RU2028977C1 - Method of monitoring of graphitization process of carbon materials - Google Patents
Method of monitoring of graphitization process of carbon materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2028977C1 RU2028977C1 SU4784031A RU2028977C1 RU 2028977 C1 RU2028977 C1 RU 2028977C1 SU 4784031 A SU4784031 A SU 4784031A RU 2028977 C1 RU2028977 C1 RU 2028977C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- graphitization
- degree
- acoustic emission
- carbon
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims description 4
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электродной промышленности, в частности к контролю тепловых процессов получения графита на стадии его высокотемпературной обработки, в частности процесса графитации. The invention relates to the electrode industry, in particular to the control of thermal processes for producing graphite at the stage of its high-temperature processing, in particular the graphitization process.
Известен способ контроля теплового режима процесса графитации, заключающийся в измерении температуры в начальной стадии разогрева печи, измерении электрического сопротивления печи и определения температуры на последующих стадиях процесса графитации по величине, обратно пропорциональной электрическому сопротивлению печи. A known method of controlling the thermal regime of the graphitization process, which consists in measuring the temperature in the initial stage of heating the furnace, measuring the electrical resistance of the furnace and determining the temperature in the subsequent stages of the graphitization process in magnitude inversely proportional to the electrical resistance of the furnace.
Недостатком известного способа является тот факт, что при температуре выше 2500оС электросопротивление углеродных материалов слабо зависит от степени прогрева изделия, в то время как качество графитируемых материалов, определяемое показателем степени графитации g в диапазоне 2500-3000оС меняется очень сильно.A disadvantage of the known method is the fact that at temperatures above 2500 ° C the resistivity of carbon material is weakly dependent on the degree of product, while warming graphitizability as the quality of materials defined by the exponent g graphitization in the range of 2500-3000 C. varies greatly.
Показатель степени трехмерного упорядочения (степень графитации - g) наибольшее изменение претерпевает именно в диапазоне температур 2500-3000оС. Поэтому известный способ имеет ограниченное применение и не может быть использован для контроля за состоянием графитируемых заготовок во всем интервале температур процесса графитации и не может быть использован для контроля за окончанием процесса графитации по достижению необходимой степени графитации углеродного материала.The degree of three-dimensional ordering (degree of graphitization - g) undergoes the greatest change precisely in the temperature range 2500-3000 о С. Therefore, the known method has limited application and cannot be used to monitor the state of graphitized workpieces in the entire temperature range of the graphitization process and cannot be used to control the end of the graphitization process to achieve the required degree of graphitization of the carbon material.
Известен способ контроля режима и окончания процесса графитации, в котором с целью повышения точности контроля температурного режима печи замеряют содержание окиси углерода в отходящих газах, определяют экстремальные значения содержания окиси углерода в отходящих газах в середине цикла разогрева печи, по которым судят о температурном режиме в печи и измеряют производную от изменения содержания окиси углерода в отходящих газах, по которой судят об окончании процесса графитации. A known method of controlling the mode and the end of the graphitization process, in which, in order to improve the accuracy of temperature control of the furnace, the carbon monoxide content in the exhaust gases is measured, extreme values of the carbon monoxide content in the exhaust gases in the middle of the furnace heating cycle are determined, according to which the temperature in the furnace is judged and measure the derivative of the change in carbon monoxide in the exhaust gas, which is used to judge the end of the graphitization process.
Недостаток известного способа заключается в том, что в процессе графитации не контролируется состояние самих заготовок, а судят об этом по косвенным характеристикам. Так как в реальных условиях, как правило, количество и качественный состав выделяющихся газов может в значительной степени определяться не процессами физико-химических и структурных превращений материала заготовок, а процессами, происходящими в пересыпочных материалах, то известный способ не является достаточно точным для контроля за ходом процесса графитации заготовок и его окончанием. The disadvantage of this method lies in the fact that during the graphitization process the condition of the workpieces themselves is not controlled, but they are judged by indirect characteristics. Since in real conditions, as a rule, the quantity and qualitative composition of the evolved gases can be largely determined not by the processes of physicochemical and structural transformations of the workpiece material, but by the processes occurring in bulk materials, the known method is not accurate enough to control the progress the process of graphitization of workpieces and its end.
