Производства углеродных

При выплавке ферросилиция и ферросиликохрома наилучшие результаты получены при замене в шихте ~50 % коксика полукоксом. Применение полукокса стабилизировало работу закрытых печей при выплавке сплавов кремния. Расход электроэнергии снижается на 3—6 %, производительность печей увеличивается на 3—10 %, снижается расход сырья и улучшается качество сплавов вследствие снижения в них содержания фосфора. При рациональной схеме использования полукокса, включающей поставку ферросплавным заводам полукокса фракции 10—25 мм для производства сплавов кремния и валового полукокса для производства углеродистого феррохрома и аналогичных процессов, экономическая эффективность его использования повышается. Для получения специальных видов кокса Для электротермических производств разработаны и начинают использовать в промышленности процессы непрерывного коксования, а также новое оборудование — вертикальные, ретортные, кольцевые печи и печи с движущимися колошниковыми решетками.

В Швеции на заводе фирмы «Ferrolegeringer» («Ферро-легерингар») в г. Трольхетт'ане применяют автоклавный способ окомкования мелкой хромитовой руды с получением прочных окатышей (с 1975 г.). Молотую руду (крупностью 0,2 мм) смешивают со связующим (гашеной известью и кремнистой пылью), увлажняют и окомковывают на диско' вом окомкователе, получая окатыши диаметром 15—20 мм. Кремнистая пыль поступает из фильтров, установленных за печами для выплавки силикохрома. Окатыши загружают в вагонетки и ставят в автоклавы, работающие при давлении 1,7 МПа и температуре 205 °С. Продолжительность выдержки в автоклаве 8 ч. Окатыши используют для выплавки феррохрома. Оборудование рассчитано на производство 150 тыс. т окатышей в год. Управление всем процессом автоматизировано [43]. На ферросплавных заводах Японии широко применяют предварительно восстановленные окатыши для производства углеродистого феррохрома [44]. Работа на предварительно восстановленных окатышах дает следующие преимущества: обеспечивается глубокая и устойчивая посадка электродов в шихте, повышается коэффициент мощности благодаря возможности работать при более высоком напряжении, снижается на 40 % удельный расход электроэнергии, обеспечивается устойчивость хода печи, облегчается переход с одной руды на другую, появляется возможность использовать дешевые и недефицитные виды восстановителей, улучшаются условия эксплуатации электродов.

Полученный агломерат содержит 40—50 % М° и <0,9 % С, крупность его 5—200 мм. При получении агломератов из смеси никопольских концентратов 1-го и 2-го сортов и концентратов 2-го и 3-го сорта Д. А. Кисейным было установлено, что содержание возврата в шихте должно быть —25 % и влажность концентрата не должна превышать 9—10%. Существует оптимальное содержание углерода в шихте. При увеличении содержания углерода до 8 % происходит оплавление верхних слоев шихты, вследствие чего ухудшается газопроницаемость и нижние слои шихты остаются непропеченными. Снижение его до 5 % ухудшает прочность агломерата вследствие недостаточного количества жидкой фазы. Необходимость усреднения марганцевых концентратов очевидна. Важной задачей является освоение производства агломерата из карбонатных руд. При этом следует отметить предпочтительность использования в электроплавке углеродистого ферромарганца офлюсованного марганцевого агломерата. Однако его получение по проектной технологии не дает удовлетворительных результатов, так как агломерат с основностью 1,4 самопроизвольно рассыпается на воздухе в течение нескольких суток, и, что хуже, такой свежий агломерат полностью разрушается уже в загрузочных воронках электропечи. Улучшение стойкости офлюсованного агломерата добиваются добавками плавикового шпата [87, с. 35—41], железорудного концентрата, доломита и др. [25]. Успешно освоена агломерация с использованием в шихте в качестве флюсующей добавки гранулированного шлака от производства углеродистого ферромарганца следующего состава, %: SiO2 34,6; FeO 0,3; А12О3 3,8; СаО 37,9; MgO 2,1; Мп 14,64; Р 0,007. Использование при выплавке силико-марганца марки СМн17 такого агломерата на НЗФ обеспечило экономию 338 тыс. руб в год.

