1.
Struktura krystaliczna pierwiastka C, odmiany alotropowe, grafen,
hybrydyzacja atomów węgla w diamencie i w graficie, rodzaje wiązań.
Przemiany zachodzące w odmianach alotropowych węgla pod wpływem
temperatury/ciśnienia.
Grafit:
- heksagonalny (najczęściej),
- romboedryczny (rzadko).
Ułożenie warstw grafitu:
- regularne,
- nieregularne.
Podział grafitu:
- syntetyczny (pierwotny, wtórny),
- naturalny:
*makrokrystaliczny (żyłkowy, łuskowy)
*mikrokrystaliczny.
Wiązania występujące w graficie:
- kowalencyjne – między atomami węgla,
- siły van der Waalsa – między warstwami.
Diament – hybrydyzacja sp​3​, kąt między wiązaniami 109​O 28’, 4 wiązania
kowalencyjne.
Grafen – płaska struktura złożona z atomów ​węgla​, połączonych w ​sześciokąty​.
Materiał kształtem przypomina ​plaster miodu​, a ponieważ ma jednoatomową
grubość, w przybliżeniu jest strukturą dwuwymiarową.
Reszta jak w graficie w sumie.
Diamenty można wytworzyć w sztucznych warunkach, ze związków węgla: w
temperaturze 1300-3000 st. C, pod ciśnieniem 1000-10000 MPa​.
2. Schematów i technologii nie mogę znaleźć. Sorry.
3. Grafit rozprężony
Grafit rozprężony otrzymuje się z grafitu naturalnego o wysokiej czystości przez
utlenianie a następnie gwałtowne rozprężanie, gdyż dzięki swej budowie
krystalograficznej łatwo tworzy związki lamelarne (warstwowe).
Podstawowym warunkiem uzyskania grafitu o dużym stopniu rozprężenia jest wysoki
stopień uporządkowania budowy strukturalnej grafitu wyjściowego i mała liczba
defektów.
Najlepszymi
surowcami
do
jego
produkcji są: grafit pirolityczny,
wysokouporządkowane, o wysokiej czystości, grafity naturalne oraz tzw. grafit
szumowy, krystalizujący podczas wytapiania. W praktyce przemysłowej
podstawowym surowcem są specjalne gatunki grafitu naturalnego, których Lc
powinno wynosić minimum 75 nm. Grafity o mniejszej wartości Lc nie łuszczą się –
nie rozprężają.
Rozprężanie grafitu polega na gwałtownym ogrzaniu go do temperatury 1000 1200⁰C, w wyniku czego następuje wybuchowe rozerwanie jego struktury i
utworzenie zagregatowanch warstw, wzajemnie niezwiązanych ze sobą. Wzrost
temperatury powoduje zwiększenie stopnia rozprężenia grafitu.
Temperatura oraz szybkość jej wzrostu powinna powodować gwałtowne
odparowanie cieczy zawartej między warstwami grafitu i wytworzenie odpowiednio
wysokiego ciśnienia powstałego gazu. Dlatego istotny jest czas podgrzewania grafitu
– ilość energii cieplnej doprowadzonej w jednostce czasu . Doświadczalnie
stwierdzono, że całkowite rozprężenie cząsteczek grafitu następuje od ułamka
sekundy do 10s.
Rozprężony grafit wielokrotnie zwiększa swoją objętość (do 25 razy) i zmniejsza
gęstość pozorną nawet do około 0,003 g/cm3 .
Rozprężanie grafitu zależy również od rodzaju grafitu. Drobnoziarniste i elektorgrafity
rozprężają się gorzej . Warunki utleniania oraz zanieczyszczenia znajdujące się w
graficie wpływają na jego rozprężanie.
4.
Surowce stałe do otrzymywania wyrobów węglowych i grafitowych; koks
(naftowe, pakowe).
Surowce podstawowe stosowane w przemyśle wytwarzania wyrobów węglowo-grafitowych
to:
1) surowce pochodzenia naturalnego:
● Antracyt:
Stosowany najczęściej do produkcji elektrod węglowych, wykładzin węglowanych i mas
elektrodowych. Otrzymywane z niego tworzywa charakteryzują się wysoką wytrzymałością
mechaniczną, wysoką odpornościa termiczną i stosunkowo niskim oporem elektrycznym.
● Grafit
2) surowce pochodzenia sztucznego:
● Koks naftowy:
Jest podstawowym zaraz obok antracytu, najważniejszym surowcem stosowanym w
przemyśle elektrodowym. Głównie używany jest to produkcji wyrobów grafitowych takich jak:
elektrody grafitowe, wykładziny grafitowe, grafitu reaktorowego oraz płyt do elektrolizy.
● Koks pakowy normalny
● Koks pakowy igłowy:
Coraz częściej zastępuje koks naftowy.
● Koks węglowy:
Stosuje się głównie do produkcji mas elektrodowych, elektrod bateryjnych, płytek
kwasowoodpornych i cegieł węglowych. Zmniejsza opór elektryczny, podwyższa
przewodnictwo cieplne, zwiększa odporność chemiczną.
● Elektrografit
● Grafit naturalny:
Podstawowy surowiec do produkcji wyrobów, od których wymagane są dobre własności
antyfrakcyjne.
● Sadza:
Dodawana jest jako składnik poprawiający własności mechaniczne tworzywa.
● Pak i smoła węglowa:
Podstawowe spoiwa stosowane w produkcji wyrobów z węgla i grafitu. Używane również
jako syciwo do nasycania różnych wyrobów m.in. wyrobów elektrod grafitowych.
● Pak naftowy
● Żywice sztuczne:
Używane jako spoiwo w produkcji różnych materiałów konstrukcyjnych. Zasadnicze
zastosowanie znalazły jako środek impregnujący węglowych i grafitowych materiałów.
● Olej antracytowy:
Stosowany coraz rzadziej jako środek obniżający punkt mętnienia paku oraz środek
zwilżający.
Surowce do produkcji koksu:
Koks naftowy produkuje się koksując ciężkie pozostałości po destylacji ropy naftowej lub
pozostałości z krakingu etylenu. Właściwości koksów zależą od jakości ropy naftowej,
sposobu jej destylacji, przygotowania wsadu do koksowania i metody koksowania. Ropa
naftowa zawiera dużą ilość siarki - z której otrzymuje się koksy wysokosiarkowe (surowiec
nieprzydatny w przemyśle elektrodowym). Najbardziej pożądane w produkcji koksu są
ciężkie pozostałości z ropy niskosiarkowej - duża zawartość związków parafinowych
(olejów), niska zawartość tytanu, wanadu lub również pozostałości z krakingu etylenu
(przydatne przy wytwarzaniu wyrobów grafitowych). Podział pozostałości destylacyjnej jest
umowny, najbardziej popularny podział to: oleje, żywice i asfalteny.
- oleje - wysokocząsteczkowe węglowodory o budowie hybdyrodwej (parafiny,
cyloparafiny, aromaty),
- żywice - wysokocząsteczkowe węglowodory, głównie heterocykliczne,
- asfalteny - policykliczne, aromatyczne, wysokoskondensowane związki.