Общим недостатком способов контроля процессом термообработки углеродных заготовок по косвенным параметрам является отсутствие полного соответствия этих параметров реальному физико-химическому и структурному состоянию заготовок при термообработке. A common drawback of methods for controlling the process of heat treatment of carbon blanks by indirect parameters is the lack of full compliance of these parameters with the real physico-chemical and structural state of the blanks during heat treatment.
Известен способ регулирования процессом термообработки обожженных углеродных заготовок, в котором управление температурой нагрева осуществляют по параметру акустической эмиссии, возникающей в теле заготовки при термообработке и отражающей ее внутреннее состояние. В известном способе в качестве контролирующего процесс графитации параметра использована взаимосвязь амплитуды акустической эмиссии и размера трещин, образующихся или растущих в заготовке. Если в процессе графитации заготовок амплитуда эмиссии достигает заданного критического уровня, в теле заготовки возможно образование трещин, приводящих к браку заготовки. Критическая величина сигнала ЭВН, соответствующая трещинообразованию, определяется для каждого материала предварительными механическими испытаниями. A known method of controlling the process of heat treatment of fired carbon billets, in which the control of the heating temperature is carried out according to the parameter of acoustic emission that occurs in the body of the billet during heat treatment and reflects its internal state. In the known method, as the parameter controlling the process of graphitization, the relationship between the amplitude of acoustic emission and the size of cracks formed or growing in the workpiece is used. If the emission amplitude reaches a predetermined critical level in the process of graphitization of the workpieces, the formation of cracks is possible in the body of the workpiece, leading to rejection of the workpiece. The critical value of the EVN signal corresponding to crack formation is determined for each material by preliminary mechanical tests.
Недостатками известного способа являются: ограниченная область применения способа, так как известно, что в температурном диапазоне 2200-3000оС трещинообразование графитируемых материалов становится практически невозможным из-за высокой пластичности графита, поэтому известный способ не применим для контроля за состоянием углеродных материалов, находящихся в вязко-пластическом состоянии, т.е. во всем интервале температур процесса графитации. Невозможность точного определения момента окончания процесса графитации, так как используемая в качестве контролируемого параметра амплитуда акустической эмиссии не определяет состояние углеродных материалов, соответствующее требуемой степени графитации.The disadvantages of this method are: the limited scope of the method, since it is known that in the temperature range of 2200-3000 C. cracking graphitizability materials is practically impossible because of the high plasticity of graphite, however the known method is not applicable for monitoring the state of carbon material in visco-plastic state, i.e. in the entire temperature range of the graphitization process. The impossibility of accurately determining the end of the graphitization process, since the amplitude of acoustic emission used as a controlled parameter does not determine the state of carbon materials corresponding to the required degree of graphitization.
В прототипе о завершенности процесса графитации судят по достижению в заготовке температуры 3000оС. Известно, что методы измерения температур в печах графитации, обычно оптические, имеют довольно существенную погрешность, не ниже 5%. Степень графитации зависит от температуры, причем эта зависимость носит нелинейный характер, поэтому точность определения степени графитации в известном способе будет еще ниже (погрешность ≈10%).In a prototype of the completion of the process of graphitization is judged to achieve a temperature of 3000 C. The preform is known that the temperature measuring methods in graphitization furnaces, typically optical, have a rather substantial error not lower than 5%. The degree of graphitization depends on temperature, and this dependence is non-linear in nature, therefore, the accuracy of determining the degree of graphitization in the known method will be even lower (error ≈10%).
Окончание процесса термообработки в известном способе определяется по достижению заданной температуры (3000оС). Однако необходимая степень графитации для получения качественной продукции зависит не только от температуры. Поэтому известный способ не позволяет точно установить момент окончания процесса графитации.The end of the heat treatment process in the known method is determined by reaching a predetermined temperature (3000 about C). However, the necessary degree of graphitization for obtaining quality products depends not only on temperature. Therefore, the known method does not allow you to accurately establish the end of the graphitization process.
