RU2400521C2 - Procedure for production of self-sintered mesophase powder for structural materials - Google Patents
Procedure for production of self-sintered mesophase powder for structural materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2400521C2 RU2400521C2 RU2006138411/04A RU2006138411A RU2400521C2 RU 2400521 C2 RU2400521 C2 RU 2400521C2 RU 2006138411/04 A RU2006138411/04 A RU 2006138411/04A RU 2006138411 A RU2006138411 A RU 2006138411A RU 2400521 C2 RU2400521 C2 RU 2400521C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mesophase
- production
- self
- temperature
- pitch
- Prior art date
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Working-Up Tar And Pitch (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения сырья для производства изотропных плотных графитированных конструкционных материалов и изделий на их основе для электроэррозионной обработки, насадок для непрерывной разливки стали и сплавов.The invention relates to a technology for producing raw materials for the production of dense graphite isotropic structural materials and products based on them for electroerosion processing, nozzles for continuous casting of steel and alloys.
Сырьем для получения графитированных конструкционных материалов с высокой плотностью и прочностью является самоспекающийся мезофазный углеродный порошок.The raw material for the production of graphitized structural materials with high density and strength is self-sintering mesophase carbon powder.
Известен способ получения мезофазного углеродного порошка фирмы Кавасаки (KMFS), используемого в производстве углеродных блоков [1]. Порошок получают экстракцией органическим растворителем пиролизованного каменноугольного пека с выделением мезофазных сфер, которые образуются в процессе нагрева и отделением их с последующей фильтрацией.A known method of producing mesophase carbon powder company Kawasaki (KMFS) used in the production of carbon blocks [1]. The powder is obtained by extraction with an organic solvent of pyrolyzed coal tar pitch with the release of mesophase spheres, which are formed during heating and separation, followed by filtration.
Производственный процесс состоит из 4 стадий:The production process consists of 4 stages:
1. Термообработка пека, который является исходным материалом.1. Heat treatment of pitch, which is the starting material.
2. Экстракция органическим растворителем с последующей фильтрацией.2. Extraction with an organic solvent followed by filtration.
3. Обжиг.3. Firing.
4. Классификация (размол, рассев).4. Classification (grinding, sieving).
Наряду с каменноугольными пеками для получения мезофазного порошка по приведенной схеме могут использоваться нефтяные пеки, которые термообробатывают при температуре 440-450°С [2].Along with coal tar pitch, to obtain a mesophase powder according to the above scheme, oil pitch can be used, which heat treat at a temperature of 440-450 ° C [2].
Мезофазные порошки получают из низкокарбонизованного полукокса. Наиболее близкими условиями для получения низкокорбанизованного полукокса являются температурно-временные условия формирования мезофазной матрицы в процессе получения кокса с псевдоизотропной структурой из каменноугольного пека [3].Mesophase powders are obtained from low carbonized semi-coke. The closest conditions for obtaining a low-sulfurized coke are the temperature-time conditions for the formation of a mesophase matrix in the process of producing coke with a pseudo-isotropic structure from coal tar pitch [3].
Процесс переработки каменноугольного пека включает стартовый разогрев высокотемпературного пека до жидкотекучего состояния и последующую карбонизацию расплава пека поднятием температуры до 550°С. Температуру расплава пека поднимают со скоростью не более 20°С/ч от температуры жидкотекучего состояния 300°С до температуры начала карбонизации и формирования мезофазных частиц в изотропной карбонизуемой массе пека 400°С.The process of processing coal tar pitch involves starting heating the high-temperature pitch to a liquid state and subsequent carbonization of the pitch melt by raising the temperature to 550 ° C. The temperature of the molten pitch is raised at a speed of no more than 20 ° C / h from the temperature of the fluid state 300 ° C to the temperature of the onset of carbonization and the formation of mesophase particles in the isotropic carbonizable mass of the pitch 400 ° C.
