7 Дәріс. Кусокты көмір текті материалдар түзілу процесі

М

Мықты кусокты көмір текті материалдарға металлургиялық отын мен көмір текті бұйымдар жатады.

Металлургиялық отын алудың негізгі әдісі көмірдің кокстенуі - 900- 1100°С болып табылады. Көмір текті бұйым алудың тәсілі арнаулы құрылған қоспалардың (композициялардың) бірігуіне негізделген. Біршама типті композиция мұнай коксі мен тас көмір пекінен тұратын қоспа болып табылады. Кокстену үшін және мықты көмір текті бұйым алу шихтасы негізі ретінде толтырғыш пен байланыстырушыдан тұратын қоспа қызмет етеді. Кокстегенде толтырғыш ретінде кедейленген компоненттер ал байланыстырушылар ретінде шихтаны майландыратын көмірлер болып табылады.

Мықты кусокты көмір текті материалдар түзілуінің процесі жалпы жағдайда бірігуге негізделген, бірігу – қажетті шарттың негізі.

Бірігетін қатты қалдықтың (жартылай кокстің) мықтылануы кокстену технологиясында әрі көмір текті бұйымдар технологиясында оның құрылымдарының сығылуына және байланыс энергиясы біршама жоғары қосылыс түзуге негізделген. Кокстің мықтылану механизмі бірдей (негізінен байланысшы заттардың поликонденсациясы). Алынған материалда екі процесте де саңылау тізбегінің дамуы отырғызатын құбылыстармен байланысты. Осылайша, кокс түзілу сұрақтарын қарастыра отырып және осы процестердің негізгі заңдылықтарын шығарып сол заңдылықтар барлық көміртек құрамды композицияның бірігу аумағына ауытыруға болады.

6-сурет. Әртүрлі маркалы көмірден жартылай кокстің Упрочнение

7-сурет. Түзілген коксті заттың қаттылығы өзгеруі

Кокстену процесінің маңызды өнімі металлургиялық кокс болып табылады. Шихтаны таңдау мен кокстену шарты ең алдымен жоғары сапалы кокс алу талаптарын қанағаттандырады. Мықты бірақ ұсақ кокс және ірі бірақ оңай ыдырайтын кокс доменді пеште қолданылмайды, кокс сапасын бағалағанда ескеру керек. Кокстену процесінің сатылары яғни кокс мықтылығы мен ірілігі қалыптасатын, осы процестің негізгі қарма қарсы жағы болып табылады.

Мықтылық композиция бірігуінен тәуелді болады әрі түзілген жартылай кокстің қарапайымдануынан. Сндықтан бірінші кусокты кокс түзілгендегі қарама қайшылықты бірігу-упрочнения деп санау керек. Бұл процесс күрделі болады ол біршама мықты кокс алуға бағытталған, осы жағынан қарағанда бірігу де упрочнение де бір бірінен бөлініп қаралмайды.

Қатты қалдық (жартылай кокс) мықтылануы бастапқы материал құрамынан және оны қыздыру шартынан тәуелді болады. 6 сурете жартылай кокстің кокске түрленуінде мықтылану дамуы көрсетілген.

Жартылай кокстің қыздыру температурасымен микроқаттылығын жоғарлату Е. М. Тайц пен З. С. Тябинамен 7 суретте келтірілген.

6 және 7 суреттер қисықтары кокс денесінің мықтылануы туралы көзқарас береді. Алынған кокс ірілігі оның формалану кезінде оның құрылымынң сығылу процесінен тәуелді болады. Осы процестің дамуы кокстің мықтылануына әкеледі. Кокс құрылымы сығылуының көрсеткіші оны отырғызу болып табылады. Егер отырғызу кусок немесе бұйым көлемінде біркелкі болмасаонда оның денесінде кернеу туады. Егер ол мардымсыз болып кокс мықтылығынан артпаса онда ол ыдырау туғызбайды. Егер отырғыш градиенті көп болса, онда үлгіде туындаған кернеулер оның денесінің мықтылыған жоғары болады да үлгіде саңылау пайда болады. Осы процестің дамуы кусокты кокс мықтылығын төмендетеді. Саңылау түзілу массиві біршама жоғарлағанда немесе көмір текті бұйым кусоктарға ыдыраса және ұсақ болған сайын саңылау сеті біршама дамиды.

