RU2546268C2 - Углеродное изделие, способ изготовления углеродного изделия и его использование - Google Patents

Углеродное изделие, способ изготовления углеродного изделия и его использование Download PDF

Info

Publication number
RU2546268C2
RU2546268C2 RU2012157054/02A RU2012157054A RU2546268C2 RU 2546268 C2 RU2546268 C2 RU 2546268C2 RU 2012157054/02 A RU2012157054/02 A RU 2012157054/02A RU 2012157054 A RU2012157054 A RU 2012157054A RU 2546268 C2 RU2546268 C2 RU 2546268C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coke
carbon product
carbon
mixture
paragraphs
Prior art date
Application number
RU2012157054/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012157054A (ru
Inventor
Вильхельм ФРОС
Франк ХИЛЬТМАНН
Януш ТОМАЛЯ
Original Assignee
Сгл Карбон Се
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сгл Карбон Се filed Critical Сгл Карбон Се
Publication of RU2012157054A publication Critical patent/RU2012157054A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2546268C2 publication Critical patent/RU2546268C2/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/528—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components
    • C04B35/532—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components containing a carbonisable binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
    • C25C7/025—Electrodes; Connections thereof used in cells for the electrolysis of melts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/528—Spheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5409—Particle size related information expressed by specific surface values
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5427—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof millimeter or submillimeter sized, i.e. larger than 0,1 mm

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к углеродному изделию, которое производят обжигом смеси, содержащей, по меньшей мере, кокс. Кокс представляет собой кокс с низкой графитируемостью. Раскрыт также способ изготовления углеродного изделия, включающий смешивание антрацита, графита и/или кокса с низкой графитируемостью или их смесей, по меньшей мере, с одним связующим материалом из группы связующих материалов на нефтяной или угольной основе, а также связующих материалов на основе синтетических полимеров и любых смесей указанных связующих материалов и необязательных добавок, придание смеси заданной формы, обжиг формованной смеси и необязательную графитизацию обожженного формованного изделия. Раскрыто применение углеродного изделия в качестве катодного блока алюминиевого электролизера и кирпича доменной печи Обеспечивается повышение срока службы изделия, в частности катодного блока. 4 н. и 14 з.п. ф-лы.