Целью изобретения является повышение точности определения окончания процесса графитации путем определения степени графитации углеродного материала непосредственно в процессе термообработки. The aim of the invention is to increase the accuracy of determining the end of the graphitization process by determining the degree of graphitization of the carbon material directly in the heat treatment process.
Указанная цель достигается тем, что предлагается способ контроля процесса графитации углеродного материала, включающий измерение параметров акустической эмиссии, в котором измеряют скорость счета акустической эмиссии, излучаемой графитовым материалом в процессе термообработки, и по ним судят о степени графитации углеродного материала. This goal is achieved by the fact that a method for monitoring the graphitization process of carbon material is proposed, which includes measuring the parameters of acoustic emission, in which the count rate of acoustic emission emitted by graphite material during heat treatment is measured, and the degree of graphitization of the carbon material is judged by them.
Проведено исследование и установлено, что начиная с температуры 2000оС графитируемые материалы излучают сигналы АЭ с определенной периодичностью, что подтверждается данными, представленными на фиг.1, где показано амплитудное распределение сигналов в температурном диапазоне 2000-2400оС.The research and found that the temperature ranging from 2000 C graphitizability materials emit AE signals with a certain frequency, which is confirmed by the data presented in Figure 1, which shows the amplitude distribution of the signals in the temperature range of 2000-2400 o C.
Процесс трехмерного упорядочения атомов углерода в решетку графита для различных углеродных материалов ряд исследователей рассматривает как различный фазовый переход первого рода, в котором фактором, обусловливающим зависимость степени графитации и параметров акустической эмиссии, выступают фазовые флуктуации. A number of researchers consider the process of three-dimensional ordering of carbon atoms in a graphite lattice for various carbon materials as a different first-order phase transition, in which phase fluctuations act as a factor determining the dependence of the degree of graphitization and the parameters of acoustic emission.
Одним из наиболее информативных параметров АЭ является скорость счета АЭ ((
Нагревали углеродные заготовки до различных значений скорости счета АЭ, а затем исследовали полученный графитированный материал методом рентгеновского анализа для определения степени графитации. The carbon preforms were heated to various AE counting rates, and then the obtained graphitized material was examined by x-ray analysis to determine the degree of graphitization.
Установлено, что степень графитации коррелирует со скоростью счета излучаемых импульсов АЭ по степенной зависимости вида:
g = A + B
А, В, С - эмпирические коэффициенты, определяемые типоразмером, материалом исследуемых углеродных заготовок, а также качеством акустического контакта "образец-звукопровод".It was found that the degree of graphitization correlates with the count rate of the emitted AE pulses in a power-law dependence of the form:
g = A + B
A, B, C - empirical coefficients determined by the size, material of the studied carbon blanks, as well as the quality of the acoustic contact "sample-sound pipe".
Полученная зависимость объясняется кинетикой механизма графитации. Чем выше температура графитируемого материла, тем выше скорость трехмерного упорядочения атомов углерода в структуру графита, что, следовательно, сказывается и на показателе скорости счета импульсов АЭ. The obtained dependence is explained by the kinetics of the graphitization mechanism. The higher the temperature of the graphitized material, the higher the rate of three-dimensional ordering of carbon atoms in the structure of graphite, which, therefore, affects the rate of AE pulse counting.
Заявляемый способ реализуется следующим образом: заготовки углеродного материала загружаются в печь графитации. В процессе нагрева контролируются сигналы акустической эмиссии, излучаемые заготовкой. По заранее построенному графику зависимости скорости счета импульсов АЭ ((
П р и м е р 1. Образец размером 150х40х40, приготовленный на основе красноводского кокса замедленного коксования и характеризуемый следующими показателями: удельное электросопротивление мкОМ м 36; содержание серы 0,61% ; кажущаяся плотность, г/см3 1,60; балл структуры 5,0; нагревается в печи графитации путем пропускания тока через заготовку.PRI me R 1. A sample of size 150x40x40, prepared on the basis of the Krasnodar coke delayed coking and characterized by the following indicators: electrical resistivity µOM m 36; sulfur content 0.61%; apparent density, g / cm 3 1,60; structure score 5.0; Heats up in a graphitization furnace by passing current through a workpiece.
