NO172452B - Romtemperatursement for katodeblokker - Google Patents
Romtemperatursement for katodeblokker Download PDFInfo
- Publication number
- NO172452B NO172452B NO881263A NO881263A NO172452B NO 172452 B NO172452 B NO 172452B NO 881263 A NO881263 A NO 881263A NO 881263 A NO881263 A NO 881263A NO 172452 B NO172452 B NO 172452B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- cement
- resin
- water
- binder
- aggregate
- Prior art date
Links
- 239000004568 cement Substances 0.000 title claims abstract description 76
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 36
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims abstract description 8
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 31
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 claims description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004849 latent hardener Substances 0.000 claims description 3
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 claims description 3
- 229920003987 resole Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011271 tar pitch Substances 0.000 claims description 3
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 13
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- LBLYYCQCTBFVLH-UHFFFAOYSA-N 2-Methylbenzenesulfonic acid Chemical compound CC1=CC=CC=C1S(O)(=O)=O LBLYYCQCTBFVLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 3
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N furfuryl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CO1 XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001033 granulometry Methods 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 2
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 2
- SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;phenol Chemical compound O=C.OC1=CC=CC=C1 SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 2
- DEXFNLNNUZKHNO-UHFFFAOYSA-N 6-[3-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperidin-1-yl]-3-oxopropyl]-3H-1,3-benzoxazol-2-one Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C1CCN(CC1)C(CCC1=CC2=C(NC(O2)=O)C=C1)=O DEXFNLNNUZKHNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001342 Bakelite® Polymers 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004637 bakelite Substances 0.000 description 1
- SRSXLGNVWSONIS-UHFFFAOYSA-N benzenesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 SRSXLGNVWSONIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-N sulfonic acid Chemical compound OS(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
- C04B37/003—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts
- C04B37/005—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts consisting of glass or ceramic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B26/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
- C04B26/02—Macromolecular compounds
- C04B26/10—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C04B26/12—Condensation polymers of aldehydes or ketones
- C04B26/122—Phenol-formaldehyde condensation polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/04—Ceramic interlayers
- C04B2237/08—Non-oxidic interlayers
- C04B2237/086—Carbon interlayers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/36—Non-oxidic
- C04B2237/363—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
- C04B2237/708—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the interlayers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S524/00—Synthetic resins or natural rubbers -- part of the class 520 series
- Y10S524/906—Multipackage compositions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Gas-Filled Discharge Tubes (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
- Prevention Of Electric Corrosion (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse vedrører sementer for sammenbinding av katodeblokker. Mere spesielt vedrører oppfinnelsen sementer for sammenbinding av karbonblokker som anvendes for å danne katoder i elektrolytiske reduksjonsceller.
Aluminium blir konvensjonelt fremstilt ved reduksjon av aluminiumoksyd i en "Hall-Heroult" elektrolysecelle for-synt med en foring som er fremstilt av forbrente karbonblokker. F6ringen virker som ildfast materiale som be-skytter celleveggene og bunnen mot varm smeltet elektrolytt og aluminium, samt som katode for elektrolysepro-sessen. For å danne celleforingen, blir forbrente karbonblokker satt sammen så nær hverandre som mulig, og de uun-gåelige gap mellom blokkskjøtene fylles med et materiale som karboniseres ved cellens drifttemperatur, slik at en enhetlig karbonfSring dannes.
Eventuelle sprekker som dannes i karbonfSringen nedsetter cellens levetid da den varme elektrolytt eller aluminiumet kan penetrere den beskyttende fSring. Det er følgelig vik-tig å anvende et materiale i katodeblokkskjøter som har god resistens mot oppsprekking og krymping.
Varm stampemasse har konvensjonelt vært anvendt for å fylle katodeblokkskjøter. Slike blandinger består normalt av et karbonholdig aggregat, eksempelvis kalsinert antrasitt og et bindemiddel, eksempelvis bek eller en tjære-bekblanding. Med varme stampemasser oppnås gode resul-tater, men de utsetter arbeiderne for ubehagelig tjære-røyk ., og for støy som genereres av stampeverktøyet.
