Реферати українською » Химия » Вуглеграфітових матеріалів


Реферат Вуглеграфітових матеріалів

Страница 1 из 2 | Следующая страница

ЗАПРОВАДЖЕННЯ

Усі видиуглеграфитових матеріалів виробляються з урахуванням вуглецю. Асортимент виробів дужемногочислен, а кожен вид характеризується оригінальними властивостями.

Основну роль створенні такої різновиду виробів грають передусімуглеродистие речовини, які у різних формах, і навіть їх складна технологічна переробка.

Пояснення великому розмаїттям фізичних властивостей різних видів вуглецевих матеріалів слід шукати в різної угрупованню окремих кристалів, соціальній та специфічності кристалічною грати графіту. Властивості готового продукту залежать тільки від молекулярної, а й від дисперсною структури. Тому залежно від рівнядисперсности, вироби матимуть різні властивості навіть за великому схожості в молекулярному складі.


1. СТРУКТУРАКРИСТАЛЛАГРАФИТА

Структура графіту складається з неперервної низки верств паралельних підстав площинігексагонально пов'язаних атомів вуглецю. Структура графіту є типовим прикладом шаруватої грати. Кожна сітка (шар) завтовшки один атом є ще однією молекулу, що розкинулася крізь усе кристал.

>Рис. 1Кристаллическая структура графіту: а) модель графіту, б) взаємне розташування верств в гексагональної структурі

Дві структури притаманні графіту:гексагональная іромбоедрическая. У обох структурах основний елемент є пласка сітка. Маючи ці плоскі сітки у тому чи іншого закономірності, можна створити той чи інший структуру графіту. Відстань між верствами як і однієї, і у інший ідеалізованою структурі однаково. Отже, обидві структурні різновиду графіту різнитимуться друг від друга лише закономірністю послідовного розташування пласких сіток.

У одній й тією самою масі можуть бути присутні обидві структури графіту. Причому найпоширенішої єгексагональная структура, що міститься у кожномуграфитовом речовині (більш 80 %). При високої температурі (більш 200 0З)ромбоедрическая модифікація перетворюється нагексагональную, що навіть пояснюється, що штучніграфити складаються майже зовсім з гексагональної модифікації.

Розташування пласких верств в гексагональної структурі підпорядковане наступній закономірності: дві сусідні шару зміщено один стосовно іншому на 14,17 нм, але у протилежний бік. Отже в шарах, розташованих через один шар, атоми вуглецю розташовуватимуться суворо один за іншою. Якщо хтось шар позначити через "А", а інший через "У", то послідовність упаковки можна символомАВАВАВ…. На рис. 1 показано проекція такий упаковки верств.

Елементарного осередком гексагональної структури графіту є пряма призма, під аркушами якої лежить правильний ромб. Теоретична щільність при даної модифікації дорівнює 2265кг/м3.

Інша ідеалізована структура графіту,ромбоедрическая, також складається з пласких шестикутних сіток і кожен шар стосовно іншому зрушать на 14,17 нм. Проте закономірність чергування верств інша. Якщо гексагональної структурі є верстви "А" і "У" у різних положеннях, торомбоедрической структурі ці верстви мають три різних становища. За аналогією з попереднім,ромбоедрическую грати можна пакувальним символомАВСАВС… чи кожному третьому атомі шарі атоми вуглецю розташовуються точно під першим. Обробка гарячими сильними кислотами викликає переналаштування атомних верств населення та придушенняромбоедрической структури із заснуванням гексагональної.


2.КЛАССИФИКАЦИЯ ІПРИМЕНЕНИЕУГЛЕГРАФИТОВЫХМАТЕРИАЛОВ

Ще минулому у промисловості проводилися переважно дляелектротермических і електролітичних процесів, і навіть дрібні вироби електротехнічного призначення –електроугли різних типів. Останніми роками велектродной іелектроугольной промисловості освоєно різноманітний асортимент нових видів виробів із вугілля й графіту і дуже розширилися галузі їх застосування, що вимагало чіткої класифікації виробів.

Усі видиуглеграфитових матеріалів можна розділити ми такі сім класів:електродние вироби, вогнетривкі вироби, хімічно стійкі вироби,електроугольние вироби,антифрикционние вироби,графитированние блоки і деталі для атомної енергетики,електродние маси.

2.1ЭЛЕКТРОДНЫЕИЗДЕЛИЯ

>Электродами називають кінцітокопроводящей проводки, які є для введення струму у робочий простір різних приладів, печей, електролізеров.

