CZ2004797A3 - Impregnační prostředek pro uhlíková a grafitová tělesa na bázi dehtu s vysokou teplotou vznícení a způsob jeho výroby - Google Patents

Description

120 00 PRAHA 2, Hálkova 2

Impregnační prostředek pro uhlíková a grafitová tělesa na bázi dehtu s vysokou teplotou vznícení a způsob jeho výroby

Oblast techniky

Předmětný vynález se týká impregnačního dehtu, který je vhodný například pro výrobu grafitových elektrod pro ocelářský průmysl. Pojivové a impregnační dehty se běžně aplikují na uhlíkový nebo grafitový materiál a při podrobení karbonizaci snižují poréznost a zvyšují pevnost uvedeného podkladového uhlíkového nebo grafitového materiálu.

Dosavadní stav techniky

Uhlíková a grafitová tělesa jsou obecně vytvořena ze směsí pojivá, jako je dehet, a částic koksu. Tato tělesa jsou obecně porézní a mohou postrádat mechanickou pevnost, která je potřebná pro namáhané výrobky, zejména pak pro vysoce namáhané výrobky, jako jsou elektrody, jež se používají ve vysokoteplotních tavících pecích. Za účelem snížení poréznosti a tím pádem zvýšení mechanické pevnosti pro použití ve vysoce namáhaných výrobcích může být v případě výrobků vyrobených z uhlíkového nebo grafitového materiálu nezbytné provést impregnaci uvedeného podkladového uhlíkového nebo grafitového materiálu vhodným impregnačním prostředkem, jako je polymemí pryskyřice nebo dehet. Impregnační prostředek je vybrán tak, aby penetroval daný upravovaný materiál před tím, než je uvedený impregnovaný materiál podroben karbonizačními stupni, jenž zahrnuje úpravu tohoto materiálu při trvale zvýšených teplotách. Po skončení uvedeného karbonizačního stupně je ·♦ · možné pozorovat snížení poréznosti a zvýšení mechanické pevnosti daného impregnovaného materiálu.

V případě uhlíkových elektrod a jiných uhlíkových a grafitových těles se běžně jako uvedený impregnační prostředek používá dehet. Dehet je složitá směs polykondenzovaných aromatických sloučenin, které obvykle vznikají tepelnou úpravou černouhelného dehtu nebo ropného dehtu. Typické impregnační dehty mají hodnotu karbonizačního čísla dle modifikované Conradsonovy metody (MCC) (která byla popsána na straně 51 publikace „Analytical Methods for Coal and Coal Products, Volume II, C. Carr, Jr., Academie Press (1978)) přibližně 40 až 50 procent. Avšak uvedené typické impregnační dehty jsou při teplotě místnosti pevné a musí být předem zahřátý na vysokou teplotu aby došlo k jejich přeměně na kapalinu s nízkou viskozitou, která je vhodná pro provedení impregnace. Před přidáním uvedeného dehtového impregnačního prostředku je rovněž vhodné předehřát daný uhlíkový nebo grafitový materiál tvořící elektrodu. Následně se uvedená elektroda ochlazuje za účelem umožnění ztuhnutí uvedeného impregnačního prostředku.

Po naimpregnování dehtu do uhlíkového nebo grafitového tělesa je toto obvykle znovu vypalováno za účelem karbonizace uvedeného impregnačního prostředku. Přibližně 1/3 běžné dehtové impregnační kompozice steče z uhlíkového tělesa před karbonizací, čímž dochází ke snížení konečného obsahu uhlíku pocházejícího z impregnace na přibližně 35 procent.

V některých případech se produkt získaný v prvním vypalovacím stupni znovu impregnuje dehtem, pryskyřicí nebo jinou ·· ···· kompozicí na bázi uhlíku a je znovu podroben vypalování, které vede mimo jiné k dalšímu zvýšení jak hustoty, tak mechanické pevnosti.