For å overkomme problemet med røykgenerering, er det utviklet forskjellige blandinger som kan anvendes ved romtemperatur, for å fylle katodeblokkskjøtene. Disse blandinger er av to forskjellige typer, nemlig romtem-peraturstampemasser og romtemperatursementer (enkelte ganger også betegnet som "lim"). Romtemperaturstampe-blandinger blir vanligvis dannet ved å tilsette et viskositetsnedsettende oppløsningsmiddel til stampemasser som anvendes varmt, men deres romtemperaturviskositet for-blir relativt høy ,(eksempelvis ca. 5 poise) og følgelig er stampeverktøy nødvendig for å pakke blandingene i de tidligere dannede katodeblokkskjøter. Følgelig vil arbeiderne fremdeles utsettes for støy fra stampeverktøyet når slike blandinger anvendes. I motsetning til dette vil romtemperatursementer som generelt består av et karbonholdig aggregat og et harpiksbasert bindemiddel ha relativt lave viskositeter ved romtemperatur og kan ut-spredes med murskjeer eller lignende på katodeblokkene før skjøtene dannes. Det er derfor åpenbart at sementer er foretrukket ut fra miljøvernhensyn.
Imidlertid er det funnet at kommersielt tilgjengelige romtemperatursementer ikke er tilfredsstillende fordi de kryper og sprekker uakseptabelt når de anvendes i elektrolyseceller. Dette kan tilskrives at kommersielle blandinger blir utviklet for skjøttykkelser på ca. 1 mm, hvilket ikke er uvanlig når det anvendes gra-fittblokker, mens skjøttykkelse på opptil 3 mm er mere vanlig når det anvendes amorfe karbonblokker fordi ma-skineringsomkostningene for slike blokker stiger uakseptabelt for strenge toleransegrenser. Anvendelse av amorfe karbonblokker er vanlig i elektrolyseceller som anvendes ved fremstilling av aluminium, og følgelig er et behov for romtemperatursementer som kan fylle skjøter med en bredde på opptil 3 mm (eksempelvis 2-3 mm) uten at det oppstår sprekker når skjøtene utsettes for cellens driftbetingelser.
Det er antatt at de tidligere forsøk for å fremstille egnede sementer konsentrert om å øke densiteten av det herdede produkt til å gi en skjøt med høy styrke og lav porøsitet, men slike blandinger fører til høy krympning. Det er nå funnet at sprekking finner sted hvis den lineære krympning av sementen overstiger ca.
5% når den ikke-brente sement først utsettes for cellens drifttempreratur (eksempelvis 900-1000°C) som
får bindemidlet til å karbonisere. En liten krympning er tillatelig, og i realiteten ønskelig fordi tilstøtende karbonblokker ekspanderer under oppvarmning, og nedsetter skjøtbredden, men en lineær krympning på mere enn ca. 5% overstiger minskningen av skjøtbredden og innfør-er således en mulighet for brudd i foringen. Det er også funnet at det ikke er lett å fremstille en romtemperatursement med en lineær krympning på mindre enn 5%.
Hvis partikkelstørrelsen for aggregatet reduseres for dette formål, må bindemiddelinnholdet økes for å bibe-holde passende viskositet for påføring med murskje ved romtemperatur, men forøkede mengder av bindemiddel re-sulterer i høyere krympeforhold.
Det er følgelig et behov for en katodeblokksement som er tilstrekkelig flytende for anvendelse ved romtemperatur, og som har en lineær krympning som er mindre enn ca.
5%, når den utsettes for cellens driftsbetingelser, og som har alle de andre nødvendige egenskaper for en katodeblokksement, dvs. et passende karboninnhold og densi
I henhold til oppfinnelsen er det tilveiebragt en sement for katodeblokker sam er særpreget ved at den omfatter et aggregat valgt fra gruppen bestående av kalsinert antrasitt, grafitt eller blandinger derav, hvilket aggregat har en partikkelstørrelse mindre enn 0,295 rom, og et bindemiddel omfattende-10 35 vekt-%, regnet på vekten av den totale vekt av sementen, av en herdbar, vannoppløselig, flytende polymerharpiks, og 10-35 vekt-% av vann regnet på den totale vekt av sementen, og hvor bindemidlet har en viskositet på ca. 200 eps eller mindre ved 25°C, idet den totale vekt av bindemidlet ligger innen området 40-50 vekt-% regnet på totalvekten av sementen, og hvor bindemidlet i det vesentlige er fritt for tjære eller tjære-bek blandinger. Ytterligere trekk fremgår av kravene 2-6.
