RU2256610C2

RU2256610C2 - High-density fine-grain coal-graphite materials production process

Info

Publication number: RU2256610C2
Application number: RU2003116383/15A
Authority: RU
Inventors: А.А. Свиридов (RU); А.А. Свиридов; А.Н. Селезнев (RU); А.Н. Селезнев; С.А. Подкопаев (RU); С.А. Подкопаев; Ю.Ф. Гнедин (RU); Ю.Ф. Гнедин; В.Г. Шеррюбле (RU); В.Г. Шеррюбле
Original assignee: ОАО "Челябинский электродный завод"
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2005-07-20
Also published as: RU2003116383A

Abstract

FIELD: chemical industry branches, special technical equipment, possibly manufacture of different articles and heat exchanging systems.

SUBSTANCE: process comprises manufacture of preliminarily prepared coke-filler of green or baked petroleum coke by performing steps of disintegrating till fraction 90 micrometers at content of fraction 20 -50 micrometers no less than 60 -65 %, mixing it with coal cake in relation 5.0 - 2.0 respectively; heating up to 1100 -1300°C; cooling, disintegrating till fraction no more than 90 micrometers; using prepared coke-filler for making molding mass of articles; pressing articles, firing them and graphitizating. Steps of mixing disintegrated coke with cake at relation 5.0 - 2.0, heating mixture, cooling it and again disintegrating may be repeated twice. Density of articles 1.78 - 1.80 g/cm³, compression strength 67.0 - 72.0 MPa.

EFFECT: enhanced quality of articles having no surface flaws.

2 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области производства конструкционных углеродных материалов и может быть использовано при изготовлении любых обожженных и графитированных материалов с матрицей на основе среднетемпературного пека, пека с повышенной и высокой температурой размягчения, с наполнителем любого гранулометрического состава, по технологии как горячего, так и холодного прессования. В частности, изобретение может использоваться при производстве электродов, анодов, катодных и боковых блоков, графитов для атомной, электротермической и термической техники, химической и теплообменной аппаратуры, а также для различных изделий спецтехники.The invention relates to the production of structural carbon materials and can be used in the manufacture of any annealed and graphitized materials with a matrix based on medium temperature pitch, pitch with a high and high softening temperature, with a filler of any particle size distribution, using both hot and cold pressing technology. In particular, the invention can be used in the manufacture of electrodes, anodes, cathode and side blocks, graphites for atomic, electrothermal and thermal equipment, chemical and heat transfer equipment, as well as for various products of special equipment.

Известен способ получения изделий из углеродных материалов, включающий приготовление пресс-массы путем перемешивания наполнителя (кокса) со связующим (пеком) в нагретом состоянии (до температуры размягчения связующего), прессование заготовок и их обжиг (Патент ФРГ №887940, кл. 12h, 2/C 5 С 3/12, 1953).A known method of producing products from carbon materials, including the preparation of the press mass by mixing the filler (coke) with a binder (pitch) in a heated state (to the softening temperature of the binder), pressing the blanks and firing them (German Patent No. 887940, class 12h, 2 (C 5 C 3/12, 1953).

Этот способ отвечает общепринятой технологии, при которой разогрев пресс-массы при ее перемешивании производят до удвоенной температуры размягчения связующего, при которой обеспечивается текучесть связующего и его адгезия с наполнителем, т.е. образование связующего углерода (Чалых Е.Ф. Обжиг электродов. М., “Металлургия”, 1981, с.81).This method meets the generally accepted technology, in which the press mass is heated with stirring to a double softening temperature of the binder, which ensures the flow of the binder and its adhesion to the filler, i.e. the formation of carbon binder (Chalykh EF Electrode roasting. M., “Metallurgy”, 1981, p. 81).

Недостатком этого способа является отсутствие в нем специальных операций, направленных на исключение неоднородности плотности по сечению изделия, а также на исключение вероятности образования трещин, раковин и пустот в отформованных изделиях при их обжиге.The disadvantage of this method is the absence of special operations in it, aimed at eliminating the heterogeneity of density over the cross section of the product, as well as at eliminating the likelihood of cracks, sinks and voids in the molded products when they are fired.

Известен способ получения изделий из углеродных материалов, в котором для уменьшения поверхностного натяжения термопластичных пеков и улучшения распределения углеродных частичек в объеме изделия поверхность углеродных частичек при приготовлении пресс-массы обрабатывают поверхностно-активными веществами, например олеиновой кислотой (Фиалков А.С. Углерод. Межслоевые соединения и композиты на его основе. М., Аспект-пресс.1997 г., с.149-154).A known method of producing products from carbon materials, in which to reduce the surface tension of thermoplastic pitch and improve the distribution of carbon particles in the volume of the product, the surface of the carbon particles in the preparation of the press mass is treated with surface-active substances, for example oleic acid (Fialkov A.S. Carbon. Interlayer compounds and composites based on it. M., Aspect-press. 1997, p.149-154).