По достижении этой температуры поддерживают условия, стимулирующие рост количества и размеров частиц мезофазы, путем медленного повышения температуры со скоростью не более 8°С/ч до температуры 480°С, при которой завершают формирование мезофазной матрицы. Поднятием температуры до 550°С, которое ведут со скоростью 50°С/ч, производят фиксацию сформированной мезофазной матрицы путем перевода ее в твердое состояние полукокса.Upon reaching this temperature, conditions are maintained that stimulate the growth of the number and size of mesophase particles by slowly increasing the temperature at a rate of not more than 8 ° C / h to a temperature of 480 ° C, at which the formation of the mesophase matrix is completed. By raising the temperature to 550 ° C, which is conducted at a speed of 50 ° C / h, the formed mesophase matrix is fixed by transferring it to the solid state of semicoke.
Известно, что с целью повышения физико-механических свойств материалов из самоспекающихся углеродных порошков их модифицируют путем введения добавок. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является использование добавки естественного графита различного грансостава к мезофазному углеродному порошку [4].It is known that in order to increase the physicomechanical properties of materials from self-sintering carbon powders, they are modified by introducing additives. Closest to the proposed technical solution is the use of natural graphite additives of different grain sizes to mesophase carbon powder [4].
В основу изобретения положена задача получения нового вида углеродного сырья для производства изотропного композиционного материала с повышенными значениями плотности, прочности и других физико-химических характеристик.The basis of the invention is the task of obtaining a new type of carbon raw material for the production of isotropic composite material with increased values of density, strength and other physico-chemical characteristics.
Решение поставленной задачи заключается в получении самоспекающегося мезофазного углеродного порошка из карбонизованного каменноугольного сырья, модифицированного малослойным наноуглеродом, путем его селективной экстракции в органическом растворителе.The solution of this problem is to obtain a self-sintering mesophase carbon powder from carbonized coal raw materials, modified with low-layer nanocarbon, by selective extraction in an organic solvent.
При получении карбонизованного продукта большое значение имеет природа самого каменноугольного пека. Состав исходного сырья и способ получения пеков определяют их влияние на качество продукта и процессы мезофазных превращений в процессе карбонизации.Upon receipt of the carbonized product, the nature of the coal tar pitch itself is of great importance. The composition of the feedstock and the method for producing pitch determine their influence on the quality of the product and the processes of mesophase transformations in the carbonization process.
Высокотемпературный каменноугольный пек содержит значительное количество мелких дисперсных частиц в исходном состоянии, которые при температуре выше 410°С, соответствующей началу образования мезофазы, с появлением сфер мезофазы располагаются на их поверхности. В объемах, содержащих большее количество дисперсных частиц, сферы мезофазы имеют существенно меньшие размеры. Можно считать, что эти частицы тормозят рост сфер, препятствуя подводу вещества из пековой фазы [5].High-temperature coal tar pitch contains a significant amount of fine dispersed particles in the initial state, which at a temperature above 410 ° C, corresponding to the beginning of the formation of the mesophase, with the appearance of mesophase spheres, are located on their surface. In volumes containing a larger number of dispersed particles, the mesophase spheres are substantially smaller. We can assume that these particles inhibit the growth of spheres, preventing the supply of matter from the pitch phase [5].
В среднетемпературном пеке количество дисперсных частиц в 5-6 раз меньше, поэтому процесс формирования и роста мезофаз в процессе термообработки проходит без помех.In the medium-temperature pitch, the number of dispersed particles is 5-6 times less, therefore, the process of formation and growth of mesophases in the heat treatment process takes place without interference.
При большей скорости подъема температуры образующиеся сферы мезофазы обладают высокой изотропностью и практически не способны к деформации. При замедленном нагревании частицы мезофазы достигают относительно больших размеров. За счет деформации и последующего разложения они приобретают способность к образованию текстуры и к высокой степени трехмерного упорядочивания при графитации.At a higher rate of temperature rise, the resulting mesophase spheres are highly isotropic and practically incapable of deformation. With delayed heating, the mesophase particles reach a relatively large size. Due to deformation and subsequent decomposition, they acquire the ability to form a texture and to a high degree of three-dimensional ordering during graphitization.
