RU2780454C1 - Способ получения углеграфитовых изделий - Google Patents
Способ получения углеграфитовых изделий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2780454C1 RU2780454C1 RU2021130743A RU2021130743A RU2780454C1 RU 2780454 C1 RU2780454 C1 RU 2780454C1 RU 2021130743 A RU2021130743 A RU 2021130743A RU 2021130743 A RU2021130743 A RU 2021130743A RU 2780454 C1 RU2780454 C1 RU 2780454C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- container
- carbon
- graphite
- blanks
- firing
- Prior art date
Links
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 29
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 26
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims abstract description 24
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229960000539 carbamide Drugs 0.000 claims abstract description 14
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 12
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004939 coking Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005025 nuclear technology Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 7
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000003996 CFU-GM Anatomy 0.000 description 1
- RQFCJASXJCIDSX-UUOKFMHZSA-N Guanosine monophosphate Chemical compound C1=2NC(N)=NC(=O)C=2N=CN1[C@@H]1O[C@H](COP(O)(O)=O)[C@@H](O)[C@H]1O RQFCJASXJCIDSX-UUOKFMHZSA-N 0.000 description 1
- 102200052313 POLD1 G21C Human genes 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002803 Thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 235000013928 guanylic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 1
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение может быть использовано для изготовления электродов, тиглей, нагревателей, материалов для атомной техники, например уран-графитовых тепловыделяющих элементов. Заготовки помещают в контейнер из графлекса или графита, используя в качестве засыпки карбамид в количестве 5-10 мас. % заготовок. Контейнер с заготовками накрывают крышкой, обеспечивая ограниченный доступ воздуха, и помещают в замкнутую ёмкость, которую заполняют углеродной засыпкой - нефтяным гранулированным коксом, также добавляя в него карбамид в количестве 5-10 мас. % засыпки. Обжиг заготовок проводят при нагревании до 750-800°С. Упрощается процесс обжига, повышается качество углеграфитовых изделий, особенно малогабаритных, за счет исключения их окисления и прикоксовывания засыпки. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
И зобретение относится к производству углеродных изделий, а именно к технологии их обработки при обжиге, и может быть использовано в различных отраслях техники для изготовления электродов, тиглей, нагревателей, а также материалов для атомной техники, например, уран-графитовых тепловыделяющих элементов.
Процесс производства углеграфитовой продукции состоит из нескольких технологических операций, среди которых обжиг занимает особое место при изготовлении углеграфитовых изделий. Главным процессом при обжиге «зеленых» заготовок является формирование цементирующей коксовой решетки из связующего. При этом происходит термическая деструкция связующего, образование из него полукокса и последующее превращение его в кокс. Обжиг определяет качество и эксплуатационные свойства углеграфитовой продукции. Качество получаемых углеграфитовых изделий в значительной мере зависит от их степени окисления при проведении обжига.
Известно, что в окислительных средах углеграфиты стойки при относительно низких температурах (до 400°С), но при высоких температурах они вступают в реакции сравнительно легко. В зависимости от среды температура начала заметного взаимодействия с графитом может существенно меняться. Так, например, реакция с кислородом воздуха начинается при 400°С, а с углекислым газом - при температуре 500°С (Левашова А.И., Кравцов А.В. Химическая технология углеродных материалов: Учебное пособие. - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - стр. 14). Кроме того, при обжиге окисленная и не окисленная части углеграфитовых заготовок претерпевают различную по величине усадку, что неизбежно ведет к образованию трещин и разрушению. Поэтому температурный интервал обжига 400-600°С требует наиболее ответственного подхода к выбору газообразной среды.
Для качественного проведения процесса обжига применяют косвенный обогрева изделий через стенку. Однако в подавляющем большинстве случаев этого недостаточно. Эта проблема решается тем, что углеграфитовые заготовки помещают в упаковочный материал (засыпку), который частично предохраняет изделие от окисления и деформации, более равномерно распределяет температурное поле в объеме камеры нагрева, уменьшая тем самым градиент температуры, влияет на состав и давление газовой атмосферы в печи (Левашова А.И., Кравцов А.В. «Химическая технология углеродных материалов» Учебное пособие. Томск, изд-во ТПУ, 2008, стр. 72). В качестве засыпки используют измельченный металлургический кокс или смесь антрацита и речного песка.