I beskrivelsen anvendes betegnelsen "rom" eller "om-givende" temperatur. Begge disse betegnelser betyr temperaturer som normalt hersker på de steder hvor sementen anvendes før celledrift, eksempelvis 10-35°C, mere vanlig 15-25°C, og optimalt ca. 25 C.
Med betegnelsen "vannoppløselig flytende polymerharpiks" menes en hvilken som helst harpiks som er flytende ved romtemperatur og som har en oppløselighet i vann ved romtemperatur på minst 1 vekt/%, (dvs. minst 1 g av harpiksen vil oppløses i 100 g vann). I sementbland-ingen i henhold til oppfinnelsen kan forholdet mellom harpiks og vann være slik at ikke all harpiks oppløses. Dette er akseptabelt forutsatt at den uoppløselige del av harpiksen er blandbar med vann, dvs. er istand til å danne en kolloidal suspensjon med vann hvor vann ut-gjør den diskontinuerlige fase for jevnt dispergert i den kontinuerlige fase. Harpiksen bør også være istand til å størkne ved fornetning eller ved ytterligere poly-merisering ved romtemperatur eller høyere temperatur.
Flytende harpikser som krever tilstedeværelse av et herdemiddel for å tilveiebringe størkning kan anvendes, i hvilket tilfelle bindemidlet ytterligere bør inneholde en katalytisk effektiv mengde av et ikke-latent (romtemperatur) eller latent (for høy temperatur) herdemiddel.
Sementen i henhold til oppfinnelsen utviser et passende lavt lineært krympeforhold (ca. 5% eller mindre) når den utsettes for karbonisering, samtidig som den også utviser lav viskositet ved romtemperatur. Dette antas å kunne tilskrives det faktum at tilstedeværelse av vann bibeholder det nødvendige lave viskositet av sementen ved romtemperatur, og samtidig tillater at både partik-kelstørrelsen av det karbondholdige aggregat og harpiks-innholdet kan holdes lavt for å nedsette den lineære krympning. Vannet bidrar ikke noe til forkoksnings-verdien for bindemidlet, og vil følgelig heller ikke bi-dra til krympning av sementen under karboniseringen. Isteden vil vannets lave kokepunkt og manglende reakti-vitet bety at det unslippes fra sementen før karbonatisering finner sted, enten ved avdampning eller ved å trekke inn i de porøse katodeblokker, eller begge deler, og vil vanligvis etterlate en fordelt porøsitet (dvs. små jevnt adskilte porer) gjennom sementen. I motsetning til tidligere antagelse om at porøsitet i sement måtte unngås så vil den fordelte porøsitet dannet av vannet ikke svek-ke sementen etter karbonatisering, heller ikke vil den tillate unødvendig penetrering av celleinnholdet i ka-todeblokkskjøtene.
Som det vil fremgå av det etterfølgende, har forsøk vist at visse lavtkokende organiske oppløsningsmidler ikke er effektive erstatninger for vann i foreliggende sement-blandinger, og følgelig synes det som om at vannet ikke bare virker som et viskositetsnedsettende middel for sementen, slik som angitt ovenfor.
Uten å ville bli bundet til noen spesiell teori, så er det antatt at vannet er effektivt av de følgende grunner. Når visse tidligere kjente sementer ble herdet, ble det observert at det oppsto en "skumming" av sementen i blokk-skjøten som i vesentlig grad ekspanderte og svekket sementen og dannet et meget porøst produkt. Disse sementer inneholdt fenolharpikser som frigir flyktige bestanddeler, hovedsakelig vanndamp, når de polymeriserte og fornettet, og det er antatt at en akselerert frigiving av flyktige bestanddeler forårsaket skumming. Tilstedeværelse av vann i bindemidlet kan tjene til å nedsette frigivelseshastig-heten av flyktige bestanddeler som følge av to separate mekanismer. For det første vil vann erstatte noe av bindemidlet og således nedsette konsentrasjonen av harpiks og forsinke herdeprosessen. For det andre vil tilstedeværelse av vann forskyve likevekten for herdereak-sjonen i den motsatte retning, og følgelig ytterligere forsinke herdetrinnet. Den sistnevnte mekanisme kan for-klare hvorfor vann er effektivt mens visse andre oppløs-ningsmidler ikke er effektive.