Усі видиелектродних матеріалів, що їх виготовляє електродна промисловість, діляться чотирма типу: вугільні, коксові, графітові іграфитированние.

До вугільним електродах відносять такі, виготовлення що у ролі основної сировини застосовують антрацит. Ці електроди характеризуються високої зольністю, високим електричним опором і низькоїтеплопроводностью.

>Коксовие електроди виготовляються змалозольнихкоксов, вони характеризуються низькою зольністю (нижче 1 %), високим електричним опором й малоїтеплопроводностью.

>Графитовие електроди виготовляють з урахуванням природного і штучного графітів. Їх виробляють замість вугільних.

>Графитированние електроди виготовляються змалозольнихкоксов і піддаютьграфитации, звідки й відбувається їх назва. Вони характеризуються низьким змістом золи, мають високоїтеплопроводностью і електропровідністю.

>Электродная продукція широко застосовується у виробництві якісних сталей, алюмінію, штучнихабразивов, кольорових металів та інших. Найбільшим споживачем є сталеплавильна, алюмінієва та хімічна промисловості.

У алюмінієвої промисловості під час проведення процесу електролізу оксиду алюмінію найважливішої деталлю електролізера єтокопроводящаяподина, що цілком виготовляється з вугільних блоків. З так само блоків викладаються бічні стінки.

У хімічної промисловості графітові аноди переважно застосовуються при електролізі розчину хлористого натрію.

2.2ОГНЕУПОРНЫЕИЗДЕЛИЯ

>Углеродистие матеріали широко застосовують у будівництві найрізноманітніших типів печей, де їх успішно заміняють застосовувані раніше різні вогнетривкі матеріали. При високих температуруглеродистие матеріали з їх специфічних властивостей і відносній дешевизни незамінні для будівництва електричних печей та інших теплових агрегатів.

Найбільше вогнетривких вуглецевих матеріалів застосовується для будівництва доменних печей.Углеродистие вогнетриви значно подовжують служби печі, забезпечують безпеку роботи, спрощують конструкцію печі тощо. Переваги вуглецевих вогнетривів передшамотними у тому, що вони добре протистоять агресивному дії рідкого чавуну і шлаків. Вугільні блоки мають вищоїтеплопроводностью, що покращуєтеплопередачу. Вони краще пручаютьсяистиранию, ніжшамотний цегла.

Вугільні блоки виготовляють із застосуванням антрациту, за своїми характеристиками вони подібні з вугільними електродами.

Серед дрібнихфасонних вогнетривких виробів слід назвати графітові човники для твердих сплавів, тиглі щодо різноманітних сплавів тощо. До нових видів виробів ставляться тиглі, човники іизложници для плавки надчистих металів. Ці вироби виготовляються з особливо чистих графітових матеріалів.

2.3ХИМИЧЕСКИСТОЙКИЕИЗДЕЛИЯ

При невисоких температурахуглеграфитовие матеріали дуже стійкі до впливу більшості хімічно агресивних речовин. Вони помітно руйнуються лише гарячими розчинами сильних окислювачів. Крім високоїкоррозионной стійкості, графіт має іншими вартісними властивостями: хорошоютеплопроводностью, малим коефіцієнтом теплового розширення й стійкістю до різким змінах температури, і навіть здатністю неадсорбировать накип і забруднення інших металевих і неметалічних речовин, які у агресивних середовищах. Ці властивості роблять графіт незамінним матеріалом виготовлення різних деталей і апаратів хімічної промисловості.

Усі видиуглеграфитових матеріалів досить усталені і добре обробляються ріжучим ішлифующим інструментом, що дозволяє щільно приганяти деталі апаратури і навіть виготовляти точні деталі.

Ці властивості роблять графіт хорошим конструктивним матеріалом виготовленнятеплообменной апаратури. Нині холодильники і нагрівачі з графіту успішно застосовують у більшості виробництв з агресивними середовищами.

У промисловості широко застосовуються хімічно стійкі вугільні і графітові плитки для футерівки різних апаратів.

Широке застосування знайшлиуглеграфитовие деталі для хімічної апаратури: форсунки і сопла для впорскування з розпиленням рідин, коркові крани, деталі для насосів і трубопроводів, фітинги, кільцяРашига для насадокит.д. У промисловій практиці знаходять широке застосування пористіуглеграфитовие матеріали. Найцікавіше представляють вугільні фільтри.