В качестве исходного сырья для карбонизации преимущественно использовали среднетемпературный каменноугольный пек. В исходный пек вводили путем механического смешивания модифицирующую добавку малослойного наноуглерода в количестве 0,3-1,0 мас.%.As the feedstock for carbonization, medium-temperature coal tar pitch was mainly used. Modifying additive of low-layer nanocarbon in the amount of 0.3-1.0 wt.% Was introduced into the initial pitch by mechanical mixing.
Наноуглерод - одна из новых форм углерода. Различают однослойные, малослойные и многослойные нанотрубки, т.е нанотрубки, стенки которых образованы из одного или нескольких слоев. Углеродные наноструктуры обладают высокой прочностью, высокой электро- и теплопроводностью, низким коэффициентом термического расширения, что делает их перспективным материалом в качестве модифицирующих добавок в углеродные композиции.Nanocarbon is one of the new forms of carbon. Distinguish single-layer, low-layer and multilayer nanotubes, i.e. nanotubes, the walls of which are formed from one or more layers. Carbon nanostructures have high strength, high electrical and thermal conductivity, low coefficient of thermal expansion, which makes them a promising material as modifying additives in carbon compositions.
В состав исходного сырья карбонизации вводили малослойные (3-4 слоя) углеродные нанотрубки, полученные пиролизом метана на специально синтезированном катализаторе, содержащем молибден и кобальт. Удельная поверхность использованных нанотрубок составляет 600 м2/г.Low-carbon (3-4 layers) carbon nanotubes obtained by methane pyrolysis on a specially synthesized catalyst containing molybdenum and cobalt were introduced into the composition of the carbonization feedstock. The specific surface area of the used nanotubes is 600 m 2 / g.
Количественный интервал введенной добавки обусловлен тем, что при введении добавки менее 0,3 мас.% не наблюдается изменений в свойствах материала по прочности и физико-механическим характеристикам.The quantitative interval of the introduced additive is due to the fact that when the additive is introduced less than 0.3 wt.%, There are no changes in the properties of the material in terms of strength and physico-mechanical characteristics.
Содержание добавки более 1,0 мас.% приводит к деформации и оплыванию образцов после обжига при 1000°С, что свидетельствует об избытке введенной добавки.The additive content of more than 1.0 wt.% Leads to deformation and desalination of the samples after firing at 1000 ° C, which indicates an excess of the added additive.
Процесс карбонизации проводили в интервале температур 430-470°С. Выбор температурного интервала соответствует условиям формирования мезофазной матрицы до перехода ее в твердое состояние полукокса (480°С). Скорость подъема температуры процесса 0,5-1,5 градусов в минуту обеспечивает образование мезофазных сфер оптимального размера. Интервалы температуры карбонизации и скорость ее подъема выбраны опытным путем и обеспечивают наилучшие результаты получения мезофазной матрицы.The carbonization process was carried out in the temperature range 430-470 ° C. The choice of the temperature range corresponds to the conditions for the formation of the mesophase matrix before its transition to the solid state of semicoke (480 ° С). The rate of rise of the process temperature of 0.5-1.5 degrees per minute ensures the formation of mesophase spheres of optimal size. The ranges of carbonization temperature and the rate of its rise were selected experimentally and provide the best results for obtaining a mesophase matrix.
Качество полученного продукта для последующей экстракции оценивали по содержанию летучих веществ и содержанию зольного остатка. Содержание летучих веществ характеризует степень карбонизации продукта и его спекающую способность. Зольные примеси, присутствующие в исходном сырье, не претерпевают практически никаких изменений в выбранном температурном интервале и присутствуют в композиционном материале, где их содержание регламентируется.The quality of the obtained product for subsequent extraction was evaluated by the content of volatile substances and the content of ash residue. The volatile content characterizes the degree of carbonization of the product and its sintering ability. The ash impurities present in the feedstock undergo practically no changes in the selected temperature range and are present in the composite material, where their content is regulated.