Når innholdet av harpiks overstiger 35 vekt/% av sementen, vil krymping av harpiksen ved karbonisering bli uakseptabelt høy. Mindre enn 10 vekt/% harpiks er for lite til å gi passende avbinding av aggregatet. Når mere enn 35 vekt% vann er tilstede, vil porøsiteten av den karbonatiserte sement bli for høy. Når mindre enn 10 vekt% vann er tilstede, vil romtemperaturviskositeten for sementen være for høy. Området 40-50 vekt% bindemiddel (harpiks plus vann) gir en passende romtemperaturviskositet til sementen, og samtidig begrense krymping ved karbonatisering.
Den flytende polymere harpiks har fortrinnsvis en høy forkoksningsverdi, dvs. større enn 35 vekt% , og er en som er oppløselig i vann ved romtemperatur, og som også er herdbar ved omgivelsestemperaturen eller ved forhøy-et temperatur. Resol og novolakharpikser kan anvendes og harpikser av fenolformaldehydtypen med lav viskositet ved omgivelsestemperaturen og et høyt karboninnhold er foretrukket. Egnede harpikser kan erholdes fra Bordon Chemical Company og fra Bakelite Company. Et latent eller ikke-latent herdemiddel kan, om ønsket, anvendes, avhengig av den anvendte harpiks. Novolakharpikser vil alltid kreve tilstedeværelse av et herdemiddel .
Viskositeten for bindemidlet (harpiks pluss vann) holdes fortrinnsvis under 200 eps ved 25°C.
Aggregatet har fortrinnsvis en partikkelstørrelsesfordel-ing (granulometry) hvor 20-100% av partiklene har en størrelse mindre enn 0,295 mm, og hvor eventuell rest ligger innen området 0,074 mm til 0,29 5 mm.
Når antrasitt anvendes, blir aggregatet kalsinert før bruk, fortrinnsvis ved en temperatur på 1600-1800°C. Kalsineringen har de følgende effekter: a) eliminere flyktige bestanddeler som er tilstede i den ikke-brente antrasitt, b) nedsette svelling som følge av natriumabsorbsjon, og c) eliminere krymping av antrasitten når denne utsettes
for høye temperaturer.
Hvis det anvendes et herdemiddel, kan det være av den ikke-latente (dvs. omgivelsestemperatur)-typen eller av den latente (dvs. forhøyet temperatur)-type og bør være tilstede i en katalyttisk effektiv mengde, normal opptil 5 vekt% av bindemidlet. Når fenolformaldehyd anvendes som harpiks, så er eksempler på herdemiddel fosforsyre, touene sulfonsyre og benzensulfonsyre.
Sementen fremstilles fortrinnsvis som følger. Først blir herdemidlet, hvis dette anvendes, oppløst i en del av vannet, og den resulterende oppløsning blandes med aggregatet. Den gjenværende del av vannet blandes med harpiksen og den resulterende oppløsning tilsettes aggregatbland-ingen og blandes kontinuerlig i noen minutter (eksempelvis 2-5 min.) Sementen kan deretter påføres overflatene av katodeblokkene ved omgivelsestemperaturen under anvendelse av en mureskje eller annen anordning for å fyl-
le skjøter med en tykkelse i området 1-3 mm. Sementen størkner ved omgivelsestemperaturen (når et ikke-latent herdemiddel anvendes) og full styrke vil normalt være utviklet i løpet av 24-48 timer. Sementen vil undergå karbonisering under oppstartning av cellen, men ved det tidspunkt vil vannet i det vesentlige være dispergert ved fordampning og/eller absorbsjon i katodeblokkene.
