Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ НА ПРИБОРЕ ГЕППЛЕРА
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11
1.1 Характеристика каменноугольного пека 11
1.2 Применение каменноугольного пека 18
1.3 Характеристика нефтяного кокса 20
1.4 Применение нефтяного кокса 22
1.5 Характеристика методов исследования вязкости 23
2 ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И
МЕТОДИКИ 34
2.1 Объекты исследования 34
2.2 Использованное оборудование 34
2.2.1 Вискозиметр с падающим шариком 34
2.2.2 Консистометр Гепплера 35
2.2.3 Установка для определения температуры размягчения каменноугольного
пека 36
2.3 Методики проведения экспериментов 37
2.3.1 Методика приготовления коксопековых композиций 37
2.3.2 Методика определения вязкости пеков методом падающего шарика 37
2.3.3 Определение вязкости коксопековых композиций на вяскозиметре
Гепплера 38
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 40
3.1 Определение температур размягчения каменноугольных пеков 40
3.2 Определение вязкости каменноугольного пека при различных
температурах 40
Вязкость каменноугольных пеков определяли на установке пп. 2.2.1 по методике пп. 2.3.2 40
3.3. Измерение вязкости коксопековых композиций на основе кокса одной фракций 41
3.4 Измерение вязкости коксопековых композиций с добавлением различных количеств кокса различных фракций 43
3.6 Методика определения вязкости на консистометре Гепплера 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 49
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11
1.1 Характеристика каменноугольного пека 11
1.2 Применение каменноугольного пека 18
1.3 Характеристика нефтяного кокса 20
1.4 Применение нефтяного кокса 22
1.5 Характеристика методов исследования вязкости 23
2 ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И
МЕТОДИКИ 34
2.1 Объекты исследования 34
2.2 Использованное оборудование 34
2.2.1 Вискозиметр с падающим шариком 34
2.2.2 Консистометр Гепплера 35
2.2.3 Установка для определения температуры размягчения каменноугольного
пека 36
2.3 Методики проведения экспериментов 37
2.3.1 Методика приготовления коксопековых композиций 37
2.3.2 Методика определения вязкости пеков методом падающего шарика 37
2.3.3 Определение вязкости коксопековых композиций на вяскозиметре
Гепплера 38
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 40
3.1 Определение температур размягчения каменноугольных пеков 40
3.2 Определение вязкости каменноугольного пека при различных
температурах 40
Вязкость каменноугольных пеков определяли на установке пп. 2.2.1 по методике пп. 2.3.2 40
3.3. Измерение вязкости коксопековых композиций на основе кокса одной фракций 41
3.4 Измерение вязкости коксопековых композиций с добавлением различных количеств кокса различных фракций 43
3.6 Методика определения вязкости на консистометре Гепплера 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 49
Каменноугольный пек является многотоннажным продуктом
коксохимического производства. Это объясняется широкой областью его применения. Пек используется в цветной металлургии и графитационной промышленности для производства анодной массы и в качестве связующего. Также до 73 % от производства каменноугольного пека расходуется на
изготовление беззольного кокса. Беззольный кокс используется в производстве электродов, а также является более ценным восстановителем металлов из руд. Кроме того, каменноугольный пек используется для производства стали в дуговых сталеплавильных печах, изготовления мягкой кровли, угольных брикетов, в дорожном строительстве.
На основных предприятиях-производителях каменноугольной смолы - сырья для производства пека - в России ее выход от металлургического кокса колеблется в пределах 4,2-4,8%. Объем выпуска каменноугольной смолы в России с 2003 по 2008 гг. находился на уровне около 1,1 млн. т, в 2009, 2010 гг. производство было снижено до 800...850 тыс. т, а в 2011 г. оно достигло уровня около 1 млн. т. В 2013-2014 гг. вновь произошел спад производства до 850.860 тыс. т. Соответственно, снижалось и производство каменноугольного пека.
Однако потребность в пеке отраслей промышленности, использующих, его наоборот возрастает. Так по данным международной организации International Aluminium Institute (IAI), членами которой являются крупные компании- производители алюминия, мировое производство алюминия в 2015 году составило 57,81 млн. тонн, что на 7,3% выше уровня 2014 года (53,93 млн. тонн). Всего же производство алюминия с 2009 по 2015 г. возросло на 209 млн. т. или на 56,5 %. Мировая потребность в алюминии в 2009 г. составила порядка 35 млн. тонн, а в 2015 г. - уже 58 млн. тонн. Прогнозируется, что в 2017 г. объем производства алюминия превысит 62 млн. т[2].
