Влияние природы углеродных наполнителей на свойства и эксплуатационные характеристики обожженных анодов (стр. 2 из 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? «деистг/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

Таблица 3

Физико-химические свойства лабораторных образцов на основе пекового кокса (15% связующего)

№ Удельная	Содержание в (1,^,		"деист»	Пористость,	Механи-	УЭС,	Стойкость в среде СОг
поверхность пылевой фракции*,	шихте пыле- г/см3 вой фракции < 0,16 мм, %		Г/СМ3	%	ческая прочность, МПа	мкОм'м	общая разру-шаемость, мг/(см2 • ч)	остаток,%	осыпаемость,%
М2/Г
1 3500	25	,49	1,98	24,7	44,8	47,6	50,1	79,0	9,2
2	30	,49	1,97	24,4	45,9	49,3	40,0	83,0	4,5
3	35	,50	1,97	23,9	45,8	48,7	44,6	81,0	6,5
4	40	,50	1,97	23,9	41,0	49,7	45,3	82,0	6,0
5	45	,51	1,97	23,4	41,1	50,0	44,8	82,0	5,8
6 4500	25	,52	1,97	22,8	34,0	50,0	41,8	82,5	5,3
7	30	,52	1,98	23,2	39,0	49,6	33,6	85,0	3,5
8	35	,54	1,98	22,2	36,3	50,0	33,9	85,0	3,1
9	40	,56	1,97	20,8	43,3	49,7	40,5	83,0	5,2
10	45	,57	1,98	20,7	32,2	49,9	34,8	85,0	2,2

Примечание: жирным шрифтом выделены значения, приближенные к результатам на основе Пермского и Ангарского

нефтяных коксов

* По мнению научного консультанта и редакции цифры завышены.

поверхность пыли оказали на величины кажущейся плотности, пористости, механической прочности и реакционной способности в СО2.

Исследования показывают преимущество пыли с удельной поверхностью 4500 м2Д по сравнению с пылью, удельная поверхность которой 3500 м2/г. Начиная с дозировки пылевой фракции 30%, обожженные образцы имеют более высокую кажущуюся плотность, меньшую пористость и меньшую разрушаемость в токе СО2, при том же удельном электросопротивлении (УЭС). Хотя механическая прочность образца из более дисперсной пыли и снижается, полученные значения характеристик отвечают требованиям действующих ТУ и зарубежных стандартов на обожженные аноды (не менее 320 кг/см2).

Главной задачей данного этапа исследования являлось изучение возможности снижения разрушаемости образцов на основе пекового кокса в токе СО2. И как видно из графиков лучшие характеристики были достигнуты при содержании в составе «связующей матрицы» пыли 30— 35% с удельной поверхностью 4500 м2/г, при этом по уровню свойств сформованные образцы приблизились к образцам на основе нефтяных коксов.

Данные исследования позволяют сделать вывод, что производство обожженных анодов на основе пекового кокса вполне возможно, при специальной подготовке кокса и определенном составе связующей матрицы.

Список литературы

1. Обзор рынка нефтяного кокса в России и странах СНГ и перспективы его развития до 2008 года. ООО «ИНФОМАЙН РЕСЕЧ», 2004, 86 с.

2. Шеррюбле В.Г., Селезнев АН. Пековый кокс в углеродной промышленности. Челябинск: Издатель Татьяна Лурье, 2003, 296 с.

3. Красюков А.Ф. Нефтяной кокс. М.: Химия, 1966, 264 с.

4. Лазарев В.Д., Янко Э.А., Анохин Ю.М. и др. Цвет, металлы, 1982, № 1, с. 49-50.

5. Meier M.W., Fischer W.K., Perruchoud R.C. Light Metals, 1994, p. 685-694.