffisient for mottagelighet overfor oksydering. Dette er vist i det ledsagende diagram i fig.

1 hvor kurve 1 viser graden av mottagelighet for oksydering av u-mettede formede produkter, kurve 2 viser oksyderingsgraden av formede produkter impregnert med en oppløsning av magnesiumbifosfat med tilsetning av borsyre og boraks, kurve 3 viser oksyderingsmotstands-dyktigheten av formede produkter impregnert med borsyre med tilsetning av ammoniumfosfat og kurve 4 viser motstandsdyktigheten for formede produkter impregnert i henhold til foreliggende oppfinnelse.

I henhold til foreliggende oppfinnelse impregneres karbon og grafittprodukter som er oppnådd ved i og for seg kjente fremgangsmåter med vandige .oppløsninger av blandinger av uorganiske forbindelser, f.eks. etter en av de formuleringer som er gitt nedenfor:

De salter som er spesifisert i begge formuleringer blandes med vann ved en temperatur på fra 30 - 105°C i de gitte vektforhold og danner en helt klar vandig oppløsning uten å danne noe bunnfall etter at de avkjøles.

Karbon eller grafittproduktene som skal impregneres oppvarmes på forhånd til en temperatur på fra 250-350°C °g dyppes etter hvert ned i den på forhånd fremstilte oppløsning, hvor temperaturen kan nå kokepunktet, men helst bør være omkring 20°C.

På grunn av forskjellen mellom bad og produkttempe-raturene så vel som på grunn av den hurtige og totale neddypping av de oppvarmede produkter i den relativt kalde vandige oppløsning av uorganiske salter, forårsaker det vakuum som dannes x porene i produktet at oppløsningen suges av seg selv inn i porene i produktene .

Den nevnte fremgangsmåte eliminerer nødvendigheten for bruk av vakuum eller overtrykk ved impregneringsprosessen. Ikke desto mindre kan vakuum-trykk impregnering av produktene gjen-

nomføres for å aksellerere impregneringsprosessen.

I dette tilfellet kan den forberedende oppvarming av produktene sløyfes.

Deretter tørkes de impregnerte produkter ved en temperatur på fra 100-320°C for på en skånsom måte å fordampe vannet fra disse, og produktene varmebehandles deretter ved en temperatur på fra 150-500°C, noe som bevirker dekomponering og stabilisering av kjemiske forbindelser som er oppsamlet i produktets porer. Som et resultat av dette avsettes det et beskyttende saltsjikt på overflaten og i de åpne porer i produktet, noe som senker den totale porøsitet av det behandlede material med omkring 30-35$>°g det overflateareal som kan underkastes oksydering forminskes betydelig. Produkter fremstillet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan impregneres en eller flere ganger, og derved i realiteten gjøres helt motstandsdyktige overfor oksydering opp til temperaturer på 900°C.

Ved høyere temperaturer er oksyderingen av produkter som er impregnert i henhold til foreliggende oppfinnelse flere ganger lavere enn ved produkter som ikke er impregnert..

Det er bevist eksperimentelt at begynnelsestemperaturen for oksydering av produkter impregnert i henhold til foreliggende oppfinnelse, prøvet f.eks. på grafittelektroder med en diameter på 200 mm er omkring 950°C, °S oksyderbarhetskoeffisienten er omkring 8,5•

Tabellene 1 og 2 viser virkningen av denne fremgangsmåte på reduksjonen av oksyderingskoeffisienten for karbon og grafittprodukter-sammenlignet med andre kjente imprégneringsmidler.

Tabell 1 viser virkningen av impregneringen på oksydering av grafittprodukter med en dimensjon på 50 cm x 50 cm ved temperaturene 800°C, 900°C, 1000°C og 1100°C.

De gjennomførte forsøk med stoffer impregnert i henhold til foreliggende oppfinnelse har vist at temperaturen ved hvilken en intens strukturødeleggende oksydering av produktene viser seg, nå er øket til omkring 1100°C, mens nevnte temperatur for pro-fukter impregnert etter kjente fremgangsmåter er omkring '} 00oG lavere. I tillegg til dette påvirker ikke fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse de fysikalsk mekaniske egenskaper av stoffet i negativ retning, de heller forbedrer disse da de på denne måte behandlede stoffer viser en lavere porøsitet og spesifikk motstand, og samtidig en høyere mekanisk styrke. En økning av askeinnholdet som resulterer fra innføring av samme mengde uorganiske forbindelser, hovedsakelig metalliske^ til porene av produktet har ingen større innflytelse på forløpet av de teknologiske proses-ser, hvor nevnteimpregnerte produkter benyttes.

Dette er bevist i praksis ved kjemisk analyse av elektrostål fremstillet med elektroder impregnert i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse utføres i henhold til det flytskjema som er gitt nedenfor: de karbon og grafittprodukter som på forhånd kan være mekanisk bear-

beidet eller ikke, oppvarmes i en varmeovn til en temperatur på

fra 150~350°Q og impregneres deretter ved å dyppe det oppvarmede produkt i en kald impregneringsoppløsning som på forhånd er frem-stilt i henhold til foreliggende oppfinnelse. En vandig oppløs-ning som inneholder impregneringssalter bør fremstilles i blandere utstyrt med varmeviklinger, noe som muliggjør at det kan oppnås en temperatur i oppløsningen på omkring 105°C.

Beretter tørkes de impregnerte produkter i første trinn ved omkring 100-120°C og i andre trinn ved omkring 300-350°C og holdes på denne temperatur i omkring 3-5 timer. Andre karakter-istiske egenskaper ved produktene impregnert i henhold til foreliggende oppfinnelse oppnås i løpet av deres virketid i.elektriske ovner, hvor det ved temperaturer i området over 750°^ dannes et beskyttende metallisk sjikt på ar erflaten av produktene og også inne i porene av nevnte produkter som et resultat av reduksjonskraften av karbon og grafitt på saltene som inneholder de nevnte produkter.

De deler av utrustningen som kommer i direkte kon-takt med impregneringsoppløsningen bør være av kobber, messing eller et plaststoff som ikke reagerer med nevnte oppløsning.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av karbon- eller grafittprodukter med forhøyet oksydasjons begynnelsestemperatur, hvilke er impregnert med en vandig oppløsning som inneholder metallsalter, karakterisert ved at impregneringsoppløsnihgen inneholder kobbersalter og sinksalter med eller uten en andel av aluminiumsalter og av fosforsyre, og at impregneringen gjennomføres ved neddypping av på forhånd oppvarmede produkter i impregneringsoppløsningen, hvoretter produktene tørkes og til slutt underkastes en stabiliserende varmebehandling.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det for den vandige impregneringsoppløsning anvendes kobber-(II)sulfat eller kobber(lI)nitrat i en mengde på 1-150 vektdeler, sink- oksyd i en mengde på 5_40 vektdeler og fosforsyre i en mengde på 100 vektdeler.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at det i impregneringsoppløsningen i tillegg benyttes aluminiumsalter som er oppløselige i vann eller i fosforsyre, f.eks. aluminiumsulfatsalter eller aluminiumoksyd i en mengde .på 1-30 vektdeler .

4. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-3, karakterisert ved at impregneringen gjennomføres ved å oppvarme produktene til 150-350°C og deretter å dyppe dem i kold impregneringsoppløs-ning.

5. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-4, karakterisert ved at de impregnerte produkter underkastes en to-trinns tørking ved temperaturer på 100-120°C og ved temperaturer på 300-350°C.

6. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-5, karakterisert ved at de på forhånd tørkede produkter til slutt underkastes en stabiliserende varmebehandling ved temperaturer på 150-750°C.