В карбонизованном материале, полученном в выбранных температурно-временных режимах, содержание летучих веществ составляет - 20-30 мас.%, содержание зольного остатка - не более 0,3 мас.%.In the carbonized material obtained in the selected temperature-time regimes, the content of volatile substances is 20-30 wt.%, The ash content is not more than 0.3 wt.%.
Карбонизованный продукт подвергали селективной экстракции в органических растворителях при температуре их кипения в течение 1 часа. В качестве экстрагентов использовали толуол, бензол и изооктан.The carbonated product was subjected to selective extraction in organic solvents at their boiling point for 1 hour. Toluene, benzene and isooctane were used as extractants.
Мезофазный порошок, полученный в результате экстракции карбонизованного пека в органическом растворителе, при его температуре кипения в течение 1 часа, содержит оптимальное количество летучих веществ, обеспечивающих возможность получения формованных образцов и их спекаемость при дальнейшей обработке.The mesophase powder obtained by extraction of carbonized pitch in an organic solvent, at its boiling point for 1 hour, contains the optimal amount of volatile substances, providing the possibility of obtaining molded samples and their sintering during further processing.
Жесткое ограничение времени определено на основании исследовательских работ по процессу селективной экстракции.A strict time limit is determined based on research on the selective extraction process.
Отфильтрованный после экстракции твердый остаток просушивали при температуре 110-120°С до постоянного веса. Просушенный твердый остаток представляет собой самоспекающийся мезофазный углеродный порошок. Температурный интервал сушки выбран опытным путем. Именно такая температура сушки позволяет получить самоспекающийся мезофазный углеродный порошок необходимого качества.The solid residue filtered after extraction was dried at a temperature of 110-120 ° C to constant weight. The dried solid residue is a self-sintering mesophase carbon powder. The temperature range of drying is selected empirically. It is such a drying temperature that allows one to obtain self-sintering mesophase carbon powder of the required quality.
Основной характеристикой мезофазных углеродных порошков является способность к спеканию. Порошки, полученные из продуктов с меньшей степенью карбонизации, имеют немного большую величину жидкоподвижного слоя и дают лучшую спекаемость, чем порошки из высококарбонизованного остатка.The main characteristic of mesophase carbon powders is the ability to sinter. Powders obtained from products with a lower degree of carbonization have a slightly larger liquid-moving layer and give better sintering properties than powders from a highly carbonized residue.
Критерием оценки качества мезофазного углеродного порошка, характеризующим его спекающую способность, принято содержание в нем летучих веществ и содержание зольного остатка. Содержание летучих веществ составляет - 8-11 мас.%, зольный остаток - не более 0,3 мас.%.The criterion for assessing the quality of the mesophase carbon powder, characterizing its sintering ability, is the content of volatile substances and the ash content in it. The content of volatile substances is 8-11 wt.%, The ash residue is not more than 0.3 wt.%.
Пример конкретного выполненияConcrete example
В среднетемпературный каменноугольный пек с температурой размягчения 67°С по ГОСТ 10200-83 путем механического смешивания вводили модифицированную добавку малослойного наноуглерода в количестве 0,3-1,0 мас.%, затем карбонизовали в интервале температур 430-470°С со скоростью процесса 0,5-1,5 градусов в минуту в электропечи СНОЛ.In the medium-temperature coal tar pitch with a softening temperature of 67 ° C according to GOST 10200-83, by mechanical mixing, a modified additive of low-layer nanocarbon was introduced in an amount of 0.3-1.0 wt.%, Then carbonized in the temperature range 430-470 ° C with a process speed of 0 , 5-1.5 degrees per minute in the SNOL electric furnace.