Description

Настоящее изобретение относится к углеродному изделию, к способу изготовления углеродного изделия и к его использованию.
Углеродные изделия используют в качестве компонентов в химической промышленности, где на них часто воздействуют агрессивные химические реагенты и высокие температуры. К таким компонентам предъявляются высокие требования, и они имеют ограниченный срок службы.
Катоды, изготовленные из неграфитизированного углерода и графита, используют, например, в качестве донной облицовки алюминиевых электролизеров. Эти материалы сочетают очень хорошую удельную электропроводность с высокой термической устойчивостью и химической стойкостью. Графитизированные катоды, в частности, являются подходящими для современных высокоамперных электролизеров вследствие своей превосходной удельной электропроводности. Однако эти электролизеры, в том числе, например, катоды на основе антрацита, подвергаются сильной эрозии в процессе работы. Эрозия сосредоточена на краях катодов, где преобладает ток высокой плотности, в результате чего развивается W-образный профиль. Механические воздействия также играют немалую роль, потому что слой расплавленного алюминия на поверхности катода находится в постоянном движении вследствие сильных магнитных полей. Кроме того, происходит и химическое воздействие за счет компонентов электролизной ванны. Оба типа эрозии ограничивают срок службы катодных блоков и, таким образом, электролизера.
Катод, который должен устранять эти проблемы, описан в FR 2821365. Этот катод содержит углеродный продукт, который реагирует с натрием даже после обработки при температуре выше 2400°C. Натрий поступает из криолита, который, как правило, добавляют в электролизную ванну.
Огнеупорные блоки доменных печей также изготавливают из неграфитового углерода или графита. Эрозия блоков доменных печей преимущественно возникает в области выпускного отверстия доменной печи и представляет собой техническую проблему доменных печей для производства железа. Здесь, в частности, расплавленное неочищенное железо чрезмерно воздействует на графитовую и углеродную футеровку как химически, так и механически.
Таким образом, существует проблема того, что углеродное изделие подвергается химической и механической эрозии, что, естественно, сокращает его срок службы.
Следовательно, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить углеродное изделие, которое имеет продолжительный срок службы.
Согласно настоящему изобретению, эту задачу решает углеродное изделие по п. 1 формулы изобретения и способ по п. 10 формулы изобретения.
Согласно настоящему изобретению, предложено углеродное изделие, изготавливаемое обжигом смеси, которая содержит, по меньшей мере, кокс, причем этот кокс представляет собой кокс с низкой графитируемостью.
Кокс с низкой графитируемостью имеет высокую твердость и прочность на истирание даже после воздействия высокой температуры в процессе производства, которая составляет, например, вплоть до 3000°C. Вследствие добавления кокса с низкой графитируемостью прочность на истирание поверхности углеродного изделия увеличивается по сравнению с традиционными углеродными изделиями без добавления кокса с низкой графитируемостью согласно настоящему изобретению. Кокс с низкой графитируемостью выступает, в частности, в качестве средства, придающего высокую прочность на истирание.
Кокс с низкой графитируемостью предпочтительно придает повышенную объемную плотность углеродному изделию по сравнению с традиционными углеродными изделиями.
Данный кокс предпочтительно представляет собой кокс со сферической морфологией. Благодаря своей приблизительно сферической геометрии кокс повышает сыпучесть массы при формовании углеродного изделия. Таким образом, углеродное изделие преимущественно имеет более высокую объемную плотность, чем традиционные углеродные изделия. Таким образом, углеродное изделие предпочтительно также имеет высокую износоустойчивость.
Помимо кокса, который имеет низкую графитируемость, согласно настоящему изобретению, углеродное изделие предпочтительно изготавливают, используя антрацит, графит и/или традиционный кокс, например, нефтяной кокс или каменноугольный пековый кокс, по меньшей мере, один связующий материал, например, из группы связующих материалов на нефтяной основе или на угольной основе, таких как гудрон, нефтяной пек, каменноугольный пек, битум, фенольный полимер или фурановый полимер, и необязательные добавки, такие как углеродные волокна. Исходные материалы, перечисленные выше, могут содержать зерна различных размеров. Известны составы, содержащие вышеупомянутые исходные материалы, для традиционных углеродных изделий, например, катодного блока, или для доменной печи. При использовании углеродных изделий, которые традиционно содержат нефтяной кокс и/или каменноугольный пековый кокс, предпочтительно, по меньшей мере, некоторая часть нефтяного кокса и/или каменноугольного пекового кокса заменяется коксом с низкой графитируемостью.
В предпочтительном варианте осуществления степень графитизации согласно Майру (Maire) и Мерингу (Mehring) составляет максимально 0,5 или менее после термической обработки кокса с низкой графитируемостью при 2800°C, согласно вычислению по среднему расстоянию между слоями c/2. В процессе графитизации углеродного изделия при температуре вплоть до 3000°C кокс образует графитовую структуру в очень малой или нулевой степени и, таким образом, сохраняет свою прочность на истирание и высокую твердость.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления размер зерен кокса с низкой графитируемостью превышает 0,2 мм и предпочтительно превышает 0,5 мм. Если углеродное изделие должно иметь заданную удельную электропроводность, кокс с низкой графитируемостью должен присутствовать в углеродном изделии в количестве, составляющем не более чем 25% по отношению к массе сухой смеси. Предпочтительнее кокс присутствует в углеродном изделии в количестве, составляющем от 10% до 20% по весу по отношению к массе сухой смеси.