Podstawowym surowcem stosowanym do produkcji koksu są pozostałości z krakingu
termicznego czyli mazut oraz gudron.
Koks naftowe specjalne o strukturze igłowek produkuje się ze specjalnie przygotowanych
wsadów surowcowych zawierających dużą ilość węglowodorów aromatycznych a mało
asfaltenów, naftenów i tworzących sadzę. Surowcami takimi są: smoły z pirolizy naftowej,
oleje dekantowane z krakingu katalitycznego, oleje z krakingu termicznego ciężkich frakcji
próżniowych, wybrane pozostałości próżniowe z drstylacji wysokoaromatycznej ropy oraz
pozostałości z krakingu etylenu.
5.
6. Schemat
technologii
wytwarzania
elektrod
kontrolowane w produkcji elektrod grafitowych.
grafitowych:
parametry
Podczas produkcji elektrod grafitowych należy przeanalizować i kontrolować czynniki takie
jak:
● ​Parametry nasycania i własności syciwa pakowego,
● Warunki i temperaturę obróbki cieplnej – surowców podczas kalcynacji oraz
półwyrobów podczas wypalania i grafityzowania,
● Parametry przygotowania masy masy do prasowania oraz parametry elektrod
zielonych
● Własności lepiszcza oraz jego udział w masie,
● Rodzaj i własności surowców stałych
7. Schemat technologii wytwarzania bloków katodowych
Surowiec → kalcynacja w 1200-1400⁰C (wygrzanie w wysokiej T ) → rozdrabnianie →
przesiewanie → magazynowanie (jednocześnie wytwarzanie lepiszcza) → mieszadło →
wyrabianie/ugniatanie → formowanie wstępne ( prasa przelotowa, wyciskanie surowca) →
Wypalanie w T~1200⁰C (lepiszcze się karbonizuje) → obróbka mechaniczna (czasami też
stosuję się grafityzację ~2000-3000⁰C przed obróbką mechaniczną) → koniec
8. Metody formowania blokowego stosuje się do produkcji wyrobów z mas
plastycznych oraz proszków.
Ogólnie:
a) Załadunek masy do matrycy
b) Sprasowanie mieszanki
c) Wypchnięcie wyrobu z matrycy
Forma przed rozpoczęciem prasowania powinna być nagrzana. Dozowanie masy do
matrycy może odbywać się przez ważenie lub metodą objętościową. Na wagę podawane
jest za pomocą podajnika ślimakowego, po drodze masa jest rozdrobiona.
Po zapełnieniu matrycy zbiornik z masą odsuwa się z matrycy i wyrównuje powierzchnię
swoimi ściankami. Wyroby z mas plastycznych prasuje się pod różnym ciśnieniem,
indywidualnie dopasowanym do materiału. Czas prasowania jest krótki – 30s. Po
sprasowaniu wyrób jest wypychany z matrycy tłokiem, a następnie jest chłodzony.
Mieszanki zawierające dużo grafitu prasuje się dwustopniowo. Najpierw wywiera się
ciśnienie, obniża się go do 0 i ponownie prasuje z maksymalnym dopuszczalnym
ciśnieniem. Czas trwania jest nieco większy.
9. Schemat wytwarzania past elektrodowych
Pasty elektrodowe głównie są stosowane do wytwarzania elektrod samospiekających.
Nigdzie nie jestem w stanie znaleźć dokładnie schematu powstawania strikte past, ale to
chyba ten kawałek od schematu wytwarzania elektrod do momentu mieszania ze spoiwem
lub formowania.
10. ​Materiały szczotkowe ​(f​ ull gugl)​
Zgodnie z definicją Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC), materiały szczotkowe
dzielą się na następujące grupy:
1. Elektrografit – duża przewodność elektryczna i cieplna; odporna na przepalenia
2. Węgiel twardy i węglografit – Mocny pod względem mechanicznym; trwały; mała
przewdoność elektryczna i cieplna
3. Grafit naturalny
4. Metalografit
5. Grafit impregnowany metalem
6. Grafit z domieszkami żywic
Szczotki elektrografitowe znajdują szerokie zastosowanie w komutatorowych maszynach
elektrycznych stałego i zmiennego prądu, np.:
●
prądnicach samochodowych i kolejowych
●
silnikach tramwajowych i silnikach lokomotyw
●
●
maszynach trakcji elektrycznej i spalinowej
prądnicach oświetleniowych
11. Węglowe elektrody spawalnicze.
Podstawowym zastosowaniem węglowych elektrod spawalniczych jest proces
elektropowietrznego żłobienia i cięcia. Istota procesu żłobienia i cięcia polega na nadtopieniu
łukiem elektrycznym obrabianych przedmiotów przy jednoczesnym usunięciu stopionego
materiału za pomocą sprężonego powietrza. Zalety stosowania elektrod węglowych w w/w
procesie to wyeliminowanie takich metod obróbki metalu, jak dłutowanie, szlifowanie,
żłobienie i cięcie palnikiem acetylenowym. Procesy, w których elektrody węglowe mają
największe zastosowanie, to:
● spawanie stali, żeliwa i metali nieżelaznych
●
łukowe cięcie i żłobienie
●
usuwanie starych spoin, obróbka wykończeniowa spoin
●
czyszczenie i naprawa odlewów z żeliwa i metali nieżelaznych
●
cięcie metali pod wodą
12. Wyroby z węgla i grafitu formowane z mas proszkowych
Metalurgią proszków nazywamy metodę wytwarzania metali z ich proszków, bez
przechodzenia przez stan ciekły. Oddzielne ziarna proszków łączą się ze sobą w jednolitą
masę podczas wygrzewania silnie sprasowanych kształtek w atmosferze redukującej lub
obojętnej. Wytwarzanie proszków obejmuje zespół procesów mechanicznych i
fizykochemicznych, które mają na celu uzyskanie określonego materiału w postaci proszku.
Proszek może być produktem mechanicznego rozdrobnienia materiału bez zmiany jego
składu chemicznego albo też uzyskuje się go jako produkt reakcji chemicznych z innych
substancji.
Etapy:
Produkcja wyrobów z węgla i grafitu dzieli się na następujące podstawowe etapy:
•
wytwarzanie proszków metali,
•
formowanie proszków
•
prasowanie,
•
spiekanie,
•
ewentualna obróbka wykańczająca
produkty końcowe (wyroby drobne)- uszczelki, łożyska, dysze i inne.
13.
14. Zahamowane koksowanie paku, ciężkich pozostałości z destylacji ropy
naftowej; schemat, zasada działania
Znalazłam jeszcze coś takiego (może o to mu chodzi):
15. Rodzaje faz występujących w koksach, podział koksów ze względu na
surowiec, strukturę i właściwości; koks igłowy, koks włóknisty, koks listkowo wirowy
Koks – otrzymywany jest na drodze sztucznej z fazy ciekłej; zaliczany do surowców stałych;
własności koksów zależą od jakości RN, jej destylacji, przygotowania wsadu i met.