Полученный продукт - мезофазную матрицу, измельчали в виброистирателе до фракции менее 100 мкм, затем проводили селективную экстракцию на лабораторной установке АР Miniplan (Германия) в органическом растворителе, в качестве которого использовали толуол по ГОСТ 5789-78 при температуре его кипения в течение 1 часа. Фильтрацию проводили через стеклянную воронку на фильтре «белая полоса».The resulting product, a mesophase matrix, was crushed in a vibration eraser to a fraction of less than 100 μm, then selective extraction was performed on a laboratory apparatus AP Miniplan (Germany) in an organic solvent, which was used toluene according to GOST 5789-78 at its boiling point for 1 hour. Filtration was carried out through a glass funnel on a white strip filter.
Полученный твердый остаток просушивали в лабораторном сушильном шкафу при 110-120°С до постоянного веса.The resulting solid residue was dried in a laboratory oven at 110-120 ° C to constant weight.
Из полученного таким образом порошка формовали модельные образцы диаметром 20 мм при удельном давлении 60-70 МПа, которые термообрабатывали до температуры 1000°С со скоростью подъема температуры 2 градуса в минуту в лабораторной печи СНОЛ. Обоженные образцы графитировали при температуре 2500°С по стандартным режимам в печи Таммана.Model samples with a diameter of 20 mm were formed from the powder thus obtained at a specific pressure of 60-70 MPa, which were heat treated to a temperature of 1000 ° C with a temperature rise rate of 2 degrees per minute in the SNOL laboratory furnace. The calcined samples were graphitized at a temperature of 2500 ° С according to standard conditions in a Tamman furnace.
Режимы получения карбонизованного продукта с модифицирующей добавкой для выделения мезофазного углеродного самоспекающегося порошка, его качественные характеристики, условия получения и характеристики полученного мезофазного порошка, а также свойства модельных образцов на его основе представлены в табл. №№1, 2, 3.The modes of production of a carbonized product with a modifying additive to isolate a mesophase carbon self-sintering powder, its qualitative characteristics, production conditions and characteristics of the obtained mesophase powder, as well as the properties of model samples based on it are presented in Table. No. 1, 2, 3.
Режимы получения карбонизованного продукта с модифицирующей добавкой для выделения самоспекающегося мезофазного углеродного порошка и его качественные характеристикиTable 1.
Modes of obtaining carbonized product with a modifying additive for the allocation of self-sintering mesophase carbon powder and its quality characteristics
примеров№№
examples
(прототип)6
(prototype)
Условия получения и характеристики самоспекающегося мезофазного углеродного порошкаTable 2.
Production conditions and characteristics of self-sintering mesophase carbon powder
Таблица модельных образцов из самоспекающегося мезофазного порошка с модифицирующей добавкойTable 3.
Table of model samples from self-sintering mesophase powder with a modifying additive
Примеры 1, 5 выполнены по режимам, выходящим за пределы формулы изобретения.Examples 1, 5 are performed according to modes beyond the scope of the claims.
Примеры 2-4 объясняют предложенное авторами решение.Examples 2-4 explain the solution proposed by the authors.
Пример 6 выполнен по технологии, указанной в прототипе.Example 6 is made according to the technology specified in the prototype.
Из приведенных примеров следует, что предложенный способ получения самоспекающегося мезофазного углеродного порошка с введением добавки малослойных нанотрубок обеспечивает более высокую плотность и прочность материала на его основе при содержании добавки в оптимальных интервалах.From the above examples it follows that the proposed method for producing a self-sintering mesophase carbon powder with the introduction of an additive of low-layer nanotubes provides a higher density and strength of the material based on it when the additive is contained in optimal intervals.
Промышленное производство такого класса материалов необходимо в различных отраслях техники.Industrial production of this class of materials is necessary in various branches of technology.
Источники информацииInformation sources
1. N.Fukuda, M.Honma // Kawasaki steel tehnical report №16, gane 1987, P.114-116.1. N. Fukuda, M. Honma // Kawasaki steel tehnical report No. 16, gane 1987, P.114-116.
2. M.Martinezz-Eskandell // Carbon, Vol.40. 2002. P.2843-2853.2. M. Martinezz-Eskandell // Carbon, Vol. 40. 2002. P. 2843-2853.