Для предотвращения окисления образца используется коксовая теплоизоляция фракции 4+0 мм. В образец вставлен графитовый звукопровод для передачи индуцируемых заготовкой сигналов АЭ пьезоэлементу. Наружный конец звукопровода выводится за пределы печи. АЭ, генерируемая заготовкой, контролируется в частотном диапазоне 2-50 кГц. В качестве регистрируемого параметра АЭ выбрана скорость счета АЭ. Заранее определяют по методике Касаточкина и Фиалкова степень графитации (g) заготовки, которую необходимо достичь. Для данного материала она равна g = 0,16. To prevent oxidation of the sample, coke heat insulation of the fraction 4 + 0 mm is used. A graphite sound guide is inserted into the sample to transmit AE-induced signals to the piezoelectric element. The outer end of the sound duct extends outside the oven. AE generated by the workpiece is controlled in the frequency range of 2-50 kHz. The AE count rate was selected as the registered AE parameter. In advance, according to the method of Kasatokin and Fialkov, the degree of graphitization (g) of the workpiece to be achieved is determined. For this material, it is g = 0.16.
Согласно заранее построенной зависимости по формуле
g = -0,25 + 1,46
g = -0.25 + 1.46
Необходимая степень графитации (g) должна достигаться при скорости счета, равной 0,266 мВ/с. На фиг.2 изображена указанная зависимость. Точка А соответствует скорости счета 0,266 мВ/с и степени графитации 0,16. Значимый участок кривой близок к прямой линии. The required degree of graphitization (g) should be achieved at a count rate of 0.266 mV / s. Figure 2 shows the indicated dependence. Point A corresponds to a count rate of 0.266 mV / s and a graphitization rate of 0.16. A significant portion of the curve is close to a straight line.
При достижении скорости счета величины, равной 0,266 мВ/с нагрев был прекращен. Upon reaching a count rate of 0.266 mV / s, heating was stopped.
Рентгеноструктурные параметры отграфитированного образца составили:
d022 = 3,426 A
La = 65 A
Lc = 92 A
Данные параметры использованы для расчета степени графитации по формуле, приведенной в работе. Степень графитации составила g = 0,1627.The x-ray structural parameters of the grafted sample were:
d 022 = 3.426 A
L a = 65 A
L c = 92 A
These parameters are used to calculate the degree of graphitization according to the formula given in the work. The degree of graphitization was g = 0.1627.
Расхождение между значением g, замеренным при реализации способа и заданным значением g составило 1,7%. The discrepancy between the g value measured during the implementation of the method and the target g value was 1.7%.
П р и м е р 2. Образец нагревался по методике, изложенной в примере 1. PRI me R 2. The sample was heated according to the method described in example 1.
Заранее определяют степень графитации (g), которую нужно достичь 0,52. По зависимости (1) определяют скорость счета, соответствующую заданной степени графитации - 0,465 мВ/с. The degree of graphitization (g), which must be reached 0.52, is determined in advance. According to dependence (1), the count rate corresponding to a given degree of graphitization is determined - 0.465 mV / s.
При достижении скорости счета величины, равной 0,465 мВ/с, нагрев был прекращен. When the counting rate reached 0.465 mV / s, heating was stopped.
Определенные после охлаждения рентгеноструктурные параметры графитированного образца составили:
d002 = 3,395 A
La = 480 A
Lc = 200 A
Данные параметры использованы для расчета степени графитации. Степень графитации составила g = 0,523.The x-ray structural parameters of the graphitized sample determined after cooling were:
d 002 = 3.395 A
L a = 480 A
L c = 200 A
These parameters are used to calculate the degree of graphitization. The degree of graphitization was g = 0.523.
Расхождение между замеренным при реализации заявляемого способа и заданным значением составило 0,6%. The difference between the measured during the implementation of the proposed method and the set value was 0.6%.
