Сырье для производства углеродистых изделий

Для производства углеродистых изделий применяют сырье двух видов.

1) Твердые углеродистые материалы.

Они составляют основу электрода и по происхождению делятся на естественные (антрацит) и искусственные (термоантрацит, каменноугольный кокс, нефтяной и пековый коксы).

Антрацит – самый лучший из ископаемых углей – имеет высокую термическую стойкость, его температура начала окисления 550 °С. В зависимости от сорта антрацит содержит 85—95 % углерода, 1,5—2 % влаги, 3—8 % летучих веществ, 3—5 % золы и 1,2—2,5 % серы.

Термоантрацит получают, нагревая антрацит в шахтных печах при 1100—1200 °С, при этом повышается содержание углерода до 96—98 %, снижается содержание летучих до 0,2—0,8 % и влаги до 0,1—0,2 %, возрастает электропроводность, термостойкость и механическая прочность. Эти свойства делают термоантрацит очень ценным сырьем для производства угольных электродов, футеровочных изделий и подовой массы.

Каменноугольный кокс получают из коксующихся каменных углей нагреванием до 900—1200 °С в печах без доступа воздуха. Каменноугольный кокс характеризуется малым содержанием летучих (1—1,5 %) и серы (0,45—1,2 %), высокой электропроводностью, имеет пористую структуру с большим количеством трещин. Зольность кокса 8—15 %, содержание углерода до 85 %, поэтому применяется для производства футеровочных изделий и угольных электродов.

Нефтяной кокс — продукт коксования нефтяных остатков, получаемых при пиролизных или крекинговых процессах на нефтеперерабатывающих заводах. Нефтяной кокс — черная с серебристым отливом хрупкая масса, содержащая сравнительно много летучих, до 7 %. Температура начала окисления: непрокаленного кокса 470 °С, прокаленного (при 1200 °С) ≈ 605° С. Это наиболее чистый по золе (≈ 0,4 %) углеродистый материал, поэтому его применяют для производства электродов, подлежащих графитированию.

Пековый кокс — продукт коксования каменноугольного пека в специальных печах. Пековый кокс, как и нефтяной, имеет пористое строение, но более плотную структуру, более высокую механическую прочность, меньшее содержание летучих веществ (0,8—1,0 %) и меньшую активность к кислороду. Температура начала окисления 560 °С, а прокаленного (при 1200 °С) ≈ 580 °С. Ввиду малого содержания золы (до 0,5 %) служит лучшим сырьем для производства анодов и анодной массы.

Графит — самый электропроводный и теплопроводный углеродистый материал с большой инертностью к кислороду и расплавленным средам. Графит вводят в шихту всего 5—10 % для увеличения пластичности угольной массы при прессовании, увеличения электропроводности, теплопроводности и термостойкости электродных изделий.

2) Связующие углеродистые материалы

Важнейшие свойства связующего - заполнять промежутки между зернами твердых материалов, спекаться (коксоваться) при обжиге и прочно связывать частицы твердых углеродистых материалов между собой. В качестве связующих материалов применяют продукты сухой перегонки каменного угля — смолу и пек.

Каменноугольная смола — вязкая темно-коричневая жидкость — смесь различных химических соединений. Ее состав и свойства чрезвычайно разнообразны и зависят от условий получения.

Каменноугольный пек — твердое блестящее черное вещество — продукт отгонки легколетучих фракций из каменноугольных смол. В зависимости от полноты отгонки пеки получают с различной температурой размягчения:

- НТП, низкотемпературный мягкий пек (40—55 °С),

- СТП, среднетемпературный (65—75 °С),

- ВТП, высокотемпературный твердый (100—120 °С).