Brevet FR2174045A1 — publié le 19731012

La présente invention se rapporte à des pattes de carbone non cuit, ayant une aptitude améliorée au traitement. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à des putes de carbone non cuit ayant une aptitude améliorée au traitement et à des électrodes en carbone préparées à partir de ces pâtes, ayant un poids spécifique amélioré et une résistance à la flexion améliorée. Les électrodes en carbone, telles que des électrodes en carbone, en carbone amorphe et en graphite, à utiliser dans des fours électriques et des lampes à arc, sont fabriquées en mélangeant des matières carbonées finement divisées avec un liant, dtor- dinaire un brai de goudron de houille ou un brai de pétrole, et, de manière facultative, avec un catalyseur ou un lubrifiant pour former ce qui est connu dans la technique sous le nom de "pate de carbone non cuit". Cette pAte de carbone non cuit est alors conformée par exemple par extrusion, coupée en barres, et puis cuite dans un four à des températures élevées dans des conditions non oxydantes. Une difficulté principale pour former les électrodes en carbone à poids spécifique élevé, exemptes de craquelures, se produit durant l'étape d'extrusion.Si la pte de carbone non cuit est trop visqueuse, les pressions formées dans le dispositif d'extrusion sont trop élevées, entraffnant la formation d'un produit extrudé sous une tension élevée qui a une mauvaise stabilité dimensionnelle et tend à se craqueler durant l'étape de cuisson. Un agent lubrifiant, tel qu'une huile ou un acide gras, est généralement ajouté en quantité allant jusqu'à environ 4 % en poids par rapport à la pbate de carbone non cuit, pour réduire sa viscosité. Cependant, alors que l'utilisation d'un lubrifiant réduit vraiment la fissuration, elle a un inconvénient concomitant tel que le poids spécifique du produit final est également réduit. C'est un objet de la présente invention de prévoir un lubrifiant amélioré pour une pâte de carbone non cuit. C'est un autre objet de prévoir une pAte de carbone non cuit qui peut titre facilement extrudée pour former des moulages à poids spécifique élevé, exempts de tension, dimensionnellement stables. C'est un autre objet de prévoir des électrodes en carbone à résistance à la flexion améliorée. D'autres objets apparattront d'après la description détaillée suivante. La demanderesse a découvert que la substitution d'une cire de polyéthylène à faible point de fusion, à faible poids moléculaire, telle que décrite ci-après, à des lubrifiants classiques dans une pâte de carbone non cuit, non seulement abaisse la viscosité de cette ptte mais aussi plastifie le mélange de pâte. Les mélanges résultants ont une aptitude au traitement améliorée et peuvent astre facilement extrudés pour former des moulages exempts de tension, dimensionnellement stables, facilement coupés en longueurs désirées et cuits pour former des électrodes en carbone à résistance élevée et à poids spécifique élevé. La pâte de carbone non cuit de la présente invention est préparée en mélangeant une matière carbonée finement divisée avec un liant, tel qu'un brai de goudron de houille ou un brai de pétrole, à une température au-dessus du point de fusion du liant qui varie généralement d'environ 108 à environ 1130C, jusqu'à ce qu'on obtienne une dispersion uniforme. Une quantité efficace de lubrifiant formé de polyéthylène à faible point de fusion est alors ajoutée et le mélangeage poursuivi pour disperser le lubrifiant. Le mélange résultant est alors refroidi jusqu'aulx températures d'extrusion, ordinairement en-dessous du point de fusion du liant, et introduit dans un dispositif d'extrusion. L'extrusion est,de préférence, réalisée à des températures en-dessous du point de fusion du brai mais au-dessus du point de fusion du lubrifiant. Le produit extrudé est alors coupé à une longueur convenable et cuit d'une manière classique pour former les électrodes en carbone désirées. Des matières carbonées convenablement employées pour former la pâte de carbone