JPH05279669A - バインダーピッチの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】黒鉛化時の非可逆膨張（パッフィング）が低減
され、さらに熱膨張係数が改善された黒鉛電極を得るこ
とのできるバインダーピッチを提供する。 【構成】ジブチルテレフタレート吸油量が１１０ｍｌ／
１００ｇ以下のカーボンブラックをバインダーピッチに
添加、混合することを特徴とするバインダーピッチの製
造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバンインダーピッチの製
造方法に関するものである。さらに詳しくは製鋼用黒鉛
電極に使用されるバインダーピッチの製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来バインダーピッチはコールタールお
よび石油系重質油を蒸留、熱処理することによって製造
されている。また一般に製鋼用黒鉛電極は所定の割合に
粒度配合したコークス粒と粉を加熱、混合しながらバイ
ンダーピッチを適当量添加し、ねつ合後、押し出し成形
によって製造されている。さらにこの生電極を焼成後、
また必要に応じてピッチを含浸して、緻密化処理を行な
い、再焼成後、黒鉛化処理を行なっている。さらにこの
黒鉛化品を加工して、製品である黒鉛電極を製造してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、エネルギーコス
トの高騰に伴い、電炉業界では高電力操業によりエネル
ギー効率を上げる努力がなされている。それに伴い電炉
で使用される黒鉛電極は過酷な条件で使用されるように
なってきた。そのために、より高特性である黒鉛電極の
出現が望まれており、特に熱膨張係数（ＣＴＥ）が低
く、かつ嵩密度が高く、強度の強い黒鉛電極が望まれて
いる。すなわち、黒鉛電極は大気中で高温下、急昇温と
いう非常に過酷な条件で使用されるために、耐熱衝撃性
の高いものが求められている。

【０００４】一般にＣＴＥが低いものは耐熱衝撃性が高
いといわれており、黒鉛電極としてはＣＴＥの低いもの
が求められている。また、黒鉛電極は高温で使用される
ために、３０００℃付近の温度で黒鉛化して製造されて
いるが、黒鉛化時に非可逆膨張（パッフィング）を起こ
すことが知られている。このパッフィングが大きいと製
品が割れる、製品が膨れるために嵩密度、強度等の特性
が低下する、等の問題があり、さらにパッフィングの低
いものが要求されている。

【０００５】また、一般にＣＴＥが高いとパッフィング
が低いことが知られているが、このＣＴＥとパッフィン
グの両特性を満足させるためには、パッフィングを変え
ずにＣＴＥを低下する、ＣＴＥを変えずにパッフィング
を低下する、またはＣＴＥ、パッフィングの両方を低下
する必要がある。そのための方法として、骨材であるニ
ードルコークスを改質する方法は種々提案されている
が、いずれもパッフィングは低下するが、ＣＴＥが悪化
する、手間がかかる、コストが高い、等の問題があっ
た。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は上
記実情に鑑み、鋭意検討した結果、特定のバインダーピ
ッチを用いて黒鉛電極を製造することによりパッフィン
グとＣＴＥを低減できるとの知見を得、本発明の完成に
至った。すなわち、ＤＢＰ吸油量（ジブチルテレフタレ
ート吸油量）が１１０ｍｌ／１００ｇ以下のカーボンブ
ラックを添加したバインダーピッチを黒鉛電極製造用の
バインダーとして使用すると黒鉛化時のパッフィングが
低下するとともに、黒鉛電極のＣＴＥを低下できること
を見出し、本発明に到達した。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。まず、本
発明におけるバインダーピッチとしてはコールタールの
蒸留、熱処理により生成するコールタールピッチ、石油
系重質油もしくはその熱処理生成物、またはそれらの水
添処理生成物、それらの熱処理物、ナフタリン等の低分
子化合物を重縮合して得たピッチ、またはそれらの熱処
理生成物、それらを溶剤で処理して得たピッチ、さらに
はこれらを熱処理して得た生成物等が含まれ、メソフェ
ーズを含んだものでもよい。

【０００８】該バインダーピッチの軟化点は既存のニー
ダー等でニードルコークスと混合でき、さらに既存の押
し出し機で押し出し成形できるものであればよく、さら
には押し出し成形した後の生成形体が自重で型崩れせず
に形を保つものが好ましく、軟化点は５０℃以上であ
り、１５０℃以下のものが望ましく、さらには６０℃以
上であり、１３０℃以下のものが好ましく、最も好まし
くは７０℃以上であり１２０℃以下である。

【０００９】また溶剤不溶分としては従来のバインダー
ピッチと同等のものでかまわない。また、ここで添加す
るカーボンブラックとしてはＤＢＰ吸油量（ＡＳＴＭ
Ｄ２４１５）が１１０ｍｌ／１００ｇを超えるものでは
パッフィングは若干低下するがＣＴＥの低下効果が小さ
いので、１１０ｍｌ／１００ｇ以下の吸油量のカーボン
ブラックを使用することが必要であり、好ましくは３０
〜１００ｍｌ／１００ｇである。平均粒子径は特に制限
されないが、通常２０〜１２０ｍμｍ程度である。

