Сырьевые материалы

1. Сырьевые материалы Лекция №3

2. Сырье, используемое для получения УГМ, можно разделить на две группы: • твердые углеродистые материалы (наполнитель) – исходное вещество: антрацит, графит, коксы (сыпучие); • связующие материалы – связывают частицы наполнителя: каменноугольные и нефтяные пеки, реже синтетические смолы.

3. Твердые углеродистые материалы • Графит; • Антрацит; • Кокс; • Сажа;

4. Основные свойства графита-наполнителя • зольность 2–7 % (или 3–10 %); • содержание серы 0,2–0, 3 % (мас.); • содержание влаги 0,8 % (мас.); • выход летучих веществ 0,8–1,4 %. Гранулометрический состав: остаток на сите 0,076 мм составляет 2–5 %; фракции менее 0,045 мм содержится 75–90 %.

5. 2. Антрацит Элементный состав антрацитов (в мас. %): • углерод – 93–98; • водород – 1–3; • азот – до 1; • кислород, сера – до 1. Выход летучих веществ колеблется от 2 до 4 %. Истинная плотность равна =1450–1770 кг/м3.

6. Применение антрацита • Антрацит – основной компонент для угольных электродов и угольных блоков для кладки и футеровки печей, ванн и т. д. • Природный антрацит имеет существенные недостатки, такие, как невысокая механическая прочность, низкая термическая стойкость, которые после термообработки исчезают.

7. 3. Кокс • Используют малозольные нефтяные, пековые коксы, а также в малых количествах кокс, полученный из тяжелых фракций сланцевых смол. • По типу нефтяных остатков различают два основных класса нефтяных коксов: • крекинговые • пиролизные.

8. Пековый кокс • Пековый кокс получают коксованием каменноугольного пека в таких же печах, как и для производства каменноугольного кокса, при температуре в осевой плоскости коксового пирога 900–1100°С. • Используется при производстве угольных электродов, футеровочных и доменных блоков, электродной массы для дуговых электрических печей. Из-за высокой зольности (до 12 %) применение его резко сократилось.

9. Крекинговые коксы Крекинговые коксы получают термическим крекингом тяжелых остатков первичной перегонки нефти (мазута и гудрона), тяжелых газойлей коксования; каталитическим крекингом керосино-газойлевых фракций (470–540 °С и 4–6 МПа). Образуются остатки относительно слабо ароматизированные и со значительным содержанием серы.

10. Пиролизные коксы • Пиролизу подвергают углеводороды, начиная от этана и до высококипящих атмосферных и вакуумных газойлей. • Процесс ведут под давлением 0,1 МПа и температуре 650–750 °С. • По сравнению с крекинг-остатками тяжелые смолы пиролиза более ароматизированы, содержат значительное количество веществ, нерастворимых в толуоле, и очень мало серы.

11. Марки нефтяных крекинговых и пиролизных коксов • КНПС – кокс нефтяной пиролизный специальный; • КНПЭ – кокс нефтяной пиролизный электродный; • КНКЭ – кокс нефтяной крекинговый электродный; • К3–8 – кокс замедленного коксования (размер зерна 8 мм).

12. 4. Сажа (технический углерод) • Получают в газовой фазе в процессе неполного сгорания или термического разложения углеводородного газа или пара (1150–1500°С). • Содержание углерода более 90 %, золы – менее 0,2 %. • Размеры частиц – от 100 до 2500 Å. • Для изделий на основе сажи характерна изотропность свойств благодаря отсутствию преимущественной ориентации кристаллитов в частицах сажи.

13. Связующие материалы Функции связующего: • в процессе обжига связующее коксуется и, оставляя достаточное количество прочного кокса, придает изделиям необходимую прочность и однородность; • сообщает связность формуемой массе, пластифицирует ее, т. е. делает возможным прессование из нее изделий. Наилучшими связующими материалами являются каменноугольная смола и пек (температуру размягчения 65–90°С).

14. Некоторые характеристики групповых составляющих пека

15. Влияние состава связующего на свойства УГМ • -фракции: придают пластичность электродным массам и увеличивают плотность получаемых материалов за счет большой усадки при спекании; • 2- и -фракции (высокомолекулярные): обуславливают спекающую и связующую способность пеков; • 1- и 2-фракции: от содержания данных фракций главным образом зависит выход коксового остатка; • 1-фракция: не обладает спекающей способностью, частицы фракции играют роль центров коксообразования.

16. Выбор оптимального состава пека • пек оптимального состава должен иметь высокое содержание 2- и -фракций; • возможно меньшее содержание 1-фракции, снижающей пластичность пека и качество кокса при пиролизе связующего; • малое содержания -фракции, которая увеличивает текучесть пека.