201813. lajstromszámú szabadalom • Eljárás hidegen döngölhető, grafit és/vagy koksz alapanyagú, szurok kötőanyagú masszák előállítására
HU 201813 B A találmány eljárás grfit és/vagy koksz alapanyagú, szurok kötőanyagú döngölőmasszák előállítására, amelyek hidegen dolgozhatók fel. A kohászatban és a vegyiparban sok olyan berendezést alkalmaznak, amelyet koksz (részben antravit) vagy grafit alapanyagból, vagy ezek keverékéből készült döngölőmasszával bélelnek, más esetben előre égetett szén vagy grafit idomtesteket döngölőmasszával kötnek össze. Attól függően, hogy milyen célra használják, a döngölőmasszával összekötött szén bélésű berendezést, a legkülönbözőbb igények lépnek fel vele szemben. Általános követelmény a nagy mechanikai szilárdság és a kis porozitás, de fontos szempont az elektromos vezetőképesség, korrózióállóság, hődilatáció mértéke stb. A döngölőmasszák legfontosabb felhasználási területe az alumínium elektrolízis, aholis az elektródok előre égetett szén idomtestekből készülnek az újabb eljárások szerint, és ezeket az idomokat az üzemben építik be a felújítandó kádszerkezetbe és fáradságos kézi munkával, a fugák döngölésével alakítják ki az elektrolizálandó olvadékot befogadó és elektródként szolgáló katódot, valamint a koszorút, míg a másik elektród a kádba benyúló előre égetett szénidom, amiben a fém áramhozzávezetést döngölőmasszával rögzíthetik. A döngölőmasszákból kiégetett szénanyagok nagyobb szilárdsággal, jobban ellenállnak a különböző mechanikai erőhatásoknak. Nagy hőmérsékleten üzemelő berendezésekben a szénanyagokra a hőtágulás következtében nagy feszítőerő hat, de bizonyos olvadékok egyes komponenseinek beszívódása a szén szövetszerkezetébe a duzzadó hatás következtében is feszítőerőt hoz létre. Ilyen duzzasztó hatást okoznak pl. az alumínium elektrolízisnél a Na és Na-vegyületek bediffundálása a szén és grafit szövetszerkezetébe, ezért törekednek az ún. monolitikus kádak kiépítésére, ahol egyenletesen jó az ellenállás minden káros hatással szemben, a fugák sem jelentenek gyenge pontokat. A szén és grafit idomtestek, anyagok sok rendkívül kedvező fizikai és kémiai tulajdonsága mellett hátrányuk, hogy 600 °C felett, levegő jelenlétében oxidálódnak, és ez a folyamat a hőmérséklet növekedésével rohamosan fokozódik, és leégnek. A grafit és/vagy szurokkoksz alapú döngölőmasszák kötőanyaga hagyományosan a szurok. Ezeknek igen hátrányos tulajdonsága, hogy csak 140-180 °C-ra felmelegítve döngölhetők, gőzei rendkívül ártalmasak. A felmelegített döngölőmassza bedöngölési ideje behatárolt, gyors lehűlés esetén nem alakítható ki döngöléssel megfelelő tömörség. A felmelegítés körülményei a massza összetételére is kihatnak, ami jelentősen befolyásolja a kiégetés utáni szén-szövetszerkezet minődéségét, azaz jelentősen csökkenhet a szén szilárdsága, növekedhet a porozitás és a fajlagos villamos ellenállás. A döngölőmaszák és szénidomok kötőanyagaként újabban különböző műgyantákat, mint pl. furán-, vagy fenolformaldehid gyanatákat is használnak. Ilyen eljárást ismertetnek a 901.848 ljsz. és a 994.146 ljsz. angol szabadalmi leírások és a 229.844 1 ljsz. osztrák szabadalom leírása, az USA 4.288.353 ljsz. szabadalom leírása pedig epoxigyanta kötőanyagot ír le, sőt melasz is alkalmazott az 1.552.933.1jsz. francia szabadalom leírása szerint. A szurokkal kötött döngölőmasszák melegen, 140-180 °C között döngölhetők. Újabban ismeretesek alacsonyabb hőfokon, 30-60 °C-on vagy ennél alacsonyabb hőmérsékleten, 10-30 °C-on (üzemi hőfokon) döngölhető masszák. Az alacsonyabb hőfokon döngölhető masszákra az a jellemző, hogy olyan szurok lágyuláspont csökkentő adalékanyagokat, oldószert tartalmaznak, amelyek nem lépnek közvetlen reakcióba a szurokkal, legtöbbjük kisebb felmelegítést is igényel, a kiégetés után a szén szövetszerkezetére nincs, vagy negatív hatásuk van, ami a porozitás növekedésében és a szilárdság csökkenésében jelentkezik. A döngölőmassza szurok kötőanyagának oldószereként poliaromás szénhidrogént ismertet az USA 4.307.048 ljsz. szabadalmának leírása, míg az NSZK 2.509.550 ljsz. szabadalom leírása szerint 10-14 t.% metilnaftalin adagolásával 48-54 °C-os lágyulás tapasztalható. Szobahőmérsékleten történő döngölést ismertet az USA 4.032.653 ljsz. szabadalom leírása metil-naftalin oldószerrel, de hátránya, hogy nem növeli a szén szövetszerkezetének szilárdságát. A hidegen döngölhető masszák másik részére az jellemző, hogy szurok helyett műgyantákat alkalmaznak, ezek a masszák általában hőre keményedő anyagok. Hátrányuk, hogy kiégetés után nem érik el a szurok kötőnyagú masszák égetett anyagainak szilárdságát. Megkísérelték már a tulajdonságok javítását oly módon is, hogy nemcsak lágyuláspontot csökkentő szurok oldószert adagoltak, hanem pl. az oxigénnel szembeni korrózióállóság növelésére bórsavat adagoltuk 0,2-2 t.% mennyiségben a 3.284.373 ljsz. USA szabadalom leírása szerint. A szilárdság növelésére fémkarbidokat alakítanak ki fémhalogenidek adagolásával az 1.256.133 ljsz. NSZK szabadalmi leírás szerint. Mivel itt sósav keletkezik, és az illékonyság miatt stabilizáló vegyületek is szükségesek, ez igen bonyolult és költséges eljárás. A 185.496 ljsz. magyar szabadalmi leírásban kötőanyagként 15-20 tömeg% furufurilalkohol-gyantát (furfurol + foszforsav) ill. ennek bórsavészterét alkalmazzák. A gyanta hő hatására polimerizálódik. A massza kiégetése után nyert szénszövetben az eddigi szurok kötőanyagokhoz képest nagyobb szilárdságot a bórkarbid-szén hidak kialakulása révén érték el, amit a furfurilalkohol-gyanta kötőanyag biztosít. Minthogy az eljárás által javasolt megoldásban szurok kötőanyagot nem alkalmaznak, nagy mennyiségű (15-20 tömeg%) furfurilalkohol-gyantára van szükség, ami jelentős kötlségnövelő tényező. Találmányunk célkitűzése olyan eljárás kidolgozása, amely szerinti megoldás egyrészt az olcsó, hagyományos kötőanyag: a szurok is kötőanyagként szerepel, másrészt adalék alkalmazásával a szurok lágyuláspontja szobahőmérsékletre csökken és így hidegen döngölhetővé válik, továbbá, a bedöngölt massza beégetésekor olyan szén szövetszerkezet 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