2.4ЭЛЕКТРОУГОЛЬНЫЕИЗДЕЛИЯ

Це переважно, різні е дрібні вироби електротехнічного призначення. Сюди відносять: щітки для що ковзають контактів електричних машин, освітлювальні вугілля для дугових ламп – прожекторів, вугілля для спектрального аналізу та гальванічних елементів, зварювальні вугілля для зварювання і різання металів, вугільні опору – шайби і диски для регуляторів напруження і вугільнихреостатов, вироби дляелектровакуумной техніки.Щеткой називається зовнішній елемент ковзаючого контакту електричних машин. Нині їх виготовляються з суміші коксу, сажі, невеликих кількостей графіту і сполучних речовин. Технологічний процес їх отримання закінчується операцією випалу.Осветительние вугілля застосовуються щодо різноманітних цілей. Найбільшого поширення набула вони в прожекторних установках, в дугових лампах мікроскопів, осцилографів, всветокопировальних приладах і за проведенні спектральних аналізів. Усі освітлювальні вугілля використав дугових джерелах світла. При зближення вугілля внаслідок короткого замикання виникає струм великий сили, унаслідок чого на кінцях вугілля виділяється дуже багато тепла, одному з них – катоді – з'являється розпечене катод пляма, що є джерелом потоку електронів.Направляющиеся до аноду електрониионизируют нейтральні молекули і атоми. Утворюється електрична дуга, одне із видів проходження електричного струму в повітряної середовищі.

2.5АНТИФРИКЦИОННЫЕИЗДЕЛИЯ

Відомо, що графіт має здатністьсамосмазиваемости, тобто. здатністю разом з металом забезпечувати при терті малий знос і неприйнятно низький коефіцієнт тертя без подачі який – або додаткової мастила. Це властивість графіту і використано у виробництвіуглеграфитових антифрикційних матеріалів. Поведінка графіту у процесі тертя визначається властивостями його кристалів: легкоїрасщепляемостью по площинамспайности та здібністю міцно прилипати дотрущимся поверхням.Прочная зв'язок графітової плівки з площинами тертя здійснюється з допомогою ненасичених зв'язків, які виникають за розщепленні кристаликів графіту.Углеграфитовие матеріали застосовують у ролі вкладишів радіальних і наполегливих підшипників, направляють втулок, пластин, поршневих кілець, поршневих і радіальних ущільнень у різних машинах, приладах й механізми. Переваги цих матеріалів залежить від їх спроможність працювати без мастила за умов високих і низьких температур, і навіть за дуже високих швидкостях, в агресивних середовищах тощо.


3.СЫРЬЕВЫЕМАТЕРИАЛЫ

Для всіх типівуглеграфитових матеріалів застосовують штучні та природні матеріали, у яких головною складовою є вуглець.

До природним матеріалам ставлятьсяантрацити і натуральніграфити. Основну ж масу вуглецевих матеріалів (переважну зі свого кількісному застосуванню і фактичному значенням) становлять штучно приготовлені матеріали.

Різні форми вуглецю виходять розкладанням органічних речовин. Вони можуть утворюватися з газової чи рідкої фази, і навіть розкладанням твердих сполук. З газової фази утворюються, наприклад, деякі сорти сажі, та якщо з рідкої – нафтові кокси. Вихідні матеріали і знаходять способи переробки їх надають визначальний влив на властивості сировинних матеріалів.

Усі сировинні матеріали, застосовувані дляуглеграфитових матеріалів, можна розділити на дві основні групи: твердіуглеродистие матеріали і сполучні речовини.

3.1ТВЕРДЫЕУГЛЕРОДИСТЫЕМАТЕРИАЛЫ

3.1.1АНТРАЦИТ

Антрацит – основний компонент вугільних електродів і вугільних блоків для кладки і футерівки печей, ванн та інших. Використання антрациту в композиціях покращує експлуатаційні властивості виробів, переважно,термостойкость. У порівняні з коксом, антрацит дає можливість отримувати міцніші і електропровідні вироби.

Найвища вимога до якості антрациту – висока електропровідність, механічна міцність, термічна стійкість, низька зольність ісернистость.

При нагріванніантрацити схильні дорастрескиванию, причому, чим швидше піднімається температура, тим різкіше проявляється розтріскування. Лише при й тією самою швидкості нагрівання руйнація антрациту то більше вписувалося, що менше ступінь метаморфізму. Найбільшою термічної стійкістю (тобто. найменш руйнуються при тепловому ударі) мають високометаморфизированниеантрацити з щільністю органічної маси більш 1460кг/м3.