Mezi požadované vlastnosti vhodného impregnačního prostředku pro použití při výrobě uhlíkových nebo grafitových těles patří požadavek, aby tento prostředek neměl teplotu měknutí vyšší než přibližně 100 °C, přičemž vyšší teploty měknutí mohou vést k takové poréznosti, která zkracuje dobu použitelnosti daného produktu. Poréznost se může rovněž zvýšit v důsledku vypařování složek impregnačního prostředku s nízkou molekulovou hmotností. Jedním z vhodných ukazatelů uvedeného sklonu dehtů k odpařování je teplota vznícení.

Pojivový prostředek na bázi dehtu pro použití při procesech výroby uhlíkové elektrody je popsán například v patentu Spojených států amerických číslo US 4,086,156, přičemž výchozím materiálem pro přípravu tohoto pojivového prostředku je destilační zbytek získaný při krakování ropných uhlovodíků v přítomnosti páry při teplotě v rozmezí od 700 °C do 1000 °C. Tento destilační zbytek, neboli dehet, se podrobí stripování při sníženém tlaku, čímž je získán dehet s počáteční teplotou varu při atmosférickém tlaku v rozmezí od 350 °C do 400 °C. Tento dehet se následně zahřívá bez přístupu vzduchu na teplotu v rozmezí 360 °C až 420 °C a následně stripuje při sníženém tlaku za vzniku pojivá na bázi dehtu s R a B teplotou měknutí 75 °C. Další příklad přípravy pojivá na bázi dehtu lze nalézt v patentu Spojených států amerických číslo US 4,017,378, podle kterého se destilační zbytek získaný při krakování ropy destiluje a ponechá tepelně zrát při atmosférickém tlaku. Další příklad lze nalézt v patentu Spojených států amerických číslo

ΦΦ φφφ· • φ φ φ φ φ φ φ φ φ · φφφ φ φφφφ

US 5,507,938, podle kterého se surovina, kterou je černouhelný dehet, atomizuje, vzniklý aerosol se kontaktuje s horkou atmosférou nereaktivniho plynu o teplotě od přibližně 760 °C do 1093,3 °C (tj. od 1400 °F do 2000 °F) a následně se izoluje frakce kapaliny vzniklé v reakční nádobě.

Při jiném způsobu výroby dehtu se vsázka černouhelného dehtu zahřívá ve vsázkovém destilačním kotli dokud není dosaženo požadované teploty měknutí. Pro impregnační dehet tato teplota činí přibližně 90 °C, avšak pro různé pojivové dehty tato teplota může být ještě vyšší. Pokud není uvedeno jinak, rozumí se v tomto textu výrazem „teplota měknutí teplota měknutí dle Mettlera, která se stanovuje v souladu se standardem ASTM D3104-75. Během uvedeného procesu zahřívání může být tekutý černouhelný dehet probubláván párou. Když je získán produkt s požadovanou teplotu měknutí ve výši 90 °C, je teplota vznícení tohoto produktu obvykle v rozmezí od 245 °C do 265 °C. Pokud není uvedeno jinak, rozumí se v tomto textu výrazem „teplota vznícení teplota vznícení naměřená testem teploty vznícení v otevřeném kelímku dle Clevelanda. Změny v hodnotách teploty vznícení jsou ovlivněny povahou výchozího materiálu, konkrétní charakteristikou nastavení daného zařízení a rovněž inherentní nepřesností uvedené metody stanovení teploty vznícení. Shora popsaný postup neumožňuje měnit hodnotu teploty vznícení daného dehtu nezávisle na jeho teplotě měknutí.

9 * *

Β 4 9 · • · ·* • · · · • · · · • · 9 4 •4 9944

4444

Podstata vynálezu

V dané oblasti techniky existuje poptávka po impregnačním dehtu pro uhlíkový materiál, který by měl teplotu měknutí přibližně 90 °C, avšak jehož teplota vznícení by byla vyšší než přibližně 270 °C. Nicméně pro dosažení teplot vznícení vyšších než přibližně 270 °C je obvykle třeba, aby teplota měknutí výrazně převyšovala 90 °C.