К недостаткам способа по прототипу относится невозможность точного определения степени завершенности процесса графитации, так как используемый в известном способе в качестве контролирующего процесс параметра амплитуда АЭ не является информативным для оценки структурных превращений материала. The disadvantages of the prototype method include the impossibility of accurately determining the degree of completeness of the graphitization process, since the amplitude of the AE used in the known method as a process controlling parameter is not informative for assessing the structural transformations of the material.
Таким образом, из приведенных примеров можно сделать вывод, что заявляемый способ позволяет достичь поставленной цели - определить с достаточной точностью момент завершенности процесса графитации. Thus, from the above examples, we can conclude that the claimed method allows to achieve the goal - to determine with sufficient accuracy the moment of completion of the graphitization process.
Увеличение точности определения завершенности процесса графитации по достижению заранее заданной степени графитации позволит производить окончание процесса в нужный момент, что повлечет за собой увеличение выхода графитированных электродов высшего сорта. Increasing the accuracy of determining the completeness of the graphitization process to achieve a predetermined degree of graphitization will allow the process to finish at the right time, which will entail an increase in the output of premium grade graphitized electrodes.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4784031 RU2028977C1 (en) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | Method of monitoring of graphitization process of carbon materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4784031 RU2028977C1 (en) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | Method of monitoring of graphitization process of carbon materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2028977C1 true RU2028977C1 (en) | 1995-02-20 |
Family
ID=21492378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4784031 RU2028977C1 (en) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | Method of monitoring of graphitization process of carbon materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2028977C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2263633C2 (en) * | 2003-09-15 | 2005-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Украинский Графит" | Method of graphitization |
-
1989
- 1989-12-04 RU SU4784031 patent/RU2028977C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 1089048, кл. C 01B 31/04, 1982. * |
| 2. Авторское свидетельство СССР N 653214, кл. C 01B 31/02, 1977. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2263633C2 (en) * | 2003-09-15 | 2005-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Украинский Графит" | Method of graphitization |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0138733B1 (en) | Process of curing and testing rubber | |
| US4158610A (en) | Method and apparatus for determining and controlling amount of carbon deposited on a surface by a gas | |
| RU2028977C1 (en) | Method of monitoring of graphitization process of carbon materials | |
| JP3250442B2 (en) | Method and apparatus for measuring softening and melting properties of coal | |
| US4351701A (en) | Method of controlling a coking cycle | |
| CN1059774C (en) | Method and equipment for adjusting the top position of electric furnace electrode | |
| US3958176A (en) | Method for measuring suitability of aluminum for use in certain propellants | |
| RU2692399C1 (en) | Method for determination of metal powder self-ignition temperature | |
| SU1151878A1 (en) | Method of determination of obtained coke carbonization temperature | |
| CN112285268A (en) | A kind of simulation test device and method for oxidative burning loss of steel billet | |
| US4599140A (en) | Method and apparatus for controlling crossflow in a double collector main coke oven battery | |
| TWI903435B (en) | Analytical methods for molten furnace slag | |
| JPS61161454A (en) | Method for quick measurement of caking property of coal | |
| RU2837193C2 (en) | Method of controlling melting during production of steel in arc steel-making furnace | |
| SU1305146A1 (en) | Method for determining temperature of coke heat treatment | |
| RU2837195C2 (en) | Method of controlling melting during production of steel in arc steel-making furnace | |
| JP2968162B2 (en) | Measuring method of gas pressure in coal bed of coke oven | |
| SU1712854A1 (en) | Method of determination of molecular relaxation time of thermal motion processes in polymers | |
| SU1044784A1 (en) | Method of determining the degree of metamorphism of coal and coal inclusions | |
| SU796738A1 (en) | Method of determining high-temperature strength of coated metallic wire | |
| TW202505191A (en) | Analysis Methods of Molten Slag | |
| SU896491A1 (en) | Method of determination of material specimen crack resistance | |
| SU748209A1 (en) | Method of thermogravimetric analysis of substances | |
| HU213505B (en) | Method and device for determining co2 reactivity, air reactivity and soot factor of carbonic products | |
| JPH04309852A (en) | Measurement of activation energy and device thereof |