Сырьевые материалы

Сырьевые материалы
Лекция №3
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.
Твердые углеродистые материалы
1. Графит;
2. Антрацит;
3. Кокс;
4. Сажа;
Основные свойства графитанаполнителя
 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 %.
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.
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.
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.
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.
Крекинговые коксы
Крекинговые коксы получают
термическим крекингом тяжелых остатков
первичной перегонки нефти (мазута и
гудрона), тяжелых газойлей коксования;
каталитическим крекингом керосиногазойлевых фракций (470–540 °С и 4–6 МПа).
Образуются остатки относительно слабо
ароматизированные и со значительным
содержанием серы.
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.
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).
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.
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).
Некоторые характеристики групповых
составляющих пека
Фракция
Растворитель

Петролейный
эфир

Бензол
2
Хинолин
1
–
Состав и свойства
Полициклические
кольцами
соединения
с
Полициклические соединения
кольцами и молекулярной массой
350–450
Высококонденсированные
неустановленной структуры
с
4–6
8–10
соединения
То же с молекулярной массой в несколько раз
большей, чем 2-фракции, кроме того,
частицы
графита,
угля,
кокса,
полициклических
ароматических
углеводородов
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.
Выбор оптимального состава пека
 пек оптимального состава должен иметь
высокое содержание 2- и -фракций;
 возможно меньшее содержание 1фракции, снижающей пластичность пека
и качество кокса при пиролизе
связующего;
 малое содержания -фракции, которая
увеличивает текучесть пека.