Известен способ получения углеграфитовых изделий, заключающийся в том, что их термообработку осуществляют при периодическом снижении температуры обжига изделий в областях фазовых переходов связующего (RU 2230380, МПК G21C 21/02 (2000.01), опубл. 10.06.2004). Такой обжиг требует проведения термообработки в инертной или восстановительной атмосфере, что усложняет аппаратурное оформление процесса.
Известен способ получения углеграфитовых изделий, по которому обжиг изделий осуществляют в контейнере под давлением выделяющихся летучих газов (SU 865789, МПК С01В 31/04 (2000.01), опубл. 23.09.1981). Недостаток этого способа заключается в том, что при запрессовке заготовки в контейнер и последующей термообработке давление выделяющихся летучих газов достигает нескольких десятков атмосфер. Кроме того, требуется изготовление специального индивидуального контейнера, что делает проблематичным применение способа при массовом выпуске изделий.
Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче является способ получения углеграфитовых изделий, включающий размещение углеграфитовых заготовок в контейнере с углеродной засыпкой между заготовками и стенками контейнера и последующий обжиг заготовок и графитацию в герметично закрытом контейнере под давлением выделяющихся летучих (GB 759160, МПК С04В 35/532, опубл. 17.10.1956). Этот способ достаточно эффективен при получении крупногабаритных изделий, когда количество воздуха, содержащегося в засыпке, недостаточно для заметного окисления поверхности обжигаемой заготовки. Однако такой обжиг малогабаритных заготовок в присутствии засыпки приводит к их частичному окислению и прикоксовыванию засыпки к поверхности получаемых изделий. Помимо этого, проведение обжига в герметичном контейнере при высокой температуре и высоком давлении (десятки атмосфер) усложняет аппаратурное оформление процесса.
Задача изобретения и достигаемый при использовании изобретения технический результат - упрощение процесса обжига и повышение качества углеграфитовых изделий, особенно малогабаритных, за счет исключения их окисления и прикоксовывания засыпки.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения углеграфитовых изделий, включающем размещение заготовок в контейнере с засыпкой и их обжиг в воздушной атмосфере, согласно изобретению, в качестве засыпки контейнера используют карбамид, который загружают в количестве 5-10 мас. % заготовок, контейнер размещают в замкнутой емкости с ограниченным доступом воздуха, которую заполняют углеродной засыпкой также содержащей карбамид в количестве 5-10 мас. % засыпки.
В частных случаях осуществления изобретения:
- в качестве материала контейнера для заготовок используют графлекс или графит;
- в качестве углеродной засыпки применяют нефтяной гранулированный кокс.
- обжиг заготовок проводят при нагревании до температуры 750-800°С.
Карбамид (NH2)2CO) добавляют в углеродную засыпку и контейнер с обжигаемыми образцами для обеспечения (создания) защитной атмосферы при отжиге. При нагревании до 150°С и выше карбамид разлагается с образованием аммиака и углекислого газа. Углекислый газ, в свою очередь, при температуре ≥500°С взаимодействует с углеродом с образованием оксида углерода по реакции:
С+CO2=2СО
Образующиеся оксид углерода и аммиак выполняют роль защитной атмосферы, препятствующей окислению обжигаемых образцов.
Предлагаемый способ обжига углеграфитовых изделий был опробован на «зеленых» заготовках, полученных прессованием смеси порошка графита с фенолформальдегидной смолой.
Осуществление способа.
Заготовки размером ~12,8×55 мм (d×l) из смеси порошка графита Mill - 6 (5-100 мкм) и искусственного графита с размером частиц ≤100 мкм и связующего - фенолформальдегидной смолы марки СФП 011А в количестве 18 мас. %. прессовали при температуре 70-130°С и давлении 8-10 МПа.
В соответствии с заявленным техническим решением спрессованные «зеленые» заготовки помещали в цилиндрические контейнеры из графита ГМЗ или графлекса, которые содержали засыпку из карбамида в количестве 5-10 мас. % загружаемых заготовок.