Благодаря своей сферической морфологии кокс с низкой графитируемостью представляет собой формовочную добавку, с помощью которой может быть получена более высокая объемная плотность углеродного изделия по сравнению с традиционным углеродным изделием. В предпочтительном варианте осуществления кокс имеет форму от сферической до слегка эллипсоидальной. Кроме того, он предпочтительно имеет структуру типа луковичной шелухи, которая соответствует его низкой графитируемости. В контексте настоящего изобретения термин «структура типа луковичной шелухи» означает многослойную структуру, содержащую внутренний слой с формой от сферической до эллипсоидальной, который покрывают полностью или частично, по меньшей мере, одним промежуточным слоем и одним внешним слоем. Материал для создания высокой объемной плотности и высокой прочности на истирание наиболее предпочтительно представляет собой кокс с низкой графитируемостью, высокой твердостью и сферической структурой, сформированной подобно луковичной шелухе.
Кокс с формой от сферической до эллипсоидальной предпочтительно имеет соотношение длины и диаметра, составляющее 1:10, предпочтительно 1:5 и предпочтительнее 1:3. Чем больше форма кокса приближается к сферической структуре, тем выше сыпучесть массы и тем лучше механические свойства углеродного изделия.
Кокс, используемый согласно настоящему изобретению, наиболее предпочтительно имеет высокую твердость и изотропность, графитируемость от низкой до нулевой, низкую пористость и малую удельную поверхность, составляющую, например, от 10 до 40 м2/г и предпочтительнее от 20 до 30 м2/г. Однако среднее расстояние между слоями d002 кокса, которое можно определить методом рентгеновской дифракции, составляет предпочтительно от 0,340 до 0,344 нм (это соответствует степени графитизации от 0,0 до 0,5 по Майру и Мерингу), и составляет не менее чем 0,339 нм после термической обработки при 2800°C. Кажущаяся высота укладки Lc предпочтительно составляет менее чем 20 нм после термической обработки при 2800°C.
Конкретным представительным примером кокса с низкой графитируемостью является кокс, полученный в качестве побочного продукта в производстве ненасыщенных углеводородов, в частности, ацетилена. Кокс с низкой графитируемостью, используемый согласно настоящему изобретению, можно получать, в частности, из фракций сырой нефти или остатков парового крекинга, которые используют для тушения газофазной реакции в синтезе ненасыщенных углеводородов (ацетилена), где тушильную смесь нефти и сажи направляют в установку для коксования, которую нагревают приблизительно до 500°C. Летучие компоненты нефти для тушения испаряются в установке для коксования, из нижней части которой можно извлекать кокс. Таким способом получают мелкозернистый кокс со структурой типа луковичной шелухи, который имеет высокую чистоту в дополнение к описанным выше свойствам, и также имеет низкую или нулевую зольность и содержание минеральных веществ.
Кокс предпочтительно имеет содержание углерода, составляющее, по меньшей мере, 96 мас.%, и зольность, составляющую не более чем 0,05 мас.% и предпочтительно не более чем 0,01 мас.%.
Способ производства ацетилена, в котором получают такой кокс в качестве побочного продукта, описан, например, в DE 2947005 A1. Этим способом кокс с низкой графитируемостью, который описан выше, получают из тушильной нефти. Для изготовления изделия согласно настоящему изобретению нефтяной кокс, например, по меньшей мере, частично заменяют коксом с низкой графитируемостью согласно настоящему изобретению в традиционном составе углеродного изделия, содержащего нефтяной кокс.
Кокс с низкой графитируемостью, в частности, имеет высокую чистоту и небольшую или нулевую зольность и содержание минеральных веществ. Однако кокс с низкой графитируемостью может также иметь более высокую зольность и содержание минеральных веществ и, соответственно, менее высокую чистоту. Чистота кокса зависит от чистоты используемого тушильного продукта (добавляемого для прекрашения реакции). Кокс обычно представляет собой твердое вещество с высоким содержанием углерода в неграфитизированном состоянии и образуется при пиролизе органического материала, который проходит через жидкое или жидкокристаллическое состояние, по меньшей мере, частично в течение процесса карбонизации. Предположительно частицы сажи предотвращают развитие невозмущенной жидкой фазы (мезофазы) и придают коксу высокую твердость и низкую графитируемость. Таким образом, кокс, полученный в процессе газового тушения, можно графитизировать только в низкой степени путем термической обработки при температурах выше 2200°C. После термической обработки при 2800°C среднее расстояние между слоями c/2, которое определяют по рентгеновской дифракции и интерференции d002, составляет 0,34 нм или более, и в направлении c размер кристаллитов Lc составляет менее чем 20 нм, и размер кристаллитов La110 составляет менее чем 50 нм, предпочтительно менее чем 40 нм. Кокс, используемый согласно настоящему изобретению, наиболее предпочтительно имеет высокую твердость и низкую графитируемость, и среднее расстояние между слоями c/2 превышает или равно 0,34 нм после термической обработки при 2800°C.
Как правило, изготовленный таким способом кокс содержит сферические частицы размером от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Кокс с низкой графитируемостью, используемый согласно настоящему изобретению, предпочтительно содержит зерна крупнее 0,2 мм, предпочтительно крупнее 0,5 мм. Предпочтительные зерна можно получить, например, просеиванием, за которым следует соответствующее фракционирование кокса. В предпочтительном варианте осуществления кокс со сферической морфологией имеет удельную поверхность по методу BET, составляющую от 20 до 40 м2/г. Он имеет очень низкую пористость.
Кокс со структурой типа луковичной шелухи может содержать, по меньшей мере, одно дополнительное вещество в своей структуре. Один пример этого представляет собой внедрение частиц сажи, таких как частицы, которые обязательно образуются при синтезе ацетилена.
