185496. lajstromszámú szabadalom • Eljárás tömör, nagyszilárdságú, grafittartalmú, kokszalapanyagú fémkarbid és fémborid vázú idomtestek és döngölőmasszák előállítására
1 185 496 2 A találmány eljárás grafittartalmú és/vagy koksz alapanyagú és/vagy temkarbid és/vagy fémborid vázú idomtestek, döngölőmasszák előállítására. A kohászatban és a vegyiparban sok olyan berendezés ismeretes, amelyet szén vagy grafit alapanyagból készült döngölömasszával, vagy előre égetett idomtestekkel bélelnek. Szén vagy grafit alapanyagú elektródákat igen nagy mennyiségben alkalmaznak olvadékelektrolizáló cellákban és ívfényes kemencékben. A.vegyiparban és a kohászatban használt szén vagy grafit idomtesteknél fontos követelmény a nagy mechanikai szilárdság, jó villamos vezetőképesség, minél kisebb porozitás, valamint oxidáló atmoszférában nagy hőfokon történő alkalmazásnál minél jobb ellenállás az oxidációs korrózióval szemben. A nagyobb szilárdságú szén vagy grafit idomtestek fokozottan ellenállnak a különböző mechanikai erőhatásoknak. . Nagy hőmérsékleten üzemelő berendezésekben lévő szénanyagokra a hőtágulás következtében nagy feszítőerő hat, de bizonyos olvadékok egyes komponenseinek beszívódása a szén szövetszerkezetébe a duzzasztóhatás következtében is feszítőerőt hoz létre. Ilyen duzzasztóhatást okoznak pl. alumíniumgyártásnál a Na és Na-vegyületek a szén és a grafit szövetszerkezetében. Sok esetben a szén és a grafit anyagokba olyan anyagokat, pl. fémeket építenek be, amelyek hőtágulási együtthatója jóval nagyobb, mint a szénanyagoké, ami szintén káros feszítőerőt okoz. A szén és grafit idomtestek - többségükben rendkívül kedvező fizikai és kémiai tulajdonságaik mellett - hátránya, hogy 600 °C felett levegő jelenlétében oxidálódnak és ez a folyamat a hőmérséklet növekedésével rohámosan fokozódik. Egyes szénvázú bélésanyag kialakítására alkalmaznak grafit és/vagy szurokkoksz tartalmú döngölőmasszákat, amelyekben a kötőanyag rendszerint szurok. Ezek hátrányos tulajdonsága, hogy csak 140-180 °C-ra felmelegítve döngölhetők. Gőzeik ártalmasak. A felmelegítés körülményei a massza összetételére kihatnak, ami jelentősen befolyásolja a kiégetés utáni szénszövetszerkezet minőségét. A kiégetett anyag porozitású nagyobb, mint ami megengedhető. Mint ismeretes, a szén és grafit idomtestek előállításánál kötőanyagként hagyományosan feketeszénszurkot, újabban különböző műgyantákat, mint pl. furán- vagy fenol-formaldehid gyantákat is használnak. Már ismeretes, hogy a bór és vegyületei közül a bórkarbid csökkenti a szénanyagok oxidációját nagy hőmérékleten. Ezért a bórvegyületeket felhasználják a szénidomtestek felületkezelésére, vagy a szén pórusainak telítésére impregnálással. Különleges szén bélésanyagok kialakítására alkalmazott döngölő-masszák többségükben melegen, 140-180 °C között döngölhetők. Újabban ismeretesek alacsonyabb hőfokon, 30-60 °C-on döngölhető maszszák, ezek azonban szurok lágyuláspont csökkentő adalékanyagokat tartalmaznak. Hátrányuk, hogy kisebb felmelegítést továbbra is igényelnek és az adalékanyag kiégése után a porozitásúk nagy. Ismeretes, hogy a műszenek előállítására újabban kötőanyagként furfurolt vagy furfurilalkoholt is ajánlanak, sav vagy egyéb katalizátor használata mellett. Ilyen eljárásokat írnak le a 901 848. Íj. sz., a 994 146. lj. sz. angol és a 229 844 Ij. sz. osztrák szabadalmi leírások. E leírásokban a műgyanta kötőanyag azon tulajdonságát használják ki, hogy kiégetéskor azokból rendezett piroszénhidak alakulnak ki, amelyek a kötést biztosítják. Hátrányuk, hogy kötésszilárdságuk nem haladja meg a hagyományos szurok kötőanyagból készült műszenek szilárdságát. A 3.284.373 sz. USA szabadalmi leírás szerint a szénelektródok gyártásánál a szurok kötőanyagba bórsavat adagolnak 0,2-2% mennyiségben. Ez az eljárás a bórsavat, illetve B203-t kémiai átalakulás nélkül viszi be a szénelektródák ázövetszerkezetébe, ezáltal lényeges szövetszerkezeti változást nem okoz. Az 1.256138 sz. NSZK szabadalmi leírás szerint a koksz, ill. grafit vázban fémhalogenidek hozzáadásával alakítanak ki fémkarbidokat. Az eljárás a kiinduló vegyületekcl tekintve költséges és bonyolult. A fémhalogenidek többségének illékonysága miatt az illékonyságot csökkentő ún. stabilizáló vegyületeket is kell adagolni. A keletkező HC1 ugyancsak bonyolítja a technológiát és az apparaiúra igényes. Ezért alkalmazása általánosan nem terjedt el. A 3.458341. sz. USA szabadalmi leírás szerinti eljárás során a grafit felületén alakítanak ki fémkarbid és grafit tartalmú bevonatot kiindulva fémhalogenidböl, metánból, valamint fémborid-grafit bevonatot kiindulva fémhalogenid, bórhalogcnid és metán vegyületekből. Az eljárás felületi bevonatok kialakítására alkalmas. A 155.954 sz. magyar szabadalmi leírás müszén és grafit idomtestek ragasztására eljárást ír le olyan ragasztóanyag alkalmazásával, amely nagy szilárdságot és jó villamos vezetőképességet biztosít. A találmány azonban nem ad megoldást és eljárást szén és grafit idomtestek előállítására, vagy szén és grafit döngölőmasszák gyártási eljárására. A 158.712 sz. magyar szabadalmi leírás szerint a szén és grafit idomtestek pórusaiban alakítanak ki bórkarbid védőbevonatot szerves bórvegyületböl ímpregnálás és ezt követő hőkezelés útján. E szabadalmi eljárás a már legyártott szén és grafit idomtestek tulajdonságainak javítására ad megoldást az utólagos felhasználásnál. Találmányunk célkitűzése olyan új eljárás kidolgozása, amellyel gyártva a kapott termékek mind mechanikai szilárdság, mind oxidációs korrózió tekintetében az eddigieknél lényegesen nagyobb követelményeknek, tudnak eleget tenni. Találmányunk lényege az a felismerés, hogy a szén és/vagy grafit alapanyagú és/vagy fémkarbid alapú és/vagy fémborid tartalmú idomtestek szokásos szövetszerkezetét a szerves bórvegyületekből keletkező bórkarbid-piroszén in situ keletkező rendezett, kvázi kristályos vázszerkezetével erősítjük meg. Meglepő módon azt találtuk, hogy a szokásos szénszerkezet mechanikai szilárdsága mintegy háromszorosára nő a találmány szerinti eljárással, és 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