Контейнеры с заготовками и карбамидом помещали в емкость из жаропрочной стали с ограниченным доступом воздуха, который обеспечивался при помощи крышки, покрывали коксовой засыпкой, также содержащей карбамид в количестве 5-10 мас. % засыпки. Обжиг проводили в стандартном прокалочном муфеле типа СНОЛ 6/10 при скорости нагрева 30-50°С/час до температуры 750°С. Контрольный образец №1 (см. таблицу) обжигали без добавления карбамида. Результаты обжига образцов углеграфитовых изделий приведены в таблице.
Результаты по обжигу, приведенные в таблице, показывают убыль массы образцов в пределах 6,9-11,2%. Эта убыль массы образцов обусловлена в большей мере пиролизом связующего - фенолформальдегидной смолы СФП 011А и, в меньшей мере, частичным окислением углерода. Так как убыль массы, обусловленная термопиролизом связующего, для всех образцов приблизительно одинакова, то о степени окисления образцов можно судить по суммарной убыли массы (потеря массы за счет термопиролиза связующего плюс потеря за счет окисления углерода) обжигаемых образцов.
Как видно из представленных данных, наименьшая убыль массы была отмечена для образцов №3-5, прошедших обжиг с добавлением 5-10 мас. % карбамида в углеродную засыпку и контейнеры с отжигаемыми образцами. Эти образцы после обжига имели гладкую блестящую поверхность без видимых следов окисления.
Как показывают экспериментальные, данные выход за верхнюю границу заявленного диапазона содержания карбамида в засыпке не приводит к заметному изменению убыли массы изделий (образцов), а при выходе за нижнюю границу заявленного диапазона наблюдается увеличение потери массы образцов и, соответственно, заметное окисление поверхности отожженных образцов.
Предложенный способ позволяет существенно упростить получение углеграфитовых изделий, так как позволяет проводить термообработку в обычных прокалочных муфельных печах без использования инертных и восстановительных газов и сложной агрегированной системы герметизации контейнера с обжигаемыми образцами, а также повысить качество изделий за счет исключения окисления поверхности и прикоксовывания засыпки к их поверхности.
Предложенный способ получения углеграфитовых изделий может применяться как при обжиге «зеленых» заготовок, полученных методом порошковой металлургии, так и методом пропитки графита и других пористых керамических материалов растворами солей различных металлов. Предложенный способ особенно эффективен при получении малогабаритных изделий, для которых предъявляются жесткие требования к возможности окисления, отсутствию трещин и состоянию поверхности изделий.
Claims (4)
1. Способ получения углеграфитовых изделий, включающий помещение заготовок в контейнер, размещение контейнера в замкнутой емкости с ограниченным доступом воздуха и обжиг заготовок в присутствии углеродной засыпки, отличающийся тем, что заготовки в контейнере размещают в засыпке из карбамида, который загружают в количестве 5-10 мас. % заготовок, а углеродной засыпкой, в которую также добавляют карбамид в количестве 5-10 мас. % засыпки, заполняют замкнутую емкость.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала контейнера для заготовок используют графлекс или графит.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродной засыпки применяют нефтяной гранулированный кокс.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обжиг заготовок проводят при нагревании до температуры 750-800°С.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2021/000550 WO2023068964A1 (ru) | 2021-10-21 | 2021-12-08 | Способ получения углеграфитовых изделий |
CN202180101485.1A CN117794855A (zh) | 2021-10-21 | 2021-12-08 | 碳石墨制品的生产方法 |
KR1020247002684A KR20240034196A (ko) | 2021-10-21 | 2021-12-08 | 카본 흑연 제품의 제조 방법 |
CA3225729A CA3225729A1 (en) | 2021-10-21 | 2021-12-08 | Method of producing carbon-graphite items |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2780454C1 true RU2780454C1 (ru) | 2022-09-23 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB759160A (en) * | 1953-08-04 | 1956-10-17 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to production of carbon masses |