Растут производственные мощности изготовления электрометаллургической стали - другого крупного потребителя электродной продукции, а значит и каменноугольного пека. Ключевыми факторами применения графитированных электродов для производства электростали являются отсутствие их заменителей, частая их замена каждые 8.. .10 часов, небольшая доля в структуре себестоимости стали - около 2.3%. Вводится в эксплуатацию множество заводов по изготовлению электростали по всей стране. В 2014 г. стартовало производство на электрометаллургическом заводе Северстали в г. Балаково Саратовской области и на СтавСтали в Ставропольском крае. В 2015 г. построил собственные электросталеплавильные цеха Волжский электрометаллургический завод и СтавСталь, благодаря чему мощности по производству электростали увеличились еще на 500 тыс. т. Свой вклад в увеличение мощностей по выплавке электростали внесли и крупные производители труб. В 2013 г. на Тагмете запущена электропечь мощностью 950 тыс. т стали в год, что позволило отказаться от использования мартеновского производства для изготовления трубной заготовки. Мировое производство электростали по данным на 2011 г. превысило 400 млн. т. относительно спада производства 2008, 2009, 2010 годов. Доля электростали в общем объеме произведенной стали составляет чуть более 29% (440 млн.т). Россия выпустила 18,53 млн. т. электродуговой стали в 2011 г. Мощности по производству электростали в России увеличиваются на фоне закрытия мартеновских производств. За последние 15 лет производство электростали в России выросло более чем в 2 раза. В 2014 г. второй раз в истории России было выпущено более 20 млн. т. электростали. Растущие производства электростали предполагают рост расхода электродов, а значит и пека, используемого для их изготовления[2].
По данным [3] российские производители пека не могут обеспечить потребности алюминиевой промышленности в каменноугольном пеке. Существующий баланс производства пека отрицательный и составляет -300 тыс. т. в год. Возможный вариант компенсации этого дефицита - импорт каменноугольного пека. Однако необходимость его импорта приводит к увеличению себестоимости готовой продукции.
Наряду с ростом потребления пека требования потребителей к этому виду электродного сырья. В качестве электродного связующего используется все больше среднетемпературного и высокотемпературного пеков. Это вызвано экономической целесообразностью: в производстве электродных изделий снижается угар при обжиге, повышается их механическая прочность и электропроводность; при производстве алюминия сокращается расход анодной массы, уменьшается выделение летучих веществ пека и т.п[4].
Таким образом, рост потребления каменноугольного пека и требований к его качеству заставляет искать пути интенсификации переработки смолы в пек и улучшать технологические параметры производства изделий на основе пека, чтобы снизить его расход. Для их улучшения необходимо иметь представление о свойствах каменноугольного пека и его смесей с коксовым наполнителем, а также о динамике этих свойств с ростом температуры. Одним из таких свойств является вязкость, которая исследована в ходе данной работы.
коксохимического производства. Это объясняется широкой областью его применения. Пек используется в цветной металлургии и графитационной промышленности для производства анодной массы и в качестве связующего. Также до 73 % от производства каменноугольного пека расходуется на
изготовление беззольного кокса. Беззольный кокс используется в производстве электродов, а также является более ценным восстановителем металлов из руд. Кроме того, каменноугольный пек используется для производства стали в дуговых сталеплавильных печах, изготовления мягкой кровли, угольных брикетов, в дорожном строительстве.
На основных предприятиях-производителях каменноугольной смолы - сырья для производства пека - в России ее выход от металлургического кокса колеблется в пределах 4,2-4,8%. Объем выпуска каменноугольной смолы в России с 2003 по 2008 гг. находился на уровне около 1,1 млн. т, в 2009, 2010 гг. производство было снижено до 800...850 тыс. т, а в 2011 г. оно достигло уровня около 1 млн. т. В 2013-2014 гг. вновь произошел спад производства до 850.860 тыс. т. Соответственно, снижалось и производство каменноугольного пека.
Однако потребность в пеке отраслей промышленности, использующих, его наоборот возрастает. Так по данным международной организации International Aluminium Institute (IAI), членами которой являются крупные компании- производители алюминия, мировое производство алюминия в 2015 году составило 57,81 млн. тонн, что на 7,3% выше уровня 2014 года (53,93 млн. тонн). Всего же производство алюминия с 2009 по 2015 г. возросло на 209 млн. т. или на 56,5 %. Мировая потребность в алюминии в 2009 г. составила порядка 35 млн. тонн, а в 2015 г. - уже 58 млн. тонн. Прогнозируется, что в 2017 г. объем производства алюминия превысит 62 млн. т[2].
Растут производственные мощности изготовления электрометаллургической стали - другого крупного потребителя электродной продукции, а значит и каменноугольного пека. Ключевыми факторами применения графитированных электродов для производства электростали являются отсутствие их заменителей, частая их замена каждые 8.. .10 часов, небольшая доля в структуре себестоимости стали - около 2.3%. Вводится в эксплуатацию множество заводов по изготовлению электростали по всей стране. В 2014 г. стартовало производство на электрометаллургическом заводе Северстали в г. Балаково Саратовской области и на СтавСтали в Ставропольском крае. В 2015 г. построил собственные электросталеплавильные цеха Волжский электрометаллургический завод и СтавСталь, благодаря чему мощности по производству электростали увеличились еще на 500 тыс. т. Свой вклад в увеличение мощностей по выплавке электростали внесли и крупные производители труб. В 2013 г. на Тагмете запущена электропечь мощностью 950 тыс. т стали в год, что позволило отказаться от использования мартеновского производства для изготовления трубной заготовки. Мировое производство электростали по данным на 2011 г. превысило 400 млн. т. относительно спада производства 2008, 2009, 2010 годов. Доля электростали в общем объеме произведенной стали составляет чуть более 29% (440 млн.т). Россия выпустила 18,53 млн. т. электродуговой стали в 2011 г. Мощности по производству электростали в России увеличиваются на фоне закрытия мартеновских производств. За последние 15 лет производство электростали в России выросло более чем в 2 раза. В 2014 г. второй раз в истории России было выпущено более 20 млн. т. электростали. Растущие производства электростали предполагают рост расхода электродов, а значит и пека, используемого для их изготовления[2].