Koksowania
·
Budowa strukturalna (determinowana jakością wsadu i met. Koksowania):
anizotropowa (z olejów), gąbczasta (z asfaltenów), bardzo gęsty (z żywic)
Anizotropowa struktura koksów podzielona na nast. Fazy (wg wsp. Włóknistości):
·
izotropową,
·
blaszkową,
·
listkowo – wirową (super regular, normal regular; najmniej podatne na grafityzację;
niski st. Uporządkowania; mogą być stosowane do produkcji wyrobów grafitowych, od
których nie wymagana jest niska rozszerzalność cieplna i do wyrobów o małych wymiarach.
Ponadto mogą być stosowane do produkcji masy anodowej, karborundu i niekiedy- masy
elektrodowej),
·
włóknistą (base premium; k. pirolityczny, krakingowy; mają znacznie większy
współczynnik włóknistości, większą zawartość fazy włóknistej z domieszką igłowej; można
stosować do produkcji elektrod normalnych dowolnych wymiarów, przeznaczonych do pracy
przy małych obciążeniach prądowych - w normalnym procesie wytopu stali),
·
igłową (koks igłowy odpowiada koksom premium; wysoko uporządkowane;
Najwyższymi
parametrami
budowy
strukturalnejwysoką
anizotropią, dużym
współczynnikiem
włóknistości
i
wysokim
udziałem
fazy
wysoko
uporządkowanej(igłowej);stosuje się do produkcji wyrobów od których wymagana jest niska
rozszerzalność cieplna, w szczególności elektrod grafitowanych intensywnych, wysoko
intensywnych i o dużych średnicach)
Wyróżniamy:
a)
koksy naftowe:
·
Podstawowy S do prod. Wyrobów grafitowych (elektrod, płyt do elektrolizy, bloków,
wykładzin grafitowych, grafitu reaktorowego); coraz częściej zastępowany koksem pakowym
igłowym (c).
·
Produkt koksowania ciężkich pozostałości po DRW lub pozostałości z krakingu
etylenu
·
Skomplikowana struktura, duże zróżnicowanie il. Faz anizotropowych
·
O strukturze igłowej – specjalne wsady o dużym udziale aromatów, mało asfaltenów i
naftenów; najbardziej podatne na grafityzację
b) koks pakowy normalny – produkt termicznego rozkładu smoły lub paku z C kam.;
struktura koksów mało wykształcona, słaba anizotropia optyczna,
c) koks pakowy igłowy – substytut naftowego igłowego; otrzymywany met. Spowolnionego
koksowania z paku węglowego – temperaturowo-czasowe wzbogacanie paku w mezofazę
(porządkowanie płynnej fazy) i jej przemiana w koks,
d) koks węglowy: Stosowany do prod. Wyrobów o db własnościach antyfrykcyjnych (niski
wsp. Tarcia), tj. szczotki do maszyn el., kontakty ślizgowe, pierścienie, łożyska; prod. Proc.
Koksowania węgli o db właściwościach koksowniczych; podział na: metalurgiczne i opałowe;
wysokowytrzymały, porowaty.
16. Schemat produkcji koksów elektrodowych normalnych i premium
Podział koksów pakowych z względu na strukturę i własności
koks elektrodowy normalny (regular) - do produkcji elektrod grafitowych normalnych
koks elektrodowy premium (igłowe) - do produkcji elektrod grafitowych wysoko intensywnych
premium
17. Zawartość popiołu w głównych surowcach elektrodowych.
Popiół - pozostałość po procesie całkowitego spalania sybstancji mineralnej w próbkach
surowca ciekłego.
Zawartość popiołu:
- w surowcach o wyższym stopniu utwardzenia (paki węglowe, asfalty naftowe)
wynosi 0,2 - ~1%
- w smole koksownicznej 0,05 - 0,40%
- w pakach elektrodowych (do wyrobu elektrod) <0,3%
Zwiększone ilości popiołu w pakach wpływają negatywnie na proces grafityzacji
wytwarzanych elektrod.(właściwości mechaniczne)
Składniki popiołu takie jak krzem,wapń, magnez, mangan, miedź występują we wszystkich
frakcjach ropy naftowej a ich zawartość zwiększa się ze wzrostem temp. wrzenia.
Zawartość wszystkich składników popiołu zmienia się różnorako w zależności od rodzaju
paku, jego pochodzenia oraz od temperatury wrzenia.
18. ​Wpływ temperatury i czasu przetrzymywania na zawartość części lotnych
Wpływ temperatury:
Proces kalcynacji (1200-1400°C) - zależność wydzielania części lotnych od temperatury:
● W temp. ok. 200°C rozpoczyna się wydzielanie części lotnych (wzrasta
proporcjonalnie wraz z temperaturą)!!!,
● Odgazowanie osiąga maksimum w ok. 600°C, a następnie wydzielanie części
lotnych zmniejsza się i prawie znika w 1100-1200°C​.
Rezultat odgazowania części lotnych:
- wzrost zawartości C i zmniejszenie ilości H (najbardziej charakterystyczna cecha
zmian składu chemicznego zachodzącego w kalcynowanych koksach).
Odgazowujące części lotne różnią się swoim składem chemicznym w zależności od fazy
kalcynacji:
1) faza I (do 700°C) - zawartość wodoru wynosi 40-50% a następnie wzrasta , osiągając
wartość do 90 % - w dalszych fazach,
2) faza II (do 700°C) - przebiegają procesy destylacji i częściowo pirolizy,
3) faza III (700-1000°C) zachodzi piroliza (wydzielanie dużej ilości wodoru - rozkład
części lotnych na wodór i węgiel, który osadza się w porach kalcynowanych koksów),
4) faza IV (1100-1400°C) - procesy pirolizy zanikają (w niewielkim stopniu piroliza w
fazie stałej).
Zawartość części lotnych:
- pak węglowy: stosunkowo mało,
- pak naftowy: więcej niż p. węglowe (kilka %),
- koks naftowy: dużo części lotnych (około 10%)
Wpływ czasu przetrzymywania na wydzielanie się części lotnych:
- szybkie ogrzewanie w wysokich temperaturach powoduje gwałtowne odparowanie
całej zawartości części lotnych danego paliwa,
-
wolniejsze ogrzewanie: zawartość części lotnych maleje
przetrzymywania (całkowite wydzielenie w temp. około 1200°C)
wraz
z czasem
19. Proces kalcynacji- definicja, cel główny i efekty dodatkowe, zmiany zachodzące w
surowcu; urządzenia do kalcynacji, etapy kalcynacji, kontrola procesu.
Kalcynacja polega na obróbce cieplnej surowców bez dostępu powietrza w
temperaturze około 1200-1400°C- przeważnie do 1300°C. Celem podstawowym tego
procesu jest zagęszczenie struktury kalcynowanych surowców, aby przy dalszej
obróbce cieplnej (wypalaniu, grafityzacji) uniknąć nadmiernych skurczów wyrobów,
a tym samym często ich pękania. Zagęszczanie struktury następuje w wyniku
głębokich zmian budowy strukturalnej surowców , będących rezultatem złożonych
procesów fizykochemicznych, którym towarzyszy oddestylowanie części lotnych,
częściowe odgazowanie siarki, obniżenie porowatości i oporu elektrycznego,
zwiększenie wytrzymałości mechanicznej i zmniejszenie reakcyjności. Prawidłowo
przeprowadzona kalcynacja ma decydujące znaczenie dla poprawnego przebiegu
procesu technologicznego i jego wyników. Osiągnięcie bowiem stabilnej gęstości
surowca i obniżenie jego porowatości powoduje zmniejszenie chłonności spoiwa, a
tym samym zmniejszenie skurczu elektrod podczas dalszej ich obróbki, co dodatnio
wpływa na jakość wyrobów.