В качестве дополнения или альтернативы для кокса, получаемого в производстве ацетилена, кокс от процесса коксования/флексикоксинга (Exxon Mobil) можно также использовать согласно настоящему изобретению в качестве кокса с низкой графитируемостью. Кокс, получаемый в процессе коксования текучей среды, также имеет низкую графитируемость. Кроме того, он также имеет форму от сферической до эллипсоидальной и структуру типа луковичной шелухи. По сравнению с коксом, который описан выше и образуется в качестве побочного продукта в производстве ацетилена, этот кокс имеет более высокую зольность. Рентгеноструктурные данные, представленные выше, также применимы к этому коксу.
В качестве дополнения или альтернативы, так называемую «коксовую мелочь» (в переводе с немецкого означает приблизительно «коксовые отходы»), которая образуется в процессе «задержанного коксования», можно также использовать в рамках настоящего изобретения в качестве кокса со сферической морфологией. В данном случае параметры рентгеноструктурных данных, приведенных выше, должны измениться вследствие несколько лучшей графитируемости. После обработки при температуре 2800°C среднее расстояние между слоями должно превышать 0,338 нм, и размер кристаллитов в направлении c должен составлять менее чем 30 нм. Прочность на истирание графитизированного углеродного изделия не совсем достигает уровня вариантов кокса, которые описаны выше. Однако улучшенная сыпучесть массы также создается вследствие сферической морфологии этой коксовой мелочи, и получается углеродное изделие с высокой объемной плотностью.
Углеродное изделие предпочтительно представляет собой катодный блок. В случае катодных блоков существует различие между аморфным катодным блоком, графитизированным катодным блоком и графитовым катодным блоком в зависимости от используемого исходного материала и/или производственного процесса. В предпочтительном варианте осуществления углеродное изделие представляет собой графитизированный катодный блок. Углеродное изделие является подходящим в качестве катодного блока благодаря своей высокой прочности на истирание, твердости и удельной электропроводности.
В альтернативном варианте осуществления углеродное изделие предпочтительно представляет собой графитизированный кирпич доменной печи. Углеродное изделие согласно настоящему изобретению может выдерживать термические и механические нагрузки на кирпич доменной печи, в частности, кирпич доменной печи, который служит в качестве футеровки доменной печи для производства железа. Расплавленное железо в доменной печи с трудом проникает в такие кирпичи, таким образом, происходит лишь незначительный износ кирпичей.
Способ изготовления углеродного изделия согласно настоящему изобретению включает стадии смешивания антрацита, графита или обычного кокса, например, нефтяного кокса или каменноугольного пекового кокса или их смесей, по меньшей мере, с одним связующим материалом на нефтяной или угольной основе и необязательно, по меньшей мере, с одним синтетическим связующим материалом на полимерной основе и необязательно любыми смесями вышеупомянутых связующих материалов, а также необязательными дополнительными добавками и, по меньшей мере, одним материалом для создания высокой объемной плотности, при этом материал для создания высокий объемной плотности представляет собой кокс со сферической морфологией, затем смесь подвергают формованию для придания ей заданной формы, формованную смесь обжигают, и после этого обожженную смесь необязательно подвергают графитизации.
В способе согласно настоящему изобретению используют, по меньшей мере, один связующий материал из группы связующих материалов на нефтяной или угольной основе, таких как гудрон, пек, битум или фенольный полимер или фурановый полимер.
Добавки могут представлять собой, например, углеродные нановолокна или углеродные волокна.
В способе согласно настоящему изобретению исходные материалы, которые используют для изготовления углеродного изделия, применяют в виде зерен соответствующего желательного размера (размеров). Исходный материал можно необязательно просеивать перед применением. Все заданные исходные материалы смешивают друг с другом, необязательно при воздействии температуры и необязательно перемешивают. Затем полученную в результате смесь подвергают формованию и уплотнению. Это формование и уплотнение можно осуществлять, например, посредством экструзии, прессования или вибрационного формования, то есть встряхивания в вакууме. Затем формованное изделие обжигают. После этого углеродное изделие можно необязательно подвергать графитизации. Затем углеродное изделие можно обрабатывать для получения желательных размеров его конечной формы.
Температура обжига в варианте осуществления без последующей графитизации поверхности составляет предпочтительно от 1100°C до 1500°C. Если углеродное изделие подвергают графитизации, температура обжига составляет предпочтительно от 700°C до 1100°C, и температура графитизации составляет от 2000°C до 3000°C. Углеродное изделие можно пропитывать и снова обжигать до или после графитизации. Графитизацию предпочтительно осуществляют согласно способу графитизации Ачесона (Acheson), предпочтительнее согласно способу продольной графитизации (LWG) Кастнера (Castner).
В способе согласно настоящему изобретению кокс с низкой графитируемостью, используемый в данном способе, получают из тушильной нефти, которую используют для остановки газофазной реакции при синтезе ненасыщенных углеводородов, в частности ацетилена (так называемый ацетиленовый кокс). Кокс предпочтительно имеет содержание углерода, составляющее, по меньшей мере, 96 мас.%, и зольность, составляющую не более чем 0,05 мас.%, предпочтительно не более чем 0,01 мас.%. Сфероидальный кокс от процесса коксования текучей среды (флексикоксинга) представляет собой альтернативу коксу от синтеза ацетилена. Другую альтернативу коксу от синтеза ацетилена представляет собой коксовая мелочь от процесса задержанного коксования. Кокс двух вышеупомянутых типов представляет собой плохо графитизируемый твердый кокс, к которому применимы приведенные выше рентгеноструктурные данные.