Sementene ifølge oppfinnelsen kan selges i forblandet form, men det er mere sannsynlig at de forskjellige bestanddeler kan pakkes separat, slik at brukeren kan blande den umiddelbart ført bruk. Ytterligere, da vann trolig vil være lett tilgjengelig ved brukerstedet for sementen, så kan produktet selges i form av et "sett" inneholdende alle bestanddelene bortsett fra vann, sammen med instruksjoner med hensyn til hvor meget vann som skal tilsettes, og hvorledes blandingene skal sam-menblandes. Et slikt sett kan inneholde de følgende bestanddeler i separate pakker eller kamre:
a. grafitt/antrasittaggregatet
b. den flytende harpiks (uten vann)
c. eventuelt herdemiddel.
De relative andeler av disse bestanddeler vil være de som er nødvendig i henhold til oppfinnelsen, og et ytterligere eventuelt element i settet vil være en blander (eksempelvis et vanlig blandetrau) for å muliggjøre at sementen kan fremstilles på egnet måte av brukeren.
Selv om sementen ifølge oppfinnelsen er utviklet spesielt for sammenbinding av katodeblokker, så kan de naturlig-vis også anvendes i andre høytemperåtur, ikke-oksider-ende omgivelser hvor lav krympning er nødvendig, eksempelvis ved fremstilling av ildfaste féringer i elektris-ke lysbueovner som anvendes ved fremstilling av stål.
De for tiden foretrukne utførelsesformer av oppfinnel-
sen blir vist i de følgende eksempler. I eksemplene er prosentandeler pr. vekt hvis intet annet er angitt. Fe-nolformaldehydharpiksen er anvendt i eksemplene, hadde en viskositet på 100-200 eps ved 25°C, forkoksningsver-
di på 35-40%, og var vannoppløselige.
Eksempel 1.
Et aggregat bestående av grafittpulser ble anvendt. Ag-gregatstørrelsesfordelingen var 100% mindre enn 0,21 mm med 20% av mindre enn 0,074 mm fraksjon. Sementen ble dannet ved å blande aggregatet med et bindemiddel. Bindemiddelinnholdet av sementen var 44.9%, dvs. 13.2% av en flytende formaldehydharpiks oppløselig i vann og 31.7% vann. Fast toluensulfonsyre (2.2%) ble anvendt som et ikke-latent herdemiddel.
Sementen ble fremstilt på følgende måte. Toluen sulfonsyren ble oppløst i 40% av den totale, vannmengde som skulle anvendes i bindemidlet. Denne oppløsning ble blandet med aggregatet i 2 min. ved romtemperatur. Harpiksen og den gjenværende del av vannet ble tilsatt og blandingen ble fortsatt i 5 min. Den lineære krymping av sementen ved brenning fra 25°C til 970°C var 1.81%. Ytterligere egenskaper var som følger: Tilsynelatende densitet, ubrent, = 0.953 g/cm<3 >Tilsynelatende densitet, brent, = 0.939 g/cm<3>
Eksempel 2.
Et aggregat av elektrisk kalsinert antrasitt ble fremstilt
med en partikkelstørrelsesfordeling på 100% mindre enn 0,074 mm. Sementen ble dannet under anvendelse av 45.9% av et bindemiddel, dvs. 33.2% av en vannoppløselig flytende fenol-formaldehydharpiks og 12.7% vann. Fast toluensulfon-
syre (2.2%) ble anvendt som et ikke-latent herdemiddel. Katalysatoren ble oppløst i 18% av den totale mengde
vann som skulle anvendes i bindemidlet. Denne oppløs-
ning ble forblandet med aggregatet ved romtemperatur i 2 min. Det gjenværende bindemiddel ble tilsatt og bland-
et kontinuerlig i ytterligere 5 min. Den lineære krymp-
ning for sementen ved brenning fra 250C til 970°C var 4.40%. Andre egenskaper var som følger: Ubrent sement: Tilsynelatende densitet = 1.28 g/cm<3 >Brent sement: Tilsynelatende densitet =1.03 g/em<3 >Spesifik elektrisk motstand = 1.01 jaJlm Kompresjonssyrke =23.8 MPa
Katodeblokker ble forenet med et 2 mm tykt lag av sement. Adhesjon av blokkene ble bibeholdt etter tørking av se-
menten og brenning ved 500°C. Skjøtenes motstand mot elektrolyttpenetrering var utmerket.
