Теоретические основы химической технологии углеродных материалов На тему «Физико-химические основы процессов спекания»

Введение
Спекание углей обусловлено пиролизом их органической массы – явлением распада первоначальной структуры и возникновения новой структуры органического материала при нагревании. Но деструкция и поликонденсация как химические процессы протекают при нагревании любых углей, а спекаться могут лишь некоторые из них, способные переходить в состояние размягчения.
В процессе спекания углей необходимо различать явления, происходящие в объеме каждого отдельного зерна или микропетрографической частицы, и явления, протекающие при соприкосновении и взаимодействии зерен и микропетрографических частиц.
Переход углей в пластическое состояние и последующее отверждение их пластической массы создают предпосылки для спекания углей, т.е. сращивания остаточного материала угольных зерен. Спекание - особый вид сваривания полимеров.[1]
Для механизма спекания характерны три стадии, частично накладывающиеся одна на другую:
1. Создание исходного пластического контакта и уплотнение дисперсной угольной массы путем свободного, без воздействия внешних сил, или принудительного переноса веществ при вязкопластическом течении остаточного материала угольных зерен.
2. Развитие газового давления и вторичного пиролиза парогавых продуктов в результате замыкания остаточной порозности и диффузионного сопротивления остаточного материала угольных зерен.
3. Молекулярное взаимодействие при межфазной радикальной поликонденсации на основе диффузии.

Заключение

Спекаемость углей есть признак прочности поверхностного сращивания угольных зерен. Поэтому спекаемость отражает лишь один из элементов прочности пористого тела кокса. Последняя зависит также от твердости материала и толщины стенок пор. Вместе с тем, увеличение спекаемости углей или угольных смесей приводит к образованию более жесткой структуры полукокса и кокса, препятствует релаксации внутренних напряжений и усиливает растрескивание кокса.
Если рассматривать спекание углей при постоянных условиях процесса, то понятие спекаемости может быть определено следующим образом.
Спекаемость углей и угольных смесей, размягчающихся в результате термического разложения и находящихся под статическим давлением и давлением выделяющихся газов, есть способность их зерен сращиваться друг с другом с образованием в результате поликонденсации остаточного вещества сплошной пористой твердой массы.
В отличие от этого коксуемость углей есть способность смеси угольных зерен давать при заданных условиях подготовки и нагревания твердый остаток в кусках определенной крупности и прочности.
Угли, обладающие большей Спекаемостью, в большинстве случаев позволяют больше добавлять отощающей примеси для увеличения прочности кокса или не снижая его прочности.
Факт поверхностного спекания угольных зерен и получения прочных коксовых остатков из зерен неспекающихся углей показывает, что с принципиальной стороны не представляется никаких ограничений использованию для коксования любых углей, поскольку могут быть созданы благоприятные условия для взаимодействия по поверхности их частиц. Это дает возможность ставить задачу неограниченного расширения сырьевой базы коксования. При этом имеется в виду, что прочное поверхностное спекание угольных зерен может обеспечиваться путем подбора рациональных угольных шихт и разработкой новой технологии их подготовки и коксования.