Kalcynację koksów prowadzi się w piecach retortowych, obrotowych, kalcynatorach
z trzonem obrotowym i w piecach elektrycznych. Wybór metody zależy od rodzaju
kalcynowanego surowca i miejsca kalcynacji.
W wyniku przebudowy struktury koksów naftowych podczas kalcynacji następują
zmiany własności fizykochemicznych- skurcz, wzrost gęstości, obniżenie zawartości
części lotnych, obniżenie oporu elektrycznego i zmiana własności mechanicznych.
W temp. ok. 200°C rozpoczyna się wydzielanie części lotnych, które wzrasta
proporcjonalnie wraz z temperaturą.
Odgazowanie osiąga maksimum w temp. około 600°C, a następnie wydzielanie części
lotnych zmniejsza się i prawie znika w 1100-1200°C. Rezultatem odgazowania części
lotnych jest wzrost zawartości Ci zmniejszenie ilości H, co jest najbardziej
charakterystyczną cechą zmian składu chemicznego zachodzącego w kalcynowanych
koksach. Odgazowujące części lotne różnią się swoim składem chemicznym w
zależności od fazy kalcynacji. W pierwszej fazie (do 700°C) zawartość wodoru
wynosi 40-50% a następnie wzrasta , osiągając wartość do 90 %. Wynika to z
charakteru zachodzących procesów:
- do 700°C przebiegają procesy destylacji i częściowo pirolizy.
- powyżej 700-1000°C zachodzi piroliza, czemu towarzyszy wydzielanie dużej ilości
wodoru- rozkład części lotnych na wodór i węgiel, który osadza się w porach
kalcynowanych koksów.
- w 1100-1400°C procesy pirolizy zanikają- występuje jedynie w niewielkim stopniu
piroliza w fazie stałej.
Przegrupowanie elektronów w atomach i sieci pierścieni węglowych oraz wchodzenie
ich w przestrzenie międzywęzłowe powodują szybki systematyczny wzrost
przewodnictwa elektrycznego. W temp do ok. 600°C przewodnictwo to jest bardzo
niskie, a powyżej tej temperatury do 1200°C gwałtownie rośnie, zwłaszcza w
przedziale temperatur 600-900°C. Jest to rezultatem przejścia π-elektronów w stan σ,
co z kolei jest konsekwencją odrywania się peryferyjnych atomów wodoru i
węglowodorów, a także uwolnienie w związku z tym wiązań σ. Wynikiem tego jest
znaczny wzrost przewodnictwa dziurowego.
Zawartość siarki w czasie kalcynacji ulega niewielkiej zmianie.
Skurcz kalcynowanych surowców waha się w szerokich granicach i zależy od rodzaju
kalcynowanego koksu, jego składu i budowy, ale zdeterminowany jest głównie
zawartością części lotnych. Dlatego koks naftowy zawierający 10% części lotnych
kurczy się nawet o 20, a niekiedy o 25%, a jego gęstość rzeczywista wzrasta z 1,40 do
2,05-2,15 g/cm​3​w zależności od jego struktury.
W pierwszej fazie procesu (do około 700°C) kalcynowany koks zwiększa swoją
objętość, co związane jest z zachodzącymi procesami chemicznymi – intensywnym
wydzielaniem części lotnych oraz z zachodzącymi procesami burzenia porządku
struktury.
Zmniejszenie objętości koksów zależy również od ich gęstości- im większa jest
gęstość koksu, tym wykazuje mniejszy skurcz w czasie kalcynacji.
Odgazowanie części lotnych w czasie kalcynowania powoduje zmianę porowatości
koksów, a tym samym własności adsorpcyjnych, co związane jest ze wzrostem
powierzchni właściwej surowców i tworzenie się aktywnych obszarów. Dotyczy to
zwłaszcza koksów naftowych zawierających dużo części lotnych, przy czym koksy
kalcynowane w temp 1250°C różnią się swoją reakcyjnością w zależności od ich
struktury.
Zwiększenie porowatości następuje wraz ze wzrostem temperatury kalcynacji a
maleje w miarę wzrostu szybkości nagrzewania, czemu towarzyszy zmniejszenie
ilości porów zamkniętych.
Zwiększenie objętości porów jest rezultatem powstawania makroporów o promieniu
4
>10​
mm, zachodzącym przede wszystkim w temp 700-1200°C jako rezultat
gwałtownego odgazowania i tworzenia kanalików oraz szczelin przez wydalane gazy.
Ilość porów w koksach o promieniu<1,2 mm w miarę wzrostu temperatury szybko
maleje, a wzrost porowatości otwartej jest również wynikiem wzajemnego łączenia
się porów zamkniętych i tworzenie się kanalików łączących je z powierzchnią.
Zmiana porowatości i adsorpcji surowców w czasie kalcynacji ma wpływ na
chłonność paku, co ma istotne znaczenie dla procesu technologicznego i własności
elektrod.
Opisane zmiany skurczu wpływają na wzrost gęstości koksów w czasie kalcynacji i
np. gęstość koksu naftowego wzrasta o 10-20%. Przyrost gęstości jest monotoniczny
począwszy od 700 do 1300°C, przy której to temperaturze kończy się proces
tworzenia płaskich siatek węglowych. W wyższych temperaturach, w wyniku
przestrzennego porządkowania budowy strukturalnej - grafityzacji, gęstość natomiast
dalej wzrasta.
Gęstość rzeczywista koksu naftowego w funkcji temperatury kalcynacji w przedziale
temperatur 1000-1300°C charakteryzuje się dużym przyrostem a dalej wzrost ten jest
znacznie mniejszy.
Prędkość wzrostu temperatury wpływa ujemnie na gęstość rzeczywistą koksu
naftowego, co jest spójne ze wzrostem krystalitów.
Czas kalcynacji wpływa w małym stopniu na wzrost gęstości rzeczywistej koksów.
20. Elektrografit i urządzenia do jego produkcji.
Elektrografit, inaczej grafit syntetyczny, jest otrzymywany przez podgrzewanie
antracytu lub koksu do temperatury 2500 -3000 oC. Ogrzewanie powoduje przemianę w
krystaliczną odmianę grafitu. Elektrografit ma zbliżone właściwości do naturalnego grafitu i
często zastępuje swoją naturalną formę w zastosowaniach technicznych. Stosuje się go np.
do produkcji elektrod w piecach łukowych.
Elektrografit to surowiec o oporze elektrycznym poniżej 80 mikroOhmów i zawartości
popiołu poniżej 1,5% - teoretycznie najlepsze właściwości pod kątem produkcji wyrobów
elektrod węglowych. Jednak blisko 70% prób z udziałem elektrografitu dawało efekt
negatywny w postaci rozwarstwień wewnętrznych w całej objętości wyrobu. Dotychczasowy
sposób prowadzenia procesu polega na wymieszaniu surowców stałych, dodaniu lepiszcza
smołowo-pakowego, ponownym wymieszaniu, uformowaniu wyrobów, poddaniu ich obróbce
termicznej i następnie mechanicznej.
