№Лекция 3

Сырьевые материалы

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 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 %.

2. АнтрацитЭлементный 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 антрацитаАнтрацит – 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 коксПековый 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 керосино-газойлевых фракций (470–540 °С и 4–6 МПа). Образуются остатки относительно слабо ароматизированные и со значительным содержанием серы.

Пиролизные коксыПиролизу 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 Состав и свойства

Петролейный эфир

Полициклические соединения с 4–6 кольцами

Бензол Полициклические соединения с 8–10 кольцами и молекулярной массой350–450

2 Хинолин Высококонденсированные соединения неустановленной структуры

1 – 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 1-фракции, снижающей пластичность пека и качество кокса при пиролизе связующего;

малое содержания -фракции, которая увеличивает текучесть пека.