SU863567A1 (ru) * | 1979-12-18 | 1981-09-15 | Предприятие П/Я А-1837 | Засыпка дл термообработки углеродных изделий |
SU865789A1 (ru) * | 1979-12-28 | 1981-09-23 | Предприятие П/Я М-5409 | Способ получени углеграфитовых изделий и контейнер дл размещени и обжига коксопековых заготовок |
SU920345A1 (ru) * | 1979-06-18 | 1982-04-15 | Государственный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Электродной Промышленности | Способ получени углеграфитовых изделий |
SU1685868A1 (ru) * | 1989-07-11 | 1991-10-23 | Предприятие П/Я М-5409 | Способ пакетировки крупногабаритных длинномерных углеродных заготовок в процессе обжига |
RU2051090C1 (ru) * | 1993-08-06 | 1995-12-27 | Московский электродный завод "Электрод" | Способ приготовления углеродсодержащей массы для получения графитированных изделий |
RU2230380C2 (ru) * | 2002-07-24 | 2004-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч" | Способ получения углеграфитовых изделий |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB759160A (en) * | 1953-08-04 | 1956-10-17 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to production of carbon masses |
SU920345A1 (ru) * | 1979-06-18 | 1982-04-15 | Государственный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Электродной Промышленности | Способ получени углеграфитовых изделий |
SU863567A1 (ru) * | 1979-12-18 | 1981-09-15 | Предприятие П/Я А-1837 | Засыпка дл термообработки углеродных изделий |
SU865789A1 (ru) * | 1979-12-28 | 1981-09-23 | Предприятие П/Я М-5409 | Способ получени углеграфитовых изделий и контейнер дл размещени и обжига коксопековых заготовок |
SU1685868A1 (ru) * | 1989-07-11 | 1991-10-23 | Предприятие П/Я М-5409 | Способ пакетировки крупногабаритных длинномерных углеродных заготовок в процессе обжига |
RU2051090C1 (ru) * | 1993-08-06 | 1995-12-27 | Московский электродный завод "Электрод" | Способ приготовления углеродсодержащей массы для получения графитированных изделий |
RU2230380C2 (ru) * | 2002-07-24 | 2004-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч" | Способ получения углеграфитовых изделий |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rongti et al. | Kinetics and mechanism of carbothermic reduction of magnesia | |
CN109694982B (zh) | 钒氮合金的制备工艺 | |
WO2011108466A1 (ja) | 冶金用フェロコークスの製造方法 | |
RU2480433C2 (ru) | Способ изготовления герметичных изделий из углерод-карбидокремниевого материала | |
US2546320A (en) | Method of sintering titanium and like metals | |
Wang et al. | CO2 reactivity assessment of woody biomass biocarbons for metallurgical purposes | |
RU2780454C1 (ru) | Способ получения углеграфитовых изделий | |
US4172109A (en) | Pressureless sintering beryllium containing silicon carbide powder composition | |
WO2023068964A1 (ru) | Способ получения углеграфитовых изделий | |
US3011982A (en) | Refractory and method of making the same | |
EA047344B1 (ru) | Способ получения углеграфитовых изделий | |
GB2106142A (en) | Sintering refractory articles using direct-heated gases | |
CN104911384B (zh) | 一种钨基难熔碳化物复合材料的低温制备方法 | |
Karasev | Preparation of technical zirconium diboride by the carbothermic reduction of mixtures of zirconium and boron oxides | |
Moskalev et al. | Production of isotropic coke by thermocracking of the anthracene fraction of coal tar | |
US3011983A (en) | Refractory and method of making the same | |
CN105777187B (zh) | 一种镁质轻量耐火材料及其制备方法 | |
US3355527A (en) | Process for manufacturing carbon products | |
US4059391A (en) | Process for producing refractory material | |
CN109206144A (zh) | 一种超低碳铝碳耐火材料的制备及检测方法 | |
SU1629244A1 (ru) | Способ получени графита | |
RU2347768C1 (ru) | Способ обжига керамических изделий | |
RU2638396C2 (ru) | Способ получения диборида ванадия | |
US1198033A (en) | Corrosion-resisting refractory. | |
SU535213A1 (ru) | Способ получени углеродных изделий |