專利名稱：用于碳和石墨的基于瀝青的高閃點(diǎn)浸漬劑和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于例如生產(chǎn)鋼鐵工業(yè)用石墨電極的浸漬瀝青。粘合劑和浸漬瀝青通常被施加在碳或石墨坯料上，當(dāng)進(jìn)行碳化時(shí)，它們降低孔隙率并提高下述碳或石墨坯料的強(qiáng)度。
背景技術(shù)：
碳和石墨體一般見于瀝青等粘合劑和焦炭顆粒的混合物中。它們一般是多孔的并且可能缺乏機(jī)械強(qiáng)度，而該機(jī)械強(qiáng)度是應(yīng)力應(yīng)用，特別是如用于高溫爐應(yīng)用中的電極遇到的高應(yīng)力應(yīng)用所要求的。為了降低孔隙率并由此提高高應(yīng)力應(yīng)用中的機(jī)械強(qiáng)度，由碳或石墨坯料制備的產(chǎn)品可能需要用適當(dāng)?shù)慕n劑如聚合樹脂或?yàn)r青來浸漬下述碳或石墨坯料。選擇浸漬劑使得在對被浸漬坯料進(jìn)行碳化步驟之前該浸漬劑會(huì)滲透該被處理坯料，其涉及持續(xù)高溫處理。經(jīng)過碳化步驟之后，發(fā)現(xiàn)被浸漬坯料的孔隙率下降并且機(jī)械強(qiáng)度提高。
對于含碳電極及其他碳和石墨體，通常使用瀝青作為浸漬劑。瀝青是一種一般由煤焦油或石油焦油熱處理得到的多核芳烴的復(fù)合混合物。典型浸漬瀝青的焦化值(MCC)(“Analytical Methods for Coal andCoal Products”，C.Carr，Jr.Academic Press(1978)第II卷51頁描述的改性Conradson碳含量試驗(yàn))為約40-50％。但是，這些典型的浸漬瀝青在室溫下是固體，必須預(yù)熱到高溫才能將其轉(zhuǎn)化為適于浸漬的低粘度液體。通常還要在加入該瀝青浸漬劑之前將碳或石墨電極坯料預(yù)熱到高溫。然后將該電極冷卻以固化該浸漬劑。
在瀝青浸漬到碳或石墨體內(nèi)之后，通常要進(jìn)行再烘焙以使該浸漬劑碳化。在焦化之前約1/3的常規(guī)瀝青浸漬劑組合物跑出碳體，從而使碳化后的最終浸漬碳產(chǎn)率降至約35％。
在某些情況下，還要用瀝青、樹脂或其它基于碳的組合物再次浸漬第一烘焙步驟的產(chǎn)物并進(jìn)行再烘焙，這樣尤其進(jìn)一步提高了密度和機(jī)械強(qiáng)度。
對適于在制造碳或石墨體中使用的浸漬劑的性能要求是它不能具有高于約100℃的軟化點(diǎn)，因?yàn)檩^高的軟化點(diǎn)可能導(dǎo)致縮短產(chǎn)品工作壽命的孔隙率?？紫堵蔬€可能源自浸漬劑中低分子量組分的揮發(fā)。評定瀝青揮發(fā)傾向的一個(gè)有用指數(shù)是閃點(diǎn)。
用于碳電極制備過程的基于瀝青的粘合劑的制備描述于例如美國專利4086156中，其中起始原料為在700-1000℃蒸汽裂解一種石油烴而得到的底部產(chǎn)物。使該底部產(chǎn)物或?yàn)r青在減壓下經(jīng)歷汽提以獲得在大氣壓下初沸點(diǎn)為350-400℃的瀝青。然后將該瀝青在360-420℃不存在空氣情況下進(jìn)行均熱處理，并隨后在減壓下汽提得到所需的基于瀝青的粘合劑，其R和B軟化點(diǎn)為75℃?；跒r青的粘合劑制備方法的另一個(gè)實(shí)例見于美國專利4017378，其中由石腦油(naphtha)裂解得到的底部產(chǎn)物或殘余物在大氣壓下被蒸餾和熱老化。另一個(gè)實(shí)例見于美國專利5507938，其中含碳焦油或?yàn)r青的進(jìn)料原料被霧化，所得氣溶膠在約1400°F-2000°F與燃燒的非反應(yīng)性氣體氣氛接觸，隨后回收在反應(yīng)容器中形成的液體的餾分。
