Реферат: Влияние природы углеродных наполнителей на свойства и эксплуатационные характеристики обожженных анодов
г — кокс производства ЮАР, » — йдейст = 1,99;
д — смесь коксов с ИркАЗа, » — 4вйст = 1>98; • — 4»cr = 2,00; А — йдейст = 2,02
Кокс СПЗ «Сланцы» отличается большими областями мелкопористой структуры (светлые участки) в сравнении с другими нефтяными коксами. В то же время, в сравнении с исковыми коксами, поры у этого кокса более крупные и вытянутые. Согласно имеющимся представлениям более упругими свойствами будет обладать материал, который имеет заметную долю волокнистой структуры. Этим объясняются более низкие значения Кт нефтяных коксов Ангарского и Пермского НПЗ.
На четвертом этапе изучались физико-химические свойства «зеленых» и обожженных образцов на основе представленных коксов, прокаленных предварительно при разных температурах. Гранулометрический состав шихты и удельная поверхность пыли, кроме содержания связующего, задавались близкими для всех образцов. Количество пека для пековых и нефтяных коксов изменялось в соответствии с их различной пористостью. Для пековых коксов содержание связующего составляло 15%, для нефтяных 16%. Смешивание шихты, прессование и обжиг производили при равных параметрах для всех видов коксов. Результаты физико-химических испытаний представлены в табл. 2.
Обожженные образцы на основе пековых коксов характеризуются меньшей пористостью, более высокими значениями кажущейся плотности, их электропроводность, механическая прочность, теплопроводность и модуль упругости также выше, чем у образцов из нефтяных коксов.
В то же время химическая стойкость в среде углекислого газа у образцов на основе пековых коксов с действительной плотностью 2,00 и 2,02 г/см3 значительно ниже, чем у образцов на основе пермского и ангарского коксов. Однако при плотности 1,98 г/см3 для смеси коксов ИркАЗа и 1,99 г/см3 для кокса ЮАР показатели стойкости приближаются к значениям нефтяных коксов.
Повышенную химическую активность образцов на основе смеси пековых коксов ИркАЗа можно объяснить относительно высоким содержанием отдельных элементов в зольных примесях, характером поровой структуры, высоким коэффициентом термического линейного расширения (КТЛР) самих коксов, который повышался с ростом действительной плотности коксов. Ранее было установлено [4], что чем выше КТЛР, тем интенсивнее протекает процесс образования микротрещин на границе «кокс-наполнитель— кокс из связующего», что повышает реакционную способность материала.
Отрицательное влияние зольных примесей наиболее ярко проявилось на примере нефтяного кокса СПЗ «Сланцы». При высокой зольности и сравнительно большом содержании натрия, образцы имели самую высокую реакционную способность в токе СО2.
На основании полученных данных можно сделать вывод, что температура прокалки для пековых коксов не должна быть высокой и обеспечивать действительную плотность не выше 1,98 г/см3. В этом случае обожженные аноды могут иметь не только хорошие электромеханические свойства, но и удовлетворительные показатели химической стойкости.
Специалистами R&D Carbon было определено значительное влияние на величину показателя химической стойкости поверхностных свойств пылевой фракции, а также ее количества в так называемой «связующей матрице» [5]. В связи с этим на пятом этапе была исследована возможность повышения химической стойкости образцов за счет оптимизации свойств и состава «связующей матрицы».
Таблица 2
Физико-химические свойства обожженных образцов на основе пековых и нефтяных коксов
|
Наименование </дейст кокса кокса, г/см3 |
«каж? «деист г/см3 обр., Г/СМ3 | УЭС, мкОм'м | Мех. прочность, кг/см2 |
Порис тость, % |
ТКЛР, ю-6 к- |
, Теплопро- '* ВОДНОСТЬ, Вт/(м • К) | Модуль упругости, ГПа | Стойкость в среде СОг | |||
| общая раз-рушаемость, мг/(см2 • ч) |
остаток, % | осыпаемость, % | |||||||||
| Нефтяной | 2,02 | 1,51 2,04 | 92,0 | 362 | 26,6 | 2ЛЗ | 1,32 | 5,5 | 2Д2 | 88.0 | L2 |
| кокс Перм- | 2,05 | 1,53 2,06 | 86,1 | 308 | 25,4 | 3.86 | 1,68 | 6,1 | 31.9 | 87.5 | 2Л |
| ского НПЗ | |||||||||||
| 2,07 | 1,53 2,08 | 85,2 | 327 | 25,3 | 3.63 | 1,70 | 6,2 | 25.7 | 89.5 | L2 | |
| Нефтяной | 2,02 | 1,53 2,05 | 84,8 | 299 | 24,7 | 3J5. | 2,13 | 5,9 | 31.8 | 8L5 | Цг |
| кокс Ан- | 2,05 | 1,53 2,06 | 81,1 | 279 | 24,9 | 3J4 | 1,60 | LQ | 2L4 | 89.0 | L5 |
| гарского | |||||||||||
| НПЗ | 2,07 | 1,53 2,08 | 76,6 | 287 | 26,4 | 3.81 | 2,03 | 2Д | 27.4 | 89.0 | 1Л |
| Нефтяной | 2,03 | 1,53 2,06 | 80,2 | 302 | 25,8 | 3.25 | 2,27 | 6,0 | 125,8 | 49,0 | 18,8 |
| кокс СПЗ «Сланцы» | 2,07 | 1,55 2,07 | 77,0 | 299 | 25,6 | 3.98 | 1,96 | 6,6 | 119,8 | 51,0 | 17,3 |
| Смесь | 1,98 | 1.55 2,02 | 73,7 | 328 | 23Д | 5,04 | 2Л5_ | 8Л | 47,7 | 81,5 | 4,3 |
| пековых | 2,00 | 1.56 2,03 | 65,5 | 300 | 23.0 | 5,06 | 2.38 | 2Л | 95,6 | 60,0 | 13,9 |
| коксов | |||||||||||
| ИркАЗа | 2,02 | 1.55 2,01 | 68,5 | 386 | 21Z | 5,08 | 2,62 | L2 | 68,1 | 75,5 | 9,0 |
| Пековый | 1,99 | 1.56 2,00 | 51.7 | 444 | 20.9 | 6,82 | 3.16 | L5 | 48,0 | 82,0 | 5,8 |
| кокс про- | |||||||||||
| изводства | |||||||||||
| ЮАР | |||||||||||
Примечание: жирным шрифтом выделены значения, определяющие ухудшение эксплуатационных свойств анодов, подчеркнутым — улучшение эксплуатационных свойств, курсивом выделены средние значения
Для определения влияния состава «связующей матрицы» на свойства обожженных образцов использовался пековый кокс производства ЮАР, из которого готовили две пылевые фракции с удельной поверхностью 3500 и 4500 м2/г. Соответственно на их основе готовили анодную массу с гранулометрическим составом шихты, аналогичным составу предыдущего этапа. Содержание пылевых фракций (меньше 0,16 мм) изменяли от 25 до 45% (через каждые 5%) при постоянной дозировке связующего 15%. Далее образцы подготавливали для лабораторных испытаний по схеме, описанной в предыдущем этапе.
При очистке образцов после обжига отмечено прикок-совывание засыпки при дозировках пыли 25—35%, что