【００１０】また、該カーボンブラックの添加量が増加
すると、生成したバインダーピッチの粘度が高くなりす
ぎて操作上の問題が生じうるので、添加量は３０重量％
以下が好ましく、さらに１〜２０重量％以下が好まし
く、最も好ましくは３〜１０重量％である。また、該カ
ーボンブラックとバインダーピッチの混合は、バインダ
ーピッチを加熱、溶融して、液体状態でカーボンブラッ
クを混合することができる。

【００１１】さらには、バインダーピッチを溶媒に溶か
してまたはバインダーピッチを粉砕後、溶媒に分散し
て、その後にカーボンブラックを添加、混合し、溶媒を
除去して、バインダーピッチを得ることができる。ま
た、添加するカーボンブラックは、単味でもよいが、溶
媒に分散して添加することもできるし、さらにはバイン
ダーピッチと予備分散した後に添加することもできる。

【００１２】ここで使用する溶媒としては、バインダー
ピッチを溶かすもの、溶かさないもの、さらには部分的
に溶かすものでもよく、バインダーピッチとカーボンブ
ラックを均一に分散するものであればよい。また該溶媒
はバインダーピッチとカーボンブラックを混合後、除去
するものであり、揮散しやすいものが好ましい。すなわ
ち、該混合物から溶媒を蒸発させて除去するために該溶
媒の沸点、または５０％留出温度は３００℃以下が好ま
しく、さらには２５０℃以下が好ましく、最も好ましく
は２００℃以下である。

【００１３】ここで使用する溶媒としては、トルエン、
キシレン等の芳香族系炭化水素、ヘキサン、灯油等の脂
肪族系炭化水素、シクロヘキサン等の環状炭化水素、エ
タノール、エチレングリコール、プロパノール等のアル
コール類、酢酸エチル等のエステル類、メチルエチルケ
トン等のケトン類、さらにはコールタールを蒸留して得
られた留出油等が使用でき、一種の溶媒でも良いが数種
の溶媒を混合して使用してもよい。

【００１４】混合する温度は溶媒に溶解または分散した
ときは室温でも可能であるが、バインダーピッチの軟化
点以上に加熱溶融して、混合することもできる。混合す
る温度としては、カーボンブラックを均一に分散させる
ために、バインダーピッチの軟化点より５０℃以上高い
温度が好ましく、さらに７０℃以上が好ましく、最も好
ましくは１００℃以上である。

【００１５】また、あまり温度が高過ぎるとバインダー
ピッチが変質する恐れがあるので、混合する温度は５０
０℃以下が好ましく、さらに好ましくは４５０℃以下で
あり、最も好ましくは４００℃以下である。混合する粘
度としてはバインダーピッチの粘度、またはバインダー
ピッチと溶媒の混合物の粘度が１０センチポイズから３
０００センチポイズとなる条件で混合するのが好まし
く、さらに好ましくは３０センチポイズから２０００セ
ンチポイズであり、最も好ましくは５０センチポイズか
ら１０００センチポイズである。

【００１６】また、混合する時間は混合する温度、粘度
によって異なるが、温度が高いときにはバインダーピッ
チが変質する恐れがあるので短いほうがよい。温度が低
く、粘度が高い時にはバインダーピッチとカーボンブラ
ックの混合を十分に行なうのが好適であるが、時間は、
温度、粘度によっても異なるが好ましくは１０時間以内
であり、さらに好ましくは５時間以内であり、最も好ま
しくは２時間以内である。

【００１７】混合は常圧下で行なってもよいが、高温で
処理する、溶媒を添加して混合するときは、バインダー
ピッチの変質を防止する、溶媒の揮散を防止するために
密閉下、加圧状態で処理してもよい。雰囲気は大気中で
もよいが、窒素等の不活性ガス中でもよく、自生圧中で
もよい。

【００１８】バインダーピッチとカーボンブラックの混
合は、オートクレーブ等の容器の中で加熱溶融下、撹拌
機、超音波等で撹拌しながら行ってもよく、粘度が高い
ときはニーダー等で練り込むこともでき、バッチ式に処
理してもよく、連続で混合することもでき、バインダー
ピッチとカーボンブラックが十分混合できるものであれ
ばよい。このようにして製造したバインダーピッチはな
んら従来の使用方法を変えることはなくニードルコーク
スと混合、押し出し成形が可能であり、黒鉛電極を黒鉛
化する際に発生する非可逆膨張（パッフィング）が低減
するものであり、さらには黒鉛電極の熱膨張係数（ＣＴ
Ｅ）も向上するものである。

