CC BY
35
УДК 661.665
ПРИМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПОРОФОРОВ ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДИСТЫХ ВОССТАНОВИТЕЛЕЙ В ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
© О.И. Дошлов1, И.О. Дошлов2
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрен вопрос квалифицированного использования порофоров для изменения структуры углеродистых восстановителей в цветной металлургии. На качество нефтяного кокса влияют многие факторы, и поэтому важен правильный выбор вспенивателя (порофора), учитывающий особенности переработки углеродистого восстановителя и его использование. Порофор - это химические соединения, которые при нагревании разлагаются, выделяя углекислый газ, вспенивающий полимер. Для изделий, у которых прочность не имеет решающего значения (например, тепло- или звукоизоляционные материалы), пористая структура дает значительную экономию материала. Порофор должен расщепляться при температуре, близкой к температуре получения нефтяного кокса, выделяя как можно больше газа.
Ключевые слова: нефтяной кокс; порофоры; восстановитель; удельная поверхность; реакционная способность; поры.
USE OF BLOWING AGENTS AS CHEMICAL COMPOUNDS TO ALTER CARBONACEOUS REDUCER STRUCTURE IN NON-FERROUS METALLURGY O.I. Doshlov, I.O. Doshlov
Irkutsk National Research Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The paper discusses the problem of qualified use of blowing agents to change the structure of carbonaceous reducing agents in non-ferrous metallurgy. Since many factors affect the quality of petroleum coke, it is important to choose a correct blowing agent that takes into account the features of carbonaceous reducing agent processing and its use. Blowing agents are chemical compounds, which decompose when heated with the release of carbon dioxide that foams polymers. Cellular structure provides considerable material saving in products whose strength is not critical (for example, thermal or acoustic insulation materials). Blowing agents must degrade at a temperature close to the temperature of petroleum coke production with the release of as much gas as possible. Keywords: petroleum coke; blowing agents; reducer; BET surface area; reactivity; pores(cells).
Порофоры - это химические соединения, которые при нагревании расщепляются, в большом количестве выделяя углекислый газ. Для углеродных материалов, у которых прочность имеет одно из решающих значений, пористая структура дает значительную экономию материала. На качество влияют многие факторы, и поэтому важен правильный выбор вспенивателя (порофора), учитывающий особенности переработки углеродного восстановителя и его использование. Порофор должен расщепляться при температуре, близкой к температуре получения нефтяного кокса, выделяя как можно больше газа [6].
Поэтому основные технические характеристики порофоры:
• температура его разложения;
• газовое число.
Последняя характеристика показывает, сколько газа (в куб. см) образуется при расщеплении 1 г порофора. Среди органических порофоров наибольшее значение имеют соединения, расщепляющиеся с выделением азота.
По химической структуре важнейшие порофоры можно разделить на следующие группы:
- производные азодикарбоновой кислоты;
- М-нитросоединения;
- ароматические сульфонилгидро-
зиды.
1
Дошлов Олег Иванович, кандидат химических наук, профессор кафедры химической технологии, тел.: 89027659074, e-mail: [email protected]
Doshlov Oleg, Candidate of Chemistry, Professor of the Department of Chemical Technology, tel.: 89027659074, e-mail: [email protected]
2Дошлов Иван Олегович, магистрант, тел.: 89642287888, e-mail: [email protected] Doshlov Ivan, Master's Degree Student, tel.: 89642287888, e-mail: [email protected]
В данной работе применялся хлорид кальция, CaCl2 - кальциевая соль соляной кислоты. Хлорид кальция получают как побочный продукт в производстве соды.
Углеродистые материалы, используемые при выплавке кремния и карбида кремния, должны обладать следующими физико-химическими свойствами:
• высоким содержанием углерода;
• удельным электросопротивлени-
ем;
стью;
высокой реакционной способно-
ее
• низким содержанием золы и благоприятным химическим составом;
• оптимальным гранулометрическим составом;
• достаточной механической прочностью.
По указанным требованиям нельзя однозначно определить металлургическую ценность углеродистого восстановителя, так как отсутствует универсальный метод качественного и количественного определения этой характеристики [2].
Один из компонентов восстанови-
тельной смеси, применяемой для выплавки кремния, - нефтяной кокс, обладающий высоким содержанием твердого углерода, достаточной механической прочностью, низким содержанием золы и летучих веществ.
Основным недостатком нефтяного кокса является низкая удельная поверхность (2-4 м2/г), слабая реакционная способность и склонность к графитизации при высоких температурах. Поэтому большой интерес представляют исследования, направленные на улучшение металлургической ценности нефтяного кокса, повышение его удельной поверхности и реакционной способности, снижение механической прочности.