Półprodukt formuje się na prasie wibracyjnej. Formowanie przebiega w 3 etapach, po
opuszczeniu stempla górnego na formę następuje jej wibrowanie:
1) nacisk: 0,5 kg/cm2; czas: 60-120 sek
2) nacisk: 1,6 kg/cm2; czas: 60-120 sek
3) nacisk: 2,5 kg/cm2; czas: 60-120 sek
Stosowana amplituda drgań wynosi 0,75 cm. Zgodnie z wynalazkiem sposób
wytwarzania wykładzin do termoelektrolizy aluminium jak również elektrod do produkcji
karbidu i żelazostopów polega na wymieszaniu surowców sypkich zawierających od 70 do
100% wagowych elektrografitu oraz 0 - 30% wagowych antracytu kalcynowanego w
temperaturze powyżej 1800°C,dodaniu lepika smołowo-pakowego i ponownym
wymieszaniu. Tworzywo formuje się na prasie wibracyjnej, przy czym dla kolejnych trzech
etapów przyjmuje się następujące wartości czasu formowania 120 sek, 30 sek i 30 sek.
Amplituda drgań wynosi odpowiednio 0,72; 0,81 oraz 0,66 cm.
Wprowadzenie do receptury, oprócz elektrografitu, również antracytu kalcynowanego
w temperaturze powyżej 1800°C zmniejszyło poprzez podwyższenie oporów tarcia, przesuw
warstw wewnętrznych masy.
W efekcie końcowym uniknięto rozwarstwień wewnętrznych, a tym samym wydatnie
ograniczono ilość wybraków.
(żródło:​https://mojepanstwo.pl/dane/patenty/198228,sposob-wytwarzania-wyrobow-weglowy
ch​)
20. Paki
Pak węglowy odgrywa dużą rolę w technologii wyrobów elektrodowych. Jest najczęściej
stosowanym spoiwem do prawie wszystkich wyrobów i do niektórych jako syciwo. Wpływa
na znacząco na przebieg operacji technologicznych na własności fizykochemiczne wyrobów
i ich przydatność eksploatacyjną. Pak jest konglomeratem dużej ilości wysokowrzących
związków aromatycznych i heterocyklicznych związków, związków o budowie amorficznej
-mezofazy -płynnych kryształów, aromatycznych krystalitów podobnych do krystalitów
grafitu, sadzopodobnych cząstek i domieszek sadzy. Ze względu na złożoność nie jest
poznany do końca. Składa się z wielu tysięcy związków z których wyodrębniono tylko 80.
Stosowany jako spoiwo przez własności:
●
dobre wł zwilżające ziarna wypełniaczy węglowych,
● plastyczność masy w czasie formowania
● dostateczna wiązalność, zabezpieczająca wyroby przed deformacją po ich
uformowaniu
● wysoka liczba koksowania pozwalająca otrzymać wyroby o wysokiej
wytrzymałości mechanicznej
● dobra podatność na grafityzację
Podział
podział ze względu na temperaturę mięknienia jest zróżnicowany i ma charakter
umowny:
Czałych dzieli paki na:
●
●
●
●
●
●
miękkie o
temperaturze topnienia 40-65 o​
​C
średnie o
temperaturze topnienia 65-90 C
twarde o temperaturze topnienia >90 C
Lebiedziejewski podział wg :
paki miękkie 45-65 C
paki normalne 65-75
paki twarde >150C
Mantel podział:
● miękkie 50-70
●
●
średnie70-90
twarde 90-140 C
Karr podział:
●
●
●
●
●
pak rafineryjny <40C
pak miękki 40-60C
średnio miękki 60-75C
średnio twardy 75-110C
twardy >110 C
Jeszcze inny podział:
●
pak miękki T mięknienia 45-65 C wg metody Krammera Sarnowa (KS) jest pakiem
o przełomie muszlowym i szklistym połysku. Przełom matowy mówi o
zanieczyszczeniach mechanicznych albo o tym że pak pochodzi ze smoły wytlewnej
lub generatorowej. Mniejszy połysk – obecność parafin. Zastosowanie: produkcja
smół drogowych, lepików budowlanych,papy, smoły dachowej, mas
impregnowanych, środków przeciwwilgociowych do izolacji fundamentów, zbiorników
wodnych, mas do izolacji kabli energetycznych.
●
Pak normalny T mięknienia 65-75 C. Wg Ks przełom muszlowy i połysk szklisty.
Produkcja w różnych postaciach- pak łamany, granulowany, w
blokach, lub
formowanych kształtach. Stosowany do brykietowania miału węglowego, produkcja
papy dachowej, do mas izolacyjnych, zagęszczania smoły, produkcji lakierów
antykorozyjnych, produkcji płyt termicznych oraz izolacji w niskich temperaturach.
●
Pak twardy T 75-85 C. Przełom taki jak w poprzednich. Jest bardziej kruchy i przy
rozdrabnianiu daje dużo frakcji pylistej. Produkcja lepików wysokotopliwych, kitów i
mas zalewowych.
●
Pak twardy specjalny do koksowania o T około150C wg KS (praktycznie używa się
paków o T powyżej 130C) przełom muszlowy i szklisty lub matowy połysk.
Otrzymywany z utwardzania wyżej wym paków.
●
Pak wysokotemperaturowy T>150 C. Paki mezofazowe do produkcji włókien
weglowych i grafitowych. Charakteryzują się dużym stopniem
przemiany
mezofazę 50-70% oraz dużą kruchością
w
utwardzanie paków
Najczęściej paki surowe uzyskiwane w destylacji smoły koksowniczej nie nadają się
bezpośrednio do stosowania przez zbyt niską T mięknienia oraz liczbę koksowania.
Celem poprawy poddaje się je procesowi utwardzania metodami:
-chemiczna- stosowana sporadycznie polega na dodaniu substancji chemicznej
powodującej polimeryzację i kondensację[ ( NH4)2 SO4, H2SO4, AlCl3, HNO3].
Wada to zanieczyszczenie układu przez dodana substancję,
-przedmuchiwania gorącymi mediami gazowymi. Np gorące gazy inertne, spaliny,
para wodna, powietrze lub tlen. Reakcje polikondensacji przez działanie
temperaturowe i chemiczne. Paki tak otrzymane nazywane są pakami
dmuchanymi.
-preparacji
termicznej. Najpopularniejsza metoda, T 300-400 C, czas kilka do
kilkadziesiąt godz.
instalacje do termopreparacji
Ogrzewanie paku znajdującego się w obiegu w trzech strefach pieca rurowego 1 i
podaniu go pompą 2 do kolumny reakcyjnej 3, z której przetłaczany jest do
wymiennika ciepła 4. Części lotne odbierane są z kolumny przez chłodnicę 5.