Высекоуглеродистый ферромарганец. Для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца используют открытые и все чаще закрытые электрические печи мощностью до 85МВА. Поперечный разрез цеха для выплавки углеродистого ферромарганца в закрытых печах приведен на рис. 26. Печи выполняют открытыми, закрытыми и герметичными, как круглыми, так и прямоугольными, в том числе шести-электродными, иногда с вращением ванны с частотой около одного оборота за 100 ч. Новые печи оборудованы счетно-решающим устройством, которое регулирует массу, состав и подачу шихты из бункера, а также автоматизированной системой подготовки шихты. Футеровка печей угольная. Используют набивные самообжигающиеся электроды. Плавку ферромарганца ведут при напряжении на электродах НО—220 В. Зависимость показателей производства Углеродистого ферромарганца флюсовым методом от вторичного фазового напряжения приведена на рис. 27. Уменьшение извлечения марганца и увеличение удельного рас-

Высокоуглеродистый ферромарганец производят двумя способами: флюсовым и бесфлюсовым. Последний имеет ряд преимуществ по сравнению с флюсовым: выше сквозное извлечение марганца из руды; больше производительность печей, выплавляющих углеродистый ферромарганец, ниже содержание фосфора в си-ликомарганце и в рафинированном ферромарганце, поскольку в шихте для их выплавки применяют малофосфористый марганцевый шлак, образующийся при бесфлюсовом способе производства углеродистого ферромарганца. Однако из бедных руд углеродистый ферромарганец может быть получен только флюсовым способом, так как эти руды содержат много кремнезема. Применение в шихте мар-ганцеворудного концентрата, марганцевого и железорудного агломерата, кокса и флюсов обусловливает многообразие химических реакций в ванне печи. При плавке высокоуглеродистого ферромарганца в процессах восстановления наибольшую роль играет МпО, так как высшие оксиды марганца при высоких температурах диссоциируют (табл. 43). В верхних горизонтах ферросплавной печи протекают следующие химические реакции (в скобках — тепловой эффект, кДж/кг):

шлака производства углеродистого ферромарганца . . известняка ... 0,28 0,165 0,62 0,20

от бесфлюсового производства углеродистого ферромарганца, шлаки от производства рафинированного ферромарганца, бесфосфористый высокомарганцевый шлак. Восстановителем является коксик фракции 10—20 мм (в некоторых случаях используют древесные отходы), кремнеземсодер-жащим материалом — кварцит крупностью 20—80 мм и флюсом — доломит с 17—20 % MgO.

При выплавке ферросилиция и ферросиликохрома наилучшие результаты получены при замене в шихте ~50 % коксика полукоксом. Применение полукокса стабилизировало работу закрытых печей при выплавке сплавов кремния. Расход электроэнергии снижается на 3—6 %, производительность печей увеличивается на 3—10 %, снижается расход сырья и улучшается качество сплавов вследствие снижения в них содержания фосфора. При рациональной схеме использования полукокса, включающей поставку ферросплавным заводам полукокса фракции 10—25 мм для производства сплавов кремния и валового полукокса для производства углеродистого феррохрома и аналогичных процессов, экономическая эффективность его использования повышается. Для получения специальных видов кокса Для электротермических производств разработаны и начинают использовать в промышленности процессы непрерывного коксования, а также новое оборудование — вертикальные, ретортные, кольцевые печи и печи с движущимися колошниковыми решетками.

В Швеции на заводе фирмы «Ferrolegeringer» («Ферро-легерингар») в г. Трольхетт'ане применяют автоклавный способ окомкования мелкой хромитовой руды с получением прочных окатышей (с 1975 г.). Молотую руду (крупностью 0,2 мм) смешивают со связующим (гашеной известью и кремнистой пылью), увлажняют и окомковывают на диско' вом окомкователе, получая окатыши диаметром 15—20 мм. Кремнистая пыль поступает из фильтров, установленных за печами для выплавки силикохрома. Окатыши загружают в вагонетки и ставят в автоклавы, работающие при давлении 1,7 МПа и температуре 205 °С. Продолжительность выдержки в автоклаве 8 ч. Окатыши используют для выплавки феррохрома. Оборудование рассчитано на производство 150 тыс. т окатышей в год. Управление всем процессом автоматизировано [43]. На ферросплавных заводах Японии широко применяют предварительно восстановленные окатыши для производства углеродистого феррохрома [44]. Работа на предварительно восстановленных окатышах дает следующие преимущества: обеспечивается глубокая и устойчивая посадка электродов в шихте, повышается коэффициент мощности благодаря возможности работать при более высоком напряжении, снижается на 40 % удельный расход электроэнергии, обеспечивается устойчивость хода печи, облегчается переход с одной руды на другую, появляется возможность использовать дешевые и недефицитные виды восстановителей, улучшаются условия эксплуатации электродов.