Cílem tohoto vynálezu tak je poskytnout dehet s relativně nízkou teplotou měknutí vzhledem k jeho teplotě vznícení.

Konkrétněji je cílem tohoto vynálezu poskytnout dehet pro uhlíkové nebo grafitové těleso, který má teplotu měknutí přibližně 90 °C a jehož teplota vznícení je vyšší než přibližně 280 °C.

Tohoto a dalších cílů předmětného vynálezu je dosaženo probubláváním horkého tekutého černouhelného dehtu párou nebo inertním plynem při teplotě v rozmezí od přibližně 260 °C do přibližně 270 °C, a to dokud není dosaženo teploty měknutí uvedené tekutiny ve výši přibližně 90 °C a teploty vznícení vyšší než přibližně 280 °C.

Impregnační dehet podle předmětného vynálezu se může připravit ve dvoustupňovém procesu. V prvním stupni se tekutý černouhelný dehet zahřívá v destilačním kotli na teplotu v rozmezí od přibližně 260 °C do přibližně 270 °C, přičemž toto zahřívání probíhá s nebo bez stripování párou. Když je uvedená tekutina ohřátá na teplotu v rozmezí od 260 °C do 270 °C, je její teplota měknutí v rozmezí od přibližně 70 °C do 75 °C, • · · • · · ♦ · ·«

přičemž teplota vznícení této kompozice je nižší než přibližně 240 °C. V tomto okamžiku se sníží přívod tepla do destilačního kotle tak, aby dodávané teplo bylo obecně v rovnováze s tepelnými ztrátami, tzn. že teplota uvedené tekutiny se dále nezvyšuje a zůstává konstantní.

Do uvedené tekutiny se následně zavádí probublávací pára a/nebo inertní plyn, jako je dusík, zatímco teplota tekutiny je udržována v rozmezí od přibližně 260 °C do přibližně 270 °C. Za těchto podmínek se jak teplota měknutí, tak teplota vznícení uvedené tekutiny dále zvyšují, avšak teplota vznícení se zvyšuje zhruba dvojnásobně vyšší rychlostí, než je rychlost zvyšování teploty měknutí. V okamžiku, kdy teplota měknutí uvedené kompozice dosahuje požadovaných 90 °C, převyšuje teplota vznícení hodnotu přibližně 280 °C, přičemž se obvykle pohybuje v rozmezí od přibližně 280 °C do 300 °C.

Následující příklady slouží pro další ilustraci a osvětlení předmětu tohoto vynálezu a v žádném ohledu neomezují jeho rozsah. Pokud není uvedeno jinak, jsou všechny díly a procentické hodnoty uváděny jako hmotnostní díly, respektive hmotnostní procenta.

Výše uvedený popis slouží jen jako návod pro odborníka v dané oblasti techniky k praktickému uskutečnění předmětného vynálezu, přičemž tento popis zároveň není určen pro detailní popis všech zřejmých modifikací a variant, jež jsou zkušenému pracovníkovi zřejmé po přečtení tohoto textu. Všechny takovéto modifikace a varianty však spadají do rozsahu předmětného vynálezu, který je definován následujícími patentovými nároky. Pokud z kontextu nevyplývá jinak, zahrnují následující pa• « • · · ···“*<

·· ·· » * · « ► · ·» • · · <

• · · <

»* tentové nároky nárokované složky a stupně v jakémkoli pořadí, které je efektivní pro splnění cílů tohoto vynálezu.

JUDr. MlloS VŠETEČKA advokát

120 00 PRAHA 2, Hálkova 2

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   Dehet pro uhlíkové nebo grafitové těleso připravitelný probubláváním horkého tekutého černouhelného dehtu párou nebo inertním plynem při teplotě v rozmezí od přibližně 260 °C do přibližně 270 °C, a to dokud teplota měknutí uvedené tekutiny nedosahuje přibližně 90 °C a teplota vznícení uvedené tekutiny nepřevyšuje přibližně 280 °C.

   Zastupuje:

   Dr. Miloš Všetečka