W kolumnie pak ulega:
w części górnej kolumny 300-320 C czas 1-2h
część środkowa 350-370C t=4-5h
część dolna 380-400C t=8-15h
mezofaza w paku, etapy tworzenia, rola ciekłego środowiska w karbonizacji w
tworzeniu się mezofazy, rola ciekłego środowiska karbonizacji w tworzeniu sie
mezofazy
str 166 do 171
“wybrane własności fizykochemiczne ciekłych surowców petro i karbochemicznych oraz
metody ich badania” Żmuda
etapy tworzenia się dużych płaskich poliskondensowanych związków aromatycznych
nie znalazłam tego
21.
22. Przesiewanie - układ nadsobny, podsobny, mieszany;
problemy podczas przesiewania; główne klasy ziarnowe
surowców stałych; przesiewacze;separatory
W procesie rozdrabniania otrzymujemy ziarna o różnych rozmiarach i kształtach.
Proces technologiczny wymaga często wyodrębnienia ziaren o ściśle określonych
parametrach. Rozdział mieszaniny cząstek stałych na klasy (frakcje) ziarnowe
nazywamy procesem klasyfikacji.
Może ona być wykonywana:
•
w strumieniu gazu (pneumatyczna)
•
w strumieniu cieczy (hydrauliczna)
•
na sitach (przesiewanie)
•
metodami specjalnymi
procesie rozdrabniania otrzymujemy ziarna o różnych rozmiarach i kształtach.
Proces technologiczny wymaga często wyodrębnienia ziaren o ściśle określonych
parametrach. ​Rozdział mieszaniny cząstek stałych na klasy (frakcje) ziarnowe
nazywamy procesem klasyfikacji​.
Może ona być wykonywana:
•
w strumieniu gazu (pneumatyczna)
•
w strumieniu cieczy (hydrauliczna)
•
​na sitach (przesiewanie)
•
​metodami specjalnymi
Klasyfikacja na sitach (przesiewanie) polega na przechodzeniu przez oczka sita
cząsteczek o określonych rozmiarach stanowiących przesiew (podziarno).
Na sicie zostaje odsiew (nadziarno).
Klasyfikatory tego typu mogą być:
•
rusztowe
•
z płyt perforowanych
•
z siatki
Sita charakteryzuje liczba prześwitu określona stosunkiem powierzchni otworów
(oczek) do całkowitej powierzchni sita. Jeśli a – krawędź oczka, a d - średnica
drutu, to:
​
liczba prześwitu = a​2/(a+d)
​2
Numeracja sit jest oparta na liczbie mesh, czyli liczbie oczek na długości 1 cala.
Przesiewanie zachodzi, gdy występuje ruch surowca względem sita. Może być to
związane z ruchem sita, lub grawitacyjnym przesuwaniem się surowca względem
pochyłego sita.
Przesiewanie może być prowadzone przez jedno sito, lub kilka w układach:
• ​ podsobnym
•
nadsobnym
•
mieszanym
Wydajność przesiewania wynosi:
Przesiewacze można podzielić również na:
•
wahliwe (rama z sitem porusza się ruchem jednostajnie przyspieszonym)
•
wstrząsowe (drgania kołowe w płaszczyźnie pionowej prostopadłej do
powierzchni sita)
•
wibracyjne (drgania poziome lub nachylone
podrzucany i energicznie wstrząsany)
•
wibracyjno-rezonansowe (rama i napęd podparte sprężyście. Gdy okresy
drgań konstrukcji i napędu są jednakowe, mówimy o drganiach
rezonansowych)
•
płaskie kołowe
•
bębnowe
do poziomu, materiał
Na rysunku powyżej przedstawiony układ przesiewania wielokrotny
W metodach specjalnych ​wykorzystuje się własności elektromagnetyczne i
powierzchniowe cząstek przesiewanych. Nazywamy je ​separatorami.​
Rozróżniamy metody separacji:
•
elektrostatycznej
•
magnetycznej
•
flotacje (rozdzielanie mieszaniny cząstek ciała stałego w oparciu o różnice
ich zwiżalności)
Problemy podczas przesiewania:
Jednym z wielu problemów występujących w procesie przesiewania jest
blokowanie się otworów sitowych.
Obserwując ten proces w warunkach przemysłowych można zauważyć, iż w
niektórych przypadkach dochodzi do znacznego (niekiedy powyżej połowy)
zablokowania otworów sitowych.
23. Przygotowanie masy plastycznej do formowania wyrobów zielonych; mieszanie
- procesy zachodzące podczas mieszania, etapy mieszania; kontrola procesu
mieszania; wymaganie dla paku lepiszcza; urządzenia do mieszania.
Czynniki wpływające na mieszanie:
- uziarnienie,
- stosunek wielkości ziaren,
- liczba mieszanych składników,
- stosunek wagowy i objętościowy komponentów,
- gęstość nasypowa składników,
- temperatura mięknienia lepiszcza,
- właściwości zwilżające lepiszcza,
- kształt ziaren i tarcie,
- czas mieszania.
Mieszanie:
- na sucho (same składniki stałe),
- na mokro (składniki stałe z lepiszczem).
Kontrola procesu mieszania obejmuje:
- temperaturę mieszanki,
- czas mieszania,
- plastyczność wymieszanej masy.
Zmianę temperatury mieszanki bada się przez badanie zmiany poboru mocy napędu w
trakcie mieszania. (??) Bawlag ma tak w wykadach.
Typy mieszarek:
- mieszarka okresowa z mieszadłami Z-owymi,
- mieszarka ciągła dwuwałowa (z podajnikami ślimakowymi).
Wymagania dla paku pełniącego rolę lepiszcza:
- dobre właściwości zwilżające ziarna wypełniaczy węglowych,
- plastyczność masy podczas formowania,
- dostateczna wiązalność, zabezpieczająca wyroby przed deformacją po ich uformowaniu,
- wysoka liczba koksowania, pozwalająca otrzymać wyroby o wysokiej wytrzymałości
mechanicznej,
- dobra podatność na grafityzację.
Surowce są mieszane w celu wytwarzania wsadu o stałym składzie; systemy
ważenia są stosowane do realizowania receptur zależnych od produktu. Stosowane
są rozmaite mieszalniki w zależności od wymaganego produktu, uziarnienia
surowców i wymaganej wydajności. Ogrzewane mieszalniki i przenośniki śrubowe
(zwykle w 200 o C) są stosowane dla zapobiegania zbrylania wsadu i umożliwiają
wydajne wyładowywanie zawartości. Stosowane są mieszalniki ugniatające,
łopatkowe oraz o działaniu ciągłym. W zależności od skali produkcji praktykuje się
eksploatację ciągłą lub okresową.
24. Formowanie przelotowe, prasowanie wibracyjne, prasowanie izostatyczne,
brykietowanie.
Formowanie przelotowe​- jedna z metod nadawania kształtu oraz zagęszczenia masy, której
cecha charakterystyczną jest możliwość uzyskania wyrobów o znacznej długości ( 4500
[mm]) oraz o zróżnicowanych średnicach ( od 1 do 1500 [mm]). Proces formowania
przelotowego charakteryzuje się dużą wydajnością, w pełni zautomatyzowaniem, a także
uzyskiwaniem przez finalne produkty dużej jednorodności. W przypadku stosowania
formowania przelotowego uzyskane produkty posiadają liczne wady struktury w postaci
rozwarstwień. Dodatkowo w tym procesie nie można kontrolować gęstości wyrobu
końcowego.
