201813. lajstromszámú szabadalom • Eljárás hidegen döngölhető, grafit és/vagy koksz alapanyagú, szurok kötőanyagú masszák előállítására
HU 201813 B képződik, melynek alapvető tulajdonságai: a nyomószilárdság és az oxidációs korrózióval szembeni ellenállás az eddigi megoldásokkal kapott döngölt masszákat felülmúlja. Kísérleti munkánk során arra a meglepő felismerésre jutottunk, hogy a fenti célkitűzést úgy érjük el, ha a szurok kötőanyagú masszához furfurilalkoholgyanta + bórsav vagy bóroxid adalékot adunk; a bórsav és bóroxid együtt is alkalmazható. Találmányunk alapja az a meglepő felismerés - és ez nem volt előre látható -, hogy a furfuril-alkoholból bórsavval és/vagy bóroxiddal keletkezett észter hő hatására reagál a szurok egyes komponenseivel, elsősorban a telítetlen kötésű vegyületekkel, tehát a polimer molekulák kialakulásában a szurok komponensei is résztvesznek. Végső soron a kialakult bonyolult nagymolekulájú átmeneti vegyületekből a kiégetés végén bórkarbid-piroszén rendezett kötés alakul ki a koksz és grafit vázanyag szemcséi között. A kémiai átalakulás már alacsony hőmérsékleten (szobahőmérsékleten) megindul a furánvázú ill. a szervetlen bórvegyület hozzáadása után, ami először egy észterképződés, majd a telítetlen kötésekkel rendelkező bór-furánvegyület (műgyanta) és a szurok komponensei közötti reakció, majd polimerizálódás indul be még szobahőmérsékleten. A hőmérséklet növelésével a polimerizációs reakció felgyorsul, ezzel kialakulnak az óriásmolekulák, és egyúttal a nagy szilárdság is. A találmány szerint az ismert grafit és/vagy koksz alapanyag(ok) száraz elegyét szurok kötőanyaggal homogenizáljuk, majd a gyártás folyamán vagy azt követően aprítás után 2-10 t.% fúrfurilalkoholt, végül a gyártás folyamán vagy a massza felhasználásakor 2-251.% bóroxidot és/vagy bórsavat adagolunk. Meglepő módon azt találtuk, hogy a találmány szerint kialakított szén-szövetszerkezet mechanikai szilárdsága mintegy kétszeresére-háromszorosára növelhető a hagyományos melegen döngölt és kiégetett szénszövet szilárdságához viszonyítva. A szénszövetmechanikai szilárdsága a bevitt bórvegyület mennyiségével növelhető, és jól szabályozható, mert a bórkarbidpiroszén térhálós vázszerkezetben a bórkarbid arányát változtatja. A találmány szerinti célkitűzést két úton érhetjük el:- hagyományos eljárással gyártott szurok kötőanyagú melegen döngölhető masszák utólagos átalakításával hidegen döngölhető masszává;- a döngölőmassza gyártásakor már hidegen döngölhető masszát állítunk elő. A találmány szerinti célkitűzést a szurok kötőanyagú dönbölőmasszák átalakításánál úgy érjük el, hogy az aprított döngölőmasszához fúrfurilalkoholt adagolunk, a felhasználástól függően egyidejűleg vagy utólag H3BO3- vagy B203-t adagolunk a masszához. A B2O3 vagy bórsav reagál a furfurilalkohollal furfurilborát keletkezésével. A furfurilalkohol ill. fufurilborát a szurok lágyuláspontját lecsökkenti annyira, hogy a massza szobahőmérsékleten döngölhetővé válik. Hidegben a lágyítás fokozására fufurol és/vagy antracénolaj adagolása előnyös, 0,4-2,0 t.% mennyiségben. Hő 3 hatására a furfurilalkohol, a furfurilborát és a szurok komponenseinek nagy része polimerizálódik. Ezáltal a bedöngölt massza hőre keményedővé válik, ami a technológiában igen előnyös tulajdonság. Sav katalizátor alkalmazása nem szükséges. Nagyobb hőmérséklet hatására a szerves nagy molekulák krakkolódnak, miközben B4C és piroszén keletkezik, mely erős kötést biztosít a töltőanyagként alkalmazott szén- és grafitszemcsék között. A találmány szerinti célkitűzést a hidegen döngölhető massza gyártásánál úgy éljük el, hogy a döngölőmasszát hagyományosan elkészítik, miszerint az előírt szemcsenagyságú kokszfrakciókba bekeverik a szurkot melegen, ebből apró formázással vagy utólagos őrléssel előkészített masszához hozzáadjuk a fúrfurilalkoholt. A lágyított masszához a felhasználáskor keverjük be utólag a B2Ü3-t vagy bórsavat. A találmány szerinti eljárással a max. 5 mm szemcsenagyságúra őrölt döngölőmasszához 2- 10 t.% fúrfurilalkoholt keverünk be egyenletesen, majd ezzel egyidőben (közvetlen felhasználás esetén) vagy csak a felhasználás előtt egyenletesen bekeverünk 2-15 t.% B203-t vagy bórsavat. A bedöngölés után az ismert módon végezzük a kiégetést. A találmány szerint előállított döngölőmassza előnyös tulajdonsága, hogy a massza hidegen (szobahőmérsékleten) döngölhjető, hőre keményedő anyaggá alakul. Ez az utóbbi tulajdonság kedvezően befolyásolja a döngölt falazat minőségét, mert a hőkezelés folyamán a visszalágyulásból adódó deformáció nem lép fel (mint a melegen döngölhető masszáknál felléphet, pl. alumínium elektrolizáló kádak oldalbélésének kialakításánál). A hidegen, szobahőmérsékleten történő döngölhetőség egyik jelentős előnye az, hogy az egészségre szinte ártalmatlan. A másik nagy előnye, hogy jobb szén szövetszerkezetet lehet elérni, amit részben a szobahőmérsékleten történő, időben nem korlátozott döngölés, másrészt a találmány szerinti különleges szén szövetszerkezet (B4C-C) biztosít. A találmány szerinti eljárással előállított bórkarbid-piroszén kötésekkel igen nagy szilárdság érhető el (több, mint 100 MN/m2), és könnyen megválasztható a kívánt szilárdsági érték. További előnyös tulajdonsága a találmány szerinti döngölőmasszából kiégetett anyagnak, hogy a oxidációs korrózióval szembeni ellenállóképessége igen nagy. A fajlagos villamos ellenállásra a B4C növelőleg hat, 10 t.% B2O3 vagy H3BO3 adagolás felett a fajlagos villamos ellenállás már jelentősebben nő, de ugyanakkor igen jelentős a mechanikai szilárdság növekedése is. A különböző célra felhasznált döngölőmasszáknál az összetételt ezek figyelembevételével kell megvalósítani. A találmány szerinti eljárásban az alábbiak szerint járunk el: A megőrölt döngölőmasszához alkalmas keverőben (pl. betonkeverőben) egyenletesen elkeverjük a furfuril-alkoholt. Ezt követően vagy a massza felhasználása előtt hasonlóan bekeverjük a B203-t vagy H3B03-t, melynek szemcsenagysága 1 mikrométer alatt legyen. Az így összekevert anyag szoba-4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