non cuit sont classiques et comprennent du graphite en poudre, du coke, du charbon, du carbone et analogues, ou divers mélanges de ces produits. Le liant de brai a généralement un point de fusion dans l'intervalle de 95 à 1300C. Les polyéthylènes à faibles poids moléculaires, convenant à l'utilisation dans la présente invention doivent avoir un point de fusion en-dessous de la température d'extrusion de la pâte de carbone non cuit, cette extrusion étant généralement réalisée dans l'intervalle d'environ 90 à environ l400C. Ces polyéthylènes ont des points de fusion dans l'intervalle d'environ 80 à environ 1020C, des poids moléculaires en-dessous d'environ 10.000, de préférence en-dessous d'environ 2.000, et leur aspect varie entre celui de graisses et celui de cires à la température ambiante. Un polyéthylène convenable du type cire a un poids moléculaire moyen d'environ 1500; un point de fusion de 900C à 100C (test ASTM E-28); une dureté de 6 à 9 (Test ASTM 1321); une densité de 0,91 et une viscosité moyenne de 100 centipoises à 1400C. Un polyéthylène convenable du type graisse a un poids moléculaire moyen d'environ 1100, un point de ramollissement d'environ 850C, une dureté d'environ 90, une densité de 0,88, et une viscosité moyenne de 40 centipoises à 1400C. La quantité de polyéthylène employée comme lubrifiant n'est pas critique, mais, en général, des faibles quantités de 0,5 à environ 2,0 %, de préférence 0,7 à 1,0 #, en poids par rapport à la pâte de carbone non cuit sont fortement efficaces. Des quantités supérieures de polyéthylène peuvent ttre employées, mais, en général, ne sont pas souhaitables puisque le poids spécifique de la p#te de carbone non cuit, et des électrodes formées à partir de cette pâte, sera réduit. Le polyéthylène est convenablement ajouté à une pâte de carbone non cuit, pré-mélangée, formée de la matière carbonée et d'un liant. Il est alors facilement dispersé en poursuivant le mélangeage pendant un court moment, à une température au-dessus du point de fusion du brai et du polyéthylène. Le lubrifiant en polyéthylène sert à la fois de produit aidant le traitement pour réduire la viscosité de la pâte de carbone non cuit et de plastifiant. On obtient des produits extrudés exempts de tension qui ont une stabilité dimensionnelle améliorée et qui ne tendent pas à former des fissurations ou des craquelures durant les cuissons ultérieures, en réduisant ainsi le taux de rejet. Puisque seules de faibles quantités de polyéthylène sont exigées pour fournir la lubrification, le poids spécifique des produits extrudés formés de pâtes de carbone non cuit reste élevé. Un autre avantage d'utiliser le polyéthylène comme lubrifiant est l'élimination virtuelle d'agglomération de la pAate de carbone non cuit durant l'étape de mélangeage. Après le mélangeage à des températures au-dessus du point de fusion du brai, le mélange est transféré à un dispositif de refroidissement où la température est généralement réduite jusqu'à une valeur en-dessous du point de fusion du brai avant ltextrusion. Lorsqu'on emploie des lubrifiants classiques, la pAate de carbone non cuit tend à s'agglo mérer, ce-qui entratne la formation d'un produit moins homogène. Le présent procédé élimine virtuellement ce problème. Un autre avantage de l'utilisation du polyéthylène, telle que décrite dans la présente invention, est que, durant le mélange et l'extrusion, le polyéthylène tend à migrer vers la surface, en réduisant ainsi les problèmes de nettoyage dans le mélangeur et dans le dispositif d'extrusion. Il était inespéré que les électrodes en carbone préparées en cuisant la pâte de carbone non cuit de la présente invention aient une résistance à la flexion améliorée. On croit que ce résultat inespéré et fortement souhaitable est dA au fait que, durant ltextrusion, l'utilisation de polyéthylène comme lubrifiant augmente l'orientation de toutes les particules de carbone allongées présentes si bien qu'elles sont alignées dans la direction parallèle à l'axe de ltextrusion. Ceci entrain la