Кокс с низкой графитируемостью, который получают в качестве побочного продукта при производстве ацетилена, можно использовать в способе согласно настоящему изобретению в такой форме, в которой его получают в вышеупомянутом процессе, как описано в DE 2947005 A1. В качестве альтернативы кокс можно подвергать предварительной термической обработке перед использованием в способе согласно настоящему изобретению. Предварительная термическая обработка включает прокаливание, то есть термическую обработку кокса при температуре, составляющей от 700°C до 1600°C, предпочтительно от 1000°C до 1500°C, предпочтительнее от 1100°C до 1300°C, необязательно в восстановительной атмосфере. Такая обработка приводит, в частности, к испарению воды, летучих горючих веществ, таких как углеводороды, например, метан, монооксид углерода и/или водород.
В предпочтительном варианте осуществления кокс со сферической морфологией и степенью графитизации по Майру и Мерингу после термической обработки кокса при 2800°C, которая составляет 0,5 или менее, согласно вычислению по среднему расстоянию между слоями c/2, используют в способе согласно настоящему изобретению. Кокс со сферической морфологией и низкой графитируемостью представляет собой материал, создающий высокую объемную плотность и высокую прочность на истирание.
Используемое количество кокса со сферической морфологией составляет предпочтительно не более чем 25%, предпочтительнее от 10% до 20% по отношению к массе сухой смеси. Предпочтительно использовать кокс со сферической морфологией и размером зерен, превышающим 0,2 мм, предпочтительнее превышающим 0,5 мм.
Углеродное изделие согласно настоящему изобретению можно широко использовать. В частности, благодаря его высокой объемной плотности, высокой прочности на истирание, высокой износоустойчивости, химической инертности и высокой термической устойчивости, его используют в качестве компонента машин, химического оборудования или теплообменников, например, в области технологических процессов. Кроме того, благодаря своим свойствам, которые описаны выше, углеродное изделие согласно настоящему изобретению используют в качестве электрода или футеровки компонентов в производстве веществ, которые изготавливают в относительно агрессивных условиях, например, при воздействии агрессивных химических реагентов или высоких температур.
В предпочтительном варианте осуществления углеродное изделие согласно настоящему изобретению используют в качестве катодного блока в ячейке электролизера для производства алюминия. Путем замены части традиционного нефтяного или каменноугольного пекового кокса в традиционном катодном блоке составами с особым почти сферическим твердым коксом, который имеет низкую графитируемость, получают катодный блок с более высокой объемной плотностью по сравнению с традиционным катодным блоком. Кроме того, прочность на истирание поверхности катодного блока увеличивается по сравнению с прочностью поверхностей традиционного катодного блока. Благодаря более высокой объемной плотности и повышенной прочности на истирание, такой катод способен легко противостоять коррозии в процессе электролиза для производства алюминия, которая обусловлена воздействием химических реагентов и особенно механических напряжений.
В качестве альтернативы углеродное изделие предпочтительно используют в качестве кирпича доменной печи для производства железа. Благодаря своей более высокой объемной плотности и повышенной прочности на истирание по сравнению с традиционными кирпичами доменных печей, углеродное изделие согласно настоящему изобретению в качестве кирпича доменной печи способно выдерживать механические напряжения и термический износ. Углеродное изделие согласно настоящему изобретению является подходящим, в частности, для использования в области выпускного отверстия доменной печи для производства железа.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления углеродное изделие согласно настоящему изобретению используют в качестве электрода в процессах карботермического восстановления. Например, углеродное изделие согласно настоящему изобретению используют в карботермическом производстве кремния, в котором диоксид кремния восстанавливают до кремния.
Кроме того, углеродное изделие согласно настоящему изобретению предпочтительно используют в качестве электрода в процессах электротермического восстановления или в качестве футеровки для стеклоплавильной печи, для производства алюминия, титана, кремния, железа, железных сплавов, фосфора, стекла или цемента, а также в качестве инструмента для формования и/или в качестве футеровки для плавильных и разливочных тиглей, а также в качестве желобов и выпускных каналов в вышеупомянутых устройствах.
Углеродное изделие согласно настоящему изобретению можно также использовать в качестве анода в электролитическом производстве разнообразных веществ. Примеры этого включают анод для производства фтора, который требуется для производства гексафторида урана, в частности, анода для производства магния, натрия, лития (электролиз текущего расплава) или анода в электролитическом производстве хлора и щелочи.
Примеры других применений углеродного изделия согласно настоящему изобретению включают нагревательную трубу и/или кольцо, элемент нагревательной плитки, трубу для дегазации и/или газораспределительную систему для плавки цветных металлов, уплотнение, алмазный инструмент, наконечник для высоковольтных переключателей, графитовые сферы для реактора с гранулированным топливом, компонент в области непрерывного литья, литья под давлением, центробежного литья или литья вагонных колес, такие как, например, литейные формы, формы для плавки припоя или стекла, для использования в производстве полупроводниковых подложек, стеклянных проходных изоляторов и паяных соединений.
Углеродное изделие согласно настоящему изобретению также используют в области технологических процессов. Углеродное изделие согласно настоящему изобретению можно использовать в качестве компонента теплообменника, например, для теплообменника с пучком труб, пластинчатого теплообменника или уплотнения. Кроме того, углеродное изделие согласно настоящему изобретению можно использовать в качестве колонны, например, для синтеза кислот, например, синтеза HCl, в качестве защитной трубки, сортировочной пластины, туннельной пластины, колпачной пластины, распределителя жидкости, пористого реактора, насосного или разрывного диска.