Полученный агломерат содержит 40—50 % М° и <0,9 % С, крупность его 5—200 мм. При получении агломератов из смеси никопольских концентратов 1-го и 2-го сортов и концентратов 2-го и 3-го сорта Д. А. Кисейным было установлено, что содержание возврата в шихте должно быть ~25 % и влажность концентрата не должна превышать 9—10%. Существует оптимальное содержание углерода в шихте. При увеличении содержания углерода до 8 % происходит оплавление верхних слоев шихты, вследствие чего ухудшается газопроницаемость и нижние слои шихты остаются непропеченными. Снижение его до 5 % ухудшает прочность агломерата вследствие недостаточного количества жидкой фазы. Необходимость усреднения марганцевых концентратов очевидна. Важной задачей является освоение производства агломерата из карбонатных руд. При этом следует отметить предпочтительность использования в электроплавке углеродистого ферромарганца офлюсованного марганцевого агломерата. Однако его получение по проектной технологии не дает удовлетворительных результатов, так как агломерат с основностью 1,4 самопроизвольно рассыпается на воздухе в течение нескольких суток, и, что хуже, такой свежий агломерат полностью разрушается уже в загрузочных воронках электропечи. Улучшение стойкости офлюсованного агломерата добиваются добавками плавикового шпата [87, с. 35—41], железорудного концентрата, доломита и др. [25]. Успешно освоена агломерация с использованием в шихте в качестве флюсующей добавки гранулированного шлака от производства углеродистого ферромарганца следующего состава, %: SiO2 34,6; FeO 0,3; А12О3 3,8; СаО 37,9; MgO 2,1; Мп 14,64; Р 0,007. Использование при выплавке силико-марганца марки СМн17 такого агломерата на НЗФ обеспечило экономию 338 тыс. руб в год.

Высвкоуглеродистый ферромарганец. Для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца используют открытые и все чаще закрытые электрические печи мощностью до 85МВА. Поперечный разрез цеха для выплавки углеродистого ферромарганца в закрытых печах приведен на рис. 26. Печи выполняют открытыми, закрытыми и герметичными, как круглыми, так и прямоугольными, в том числе шести-электродными, иногда с вращением ванны с частотой около одного оборота за 100 ч. Новые печи оборудованы счетно-решающим устройством, которое регулирует массу, состав и подачу шихты из бункера, а также автоматизированной системой подготовки шихты. Футеровка печей угольная. Используют набивные самообжигающиеся электроды. Плавку ферромарганца ведут при напряжении на электродах НО—220 В. Зависимость показателей производства Углеродистого ферромарганца флюсовым методом от вторичного фазового напряжения приведена на рис. 27. Уменьшение извлечения марганца и увеличение удельного рас-

В этой главе приведены примеры использования углепластиков в производстве предметов широкого потребления. Показана возможность улучшения в ряде случаев характеристик изделий при использовании углеродных волокон. Изделия, описываемые в этой главе и изготовляемые в Англии, Японии и США, свидетельствуют о быстром увеличении объема ежегодного производства углеродных волокон, которое должно привести к сильному снижению стоимости материалов, препятствующей в настоящее время их использованию в некоторых конструкциях. Рассмотрены следующие изделия: ручки клюшек для игры в гольф, удочки, теннисные ракетки, луки, яхты и каяки, измерительное оборудование, автомобили с повышенной надежностью и гоночные автомобили, одноколки, детали самолетов и велосипедов, ремизные рамы ткацких вханков, протезы.

рассматривать широкий класс механических, физических, технологических и экономических показателей. Стимул для производства углеродных волокон, как и борных волокон, и волокон S-стек-ла, обусловлен потребностью в новых материалах с высокими удельными прочностью и жесткостью. На ранних стадиях разработки углеродных волокон их другим необычным свойствам уделялось гораздо меньшее внимание.