production d'électrodes ayant une souplesse améliorée. La présente invention sera, en outre, illustrée par ltexemple suivant sans aucune limitation. Dans l'exemple, les parties sont en poids. EXEMPLE On a mélangé dans un dispositif de mélange à environ 150 0C pendant 15 minutes une charge de 2100 parties de charbon et de farine de graphite pulvérisés et de 630 parties de brai de goudron de houille, ayant un point de fusion de ll00C. On a alors ajouté 64 parties d'un polyéthylène ayant un poids moléculaire moyen d'environ 1100 et un point de ramollissement d'environ 850C et le mélangeage a été poursuivi pendant encore 15 minutes. Le mélange a été refroidi à l'air jusqu'à environ l010C et introduit dans un dispositif d'extrusion à l0l0C qui fournissait une pression de 227 kg. Le produit extrudé était sans tension et avait une densité de 1,68. Le produit extrudé moulé a été facilement coupé en barres uniformes qui ont été alors introduites dans un four pour la cuisson.La température dans le four a été augmentée jusqu'à 8750C et puis on l'a abaissée jusqu'à la température ambiante pendant une période de 4 semaines. Des électrodes de centrale ont été également préparées d'une manière semblable, sauf qu'elles contenaient environ 2 ffi en poids, par rapport à la pâte de carbone non cuit, d'huile à la place du polyéthylène comme lubrifiant. Quatre échantillons provenant d'un de chaque type d'électrodes préparées ci-dessus ont été pris et leurs propriétés comparées. Les résultats sont résumés dans le tableau ci-dessous TABLEAU Propriété Exemple 1 Contrôle Poids spéifi- Echantillon 1 1;;58 1,58 que > g/cm 3 2 1,57 1,57 st 3 1,59 3 3 1,60 tt 4 1,59 1,58 Resistivité, Echantillon 1 5,5 5,8 ohms/cm " 2 10 9 3 3 5,5 5?8 tt 4 7,5 7,5 Résistance à la Echantillon 1 68,5 58 flexion, kg/cm2 " 2 24 20 n ri (;9 66 3 4 42 48 L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent autre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - PAte de carbone non cuit, caractérisée en ce qu'elle contient 0,5 à 2,0 % en poids, par rapport à la pâte, d'un polyéthylène ayant un point de fusion d'environ 80 à environ 1040C. 2 - PAte de carbone non cuit selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient 0,7 à 1,0 % en poids de polyéthylène par rapport à la pâte. 3 - Poste de carbone non cuit selon la revendication 1, caractérisée en ce que le polyéthylène a un poids moléculaire moyen d'environ 1500, un point de fusion de 990C à 1030C, une densité de 0,91, et une viscosité moyenne de 100 centipoises à 1400C. 4 - Pâte de carbone non cuit selon la revendication 1, caractérisée en ce que le polyéthylène a un poids moléculaire moyen d'environ 1100, un point de ramollissement d'environ 850C, une densité de 0,88 et une viscosité moyenne de 40 centipoises à l400C. 5 - Procédé de fabrication d'électrodes en carbone consistant à mélanger une matière carbonée finement divisée avec un liant formé de brai pour constituer une p#te de carbone non cuit, à extruder la patte, à couper le produit extrudé en barres et à cuire les barres, caractérisé en ce qutil consiste à ajouter à la pâte 0,5 à 2,0 % en poids, par rapport à la pâte de carbone non cuit, d'un polyéthylène ayant un point de fusion d'environ 80 à environ l040c. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on emploie 0,7 à 1,0 % en poids de polyéthylène par rapport à la pâte de carbone non cuit. 7 - Electrode au carbone ayant une résistance à la flexion améliorée, caractérisée en ce qu'elle est préparée par le procédé qui consiste à mélanger une matière carbonée finement divisée avec un liant formé de brai pour constituer une pAte de carbone non cuit, à mélanger avec la pâte 0,5 à 2,0 ffi en poids, par rapport à la pute, d'un polyéthylène ayant un point de fusion d'environ 80 à environ 1040c comme lubrifiant, à extruder la pâte résultante, à la couper en barres et à cuire. 8 - Electrode en carbone selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'on emploie 0,7 à 1,0 en poids de polyéthylène par rapport à la p te de carbone non cuit.