По данным [3] российские производители пека не могут обеспечить потребности алюминиевой промышленности в каменноугольном пеке. Существующий баланс производства пека отрицательный и составляет -300 тыс. т. в год. Возможный вариант компенсации этого дефицита - импорт каменноугольного пека. Однако необходимость его импорта приводит к увеличению себестоимости готовой продукции.
Наряду с ростом потребления пека требования потребителей к этому виду электродного сырья. В качестве электродного связующего используется все больше среднетемпературного и высокотемпературного пеков. Это вызвано экономической целесообразностью: в производстве электродных изделий снижается угар при обжиге, повышается их механическая прочность и электропроводность; при производстве алюминия сокращается расход анодной массы, уменьшается выделение летучих веществ пека и т.п[4].
Таким образом, рост потребления каменноугольного пека и требований к его качеству заставляет искать пути интенсификации переработки смолы в пек и улучшать технологические параметры производства изделий на основе пека, чтобы снизить его расход. Для их улучшения необходимо иметь представление о свойствах каменноугольного пека и его смесей с коксовым наполнителем, а также о динамике этих свойств с ростом температуры. Одним из таких свойств является вязкость, которая исследована в ходе данной работы.
В результате работы достигнута ее цель и выполнены все поставленные задачи.
Исследована вязкость каменноугольных пеков с температурами размягчения 88, 113 и 120 °С при различных температурах. Полученные кривые вязкости можно разбить на два участка: участок резкого падения вязкости и участок минимальных значений вязкости. Наименьшие значения вязкости соответствует температурному интервалу свыше 160 °Сдля пеков с температурами размягчения 88 и 113 °С и свыше 190 °С для пека с температурой размягчения 120 °С.
Измерена вязкость пекококсовых композиций на основе каменноугольного пека с температурой размягчения 113 °С с добавлением кокса одной фракций - 0,071 мм в количестве 15, 30 и 50 мас. %. Увеличение содержания этой фракции приводит к увеличению вязкости композиций.
Изучена вязкость пекококсовых композиций на основе пека с температурой размягчения 113 °С с добавлением кокса фракций: -0,125+0,08, -0,08+0,045 мм в количестве 30 и 50 мас. %. Наименьшие значения вязкости достигаются при введении добавок большей крупности.
Составлена методика определения вязкости коксопековых композиций на консистометре Гепплера. Вискозиметрия по данному методу основана на вынужденном погружении сферического индентора в исследуемый образец. При этом фиксируется усилие, передаваемое индентору, время его движения и пройденное им расстояние. Для определения вязкости на данном приборе пригодны коксопековые композиции с содержанием частиц размером не более 0,045 мм. Частицы большего размера делают перемещение сферического индентора в образце практически невозможным. Прибор позволяет производить измерение вязкости при температурах до 230 °С Выдержка образца при температуре определения вязкости составляет примерно 10-15 минут.
Исследована вязкость каменноугольных пеков с температурами размягчения 88, 113 и 120 °С при различных температурах. Полученные кривые вязкости можно разбить на два участка: участок резкого падения вязкости и участок минимальных значений вязкости. Наименьшие значения вязкости соответствует температурному интервалу свыше 160 °Сдля пеков с температурами размягчения 88 и 113 °С и свыше 190 °С для пека с температурой размягчения 120 °С.
Измерена вязкость пекококсовых композиций на основе каменноугольного пека с температурой размягчения 113 °С с добавлением кокса одной фракций - 0,071 мм в количестве 15, 30 и 50 мас. %. Увеличение содержания этой фракции приводит к увеличению вязкости композиций.
Изучена вязкость пекококсовых композиций на основе пека с температурой размягчения 113 °С с добавлением кокса фракций: -0,125+0,08, -0,08+0,045 мм в количестве 30 и 50 мас. %. Наименьшие значения вязкости достигаются при введении добавок большей крупности.
Составлена методика определения вязкости коксопековых композиций на консистометре Гепплера. Вискозиметрия по данному методу основана на вынужденном погружении сферического индентора в исследуемый образец. При этом фиксируется усилие, передаваемое индентору, время его движения и пройденное им расстояние. Для определения вязкости на данном приборе пригодны коксопековые композиции с содержанием частиц размером не более 0,045 мм. Частицы большего размера делают перемещение сферического индентора в образце практически невозможным. Прибор позволяет производить измерение вязкости при температурах до 230 °С Выдержка образца при температуре определения вязкости составляет примерно 10-15 минут.