Осылайша, кусокты материалдар түзілгендегі екінші қарама қайшылық әлсіз орындардың формалан процесі деп қабылдау керек. Кусокты материалдарға қатысты осы процестің көрсеткіштері оның ірілігі болып табылады, қыздырылатын массив немесе бұйымға қатынасы бойынша саңылау сетінің даму дәрежесі.

Сәйкесті кусокты материалдар түзілуін бір процесс деп қарастыруға болады, ол бірігу-мықтылану және саңылау сеті дамитын қарама қарсы процестерден тұрады.

Бұл процесті басқару үшін алдымен бірқатар көрсеткіштер болуы керек, процесс дамуын және оның қарама қарсы бөліктерін бірдей жағынан сипатталады, екіншіден, бірігу-мықтылану мен сызаттүсуіне әртүрлі факторлардың әсерін білу керек.

Кокс сапасына әсер етуші негізгі факторлар шихта құрамы, көмірдің ұнтақталу дәрежесі, олардың тығыздануы мен кокстену жылдамдығы. Металлургиялық отын ретінде кокс сапасына осы факторлардың әсерін анықтау аса қажет болады. Дегенмен бұл факторлардың әрқайсысы кусокты кокс түзілу процесінің екі жағына да әсер етеді, сондықтан процесс дамуын толық бағалау үшін көрсеткіштерді дұрыс таңдау керек әрі қарама қайшы жақтары шешуші болады.

8 суреттегі қисықтардан 700°С жоғары температурада «жасыл» көмір текті бұйымдар күйдіру сатысында мықиылану болмағандықтан қате қорытынды жасауға болады. Бұл жұмыстарда үлгілердегі мықтылықты анықтайды, яғни саңылау сеті туындауы материалды сынаған кезде өтеді. Сыққан кездегі мықтылық көрсеткіші жалпы кокстүзілу проецесінің дамуын сипаттады. Бұл жағдайда мықтылық қолайлы мәнге ие болады, себебі процестің бірінші сатысында біршама төмен температурада бірігу-мықтылану процесі біршама дамыған, ал екіншісінде біршама жоғары температурада – сызаттүзілу процессі.

8-сурет. Көмір текті бұйымдар мықтылығына күю температурасының әсері: 1- инертті ортада күю; 2- 2 с 70°Ста алдын ала тотығумен күю

Белгіленген процесс кескініне сай материал қасиетін сипаттайтын негізгі көрсеткіштер үшін келесі топтама берілген. Процесс дамуын бірдей деп қарастыру көрсеткіштері ( Г газөту коэфициенті мен кусокты кокс мықтылығы П)

Мықтылану бірігу көрсеткіші (коксті заттың кокса Пи, Пв, М10 және саңылаулы материал мықтылығы, микроқаттылық)

Саңылау сетінің дамуының көрсеткіштері (кусколану d0, кокстің ірі сыныптарының шығымы, жекелеген аумақтар)

Келтірілген тараптардан көрініп тұрғандай, сол немесе басқа көрсеткішті анықтауға әдісті дұрыс таңдау болып табылады. Жоғарыда келтірілгендей, мықтылық көрсеткіші кокс түзілу процесінің дамуын жалпылама немесе процестің бөлігі ретінде сипаттай алады: бірігу-тығыздану. Сондықтан қатты морт сынғыш мтаерилаға қатынасы бойынша кусокты материалдың мықтылығын білу керек (кусок мықтылығын П бұйым ретінде), саңылаулы материал мықтылығы мен оның денесінің мықтылығы (зат). Бұл жағдайда көрсетілген көрсеткіштерді қолданумен байланысты түсінбеушіліктер болмайды. Осыдан келіп мықтылықты жаңа кусокты беттің бірлігінің түзілуі жұмысы ретінде анықтауға болады.

Кокстену процесін қарама қарсы жақтарын дамытуға әсер ететін факторлар

Кокс (бұйым) түзілу процесінің қарама қарсы жақтарының дамуына әсер етуші негізгі факторлар майлану дәрежесі мен қыздыру жылдамдығы болып табылады.

9-сурет. Барабандағы кокс қалдығының көрсеткішіне көмірдің бірігуінің әсері.

10-сурет. Барбандағы қалдық бойынша бағаланатын кокс мықтылығы көрсеткішіне шихта майлануының әсері: I-бірігу-мықтылану; II – дефектілер сетінің дамуы.