Этот способ способствует получению однородной по плотности структуры углеродного материала, но не устраняет вероятности образования трещин и других внутренних и внешних дефектов изделий.This method contributes to obtaining a uniform density structure of the carbon material, but does not eliminate the likelihood of cracking and other internal and external defects of the products.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения высокоплотного мелкозернистого углеграфитового материала, включающий подготовку уплотненного порошкообразного кокса-наполнителя путем его смешивания при нагревании с расплавленным каменноугольным пеком, охлаждения и измельчения; прессование из полученного порошка изделий, их термообработку и графитацию (Патент РФ №2006462, кл. С 01 В 31/04, 1994 г.).Closest to the invention in technical essence and the achieved result is a method for producing a high-density fine-grained carbon-graphite material, which includes preparing a compacted powdered coke-filler by mixing it when heated with molten coal tar pitch, cooling and grinding; pressing from the obtained powder of products, their heat treatment and graphitization (RF Patent No. 20046462, class C 01 B 31/04, 1994).

Недостатками этого способа являются: сложная многооперационная технологическая схема его осуществления, включающая обжиг полученных изделий, пропитку их каменноугольным пеком под давлением и повторный обжиг изделий, что повышает стоимость получаемого продукта.The disadvantages of this method are: a complex multi-operational technological scheme for its implementation, including firing the products obtained, impregnating them with coal tar pitch under pressure and re-firing the products, which increases the cost of the resulting product.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков аналога и прототипа, получение плотного высокопрочного мелкозернистого углеграфитового конструкционного материала при стабильном высоком выходе годных заготовок.An object of the invention is to remedy these disadvantages of the analogue and prototype, obtaining a dense high-strength fine-grained carbon-graphite structural material with a stable high yield of billets.

Указанная техническая задача изобретения решается тем, что в известном способе получения высокоплотных мелкозернистых углеграфитовых материалов, включающем подготовку порошкообразного кокса-наполнителя путем измельчения нефтяного кокса, смешивания его с каменноугольным пеком, охлаждения полученной смеси и ее измельчения, последующее прессование изделий, их обжиг и графитацию, при подготовке порошкообразного кокса-наполнителя используют сырой или прокаленный нефтяной кокс, его измельчение ведут до крупности 90 мкм с содержанием фракции 20-50 мкм не менее 60-65%, кокс и пек берут в отношении 5,0:2,0, полученную смесь нагревают до 1100-1300°С, измельчение охлажденной смеси проводят до крупности не более 90 мкм, а подготовленный таким образом уплотненный кокс-наполнитель используют при приготовлении пресс-массы для изделий.The specified technical problem of the invention is solved in that in the known method for producing high-density fine-grained carbon-graphite materials, including the preparation of powdered coke-filler by grinding petroleum coke, mixing it with coal tar pitch, cooling the resulting mixture and grinding it, subsequent pressing of the products, roasting and graphitization, in the preparation of powdered coke-filler, raw or calcined petroleum coke is used, its grinding is carried out to a particle size of 90 microns with a content of fra cations of 20-50 microns not less than 60-65%, coke and pitch are taken in a ratio of 5.0: 2.0, the resulting mixture is heated to 1100-1300 ° C, grinding of the cooled mixture is carried out to a particle size of not more than 90 microns, and prepared way compacted coke-filler is used in the preparation of the press mass for products.

Дополнительно техническая задача решается также тем, что при получении уплотненного кокса-наполнителя операции смешивания его с каменноугольным пеком в отношении 5,0:2,0, нагрева смеси, охлаждения и измельчения охлажденной смеси повторяют дважды.Additionally, the technical problem is also solved by the fact that upon receipt of the compacted coke-filler, the operations of mixing it with coal tar pitch in the ratio of 5.0: 2.0, heating the mixture, cooling and grinding the cooled mixture are repeated twice.