боропластиков. Совершенствование производства углеродных волокон может привести к снижению их стоимости в 3 раза. Сведения о свойствах слоистых углепластиков при низких температурах весьма ограничены [7].

Промышленное производство углеродных волокон впервые было осуществлено с использованием высокотемпературной обработки вискозы. В Японии проф. Синдо (автором гл. 2) был разработан метод производства углеродных волокон из полиакрилонитрила. Этот метод в настоящее время является основным. В последнее время разработан промышленный метод получения пековых углеродных волокон. Работы по улучшению характеристик углеродных волокон и на основе полиакрилонитрила, и на основе пеков продолжаются, в том числе в направлении совершенствования технологии их производства. Характеристики углеродных волокон неуклонно улучшаются, в то время как свойства других армирующих материалов остаются на постоянном уровне.')

В зависимости от типа сырья для производства углеродных волокон, режимов и условий их термообработки они имеют различные прочность, модуль упругости и другие характеристики. С учетом значительного многообразия различающихся по свойствам углеродных волокон в работе [2] предложено обозначать буквами UXYV соответственно режим термообработки, тип исходного сырья, прочность и модуль упругости углеродных волокон. Буква U (вместо U может стоять С или G) обозначает степень графитизации (в соответствии с режимом термообработки), причем значок С соответствует углеродным волокнам, a G — графитовым. Буква X характеризует прочность при растяжении (в мегапаска-лях), которая подразделяется на 1500 единиц. БукваY характеризует модуль упругости при растяжении ( в гигапаскалях), который подразделяется на 150 единиц, а V характеризует тип исходного сырья для получения углеродных волокон: индекс R соответствует вискозе, А — по-лиакрилонитрилу, Р - пеку.

Рис. 2. 1. Стадии производства углеродных волокон на основе ПАН (а), жидкокристаллических (б) и обычных (в) пеков.

Углеродные волокна имеют высокий модуль упругости и малые удлинения. Поэтому они не выдерживают многократных деформаций и использование их для получения тканых материалов представляет известные трудности. Однако в связи с прогрессом в технологии производства углеродных волокон и в технике ткачества оказалось возможным изготавливать из них и всевозможные тканые материалы [9]. Преимуществом однонаправленных тканей2) является то, что в них практически исключаются перегибы волокон в продольном направлении, волокна хорошо ориен-

Следует отметить, что за рубежом расширению промышленного производства углеродных волокон и углепластиков способствовало именно это направление их применения. - Прим. ред.

Промышленное производство углеродных волокон впервые было осуществлено с использованием высокотемпературной обработки вискозы. В Японии проф. Синдо (автором гл. 2) был разработан метод производства углеродных волокон из полиакрилонитрила. Этот метод в настоящее время является основным. В последнее время разработан промышленный метод получения пековых углеродных волокон. Работы по улучшению характеристик углеродных волокон и на основе полиакрилонитрила, и на основе пеков продолжаются, в том числе в направлении совершенствования технологии их производства. Характеристики углеродных волокон неуклонно улучшаются, в то время как свойства других армирующих материалов остаются на постоянном уровне. >

В зависимости от типа сырья для производства углеродных волокон, режимов и условий их термообработки они имеют различные прочность, модуль упругости и другие характеристики. С учетом значительного многообразия различающихся по свойствам углеродных волокон в работе [2] предложено обозначать буквами UXYV соответственно режим термообработки, тип исходного сырья, прочность и модуль упругости углеродных волокон. Буква U (вместо U может стоять С или G) обозначает степень графитизации (в соответствии с режимом термообработки), причем значок С соответствует углеродным волокнам, a G - графитовым. Буква X характеризует прочность при растяжении (в мегапаска-лях), которая подразделяется на 1500 единиц. БукваY характеризует модуль упругости при растяжении ( в гигапаскалях), который подразделяется на 150 единиц, а V характеризует тип исходного сырья для получения углеродных волокон: индекс R соответствует вискозе, А — по-лиакрилонитрилу, Р - пеку.

Рис. 2. 1. Стадии производства углеродных волокон на основе ПАН (а), жидкокристаллических (б) и обычных (в) пеков.