【００１９】

【実施例】以下実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 実施例−１ 市販のバインダーピッチ（軟化点；９０．５℃、トルエ
ン不溶分；３１．４％、キノリン不溶分；８．９％）を
大気中で加熱、溶融し、該バインダーピッチの粘度が５
００センチポイズの条件下で、ＤＢＰ吸油量７４ｍｌ／
１００ｇのカーボンブラック（平均粒径；３０ｍμｍ）
５％を添加後、１時間撹拌、混合してバインダーピッチ
を得た。生成したバインダーピッチの軟化点は９３．８
℃、トルエン不溶分は３４．４％、キノリン不溶分は１
３．５％であった。

【００２０】市販のコールタール系ニードルコークスを
骨材として、粒度配合後、ニーダー中で加熱、混合しな
がら、バインダーピッチを３２部添加、ねつ合後、押し
出し成形により成形体を得た。該成形体をコークスブリ
ーズ中、１０００℃まで焼成して焼成体を得た。さらに
該焼成体をタンマン炉で２０℃／ｍｉｎの昇温速度で２
８００℃まで黒鉛化して黒鉛成形体を得た。該黒鉛成形
体の室温（２５℃）から１２５℃までの熱膨張係数（Ｃ
ＴＥ）は５．１×１０^-7であった。また該成形体の押し
出し軸に垂直方向の黒鉛化時の膨張率は０．７％であっ
た。

【００２１】実施例−２ 実施例−１と同じバインダーピッチに実施例−１と同様
の方法でＤＢＰ吸油量８３ｍｌ／１００ｇのカーボンブ
ラック（平均粒径；８０ｍμｍ）５％を添加、混合し
て、バインダーピッチを得た。生成したバインダーピッ
チの軟化点は９４．３℃、トルエン不溶分は３４．５
％、キノリン不溶分は１３．５％であった。実施例−１
と同様の方法により黒鉛成形体を製造した。その結果、
該黒鉛成形体の室温（２５℃）から１２５℃までの熱膨
張係数（ＣＴＥ）は５．２×１０^-7であり、該成形体の
押し出し軸に垂直方向の黒鉛化時の膨張率は０．６％で
あった。

【００２２】比較例−１ 実施例−１と同じバインダーピッチに実施例−１と同様
の方法でＤＢＰ吸油量１２８ｍｌ／１００ｇのカーボン
ブラック（平均粒径；３０ｍμｍ）５％を添加、混合し
て、バインダーピッチを得た。生成したバインダーピッ
チの軟化点は９４．８℃、トルエン不溶分は３５．０
％、キノリン不溶分は１３．４％であった。実施例−１
と同様の方法により黒鉛成形体を製造した。その結果、
該黒鉛成形体の室温（２５℃）から１２５℃までの熱膨
張係数（ＣＴＥ）は５．６×１０^-7であり、該成形体の
押し出し軸に垂直方向の黒鉛化時の膨張率は０．６％で
あった。

【００２３】比較例−２ 実施例−１と同じバインダーピッチに実施例−１と同様
の方法でＤＢＰ吸油量１２５ｍｌ／１００ｇのカーボン
ブラック（平均粒径；８０ｍμｍ）５％を添加、混合し
て、バインダーピッチを得た。生成したバインダーピッ
チの軟化点は９５．９℃、トルエン不溶分は３４．３
％、キノリン不溶分は１３．１％であった。実施例−１
と同様の方法により黒鉛成形体を製造した。その結果、
該黒鉛成形体の室温（２５℃）から１２５℃までの熱膨
張係数（ＣＴＥ）は５．６×１０^-7であり、該成形体の
押し出し軸に垂直方向の黒鉛化時の膨張率は０．７％で
あった。

【００２４】比較例−３ 実施例−１と同じバインダーピッチにカーボンブラック
を添加することなく、実施例−１と同様の方法で加熱処
理して、バインダーピッチを得た。生成したバインダー
ピッチの軟化点は９４．４℃、トルエン不溶分は３２．
３％、キノリン不溶分は８．４％であった。実施例−１
と同様の方法により黒鉛成形体を製造した。その結果、
黒鉛成形体の室温（２５℃）から１２５℃までの熱膨張
係数（ＣＴＥ）は５．７×１０^-7であり、該成形体の押
し出し軸に垂直方向の黒鉛化時の膨張率は１．０％であ
った。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によるバインダ
ーピッチを使用すれば黒鉛化時の非可逆膨張（パッフィ
ング）が低減され、さらに熱膨張係数が改善された黒鉛
電極を得ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＤＢＰ（ジブチルテレフタレート）吸
   油量が１１０ｍｌ／１００ｇ以下のカーボンブラックを
   バインダーピッチに添加、混合することを特徴とするバ
   インダーピッチの製造方法。