Claims (18)

1. Углеродное изделие, полученное обжигом смеси, содержащей, по меньшей мере, кокс, отличающееся тем, что кокс имеет степень графитизации по Майру и Мерингу, составляющую 0,50 или менее после термической обработки кокса при 2800°С, согласно вычислению по среднему расстоянию между слоями с/2, причем размер зерен кокса превышает 0,5 мм.
2. Углеродное изделие по п.1, отличающееся тем, что кокс имеет сферическую морфологию.
3. Углеродное изделие по п.1, отличающееся тем, что кокс содержится в количестве, составляющем не более чем 25% по весу, предпочтительно от 10% до 20%, по отношению к массе сухой смеси.
4. Углеродное изделие по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что кокс имеет структуру типа луковичной шелухи.
5. Углеродное изделие по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что кокс имеет удельную поверхность по методу ВЕТ, составляющую от 20 до 40 м2/г.
6. Углеродное изделие по п. 4, отличающееся тем, что кокс имеет удельную поверхность по методу ВЕТ, составляющую от 20 до 40 м2/г.
7. Углеродное изделие по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что оно представляет собой катодный блок или кирпич для доменной печи.
8. Углеродное изделие по п.7, отличающееся тем, что катодный блок представляет собой графитизированный катодный блок.
9. Способ получения углеродного изделия, включающий:
смешивание антрацита, графита и/или кокса или их смесей, по меньшей мере, с одним связующим материалом из группы связующих материалов на нефтяной или угольной основе, а также связующих материалов на основе синтетических полимеров и любых смесей указанных связующих материалов и необязательных добавок,
придание смеси заданной формы, и
обжиг формованной смеси, отличающийся тем, что кокс имеет степень графитизации по Майру и Мерингу, составляющую 0,50 или менее после термической обработки кокса при 2800°С, согласно вычислению по среднему расстоянию между слоями с/2, причем размер зерен кокса превышает 0,5 мм.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в смесь перед формованием и обжигом вводят добавки и/или формованную смесь подвергают графитизации.
11. Способ по п.9, отличающийся тем, что кокс имеет сферическую морфологию.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что кокс со сферической морфологией добавляют в количестве, составляющем не более чем 25% по весу, предпочтительно от 10% до 20 мас.%, по отношению к массе сухой смеси.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что кокс со сферической морфологией имеет структуру типа луковичной шелухи.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что кокс со сферической морфологией имеет удельную поверхность по методу BET, составляющую от 20 до 40 м2/г.
15. Применение углеродного изделия по любому из пп. 1-8 в качестве катодного блока ячейки электролизера для производства алюминия.
16. Применение по п.15, характеризующееся тем, что углеродное изделие изготовлено способом по любому из пп. 9-14.
17. Применение углеродного изделия по любому из пп. 1-8 в качестве кирпича доменной печи для производства железа.
18. Применение по п.17, характеризующееся тем, что углеродное изделие изготовлено способом по любому из пп. 9-14.
RU2012157054/02A 2010-05-31 2011-05-31 Углеродное изделие, способ изготовления углеродного изделия и его использование RU2546268C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010029538A DE102010029538A1 (de) 2010-05-31 2010-05-31 Kohlenstoffkörper, Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstoffkörpers und seine Verwendung
DE102010029538.8 2010-05-31
PCT/EP2011/058887 WO2011151302A1 (de) 2010-05-31 2011-05-31 Kohlenstoffkörper, verfahren zur herstellung eines kohlenstoffkörpers und seine verwendung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012157054A RU2012157054A (ru) 2014-07-20
RU2546268C2 true RU2546268C2 (ru) 2015-04-10