Eksempel 3.
Et grafittaggregat med en partikkelstørrelsesfordeling
på 100% mindre enn 0,295 mm og 2o% mindre enn 0,074
mm ble fremstilt. En sement ble dannet fra aggregatet og 44.9% av et bindemiddel bestående av 31.7% vann og 13.2% av en vannoppløselig fenolformaldehydharpiks. Den inneholdt også 2.2% toluensulfonsyre'tilsatt som ikke-
latent herdemiddel.
Toluen sulfonsyren ble oppløst i ca. 20% av den totale mengde vann som skulle anvendes i bindemidlet. Den er-holdte oppløsning ble blandet med aggregatet i 2 min.
ved romtemperatur. Blanding ble fortsatt i 5 min. et-
ter tilsetning av den gjenværeende del av bindemidlet.
Den lineære krymping av blandingen ved brenning fra
25oc til 970°C var 2.09%. Den brente sement hadde en tilsynelatende densitet på 0.916 g/cm<3>.
Sammenligningseksempel 1.
De følgende forsøk ble utført under anvendelse av en kommersielt tilgjengelig sement. Sementen besto av to kompo-nenter: en flytende komponent og et tørt aggregat med denfølgende granulometri: 8% 0,208 mm til 0,295 mm
27% 0,147 mm til 0,208 mm
58% 0,074 mm til 0,147 mm
70% mindre enn 0,074 mm
Det anbefalte forhold av de to bestanddeler var 36:100 (væske:fast). Oppløsningsmidlet var i dette tilfelle en blanding av furfural, furfurylalkohol etc. Elektroder ble dannet med sementen, og ble herdet i 4 timer ved 100°C, og deretter i 16 timer ved 125°C og brent ved 970°C. Egenskapene for de brente elektroder var som følger:
Ubrent densitet = 1.47 g/cm<3>
Brent densitet = 1.24 g/cm<3>
Dimensjonsforandringer: diameter -8.59%
lengde: -2.62%.
Den lineære krympning av sementen oversteg 7% og kunne følgelig ikke overvåkes med det tilgjengelige instrument. Den brente densitet for disse elektroder er høyere sammen-lignet med den brente densitet på ca. 1.00 g/cm3 for elektrodene i henhold til foreliggende oppfinnelse. Imidlertid var krympingen mer enn fordoblet.
Sammenligningseksempel 2.
En annen kommersielt tilgjengelig katodeblokksement, hvor sammensetningen ikke var i henhold til den foreliggende oppfinnelse, ble fremstilt.
Den faste komponent av den kommersielt tilgjengelige sement ble blandet med en flytende komponent i forholdet 2:3 (bindemiddelinnhold 60%). Granulometrien for den faste komponent var som følger:
26 % større enn 0,208 mm
8,5 % 0,208 mm til 0,295 mm
34,5 % 0,147 mm til 0,208 mm 22 % 0,074 mm til 0,147 mm
9 % mindre enn 0,074 mm
En elektrode ble dannet, men den sprakk fullstendig ved brenning som følge av for stor krympning, hvilket gjorde det umulig å bestemme noen egenskaper.
Sammenligningseksempel 3.
Fremgangsmåten ifølge eksempel 2 ble gjentatt, bortsett fra at ethanol ble anvendt isteden for vann. De resulterende forsøkselektroder ble støpt og underkastet aksel-lerert herding ved en temperatur på llO<O>C. En betydelig ekspansjon av elektrodene fant sted under herdningen, hvilket resulterte i en høy porøsitet i de herdede elektroder, som ikke var tilfredsstillende.
Fremgangsmåten ble gjentatt bortsett fra at det ble for-søkt å herde elektrodene ved romtemperatur. Mens elektrodene fremstilt i henhold til oppfinnelsen, innbefat-tende vann, var fullt utherdet etter 24 timer, ble de som inneholdt ethanol ikke herdet overhodet ved romtemperatur, selv etter mange døgn.
Sammenligningseksempel 4.
De to fremgangsmåter vist i sammenligningseksempel 3 ble gjentatt under anvendelse av dimethylformamid (DMF) isteden for ethanol og de samme utilfredsstillende resul-tater ble erholdt.