Шихтаның майлану дәрежесін пластикалық қабат қалыңдыңының көрсеткіші және композицияға майланушы компонентті қосу пайызы ретінде көрсетуге болады.

9 суретте көмірдің пластикалық қабат қалыңдығынан үлкен колосникті барабанда кокс қалдығының өзгеру қисықтары келтірілген.

Колосникті барабандағы үлкен қалдық кусок шығымы бойынша кокс мықтылығын сипаттаушы, өлшемі 25 мм саңылаудан өтпейтін, ол барабан прутьясынан түзілетін, кокс мықтылығы туралы ғана емес, саңылау дамуы туралы да айтуға мүмкіндік береді.

Осы процестер даму нәтижесінде олардың қолайлы бірігуін сипаттаушы пластикалық қабат қалыңдығы 20 мм шихта мен көмірді өңдеудің қолайлы аумағы белгілі болды.

10 суретте шихта құрамынан тәуелді үлкен колосникті барабанда кокс қалдығы өзгеру қисығы келтірілген. Ондағы толтырғыш К2 маркалы көмір болып табылады, майлаушы компоненттер — Г6 топтар көмірі. Графиктің сол жағы саңылау түзілуінен бірігу-мықтылану дамуын көрсетеді. Графиктің алғашқы жартысы Г6 тобы 60% артық болғанда көмір құрамында сызаттүзілуі процесі қатты даму нәтижесінде барабанда кокс қалдығы төмендеуін сипаттайды. 10 суреттен көрінгендей, құрамы 60% Г6 тобының көмірінен және 40% К2 маркалы көмірден тұратын шихта қолайлы болып табылады.

Соңғы кезде коксты бағалау үшін құрылымдық мықтылық көрсеткіші кең таралды, оны Н. С. Грязновым ұсынған. Бұл көрсеткіш 3—6 мм сыныпты кокс үлгісінен тұратын бөлшектерінің өлшемі 0-1 мм болатын сыныптар шығымымен сипатталады.

11 сурет мәліметтерінен көрінгендей, көмірлі шихтаға антраценді майды қосу оптимумын көрсетеді, ол құрылымдық мықтылығы максималды кокс алуға қамтамасыз етеді.

Максимумнан кейінгі қисықтың оң жағы мынаны көрсетеді, байланыстырушының аз қоспаларымен майланған шихталар бірмезгілде пластификатор болатын, кокңс мықтылығын төмендетуші микродефектілер сетін құрады. Бұл мынаны көрсетеді, яғни құрылымдық мықтылық көрсеткіші коксты заттың құрылымын сипаттамайды, себебі көрсеткіш материалда сызат пайда болуынан өзгереді.

11 суреттен сонымен қатар шихта құрамы өзгеруінен мықтылық құрылымының деңгейі өзгеретіні көрініп тұр. Газды көмір құрамы жоғарлауынан (пласт С2 Батыс Донбасс) 30дан (1 қисық) 40% дейін кокстың құрылымдық мықтылығы абсолютті мәні біршама төмендеп, 2 төменгі қисық бойынша өзгерді.

Құрылымдық мықтылық көрсеткішінің ұқсасты өзгеруі көмірлі шихтаға мазут қосқанда байқалды [21, с. 70]. Бұл өзгеріс 12 суретте 1 және 2 қисықтармен көрсетілген.

11-сурет. Шихтаға антраценді май қосқанда қоспаның кокстың құрылымдық мықтылығына әсері.

12–сурет. Шихтаға мазут қосқанда қоспаның кокстың құрылымдық мықтылығына әсері.

Дайын көмір текті бұйымды сынағанда оның мықтылығын бағалау үшін сыққандағы қаныққан кернеу немесе ығысу көрсеткіштерін жиі қолданады. Атап өту керек, бұл көрсеткіштер бұйым денесінің мықтылығынан ғана емес біршама шамада ондағы дефектілер дамуынан да тәуелді болады.

13 суреттегі қисықтан көрініп тұрғандай, сыққандағы мықтылық көрсеткіші максимумға ие. Бұл көрсеткіш екі процесті суреттегенін айтады: бірігу-мықтылану мен дефектілер сеті. Сополимер құрамы 20% жоғары болғанда соңғы процесс жақсы дамыды, сосын алынған бұйымдар мықтылығы төмендеді.