Family

ID=44358293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012157054/02A RU2546268C2 (ru) 2010-05-31 2011-05-31 Углеродное изделие, способ изготовления углеродного изделия и его использование

Country Status (10)

Country Link
EP (1) EP2576870B1 (ru)
JP (1) JP5657103B2 (ru)
CN (1) CN103003474B (ru)
CA (1) CA2800855C (ru)
DE (1) DE102010029538A1 (ru)
PL (1) PL2576870T3 (ru)
RU (1) RU2546268C2 (ru)
UA (1) UA106294C2 (ru)
WO (1) WO2011151302A1 (ru)
ZA (1) ZA201209025B (ru)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010038650A1 (de) * 2010-07-29 2012-02-02 Sgl Carbon Se Verfahren zur Herstellung eines Kathodenblocks für eine Aluminium-Elektrolysezelle und einen Kathodenblock
DE102011004012A1 (de) 2011-02-11 2012-08-16 Sgl Carbon Se Oberflächenprofilierter Graphit-Kathodenblock mit einer abrasionsbeständigen Oberfläche
DE102011004013A1 (de) 2011-02-11 2012-08-16 Sgl Carbon Se Graphitierter Kathodenblock mit einer abrasionsbeständigen Oberfläche
DE102012201468A1 (de) * 2012-02-01 2013-08-01 Sgl Carbon Se Verfahren zur Herstellung eines Kathodenblocks für eine Aluminium-Elektrolysezelle und einen Kathodenblock
NO2650404T3 (ru) * 2012-04-12 2018-06-09
DE102013202437A1 (de) * 2013-02-14 2014-08-14 Sgl Carbon Se Kathodenblock mit einer benetzbaren und abrasionsbeständigen Oberfläche
CN103556181B (zh) * 2013-10-28 2016-01-13 奉新赣锋锂业有限公司 一种金属锂电解槽
DE102016201429A1 (de) 2016-01-29 2017-08-03 Sgl Carbon Se Neuartiger Koks mit Additiven
CN106083052A (zh) * 2016-08-08 2016-11-09 广西强强碳素股份有限公司 一种电解铝用阳极炭块的制备方法
CN106283117B (zh) * 2016-08-08 2018-05-04 广西强强碳素股份有限公司 一种电解铝用阳极炭块的制备方法
CN115504786A (zh) * 2022-08-29 2022-12-23 浙江工业大学 一种高强度亲水多孔石墨材料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5688155A (en) * 1985-10-22 1997-11-18 Ucar Carbon Technology Corporation Carbon--carbon composites containing poorly graphitizing pitch as a binder and/or impregnant
US6231745B1 (en) * 1999-10-13 2001-05-15 Alcoa Inc. Cathode collector bar
FR2821365A1 (fr) * 2001-02-28 2002-08-30 Carbone Savoie Cathode graphite pour l'electrolyse de l'aluminium
RU2245396C2 (ru) * 1999-02-02 2005-01-27 Карбон Савуа Пропитанный графитовый катод для электролиза алюминия
US6882517B2 (en) * 2001-05-31 2005-04-19 Nippon Oil Corporation Raw material composite for carbon material used in electric double layer capacitor, manufacturing method of the same, electric double layer capacitor, and manufacturing method of the same