Resultatene viser at disse lavtkokende organiske oppløs-ningsmidler, dvs. methanol og DMF, ikke kan anvendes for å erstatte vann i foreliggende oppfinnelse.
Claims (6)
1. Romtemperatursement for katodeblokker, karakterisert ved at den omfatter: et aggregat valgt fra gruppen bestående av kalsinert antrasitt, grafitt eller blandinger derav, hvilket aggregat har en partikkelstørrelse mindre enn 0,295 mm, og et bindemiddel omfattende 10-35 vekt-%, regnet på vekten av den totale vekt av sementen, av en herdbar, vannoppløselig, flytende polymerharpiks, og 10-35 vekt-% av vann regnet på den totale vekt av sementen, og hvor bindemidlet har en viskositet på ca 200 eps eller mindre ved 25°C idet den totale vekt av bindemidlet ligger innen området 40-50 vekt-% regnet på totalvekten av sementen, og hvor bindemidlet i det vesentlige er fritt for tjære eller tjære-bek blandinger.
2. Sement ifølge krav 1,
karakterisert ved at harpiksen er en flytende resolharpiks eller en flytende resolhydharpiks.
3. Sement ifølge krav 1,
karakterisert ved harpiksen er en flytende fenol-formaldehydharpiks.
4. Sement ifølge krav l,
karakterisert ved at harpiksen er novolakk-harpiks og at harpiksen inneholder en katalytisk effektiv mengde av et herdemiddel for harpiksen.
5. Sement ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at bindemidlet inneholder en katalytisk effektiv mengde av et herdemiddel for harpiksen, såsom et ikke-latent eller latent herdemiddel.
6. Sement ifølge hvilket som helst av de foregående krav,
karakterisert ved at 20-100% av aggregatet
består av partikler mindre enn 0,074 mm, og eventuell balanse utgjøres av partikler som ligger i området 0,074 - 0,295 mm.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CA000532773A CA1271324A (en) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | Cement for cathode blocks |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO881263D0 NO881263D0 (no) | 1988-03-22 |
NO881263L NO881263L (no) | 1988-09-26 |
NO172452B true NO172452B (no) | 1993-04-13 |
NO172452C NO172452C (no) | 1993-07-21 |
Family
ID=4135262
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO881263A NO172452C (no) | 1987-03-23 | 1988-03-22 | Romtemperatursement for katodeblokker |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4816511A (no) |
EP (1) | EP0284298B1 (no) |
AT (1) | ATE58760T1 (no) |
AU (1) | AU594616B2 (no) |
BR (1) | BR8801277A (no) |
CA (1) | CA1271324A (no) |
DE (1) | DE3861145D1 (no) |
IN (1) | IN172682B (no) |
NO (1) | NO172452C (no) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5120478A (en) * | 1988-09-06 | 1992-06-09 | Alcan International Limited | Cement for collector bar-carbon block joints of electrolytic cells |
US5886092A (en) * | 1993-06-21 | 1999-03-23 | Comalco Aluminuim Limited | Binder systems |
ZA944431B (en) * | 1993-06-21 | 1995-02-15 | Comalco Alu | Binder systems |
AU703999B2 (en) * | 1995-04-21 | 1999-04-01 | Alcan International Limited | Multi-polar cell for the recovery of a metal by electrolysis of a molten electrolyte |
US7785712B2 (en) * | 2004-10-21 | 2010-08-31 | Graftech International Holdings Inc. | Carbon foam structural insulated panel |
US8021750B2 (en) * | 2004-10-21 | 2011-09-20 | Graftech International Holdings Inc. | Insulated panel for mine safe rooms |
US7232606B2 (en) * | 2004-10-21 | 2007-06-19 | Ucar Carbon Company Inc. | Sealant for high strength carbon foam |
US7776430B2 (en) * | 2004-10-21 | 2010-08-17 | Graftech International Holdings Inc. | Carbon foam tooling with durable skin |