Сущность изобретения заключается в следующем. Получение уплотненного кокса-наполнителя путем смешивания с расплавленным каменноугольным пеком непрокаленного или прокаленного нефтяного кокса, измельченного до крупности 90 мкм, при которой содержание фракции 20-50 мкм составляет не менее 60-65%, а соотношение кокс:пек равно 5,0:2,0, и нагрева до 1100-1300°С обеспечивает заполнение пор кокса пеком и повышение плотности кокса. Вязкость каменноугольного пека в процессе нагрева до температуры 1100-1300°С значительно снижается, пек заполняет поры в частицах кокса, повышая его плотность. В процессе нагрева до этой температуры пек теряет летучие вещества и превращается в кокс, близкий по свойствам к нефтяному коксу. При соотношении кокс:пек, равном 5,0:2,0, обеспечивается максимальная пропитка исходного кокса пеком и получение высокоплотного кокса-наполнителя. Измельчение полученного кокса после его охлаждения до крупности 90 мкм и повторение операции пропитки кокса пеком при тех же режимных параметрах исключает получение некачественного наполнителя и гарантирует успешное решение технической задачи изобретения. Заявленные пределы соотношения кокс:пек, рекомендуемая тонкость измельчения исходного кокса и промежуточного продукта, а также предельные значения температуры прокалки пропитанного кокса получены опытным путем.The invention consists in the following. Obtaining compacted coke-filler by mixing with molten coal tar pitch non-calcined or calcined petroleum coke, crushed to a particle size of 90 microns, in which the content of the fraction of 20-50 microns is at least 60-65%, and the ratio of coke: pitch is 5.0: 2 , 0, and heating to 1100-1300 ° С provides filling of pores of coke with pitch and increase of coke density. The viscosity of coal tar pitch during heating to a temperature of 1100-1300 ° C is significantly reduced, the pitch fills the pores in the coke particles, increasing its density. In the process of heating to this temperature, the pitch loses volatiles and turns into coke, similar in properties to petroleum coke. When the ratio of coke: pitch equal to 5.0: 2.0, the maximum impregnation of the original coke with pitch and provides a high-density coke-filler. Grinding the obtained coke after it is cooled to a particle size of 90 μm and repeating the operation of impregnating coke with pitch with the same operating parameters eliminates the production of low-quality filler and guarantees a successful solution of the technical problem of the invention. The stated limits of the ratio of coke: pitch, the recommended fineness of grinding of the starting coke and intermediate product, as well as the limiting values of the calcination temperature of the impregnated coke, were obtained experimentally.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. Для получения высокоплотного мелкозернистого углеграфитового материала кокс-наполнитель получали из нефтяного непрокаленного кокса, измельченного до крупности 90 мкм, причем содержание фракции 20-50 мкм в измельченном коксе составляло 62%. Измельченный нефтяной кокс пропитывали каменноугольным пеком путем нагрева смеси кокса и пека, содержащей 72% кокса и 28% пека (соотношение кокс:пек равно 5,0:2,0). Полученную массу охлаждали, измельчали до крупности 90 мкм и использовали в качестве кокса-наполнителя при приготовлении пресс-массы. Из приготовленной в соответствии с изобретением пресс-массы прессовали заготовки, обжигали их и подвергали графитации. Заготовки после обжига и графитации имели плотность 1,78 г/см³ и прочность при сжатии - 67,0 МПа. Трещин и других дефектов заготовки не имели.Example 1. To obtain a high-density fine-grained carbon-graphite material, the coke-filler was obtained from non-calcined petroleum coke, crushed to a particle size of 90 μm, and the fraction content of 20-50 μm in the crushed coke was 62%. The crushed petroleum coke was impregnated with coal tar pitch by heating a mixture of coke and pitch containing 72% coke and 28% pitch (coke: pitch ratio of 5.0: 2.0). The resulting mass was cooled, crushed to a particle size of 90 μm and used as coke-filler in the preparation of the press mass. From the press-mass prepared in accordance with the invention, preforms were pressed, burned and graphitized. The preforms after firing and graphitization had a density of 1.78 g / cm ³ and compressive strength of 67.0 MPa. There were no cracks or other defects in the workpiece.

Пример 2. Высокоплотный мелкозернистый углеграфитовый материал получали по технологии, аналогичной описанной в примере 1, но операцию подготовки кокса-наполнителя путем пропитки исходного кокса пеком повторяли дважды. Полученный кокс-наполнитель, измельченный до крупности 90 мкм, использовали для приготовления пресс-массы, из которой прессовали заготовки. После обжига и графитации заготовок они имели плотность 1,8 г/см³, прочность при сжатии - 72 МПа и не имели поверхностных дефектов в виде трещин.Example 2. High-density fine-grained carbon-graphite material was obtained according to the technology similar to that described in example 1, but the operation of preparing coke-filler by impregnating the original coke with pitch was repeated twice. The obtained coke-filler, crushed to a particle size of 90 μm, was used to prepare a press mass from which billets were pressed. After firing and graphitization of the workpieces, they had a density of 1.8 g / cm ³ , compressive strength of 72 MPa, and had no surface defects in the form of cracks.

Таким образом, способ согласно изобретению позволяет получать высокоплотные мелкозернистые углеграфитовые материалы высокого качества с нулевым выходом бракованных изделий.Thus, the method according to the invention allows to obtain high-density fine-grained carbon-graphite materials of high quality with zero yield of defective products.

Claims

1. A method of obtaining high-density fine-grained carbon-graphite materials, including the preparation of powdered coke-filler by grinding petroleum coke, mixing it with coal tar pitch, cooling the resulting mixture and grinding it; subsequent pressing of products, their roasting and graphitization, characterized in that in the preparation of powdered coke-filler raw or calcined petroleum coke is used, its grinding is carried out to a particle size of 90 microns with a fraction of 20-50 microns at least 60-65%, coke and pitch they take in a ratio of 5.0: 2.0, the resulting mixture is heated to 1100-1300 ° C, the cooled mixture is crushed to a particle size of not more than 90 microns, and the compacted coke filler thus prepared is used in the preparation of a press mass for products.

2. The method according to claim 1, characterized in that upon receipt of the compacted coke-filler, the operations of mixing it with coal tar pitch in a ratio of 5.0: 2.0, heating the mixture, cooling and grinding the cooled mixture are repeated twice.