Производство углеродистого восстановителя осуществляется на установке замедленного коксования (УЗК) (рис. 1). В момент получения сырого нефтекокса с УЗК рекомендуется вводить порофоры в количестве 1 -2% от массы (рис. 2). Полученный продукт после прохождения стадии грохочения представляет собой нефтекок-совую мелочь фракцией 0-3 мм, которая
Рис. 1. Технологическая схема установки замедленного коксования в необогреваемых камерах НПЗ ОАО «АНХК»
Порофоры--Сьтье
Мелочъ(0-8мм) У/
Сырой нефтекокс с УЗК
Ci Кусковой(8-300л ш)
Грохочение
Брикетирование с тгп Углеродистый восстановитель для производства кремния
Грохочение
8-25.м.м П <\ 25-300мм
Прокалка
v
Углеродистый восстановитель для производства кремния
IL
Производство Производство
кристаллического кремния кристаллическою кремния
V
Производство алюминия
Рис. 2. Производство восстановителя из высокореакционного нефтяного кокса
используется для брикетирования технического гидролизного лигнина (ТГЛ), а также фракцию 3-8 мм для производства кристаллического кремния в цветной металлургии.
Сырой нефтяной кокс с размером фракций 8-25 мм и 25-300 мм в большей степени используется в промышленном производстве алюминия.
В табл. 1 приведены состав и свойства различных видов углеродистых восстановителей.
Сравниваются характеристики трех восстановителей:
• древесный уголь;
• нефтяной кокс;
• ВРНК.
Высокореакционный нефтяной кокс имеет благоприятные показатели как восстановитель в цветной металлургии для производства кремния, превосходя в большинстве позиций нефтяной кокс и незначительно уступая древесному углю.
Для оценки влияния углеродистых восстановителей на работу рудотермиче-ской печи необходимо знать удельное электросопротивление (УЭС) при температурах 400-1800°С [3]. Для определения УЭС использовали методику расчета института металлургии Уральского отделения РАН РФ, позволяющую измерять удельное сопротивление в указанном диапазоне температур [1].
Таблица 1
Состав и свойства различных видов углеродистых восстановителей
Восстановители Влага, % Зола, % Поры, % Удельное элек-тросопротивле-ние, Ом*см Реакционная способность, Мл/г*с Механическая прочность, Мпа
Древесный уголь 6,0 1,2 19,0 106 9,8 17,0
Нефтяной кокс 3,1 0,16 3,6 103 0,42 20,4
Высокореакционный нефтяной кокс (ВРНК) 5,6 0,18 8,2 103 1,06 26,8
Из данных табл. 2 видно, что ВРНК по удельному объему и объему открытых пор лучше нефтяного кокса по полученным показателям, но уступает древесному углю.
возрастающей категорией среди добавок к полимерам. В ближайшие годы ожидается стремительный рост их потребления, связанный с новейшими испытаниями и внед-
Таблица2
Физико-химические свойства углеродистых восстановителей при температуре прокалки 1400 °С
Восстановители о Удельный объем, см3/г Объем открытых пор
кажущийся фактический см3/100 г %
Древесный уголь 2,456 1,466 99,0 40,5
Нефтяной кокс 0,837 0,640 23,0 26,5
Высокореакционный нефтяной кокс (ВРНК) 1,412 0,946 40,5 32,4
Порофор - это химические соединения, которые при нагревании разлагаются, выделяя углекислый газ, вспенивающий полимер [4]. Для изделий, прочность которых не имеет решающего значения (например, тепло- или звукоизоляционные материалы), пористая структура дает значительную экономию материала. Например, масса 1 м3 монолитного полистирола - 920 кг, низковспененного - 500-600 кг, а высоковспененного - 60-70 кг. На качество пены влияют многие факторы, и поэтому важен правильный выбор вспенива-теля, учитывающий особенности переработки полимера и его использование. По-рофор должен разлагаться при температуре, близкой к температуре переработки полимера, выделяя как можно больше газа. Поэтому основные технические характеристики порофора - температура его разложения и газовое число. Последнее показывает, сколько газа (в куб. см) образуется при разложении 1 г порофора. Среди органических порофоров наибольшее значение имеют соединения, разлагающиеся с выделением азота.
По химической структуре важнейшие порофоры можно разделить на следующие группы:
- производные азодикарбоновой кислоты;
- ^нитросоединения;
- ароматические сульфонилгидро-
зиды.
Химические вспениватели являются
рением химических вспенивающих агентов в процессах переработки пластмасс. Этот рост также будет обусловлен общественным недовольством, вызванным загрязнением окружающей среды, связанным с увеличением использования полимеров. Все это уже отражается на новых правилах по изготовлению упаковки.
