Главная -> Словарь

Расширения материала

Большой объем исследований выполнен по разработке рентгеноструктурного метода определения коэффициента термического расширения кристаллической решетки нефтяных коксов. Термическое расширение является одной из важнейших эксплуатационных характеристик коксов и углеграфитовых материалов. Оно определяет поведение коксов при прокаливании, графитации и эксплуатации при высоких температурах. Линейное расширение коксов обычно измеряется дилатометрическим методом. Образцы для измерений готовятся в виде графитированных электродов с полным длительным многодневным циклом их изготовления. Соответственно, метод является длительным, трудоемким и трудновоспроизводимым. Более простым и достаточно объективным представляется рентгеноструктурный метод определения термического расширения кристаллической решетки. Для измерения используются серийно выпускаемые дифрактометры с высокими точностными характеристиками.

Авторами исследовано термическое расширение решетки разных коксов при нагреве в высокотемпературной установке УВД-2000. Найден показатель, характеризующий анизотропность термического расширения решетки и косвенно характеризующий КТР. По данному способу исследуемые образцы нефтяных коксов нагреваются в камере УВД-2000, установленной на гониометре рентгеновского дифрактометра ДРОН-2,0. Нагрев до 1800°С осуществляется в вакууме со скоростью не более 20 град/ мин. После выдержки при температуре 1800°С в течение одного часа образцы ступенчато охлаждаются до комнатной температуры. По мере охлаждения через каждые 100 или 200°С при идентичных условиях снимается дифрактограмма образца в области углов отражения . По изменению интенсивности отражения в интервале температур 1600-200°С определяется термический коэффициент изменения интенсивности, косвенно характеризующий анизотро-пию термического расширения кристаллической решетки кокса.

Скорость изменения интенсивности отражения с изменением температуры нагрева наивысшая Для анизотропных коксов и наименьшая для изотропных. Введено понятие коэффициента термического изменения интенсивности, которое косвенно отражает анизотропность термического расширения кристаллической решетки и позволяет оценивать характер структуры кокса, его эксплуатационную пригодность. Для определения коэффициента термического изменения интенсивности растертый образец кокса помещается в камеру высокотемпературной приставки УВД-2000, нагревается до 1800°С со скоростью 20°С/мин, выдерживается в течение I ч и ступенчато охлаждается до комнатной температуры. По мере охлаждения через каждые 100 или 200°С при идентичных условиях снимаются дифрактограммы и измеряется интенсивность отражения . В выбранном интервале температур по изменению интенсивности отражения методом наименьших квадратов рассчитывается уравнение

В таблице приведены параметры молекулярной и надмолекулярной структуры коксов стандартной прокалки, определенные по комплексу разработанных методов. Анализ данных показывает,что по всем параметрам тонкой структуры игольчатые коксы отличаются от коксов рядовой и изотропной структуры. Они отличаются большим размером кристаллитов, меньшей величиной микроискажений в кристаллитах вдоль оси "с", большим количеством кристаллического углерода,большей величиной степени упорядоченности и анизотропии термического расширения кристаллической решетки.Тонкопористая структура игольчатых коксов особенно резко отличается от коксов изотропной структуры. Удельная поверхность структурных пор меньше, а среднестатистический размер пор и диаметр кристаллообразований почти в 2 раза выше. Форма пор отличается от сферической. Получена хорошая корреляция между параметрами тонкой структуры ряда коксов, термо-обработанных при 1300°С в течение 5 ч, с качеством их после гра-фитации. Обычно качество полученных коксов при подборе сырья или технологии оценивается после графитации. Процесс графитации дли-тзлвн, трудоемок, а при исследовании графитированных коксов для оценки качества необходимо большое количество образца. По рентгеновским методам можно получить все параметры структуры за 3-4 дня, израсходовав всего 2-3 г образца.

Рис. 42. Изменение коэффициента линейного термического расширения кристаллической решетки с температурой измерения параллельно кристаллографической оси с и в плоскости базиса ; измерено на материалах: 1 -РГБ; 2-МПГ; 3-ЕГ; 4 - СУ

цепочек в цилиндрические требует расширения кристаллической

сти исключительно за счет теплового расширения кристаллической

Скорость изменения интенсивности отражения с изменением температуры нагрева наивысшая для анизотропных коксов и наименьшая для изотропных. Введено понятие коэффициента термического изменения интенсивности, которое косвенно отражает анизотропность термического расширения кристаллической решетки и позволяет оценивать характер структуры кокса, его эксплуатационную пригодность. Для определения коэффициента термического изменения интенсивности растертый образец кокса помещается в камеру высокотемпературной приставки УВД-2000, нагревается до 1800°С со скоростью 20°С/мин, выдерживается в течение I ч и ступенчато охлаждается до комнатной температуры. По мере охлаждения через каждые 100 или 200°С при идентичных условиях снимаются дифрактограммы и измеряется интенсивность отражения . В выбранном интервале температур по изменению интенсивности отражения методом наименьших квадратов рассчитывается уравнение

В таблице приведены параметры молекулярной и надмолекулярной структуры коксов стандартной прокалки, определенные по комплексу разработанных методов. Анализ данных показывает,что по всем параметрам тонкой структуры игольчатые коксы отличаются от коксов рядовой и изотропной структуры. Они отличаются большим размером кристаллитов, меньшей величиной микроискажений в кристаллитах вдоль оси "с", большим количеством кристаллического углерода,большей величиной степени упорядоченности и анизотропии термического расширения кристаллической решетки.Тонкопористая структура игольчатых коксов особенно резко отличается от коксов изотропной структуры. Удельная поверхность структурных пор меньше, а среднестатистический размер пор и диаметр кристаллообразований почти в 2 раза выше. Форма пор отличается от сферической. Получена хорошая корреляция между параметрами тонкой структуры ряда коксов, термо-обработанных при 1300°С в течение 5 ч, с качеством их после гра-фитации. Обычно качество полученных коксов при подборе сырья или технологии оценивается после графитации. Процесс графитации дла-твден, трудоемок, а при исследовании графитированных коксов для оценки качества необходимо большое количество образца. По рентгеновским методам можно получить все параметры структуры за 3-4 дня, израсходовав всего 2-3 г образца.