Prasowanie wibracyjne​- cechuje się dużą wydajnością a także jak formowanie przelotowe
jest w pełni zautomatyzowane. Uzyskane produkty mają dużą jednorodność oraz izotropową
strukturę. Proces prasowania wibracyjnego stosuje się do wyrobów o długościach do 5000
[mm] długości i do 1500 [mm] średnicy. Podczas prasowania wibracyjnego stosujemy
większe ilości spoiwa w porównaniu do poprzednich sposobów, a także metoda ta nie
nadaje się w przypadku uzyskania produktów o małych wymiarach końcowych.
Prasowanie izostatyczne- dzięki tej metodzie uzyskujemy produkty o wysokiej jednorodności
wyrobu, dużej gęstości, strukturze izotropowej i wysokiej wytrzymałości mechanicznej.
Dzięki tej metodzie możemy uzyskać wyroby o rozwiniętych kształtach a także bez wad
tekstury. Niestety proces ten nie może być w pełni zautomatyzowany oraz cechuje się niską
wydajnością produkcyjną.
Brykietowanie- proces prowadzony z dużą wydajnością, w pełni zautomatyzowany. Niestety
produkty przejawiają niski stopień zagęszczenia przez co stosowane są do produkcji
wyrobów o gorszej jakości.
25. Karbonizacja, przemiany zachodzące podczas karbonizacji
Karbonizacja – termiczna konwersja związków organicznych do stałego produktu
węglowego. Wynikiem jest wzrost aromatyczności i stopnia polimeryzacji materiału
wyjściowego.
Niearomatyczne składniki surowca ulegają cyklizacji i aromatyzacji we wczesnym stadium
konwersji.
Mogą powstać duże płaskie cząsteczki aromatyczne lub przestrzenny polimer węglowy,
zbudowany z niewielkich, silnie usieciowanych jednostek aromatycznych.
26. ​Czynniki wpływające na proces tworzenia się koksu w czasie wypalania.
●
●
●
●
zasypka,
temperatura i szybkość przemysłu,
ciśnienie,
atmosfera gazowa,
●
metody wypalania (zasypkowo-komorowa, koksikowa).
Wymagania dotyczące zasypki:
● temperatura topnienia,
● nie przyklejenie do wypalanych elektrod,
● nie wchodzenie w reakcje chemiczne z elektrodami i z wymurówką pieca,
● wysoka gęstość nasypowa,
● mała ścieralność i niska rozszerzalność,
● dobre przewodnictwo cieplne,
● nie rozpuszczalność - odprowadzenie powstających smolistych gazów,
Zjawiska zachodzące podczas wypalania:
● zmiana plastyczności wyprasek,
● termiczny rozkład lepiszcza,
● spiekanie,
● deformacja cieplna wyprasek,
● pękanie wyrobów.
27. ​Zasypka ochronna i jej rola podczas wypalania
28.
29. ​Krzywa wypału: procesy i czynniki decydujące o jej przebiegu
·
·​
Procesy zachodzące w materiale podczas wypalania dyktują w pierwszej kolejności
przebieg krzywej wypału a najważniejsze z nich to:
​Ulatnianie gazów powstających z tworzywa w 300500⁰C, z największą dynamiką w
400450⁰C,
​Największe zmiany skurczu materiału zachodzące w 200600⁰C,
·
·
·
​Wzrost
liczby spiekania, na który największy wpływ ma powolny przyrost temperatury od
200 do 500 ⁰C,
​Wytrzymałość powstającego koksu ze spoiwa, dla którego najważniejszy jest powolny
przyrost temperatury w przedziale 350500⁰C,
​Pęknięcia tworzące się w temperaturach 300950⁰C, z maksimum w 500⁰C (poprzeczne)
i w 700⁰C (podłużne)
Newralgicznym przedziałem procesu wypalania elektrod jest zakres temperatur od
300 do 700⁰C.
Wzrost temperatury do 230250⁰C powinien być szybki, co skraca czas stanu
plastycznego elektrod i zmniejsza prawdopodobieństwo ich deformacji. Przyrost
temperatury >700⁰C może być szybki gdyż nie wpływa w sposób zasadniczy na
przebudowę struktury koksu i na jego wytrzymałość. Krzywa wzrostu temperatury
zależy w dużej mierze od wymiarów elektrod oraz ich struktury. Elektrody o dużych
średnicach ze względu na niebezpieczeństwo pękania pod wpływem dużej ilości
wydzielających się gazów oraz powstawania naprężeń cieplnych, muszą być
wypalane przy małych przyrostach temperatury w czasie. Szybkość wzrostu
temperatury wypalania zależy również od ilości spoiwa w elektrodach i gdy materiał
zawiera podwyższoną ilość spoiwa, czas wypalania musi być wydłużony gdyż wtedy
ilość wydzielających się gazów jest duża i musi być czas na ich odprowadzenie.
Czas wypalania w zależności od rodzaju elektrod waha się w granicach 220530 h.
Konstrukcja pieca i sposób jego ogrzewania ma duży wpływ na temperaturowy reżim
wypalania, wpływając modyfikująco na teoretyczną krzywą wzrostu temperatury.
Wielkość pieca i sposób ogrzewania wpływa na różnice temperatur w przestrzeni
ogrzewanej (różnice mogą wynosić nawet 600⁰C). Pomiar temperatury w samym
wyrobie jest w praktyce bardzo trudny lub niemożliwy i dlatego odbywa się w
przestrzeni grzewczej a w przypadku pieców kręgowych starszej generacji w
przestrzeni gazowej co jeszcze zwiększa różnice między temperaturą jaką wyrób ma
w danym czasie a informacją docierającą do obsługi.
Rodzaj stosowanej zasypki – jej przewodnictwo cieplne ma wpływ na przepływ ciepła
i spadek temperatury na drodze źródło ciepła- elektroda i musi być uwzględniony
przy ustalaniu krzywej wypalania.
Dla wyrównania temperatur w całej objętości wypalanych wyrobów stosuje się
wytrzymanie wyrobu w maksymalnej temperaturze przez czas 2448 h, w zależności
od wymiarów elektrody i konstrukcji pieca. Różnica wypalanego wyrobu w różnych
punktach nie powinna przekraczać 50⁰C.
30. ​Zmiany właściwości wyrobów podczas wypalania; defekty i pęknięcia.
Pękanie wyrobu następuje gdy naprężenia wewnętrzne przewyższają wytrzymałość
mechaniczną. Powodem powstawania naprężeń w wypalanym wyrobie są procesy rozkładu
spoiwa, czemu towarzyszy wydzielanie gazów, tworzenie półkoksu i jego przemiana w koks
oraz zmiany wymiarowe – rozszerzalność i kurczenie. Te skomplikowane procesy
przebiegają nierównocześnie w całej objętości wyrobu i są determinowane temperaturą.
Źródłem powstawania pęknięć jest przede wszystkim ciśnienie powstających gazów oraz
różnice rozszerzalności cieplnej.