在另一種制備瀝青的方法中，在間歇釜中加熱煤焦油進(jìn)料直至達(dá)到所需軟化點(diǎn)。對于浸漬瀝青，該軟化點(diǎn)約為90℃，雖然對于不同的粘合劑瀝青該值可能更高。除非另外指明，此處所用“軟化點(diǎn)”指由ASTM方法D3104-75建立的Mettler軟化點(diǎn)。在加熱過程中，煤焦油液體可用蒸汽噴射。當(dāng)?shù)玫剿?0℃軟化點(diǎn)的產(chǎn)物時(shí)，閃點(diǎn)通常在245-265℃范圍內(nèi)。除非另外指明，此處所用“閃點(diǎn)”指由Cleveland Open Cup試驗(yàn)測定的閃點(diǎn)。閃點(diǎn)的變化受起始材料性質(zhì)、設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性以及測定閃點(diǎn)方法的固有不精確性的影響。上述方法不允許不改變?yōu)r青的軟化點(diǎn)而改變其閃點(diǎn)。
發(fā)明概述本領(lǐng)域一直需要用于石墨和碳坯料的軟化點(diǎn)為約90℃而閃點(diǎn)高于約270℃的浸漬瀝青。但是，獲得高于約270℃的閃點(diǎn)一般要求軟化點(diǎn)遠(yuǎn)高于90℃。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有相對于其閃點(diǎn)而言，軟化點(diǎn)較低的瀝青。
本發(fā)明一個(gè)更具體的目的是提供一種用于碳或石墨體的瀝青，其中所述瀝青的軟化點(diǎn)為約90℃而閃點(diǎn)高于約280℃。
本發(fā)明的這些及其他目的是通過在約260℃-約270℃用蒸汽或惰性氣體噴射熱煤焦油液體，直至該液體獲得約90℃的軟化點(diǎn)和高于約280℃的閃點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。
發(fā)明詳述本發(fā)明的浸漬瀝青可以用兩步法制備。在第一步中，在有或沒有蒸汽汽提條件下，在蒸餾釜中將煤焦油液體加熱至約260-270℃。當(dāng)加熱至約260-270℃范圍時(shí)，該液體的軟化點(diǎn)為約70-75℃，而該組合物的閃點(diǎn)將低于約240℃。在此點(diǎn)，減少向該釜供給的熱量至熱輸入基本與熱損失平衡，即液體溫度保持恒定并且不再升高。
然后將噴射蒸汽和/或惰性氣體如氮?dú)獯等胍后w，同時(shí)保持溫度在約260℃-約270℃范圍。在這些條件下，液體的軟化點(diǎn)和閃點(diǎn)將持續(xù)升高，但閃點(diǎn)的升高速率大約兩倍于軟化點(diǎn)的升高速率。當(dāng)該組合物的軟化點(diǎn)達(dá)到所需的90℃時(shí)，閃點(diǎn)將高于約280℃，并且通常在約280-300℃范圍內(nèi)。
給出下列實(shí)施例以進(jìn)一步說明和解釋本發(fā)明而并不對其作任何限制。除非另外指明，所有的份和百分比均是以重量計(jì)的。
上述說明旨在教導(dǎo)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員如何實(shí)踐本發(fā)明，而并不想詳細(xì)說明其所有顯而易見的修改和變化，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀過本說明后是很顯然的。但是本發(fā)明旨在將所有顯而易見的修改和變化均包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述范圍由下面的權(quán)利要求定義。權(quán)利要求旨在覆蓋要求保護(hù)的組分和任何順序的步驟，只要其可有效地滿足本發(fā)明的目的即可，除非上下文特別指出了相反之處。
權(quán)利要求
1.一種用于碳或石墨體的瀝青，它是通過以下步驟制備的在約260℃-約270℃的溫度下，用蒸汽或惰性氣體噴射一種熱煤焦油液體直至該液體的軟化點(diǎn)為約90℃，并且該液體的閃點(diǎn)高于約280℃。
全文摘要
一種軟化點(diǎn)為約90℃而閃點(diǎn)高于約280℃的浸漬瀝青是由煤焦油液體制備的。該瀝青的制備包括在將煤焦油液體保持在約260℃－270℃的同時(shí)用蒸汽或惰性氣體噴射該液體。
文檔編號C10C1/16GK1617918SQ02828003
公開日2005年5月18日 申請日期2002年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月10日
發(fā)明者T·H·奧拉克 申請人:尤卡碳工業(yè)有限公司