Суммируя вышесказанное, можно заключить, что использование химических вспенивателей позволяет:
- уменьшить плотность и вес изделий, что дает им преимущества при транспортировке, обращении и установке;
- увеличить объем произведенной продукции на единицу полимера, что привлекательно и с экономической точки зрения, и со стороны защиты окружающей среды [5];
- увеличить упругость на единицу полимера;
- увеличить теплоизолирующую способность;
- увеличить звукоизолирующие характеристики полимеров;
- расширить функции поверхности и внешнего вида;
- устранить явление усадки изделия;
- снизить стоимость изделия;
- дозировать вспениватель в диапазоне 0,05-20% от веса полимера.
Введение порофоров в процесс получения ВРНК благоприятно влияет на показатели нефтяного кокса, а именно на
увеличение следующих характеристик:
• объема открытых пор;
• удельного объема: кажущего и фактического;
• механической прочности;
• удельной поверхности; реакционной способности;
• удельного электросопротивления;
• газопроницаемости, способствующей равномерному выделению активных газов.
Библиогра
1. Беляев А.Е., Конакова Р.В. Карбид кремния: технология, свойства, применение. М.: Химия, 2010. 532 с.
2. Дошлов О.И. Высокореакционные коксы как восстановители кремния // Материалы Всерос. науч.-практ. конф. «Химия и химическая технология». Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. С. 52-53.
3. Дошлов О.И., Дошлов И.О., Крылова М.Н. Новый углеродистый восстановитель для выплавки химически чистого кремния на основе высокореакционного нефтяного кокса // Сб. тр. XX Международного конгресса «Новые технологии газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи». Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. С. 192-195.
4. Перспектива осушки нефтяного кокса на уста-
Таким образом, проведенные исследования показали, что введение химических соединений порофоров положительно влияет на качество нефтяного кокса, улучшая его вышеперечисленные показатели. Экономический эффект заключается в том, что при вводе порофора в процессе замедленного коксования стоимость товарного продукта не увеличивается, так как порофор используется для приготовления высокореакционного нефтяного кокса.
Статья поступила 30.07.2015 г.
чий список
новках замедленного коксования / А.А. Тихонов, И.Р. Хайрудинов, М.М. Ахметов, Э.Г. Теляшев // Мир нефтепродуктов. 2012. № 2. С. 18-22.
5. Спешилов Е.Г., Дошлов О.И. Внутренняя структура нефтяного кокса и ее влияние на общее содержание влаги // Материалы IV Всерос. науч.-практ. конф. с международным участием «Перспективы развития технологии переработки углеводородных, растительных и минеральных ресурсов» (24-25 апреля 2014 г.). Иркутск, 2014. С. 94-96.
6. Спешилов Е.Г., Дошлов О.И. Требования к качеству углеродистых восстановителей // Сб. науч. тр. XIX Всерос. студенческой науч.-практ. конф. с международным участием «Безопасность - 2014» (22-25 апреля 2014 г.). Иркутск, 2014. С. 86-89.
УДК 620.17: 669.13
НАНОСТРУКТУРЫ И АЛЮМИНИЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
19 о л с
© В.В. Кондратьев1, В.А. Ершов2, А.Е. Балановский3, Н.Н. Иванчик4, А.И. Карлина5
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Представлены результаты исследований, относящиеся к области наук на стыке металлургии, наноматериалов и экологии. С учетом теоретических концептов и известной практики модифицирования серых чугунов рассмотрен новый ультрадисперсный модификатор, содержащий углерод с повышенной химической активностью. Установлено, что угольная пена, электролизная пыль с электрофильтров и глинозем, прошедший через систему сухой
Кондратьев Виктор Викторович, кандидат технических наук, начальник отдела инновационных технологий ФТИ ИРНИТУ, тел.: 89025687702, e-mail: [email protected]
Kondratiev Viktor, Candidate of technical sciences, Head of the Department of Innovative Technologies PhTI INRTU, tel.: 89025687702, e-mail: [email protected]
2Ершов Владимир Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры АПП ИРНИТУ, тел.: 89025122701, e-mail: [email protected]
Ershov Vladimir, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automation of Industrial Processes INRTU, tel.: 89025122701, e-mail: v.ershov @mail.ru
3Балановский Андрей Евгеньевич, доктор технических наук, доцент кафедры машиностроительных технологий и материалов ИРНИТУ, тел.: 83952749619, e-mail: [email protected]
Balanovsky Andrei, Doctor of technical sciences, Associate Professor of the Department of Machine-Building Technologies and Materials INRTU, tel.: 83952749619, e-mail: [email protected]
Иванчик Николай Николаевич, аспирант, тел.: 89500952880, e-mail: [email protected] Ivanchik Nikolay, Postgraduate, tel.: 89500952880, e-mail: [email protected]
5Карлина Антонина Игоревна, ведущий научный сотрудник отдела инновационных технологий Karlina Antonina, Leading Researcher of the Department of Innovative Technologies, tel.: 89501201950, e-mail: [email protected]