31.
32.
Nasycenie; wymagania dla syciwa, kontrola procesu; urządzenia do
nasycania.
Nasycanie tworzyw węglowo-grafitowych wprowadzono dla ich poprawy własności. Celem
nasycania polegającego na zapełnianiu porów tworzywa węglowo-grafitowego odpowiednią
substancją, jest poprawa własności fizykochemicznych tj. podwyższenie wytrzymałości
mechanicznej,
poprawienie
własności
antyfrykcyjnych,
uczynienie
tworzywa
nieprzepuszczalnym dla gazów i cieczy oraz zwiększenie odporności na działanie kwasów
zasad i soli.
Wymagania dla syciwa:
- płynność i łatwość wnikania w pory tworzywa
- wysoka pozostałość impregnatu w porach po procesie nasycania i ewentualnej obróbce
cieplnej
- dobra adhezja do tworzywa węglowo-grafitowego
- możliwie niskie napięcie powierzchniowe względem tworzyć węglowo-grafitowych.
Kontrola procesu jest stosunkowo prosta, bo dotyczy parametrów łatwo mierzalnych i
obejmuje pomiary:
- temp wsadu
- temp nasycania
- wielkości próżni
- ciśnienia
- czasów poszczególnych operacji.
Urządzenia do nasycania
Do każdego syciwa stosowane jest inne urządzenie. Najczęściej stosowana metoda
nakrzemowania wyrobów węglowo-grafitowych - piec łukowo-oporowy do nasycania
krzemem.
Istnieje instalacja do nasycania węglowodorami, do nasycania w złożu
fluidalnym, do nasycania pakiem, do nasycania elektrod grafitowych pakiem i do nasycania
żywicami sztucznymi.
Co za bzdury.
33. Grafityzacja metodą Castnera; grafityzacja metodą Achesona; schematy
pieców.
Metody grafityzacji można podzielić na procesy bezpośrednie i pośrednie. W
metodach tradycyjnie zaliczanych do bezpośrednich należy rozróżnić procesy stosujące
opory przejściowe – przesypkę oporową (metoda Achesona) i metody, w których takie opory
nie są stosowane, a prąd elektryczny przepływa głównie przez grafitowane elektrody
(metoda Castnera). W praktyce przemysłowej na szeroką skalę stosuje się te 2 metody i
każda z nich posiada zalety i wady.
Metoda Achesona cechuje się możliwością grafitowania wyrobów różnych kształtów i
wymiarów oraz stosunkowo prostą budową pieca. Do wad należy zaliczyć niskie (około 30%)
wykorzystanie energii na przemianę węgla w grafit, wysokie zużycie energii elektrycznej
(3200-6000 kWh/t), duże zużycie materiałów pomocniczych (przesypki i zasypki
termoizolacyjnej) – grafitowane materiały stanowią tylko około 50% załadunku pieca –
nierównomierność grafitowania wyrobu, zwłaszcza końców elektrod, niską wydajność
pieców – czas zasilania prądem wynosi około 20% z całości trwania cyklu – uciążliwość
procesu dla otoczenia, niski stopnień mechanizacji załadunku i rozładunku.
Do zalet metody Castnera, w porównaniu z metodą Achesona, należy zaliczyć niższe
o 20-50% zużycie energii elektrycznej, wyższą sprawność energetyczną, jednorodność
grafitowania wyrobu, stosowanie mniejszych ilości zasypki i przesypki oraz możliwość
stosowania zamiast nich gazów ochronnych, większą wydajność pieców – czas
podgrzewania wynosi 30-50% trwania szarży – mniejszą uciążliwość dla otoczenia i obsługi.
Metodą tą można grafitować wyroby długie, co jest raczej trudne w piecach Achesona, ze
względu na konieczność budowania pieca o bardzo dużym przekroju poprzecznym rdzenia,
a więc instalowania bardzo dużych zespołów zasilających. Wady metody Castnera to
ograniczony zakres stosowania – tylko do wyrobów o dużych przekrojach i długich – oraz
skomplikowana konstrukcja pieców.
Grafityzacja jako proces wysokotermiczny, przebiegający w wysokich temperaturach,
odbywa się w piecach, w których następuje elektrotermiczna przemiana energii elektrycznej
w cieplną. Tylko taka przemiana pozwala uzyskać temperatury dochodzące do 3000 stopni
C, nieodzowne do uporządkowania struktury węgla (jego przemiany w grafit).
Piece Achesona różnią się wielkością, sposobem zasilania i chłodzenia.
Piece Castnera
34. ​Przesypka w piecu Castnera, Achesona i termoizolacyjna.
W piecu Castnera prąd doprowadza się bezpośrednio do rdzenia, na który składa się
elektroda. Umożliwia to stosowanie wyłącznie zasypki izolacyjnej. Cechuje ją niskie
przewodnictwo właściwe oraz wysoki opór elektryczny – prąd przekazywany jest jedynie na
elektrodę. Ponadto chroni ona elektrodę przed dostępem powietrza i utlenianiem.
W piecu Achesona przepływ prądu jest poprzeczny w stosunku do grafityzowanych elektrod.
Tworzy to konieczność stosowania przesypki umożliwiającej przepływ prądu, a na której
umieszcza się przesypkę izolacyjną, która to zapobiega przewodzeniu prądu do ścianek
pieca(?). Dodatkowo chronią one elektrodę przed niepożądanym utlenianiem.
Zasypka termoizolacyjna zapobiega utracie ciepła do otoczenia. Proces grafityzacji
prowadzony jest w wysokich temperaturach (2500-3000’C) więc z ekonomicznego punktu
widzenia, umożliwia ona zachowanie jak największej ilości ciepła przy elektrodzie.
35. Zużycie elektrod grafitowych w piecach łukowych; reakcje utleniania; ochrona
przed utlenianiem.
Podstawowymi parametrami wpływającymi na zużycie elektrod grafitowych w piecu
łukowym, są jakość elektrod, stany pracy układu zasilającego oraz czas trwania wytopu.
Jakość elektrod zależy od surowców z jakiego zostały wykonane oraz od sposobu produkcji
elektrody. Na zużywanie elektrody może wpływać nieprawidłowy odstęp elektrody od kąpieli
metalowej lub wsadu aby był optymalny pobór energii i optymalne oddziaływanie łuku na
kąpiel. Reakcje utleniania jakie zachodzą na elektrodzie poprzez tlen zawarty w: parze
wodnej, tlenku węgla, powietrzu.
Sposobami chroniącymi przed utlenianiem elektrod są:
-Nasycanie odpowiednimi syciwami, w celu zmniejszenia porowatości materiału co
spowalnia proces utleniania
-Przesycanie elementów węglowych środkiem impregnującym otrzymanym na
drodze reakcji trójtlenku boru i kwasu borowego z gliceryną w temp. 250c, kilka
godzin suszenia 250-350c i ogrzewabiu 350-1000c
-Nanoszenie pokrycia na elektrodę metodą plazmową. Wytwarzanie na obrobionej
powierzchni pobocznicy elektrody, warstwy metaloceramicznej, w temp. 12 -30 tys st
C.