DE502006003010D1 (de) † | 2006-05-04 | 2009-04-16 | Sgl Carbon Ag | Hochtemperaturbeständiger Verbundwerkstoff |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA683872A (en) * | 1964-04-07 | C. Johnson Paul | Carbonaceous cement | |
CA664493A (en) * | 1963-06-04 | T. Fish Elford | Thermosetting carbonaceous cement | |
US3871986A (en) * | 1973-10-31 | 1975-03-18 | Reynolds Metals Co | Joint ramming cement for electrolytic reduction cell cathodes |
US3969124A (en) * | 1974-02-11 | 1976-07-13 | Exxon Research And Engineering Company | Carbon articles |
IN151193B (no) * | 1978-04-20 | 1983-03-05 | Savoie Electrodes Refract | |
JPS5898378A (ja) * | 1981-12-08 | 1983-06-11 | Nippon Light Metal Co Ltd | プリベ−ク炭素陽極用充填目地材 |
-
1987
- 1987-03-23 CA CA000532773A patent/CA1271324A/en not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-03-18 EP EP88302367A patent/EP0284298B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-03-18 DE DE8888302367T patent/DE3861145D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-03-18 AT AT88302367T patent/ATE58760T1/de not_active IP Right Cessation
- 1988-03-22 US US07/171,692 patent/US4816511A/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-03-22 BR BR8801277A patent/BR8801277A/pt not_active Application Discontinuation
- 1988-03-22 AU AU13374/88A patent/AU594616B2/en not_active Ceased
- 1988-03-22 NO NO881263A patent/NO172452C/no unknown
- 1988-03-22 IN IN233DE1988 patent/IN172682B/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IN172682B (no) | 1993-11-06 |
DE3861145D1 (de) | 1991-01-10 |
EP0284298A1 (en) | 1988-09-28 |
AU594616B2 (en) | 1990-03-08 |
NO881263D0 (no) | 1988-03-22 |
NO881263L (no) | 1988-09-26 |
BR8801277A (pt) | 1988-10-25 |
US4816511A (en) | 1989-03-28 |
CA1271324A (en) | 1990-07-10 |
NO172452C (no) | 1993-07-21 |
AU1337488A (en) | 1988-09-22 |
ATE58760T1 (de) | 1990-12-15 |
EP0284298B1 (en) | 1990-11-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4466996A (en) | Aluminum cell cathode coating method | |
US4775455A (en) | Binder system for anodes, cathodes, and electrodes | |
CA1196033A (en) | Use of resorcinol polymer blend as a binder for carbon-containing refractory brick and shape | |
NO172452B (no) | Romtemperatursement for katodeblokker | |
US4466995A (en) | Control of ledge formation in aluminum cell operation | |
US4526911A (en) | Aluminum cell cathode coating composition | |
EP2527773B1 (en) | Refractory for an inner lining of a blast furnace, obtained by semi-graphitization of a mixture comprising C and Si. | |
NO873508L (no) | Elektrisk ledende sement for anvendelse i elektrolyseceller. | |
EP0083654B1 (en) | Refractory hard material-carbon fiber cathode coatings for aluminum reduction cells | |
EP0116583B1 (en) | A refractory composition | |
EP0102186A2 (en) | Improved cell for electrolytic production of aluminum | |
JP4023577B2 (ja) | 高炉炉壁間隙充填用圧入材 | |
JP4132471B2 (ja) | 高炉補修用非水系圧入材 | |
US4436678A (en) | Method for hot repairing the inside of a furnace | |
JPH10212155A (ja) | 炭素含有耐火物およびその製造方法 | |
US5120478A (en) | Cement for collector bar-carbon block joints of electrolytic cells | |
WO1984000565A1 (en) | Aluminum cathode coating cure cycle | |
NO319014B1 (no) | Fremgangsmate ved fremstilling av et karbonholdig materiale, blanding for anvendelse i fremgangsmaten, artikkel fremstilt derved samt bindemiddelsystem | |
JPS5957968A (ja) | 高炉出銑孔の閉塞材料 | |
NO169727B (no) | Ildfaste haarde katodebelegg av karbonfiber for aluminiumreduksjonsceller | |
JPH02212356A (ja) | 炉補修材用バインダー | |
JPH03271168A (ja) | 不定形耐火物 | |
JPS60208406A (ja) | 高炉用マツド材のバインダ− | |
JPH0127995B2 (no) | ||
JPH07237976A (ja) | 高炉の圧入用不定形耐火物 |