Осылайша шихта майлануынан ығысу кернеуінің көрсеткіші өзгереді. Бұл көрсеткіш композицияға шамамен 25 % пек қосқанда максималды мәнге жетеді. 14 суретте көрінгендей, композицияны пекпен байытқанда ығысу кернеуінің көрсеткіші өзгеруін келтірілген.

Қатты көмір текті қалдықтың физикалық қасиеті қалыптасуына әсер тетуші маңызды фактор қыздыру жылдамдығы болып табылады. 13 кестеде металлургиялық кокс ірілігіне қыздыру жылдамдығының әсерін сипаттаушы мәліметтер келтірілген.

Кокстену жылдамдығы жоғарлауы температуралар градиентін көтеруге негізделген, сәйкесінше қызған қабат қалыңдығы бойынша усадканың артуы кернеу туындауын туғызушы, саңылаулар дамуына әсер етеді. Соңғысы кокс кусоктарының өлшемдері төмендеуіне әкеледі де оны 13 кесте мәліметтері көрсетеді.

13-сурет. Көмір текті бұйымдарды сыққанда мықтылық шегіне композицияның майлануының әсері

14 сурет. Көмір текті бұйымдардың ығысуының мықтылық шегіне композицияның майлануының әсері

Кокстенетін массив бетінде саңылау сетінің дамуын тура көрсеткішпен көрсетуге болады — орташа аудан шамасымен: ол көп болған сайын саңылау дамуы төмен болады. Кокстену жылдамдығының жекелеген аудан шамасына әсері 15 суреттегі қисықпен көрсетілген.

13-кесте

Кокстің ірілігіне қыздыру жылдамдығының әсері

Кокстену жылдамдығы, град/мин	Кокстің ірілігі		Кокстену жылдамдығы, град/мин	Кокстің ірілігі
	средний диаметр d., мм	Сынып шығымы, көп емес 80 мм,%		орташа диаметр d., мм	Сынып шығымы, көп емес 80 мм,%
1,8 2,7	72 69	51 46	3,6 4,3	68 64	44 34

15 суреттен көрінгендей, кокстену жылдамдығы артқан сайын кокстенудің жеке бөліктерінің ауданы төмендейді. Жеке бөліктер шамасының реті шихта құрамынан тәуелді болады. Газды көмірлер коксі үшін жеке бөліктер ауданының шамасы ұшқыш шығымы аз көмірлер болатын шихталар үшін төмен болады.

Материалды отырғызудың біркелкі таралуының маңызы зор. Мысалы, линза түрінде коксты формалау үшін

15-сурет. Кокстің жеке бөліктерінің аудан шамасына кокстену жылдамдығының әсері: 1- Г6 көмірінен формаланған кокс; 2- шихтадан қабатты кокс: 8% Г, 46% Ж, 23% К және 23% ОС; 3 – Г маркалы көмірден қабатты кокс пен шарлар цилиндерлер мен кубтарға қарағанда бірдей таралады. Бұл 16 сурет мәліметтерімен нақтыланады.

16-сурет. Бұйымды қыздырудың рұқсат етілген жылдамдығы мен олардың формасы: 1- линзалар; 2- шарлар; 3 – цилиндрлер; 4 - кубтар

16 суреттен көрініп тұрғандай, формалаудың қыздыру жылдамдығы линзада саңылау түзбей онда отырғыштың аз градиенттерімен түсіндіріледі. Бұйымның өлшемі жоғарлауымен усадка градиенттері жоғарлап, рұқсат етілген қыздыру жылдамдығы төмендейді.

Келтірілгендер көрсетіп тұрғандай, қыздыру жылдамдығы композиция құрамы сияқты ірі және кокстың кусоктарын алу үшін әсер етуші маңызды фактор болады.

Негізгі әдебиет [5(15-24)]

Қосымша әдебиет [9(140-145)]

Бақылау сұрақтары:

1. Көмір текті бұйымдар алған кезде толтырғыштар мен байланыстырғыштар ретінде не қолданылады?

2. Түзілген кокстің затының қаттылығына температура қалай ә ер етеді?

3. Қалыптасу мерзімінде оның құрылымына сығылу процесінен алынған кокстің ірілігі қалай тәуелді болады?

4. Кокс қалдығының көрсеткішіне көмірдің бірігуі қалай әсер етеді?

5. Кокстің құрылымдық мықтылығына антраценді май мен мазутты қосу қалай әсер етеді?

6. Көмірдің ірілігіне қыздыру жылдамдығы қалай әсер етеді?