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5673612A (en) * 1979-11-14 1981-06-18 Hitachi Chem Co Ltd Manufacture of carbon material
DE2947005C2 (de) 1979-11-22 1983-08-04 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Verfahren zur Herstellung von Acetylen aus Kohlenwasserstoffen
JPS59217672A (ja) * 1983-05-24 1984-12-07 新日本製鐵株式会社 高炉用カ−ボン耐火物の製法
JPH0226818A (ja) * 1988-07-18 1990-01-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 炭素材料
DE10164013C1 (de) * 2001-12-28 2003-04-03 Sgl Carbon Ag Verfahren zum Graphitieren von Kathodenblöcken
JP2005001969A (ja) * 2003-06-13 2005-01-06 Nippon Steel Chem Co Ltd 低内部抵抗炭素微粉の製造方法及び電気二重層キャパシタ
JP2005336017A (ja) * 2004-05-28 2005-12-08 Totan Kako Kk 多孔質炭素材料、フィルター及び燃料ポンプ用フィルター
EP1959462B1 (en) * 2007-02-15 2010-10-27 SGL Carbon SE Porous coke

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5688155A (en) * 1985-10-22 1997-11-18 Ucar Carbon Technology Corporation Carbon--carbon composites containing poorly graphitizing pitch as a binder and/or impregnant
RU2245396C2 (ru) * 1999-02-02 2005-01-27 Карбон Савуа Пропитанный графитовый катод для электролиза алюминия
US6231745B1 (en) * 1999-10-13 2001-05-15 Alcoa Inc. Cathode collector bar
FR2821365A1 (fr) * 2001-02-28 2002-08-30 Carbone Savoie Cathode graphite pour l'electrolyse de l'aluminium
US6882517B2 (en) * 2001-05-31 2005-04-19 Nippon Oil Corporation Raw material composite for carbon material used in electric double layer capacitor, manufacturing method of the same, electric double layer capacitor, and manufacturing method of the same

Also Published As

Publication number Publication date
EP2576870A1 (de) 2013-04-10
EP2576870B1 (de) 2018-11-14
CA2800855C (en) 2014-12-09
DE102010029538A1 (de) 2011-12-01
UA106294C2 (ru) 2014-08-11
ZA201209025B (en) 2013-07-31
WO2011151302A1 (de) 2011-12-08
JP2013533194A (ja) 2013-08-22
CN103003474A (zh) 2013-03-27
JP5657103B2 (ja) 2015-01-21
RU2012157054A (ru) 2014-07-20
PL2576870T3 (pl) 2019-08-30
CA2800855A1 (en) 2011-12-08
CN103003474B (zh) 2016-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2546268C2 (ru) Углеродное изделие, способ изготовления углеродного изделия и его использование
CN1950547A (zh) 用于电热还原炉的石墨电极、电极柱和生产石墨电极的方法
NO821537L (no) Titandiborid-grafitt-kompositter
CN109072087B (zh) 具有添加剂的新型焦炭
CN1847145A (zh) 耐用石墨体及其生产方法
JP5972362B2 (ja) 炭素とケイ素とを含む混合物のセミグラファイト化によって得られる、溶鉱炉の内部ライニングのための耐火材
EP1344846A1 (en) Aluminium reduction cell refractory material and process for the manufacture of carboceramic material
JP2005162607A (ja) 微細気孔性を有する炭素煉瓦及びその製造方法
CA2900418C (en) Cathode block having an abrasion-resistant surface that can be wetted
JP2016514204A5 (ru)
JPH0576556B2 (ru)
WO2004031451A1 (ja) アルミニウム精錬用カソードブロック及びその製造方法
CA2862277C (en) Method for producing a cathode block for an aluminium electrolytic cell
CN101665957B (zh) 铝电解槽用耐磨蚀石墨化阴极炭块及其制造方法
JP5631492B2 (ja) アルミニウム電解セル用のカソードブロックの製造方法およびカソードブロック
CN105513664B (zh) 一种工业用导电材料及其制备方法
EP0084059A1 (en) Composite of tib2-graphite
RU2800748C2 (ru) Смешанная композиция, содержащая нефтяной кокс и пиролитический углерод для электродов
KR101203630B1 (ko) 캐스타블 내화물용 피치의 내산화성 개선방법
KR860000043B1 (ko) 알루미늄 제조용 전해조의 라이닝 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20180511

PD4A Correction of name of patent owner
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20191205

PD4A Correction of name of patent owner