Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия:

Г. Д. Апалькова, профессор, эл. почта: apalkovag@yandex.ru

Рассмотрено влияние сферолитовой и игольчатой структуры железоокисных нанодобавок на формирование свойств графита. Показано, что в одинаковых условиях производства эффективность действия железоокисной нанодобавки игольчатой структуры увеличивается по сравнению с нанодобавкой сферолитовой структуры, что проявляется в снижении удельного электросопротивления графита в среднем на 14 % и в увеличении механической прочности на 20–22 %. В процессе прошивного прессования электродов игольчатые частицы нанодобавки располагаются параллельно оси прессования, как это свойственно анизометричным элементам. При смешивании происходит хемосорбция на игольчатой добавке полярных составляющих пека — асфальтенов, являющихся коксообразующим компонентом пека. При обжиге пекококсовой композиции происходит направленная ориентация ароматических макромолекул коксующегося каменноугольного пека по анизометричным зернам добавки, которые являются своего рода зародышевыми центрами образования новой фазы. Из полученной направленно ориентированной структуры при дальнейшей термообработке — графитации формируется вторичная структура — графит. В случае использования добавок сферолитовой структуры отсутствует направленная ориентация микрокристаллов кокса, образующегося из пека на добавке, и процесс графитации (преобразования в трехмерную слоистую структуру) требует более значительных термодинамических усилий. Поэтому в одинаковых условиях производства при использовании нанодобавки игольчатой структуры графит получается более совершенной структуры, при этом он характеризуется пониженным электросопротивлением. Кроме того, анизометричные зерна нанодобавки играют армирующую роль при формировании прочности фазовой составляющей графита из каменноугольного пека, который является наиболее слабым звеном графитированной композиции. Полученные результаты позволяют говорить о том, что игольчатая структура железоокисной нанодобавки обеспечивает эффект улучшения физико-механических свойств фазовой составляющей графита из каменноугольного пека, что снижает риск трещинообразования и повышает эксплуатационную стойкость электродов.

Статья выполнена при поддержке Правительства РФ (Постановление № 211 от 16.03.2013 г.), соглашение № 02.A03.21.0011.

1. Валявин Г. Г., Запорин В. П., Ризванов И. В. Опыт получения игольчатого кокса на НПЗ СССР и современные перспективы организации его промышленного производства // Современное состояние и перспективы развития электродной продукции, конструкционных и композиционных углеродных материалов : сб. докл. междунар. конф. — Челябинск : Энциклопедия, 2010. С. 67–73.
2. Predel H., Nielsen M. Petroleumkoks — Enwicklung und Tendenzen // Erdöl und Kohle. 2005. No. 10. P. 348–352.
3. Валявин Г. Г., Хухрин Е. А., Валявин К. Г. Место процесса замедленного коксования в схемах современных нефтеперерабатывающих заводов // Химия и технология топлив и масел. 2007. № 3. С. 15–18.
4. Фокин В. П., Калайда И. Н., Ульянченко С. В. Модернизация производства графитированных электродов в России // Сталь. 2010. № 4. С. 46–48.
5. ГОСТ Р 57613–2017. Электроды графитированные и ниппели к ним. Технические условия. — Введ. 01.08.2018.
6. Апалькова Г. Д. К вопросу эксплуатации электродов на электродуговых печах в современных условиях индустрии инжиниринга // Электрометаллургия. 2015. № 5. С. 3–11.
7. Borlée J., Wauters М., Mathy C., Weber M. Monitoring system for controlling and reducing the electrode consumption in DC EAF plants // Final report Directorate-General for Research / European Commission, Contract No RFSR–CT–2003–00024 1 September 2003 to 31 August 2006. 2009. — 143 с.
8. Armstrong С. R., Bosserman T. L., Haibult K. E. Electrode Consumрtion in Modem Hing-Power Electric Steel Shop // Iron & Steel Technology. 2013. No. 1. C. 57–68.
9. Белковский А. Г. Меры по снижению расхода электродов на сталеплавильном заводе компании SDI в Батлере // Новости черной металлургии за рубежом по снижению расхода. 2013. № 2. C. 23–26.
10. Бутакова Т. В., Лепп М. В., Блескин Г. С., Спекторук А. А., Ольвовский С. А. Улучшение прочностных и теплофизических свойств подовых блоков ЗАО «ЭНЕРГОПРОМ — Новосибирский электродный завод» // Седьмой международный конгресс «Цветные металлы и минералы – 2014». — Красноярск, 2014. С. 1041–1042.
11. Апалькова Г. Д., Веснин А. Я., Давыдович Б. И. Снижение расхода графитированных электродов при выплавке металла // Производство легких цветных металлов и электродной продукции : обзор. информ. — М. : ЦНИИЭИцветмет, 1989. Вып. 4. — 64 с.
12. Apalkova G. D., Selesnev A. N., Prosvirina I. I. Study of reasons for electrode destruction in high power electric arc Furnaces // 1-st World Conference on Carbon Eurocarbon 2000. — Berlin, Germany, 9–13 july 2000.
13. Marsh H., Warburton A. R. Catalysis of graphitization // J. Appl. Chem. 1970. Vol. 20, No. 5. P. 133–142.
14. Дмитриева Г. В., Зацепин С. В., Апалькова Г. Д., Скопец Т. Л. К вопросу взаимодействия окислов железа с углеродом в процессе термообработки и их влияние на структуру графита // Химия твердого топлива. 1981. № 6. С. 146–149.

15. Апалькова Г. Д., Дмитриева Г. В., Шипков Н. Н. Влияние дисперсности добавки оксида железа на формирование свойств графита // Цветные металлы. 1982. № 11. C. 61–62.
16. Апалькова Г. Д., Дмитриева Г. В. Прессование электродных масс в присутствии добавки окиси железа // Химия твердого топлива. 1981. № 2. С. 135–137.
17. Gao Y., Tang Z. Design and application of inorganic nanoparticle superstructures: current status and future challenges // Small. 2011. Vol. 7, No. 15. P. 2133–2146.
18. Nasibulin A. V., Antipov E. A., Beilina N. Yu. Effect of adding nano-materials on pitch rheological properties // Refractories and Industrial Ceramics. 2017. Vol. 57, No. 7. P. 299–303.
19. Апалькова Г. Д. Влияние нанодисперсных железоокисных добавок на формирование плотности углеродных огнеупоров // Новые огнеупоры. 2018. № 11. С. 50–52.
20. Беленький Е. Ф., Рискин И. В. Химия и технология пигментов. — Л. : Химия, 1974. — 656 с.
21. ГОСТ 10200–2017 Пек каменноугольный электродный. Технические условия. Введ. 01.03.2019.
22. ГОСТ 22898–78 Коксы нефтяные малосернистые. Технические условия. Введ. 01.01.1979.