[发明专利]碳体、生产碳体的方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及碳体、用于生产碳体的方法及其用途。

背景技术

碳体被用作化学工业中的组件，在这种情况下，它们往往暴露于腐蚀性化学品和高温。对这些组件的要求是高的，并且它们具有有限的寿命。

例如，由非石墨碳和石墨制成的阴极被用作铝电解槽的底部内衬。这些材料结合了非常好的电传导性与高热稳定性和耐化学性。石墨化的阴极因其优异的电传导性而特别适用于现代的高安培槽。然而，作为例如无烟煤基阴极，这些槽在操作期间经历严重的腐蚀。所述腐蚀集中在高电流密度占优势的阴极端部，导致发展成W形轮廓。机械影响发挥了并非无关紧要的作用，因为阴极表面上的熔融铝层因高磁场而不断移动。此外，由于电解液的成分而发生了化学攻击。这两种类型的腐蚀都限制了阴极块的寿命并由此限制了电解槽的寿命。

在FR 2,821,365中描述了一种其中避免了该问题的阴极。该阴极包含即使在超过2400℃的温度下处理后仍可与钠反应的碳产物。所述钠来自于冰晶石，所述冰晶石通常被添加到电解液中。

鼓风炉砖也是由非石墨碳或石墨制成的。优先发生在鼓风炉的放出口区域中的鼓风炉砖的腐蚀是用于生产铁的鼓风炉的一个技术问题。在这一点上，具体地，熔融的粗铁在化学和机械两方面上过度地攻击石墨和碳内衬。

由此造成的问题是，碳体受到了化学和机械腐蚀的攻击，因此，化学和机械腐蚀缩短了碳体的寿命。

因此，本发明的目的是提供具有长寿命的碳体。

发明内容

根据本发明，通过权利要求1的碳体以及通过权利要求10的方法来实现该目的。

根据本发明，提供了通过燃烧至少含有焦炭的混合物而产生的碳体，所述焦炭是具有低石墨化能力的焦炭。

具有低石墨化能力的焦炭即使在生产过程中暴露于例如高达3000℃的高温之后，仍具有高硬度和耐磨损性。根据本发明，由于添加了具有低石墨化能力的焦炭，因此，与未添加石墨化能力差的焦炭的传统碳体相比，碳体表面的耐磨损性提高。具体地，具有低石墨化能力的焦炭起到用于产生高耐磨损性的试剂的作用。

优选地，具有低石墨化能力的焦炭产生的碳体的堆密度比传统碳体高。

所述焦炭优选为具有球形形态的焦炭。由于其近似球形的几何形状，因此，所述焦炭在使碳体成形的过程中提高了物质的可流动性。因此，碳体有利地具有比传统碳体高的堆密度。因此，所述碳体优选还具有高耐磨性。

根据本发明，除了具有低石墨化能力的焦炭之外，优选地，还使用以下物质来生产碳体：无烟煤、石墨和/或传统焦炭例如石油焦炭或煤焦油沥青焦炭；至少一种粘合剂，例如选自石油基或碳基粘合剂例如焦油、石油沥青、煤焦油沥青、柏油或酚醛树脂或呋喃树脂；以及任选的添加剂例如碳纤维。上面所列的起始材料可具有不同的晶粒尺寸。用于传统碳体例如阴极块或鼓风炉的包含上述起始材料的配方是已知的。对于传统上含有石油焦炭和/或煤焦油沥青焦炭的碳体来说，优选地，用具有低石墨化能力的焦炭代替至少一部分石油焦炭和/或煤焦油沥青焦炭。

在优选实施方案中，在2800℃下将石墨化能力差的焦炭热处理后，根据Maire和Mehring从平均层间距c/2计算得到的石墨化程度的最大值为0.5或更低。在高达3000℃的温度下将所述碳体石墨化期间，焦炭形成非常少的石墨结构或不形成石墨结构并因此保持了其耐磨损性及其高硬度。

在另一个优选实施方案中，具有低石墨化能力的焦炭的晶粒大于0.2mm，优选大于0.5mm。如果要使碳体具有预先确定的传导性，则具有低石墨化能力的焦炭以基于干燥混合物的至多25重量%的量存在于碳体中。更优选地，所述焦炭以基于干燥混合物的10重量%至20重量%的量存在于碳体中。

由于具有低石墨化能力的焦炭具有球形形态，因此，所述焦炭是成型助剂，用该成型助剂能够实现比传统碳体高的碳体堆密度。在优选实施方案中，焦炭具有球形至略微椭圆形的形状。此外，其优选具有洋葱皮结构，这符合其低石墨化能力。在本发明的意义上，术语“洋葱皮结构”是指包含具有球形至椭圆形形状的内层的多层结构，所述内层被至少一个中间层和一个外层全部或部分覆盖。特别优选地，用于产生高堆密度和高耐磨损性的试剂是具有低石墨化能力、高硬度和像洋葱皮一样构成的球形结构的焦炭。

具有球形至椭圆形形状的焦炭优选具有1至10、优选1至5、更优选1至3的长度/直径比率。焦炭的形状越接近球形结构，该物质的可流动性越好，并且碳体的机械性能越好。