В настоящей работе термическое расширение нефтяных коксов определялось рентгеноструктурным методом по смешению их дифракционных макс-шумов при изменении температуры. Изучение термического расширения кристаллической решетки углеграфитовых материалов представляется более объективным. При этом нет необходимости в приготовлении шлифов, измерения можно проводить, используя усредненный растертый порошок, нет влияния поровой структуры, различного расположения структурных образований.

определяют среднее значение коэффициента термического расширения кристаллической решетки в направлении оси "С" в исследованной области температур и его истинное значение при интересующей температуре Т.

где ее — температурный коэффициент линейного расширения материала трубопровода; L — длина участка трубопровода между двумя неподвижными опорами; tp и tmln — соответственно рабочая и минимальная температура трубопровода при эксплуатации; б,, = aL — поправка, учитывающая, что обычно температура при монтаже компенсатора tu выше минимально возможной при эксплуатации tmin.

где ?ст — температура стенки трубы; ^нар — температура окружающей трубопровод среды ; tcp — температура перекачиваемой по трубопроводу среды ; а — коэффициент линейного расширения материала трубы ; / — длина трубопровода между неподвижными опорами.

где V,-, Vi+i — объем продукта, соответственно в начале и .конце товарной операции, определяемые по градуировочной таблице резервуара, м3; р/, рж — средние плотности продукта, соответственно в начале и конце товарной операции, кг/м3; и — коэффициент линейного расширения материала стенок резервуара, 1/°С; 6 — разность температур стенок резервуара при измерении объема и при градуировке резервуа-ра,°С.

Такая корреляция показателей обусловлена особенностями формирования структуры коксов. Анизотропная структура характеризуется минимумом поперечных связей, обуславливающих плотную упаковку углеродных плоскостей, соответственно, высокую действительную плотность, минимальный ТКЛР, высокую анизотропию УЭС и низкую механическую прочность - соответственно слабым связям между плоскостями. Изотропная структура с однородным распределением жестких поперечных связей обуславливает: высокую прочность и вместе с тем низ-кую действительную плотность , большие значения ТКЛР и, соответственно, структурным образованиям, - низкие баплы и низкие-значения анизотропии УЭС.

С увеличением К коэффициент термического расширения материала снижается, что и наблюдается для нефтяных коксов, имеющих игольчатую структуру. Аналогично для обеспечения электро-или теплопроводности в наполненной системе более желательно иметь частицы игольчатой структуры с высоким значением К. Например, при введении частиц меди, у которых отношение длины / к диаметру и (Ц Л} =Л' = 20, степени наполнения ею 5% объемн. проводимость полиэтилена возрастает в 1,5 раза, а при тех же условиях, но при //с?=50 — в 5 раз. Следует ожидать, что при наполнении электродных масс углеродными частицами, имеющими повышенное отношение //с?, 'многие свойства готовых углеграфитовых изделий улучшатся.

где а/г — коэффициент линейного расширения материала стенок ТПУ, °С" ; tv — средняя

средняя температура во,ры в цилиндре за период поверки, t0 - температура воды в цилиндре при /-м измерении, о^ - коэффициент линейного расширения материала стенок ТПУ,

где си - коэффициент линейного расширения материала стенок ТПУ 1-го разряда, °С"1; о,2- коэффициент линейного расширения материала стенок ТПУ 2-го разряда, °С"1; Е\ -модуль упругости материала стенок ТПУ 1-го разряда, МПа; Ег- модуль упругости материала стенок ТПУ 2-го разряда, МПа; d\ - внутренний диаметр калиброванного участка ТПУ 1-го разряда; di - внутренний диаметр калиброванного участка ТПУ 2-го разряда; Si - толщина стенок ТПУ 1 -го разряда; 82 - толщина стенок ТПУ 2-го разряда; ty - сред-

ш связи должны обладать определенной жесткостью. В этом случае деформация связей является результатом контактных, собственных упругих и пластических деформаций деталей. Если же машина находится под воздействием теплового фактора, то связи должны обладать теплостойкостью. Тогда их деформации зависят от степени нагрева, теплопроводности детали, коэффициента линейного расширения материала, схемы базирования детали и т. д.

Термомеханическая обработка резко увеличивает анизотропию расширения графита вследствие роста а в направлении приложенной нагрузки и снижении его — в перпендикулярном. При этом в целом увеличение у невелико. Ниже представлены данные о влиянии деформации при термомеханической обработке на коэффициент объемного расширения материала на основе кокса КНПС с пеком.

Рис. 106. Зависимость температурного коэффициента линейного расширения материала марки АТМ-1 от температуры испыта-80 ПО 160 t,°C ния