3. Способ переработки каменноугольного пека для конструкционных материалов. Патент 7 С10С 3/10 №2230770. 2004.3. A method of processing coal tar pitch for structural materials. Patent 7 C10C 3/10 No. 2230770. 2004.
4. A.Mirhabibi, В.Rand // Carbon, Vol.41. 2003, P.1593-1603.4. A. Mirhabibi, B. Rand // Carbon, Vol. 41. 2003, P.1593-1603.
5. Смирнов Б.Н., Фиалков А.С. Химия твердого топлива, №6, 1969, с.60-66.5. Smirnov B.N., Fialkov A.S. Chemistry of Solid Fuels, No. 6, 1969, pp. 60-66.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006138411/04A RU2400521C2 (en) | 2006-10-31 | 2006-10-31 | Procedure for production of self-sintered mesophase powder for structural materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006138411/04A RU2400521C2 (en) | 2006-10-31 | 2006-10-31 | Procedure for production of self-sintered mesophase powder for structural materials |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006138411A RU2006138411A (en) | 2008-05-10 |
RU2400521C2 true RU2400521C2 (en) | 2010-09-27 |
Family
ID=39799615
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006138411/04A RU2400521C2 (en) | 2006-10-31 | 2006-10-31 | Procedure for production of self-sintered mesophase powder for structural materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2400521C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487919C1 (en) * | 2012-01-20 | 2013-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Графиты и углеродные материалы" | Method for production of mesophase semi-coke |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2443624C2 (en) * | 2009-10-29 | 2012-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Графиты и углеродные материалы" | Method of producing mesomorphic-phase carbon powder |
-
2006
- 2006-10-31 RU RU2006138411/04A patent/RU2400521C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Смирнов Б.Н., Фиалков А.С. Химия твердого топлива, №6, 1969, с.60-66. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487919C1 (en) * | 2012-01-20 | 2013-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Графиты и углеродные материалы" | Method for production of mesophase semi-coke |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006138411A (en) | 2008-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Katyal et al. | Carbonisation of bagasse in a fixed bed reactor: influence of process variables on char yield and characteristics | |
KR20150134351A (en) | Method for producing graphite and particles for graphite production | |
RU2400521C2 (en) | Procedure for production of self-sintered mesophase powder for structural materials | |
JP6273166B2 (en) | Carbon material manufacturing method | |
US2502183A (en) | Production of carbon bodies | |
JPS6229367B2 (en) | ||
JP4714518B2 (en) | Manufacturing method of coal | |
CN111841494A (en) | Active carbon for air purification | |
KR20180120195A (en) | Method for producing alkaline activated carbon | |
JP5298131B2 (en) | Method for producing needle coke for graphite electrode and raw material oil composition used therefor | |
RU2709446C1 (en) | Method for producing mesophase pitch | |
RU2394870C1 (en) | Nanostructured coal-tar pitch and method of its production | |
JPS5978914A (en) | Manufacture of special carbonaceous material | |
RU2734685C1 (en) | Method of making articles from carbon-carbon composite material | |
RU2722542C1 (en) | Method of producing powdered activated carbon | |
RU2256610C2 (en) | High-density fine-grain coal-graphite materials production process | |
RU2586135C1 (en) | Method of producing binder pitch | |
RU2724753C1 (en) | Method of producing activated carbon | |
RU2682732C1 (en) | Method for production of a cathode pack for an aluminum electrolytic cell | |
JPH0123405B2 (en) | ||
RU2488554C2 (en) | Method of making billets from fine-grained graphite | |
RU2638464C1 (en) | Method of producing briquets for silicon production by reductive melting | |
JPH06102530B2 (en) | Method for manufacturing graphite molded body | |
JPS59164604A (en) | Manufacture of isotropic carbonaceous material of high density | |
RU2557601C1 (en) | Method of processing of fossil coal of ccom brand |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101101 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20121010 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20121226 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131101 |