Крім ступеня метаморфізму натермостойкость антрациту впливають структурні особливості.Макроскопическиеантрацити литого будівлі із добре чи слабко вираженимраковистим зламом, зазвичай, виявляються термічно нестійкими.

Попри зовнішню однорідність, антрацит за своєю структурою є конгломератом. Зовсім невелика частина зольних домішок розподілено рівномірно вуглистом речовині, значна ж його частина зольних домішок розподілено нерівномірно. Велика частина їх зосереджена тонких прошарках і окремих включеннях.

У виробництвіелектродних іелектроугольних виробів застосовуються донецькіантрацити, що за своїми властивостями задовольняють вимоги промисловості. Для отримання виробів високої якості необхідно, щоб антрацит мав максимальне зміст вуглецю за мінімальної кількості баласту як золи, сірки і вологи.

3.1.2ГРАФИТ

>Графити застосовують у виробництві більшостіуглеграфитових матеріалів. Роль, яку вони в технології цих матеріалів, різна. За виробництва електродів запровадження графіту в масу покращує її пластичність, знижує внутрішнє тертя маси, і навіть тертя про стінки контейнера і мундштука, що забезпечує отримання більш щільних виробів. І тут вводиться небагато графіту (4 – 6 %), але таке кількість впливає збільшення електропровідності, теплопровідності ітермостойкости електродів.

Головним показником якості промислових марок графіту служать зольність ігранулометрический склад. Ці показники достатні в тому разі, якщо йдеться про графіті певного родовища і способу виготовлення, бо за однаковому їх значенніграфити різного походження можуть не надто відрізнятиметься на інших властивостями.

Натуральніграфити містять домішка мінералів, в повному обсязі віддалених при збагаченні руд. Цими мінералами є силікати, кварц ікальцит. З домішок, внесених при збагаченні графітових руд, слід назватифлотационние реагенти – переважно олію, металеве й окислене залізо, що потрапляє в графіт під час розмелювання в млинах. Ці домішки помітно впливають таких властивості графітових матеріалів, як електропровідність і можливістьпластифицироватьелектродную масу.

3.1.3КОКС

Кокс – одне з найважливіших видів сировини для електродного іелектроугольного виробництва, особливо графітових виробів іелектроуглей.

Виробляється два видумалозольнихкоксов: нафтові іпековие. Перші отримуютькоксованием нафтових залишків, другі – переробкою на кокс кам'яновугільного пеки.

Нафтові кокси виходять прикоксовании різних нафтових залишків. Властивості нафтовихкоксов залежить головним чином від виду вихідного сировини. Тому нафтові кокси поділяють у зв'язку зі нафтових залишків, з яких вони виходять, на дві групи:крекинговие іпиролизние. У межах кожної з цих груп доводиться розрізняти деякі інші різновиду,т.к. піроліз і тріщання виробляються у різний спосіб із застосуванням різної апаратури і різному температурному режимі, що у значною мірою впливає властивості і склад отриманих залишків.

Різна мікроструктура піролізної ікрекинговогококсов серйозно впливає на технологічні умови виробництва виробів із цихкоксов. Багато закритих мікропор вкрекинговом коксі ускладнює пресування, веде а освіті в виробах тріщин після зняття навантаження.

Нині виробництво нафтовихкоксов ввозяться основному двома шляхами: коксування в металевихобогреваемих кубах і уповільнене коксування внеобогреваемих камерах.

>Рис. 2 Принципова схема установки уповільненої коксування: 1 – коксові камери; 2 – нагрівальна піч; 3 – ректифікаційна колона; 4 – холодильник – конденсатор; 5 –газосепаратор; I – сировину; II – газ; III – вода; IV – бензин; V – легкий газойль; VI – важкий газойль; VII – кокс

Нині ширше застосовуються знайшов спосіб уповільненої коксування. Сутність процесу у цьому, що попередньо нагріте до високої температури (500 0З) сировину закачується внеобогреваемие ізольовані зовні реактори, де проводять коксування з допомогою акумульованого сировиною тепла.

Первинне сировину після нагріву в печі 2 до400—405°С змішується з циркулюючим продуктом у нижній частині ректифікаційної колони 3, у якій здійснюється виділеннягазойлевих фракцій. Частину їхніх після охолодження не в холодильнику – конденсаторі 4 до 80°С повертається через сепаратор 5 в колону як зрошення.

У першому блоці за схемами встановлюють чи чотири реактора. У нагрівальною печі зазвичай буває два сировинних потоку.Ректификационние колони можна використовувати й у поділу

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація