Рассмотрены вопросы замещения кокса в доменной плавке сырым кусковым антрацитом, термоантрацитом и термобрикетами на основе антрацита, загружаемыми через колошник доменной печи, раскрыта экономическая эффективность данного замещения. Предложены технические решения по подготовке, дозированию, смешиванию, загрузке и распределению сырого антрацита. Рассмотрены технологии повышения холодной и горячей прочности антрацита за счет его термообработки. Проанализировано влияние фракционного состава антрацита на изменение физико-химических свойств термоантрацита. Описаны технологии гранулирования и термоокислительного коксования, брикетирования и термообработки шихт на основе антрацита.

Приведены результаты научных исследований Института электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины в такой несвойственной ему и довольно узкой области электротермии, как шахтные электропечи для производства термоантрацита. Описаны структура, физические и химические свойства антрацита, охарактеризованы месторождения и геологические особенности его залегания. Рассмотрены основные способы производства электродного термоантрацита. Исследованы процессы, протекающие в антраците при его прокалке без доступа воздуха. Раскрыты электрические и электроконтактные свойства электродного термоантрацита.

Проанализировано влияние неоднородности качества исходного антрацита на свойства термоантрацита, получаемого в электрокальцинаторах. Рассмотрены вопросы выбора огнеупорных материалов для футеровки шахты электрокальцинатора, а также данные о влиянии профиля электрокальцинатора на эксплуатационную стойкость футеровки и однородность свойств термоантрацита.

Впервые получены вольт-амперные характеристики (ВАХ) контактов между зернами термоантрацита в условиях импульсного и стационарного электропитания последних. Показано, что в изотермических условиях измерений ВАХ термоантрацитовых контактов прямолинейна и проходит через начало координат.

Рассмотрены составляющие контактного электрического сопротивления термоантрацита. Показано, как велико влияние адсорбированной влаги на контактное сопротивление дробленого термоантрацита. Получена зависимость электрического сопротивления контакта термоантрацита от давления.

Изложены результаты исследования физических свойств термоантрацита (размеров кристаллитов, плотности, электропроводности, теплопроводности и теплоемкости) при прокалке антрацита в широком температурном интервале 25 - 2 400 <$E symbol Р>C: размер кристаллитов аппроксимирован уравнением объемной диффузии; плотность, электропроводность, теплопроводность - уравнением многофакторного статистического анализа; теплоемкость - полиномом 4-й степени. Результаты использованы при последующем моделировании электрического режима и температурно-временных параметров термической обработки антрацита в электрокальцинаторах.

Приведены результаты экспериментального исследования фазово-структурных превращений и химической эрозии муллитокорундовых огнеупоров в футеровке электрокальцинаторов в процессе высокотемпературной прокалки донецкого антрацита. С использованием методов петрографии и рентгеноспектрального микроанализа установлено, что эрозия футеровки происходит вследствие диффузии продуктов пиролиза летучих и легкоплавкой золы антрацита по межзеренным границам с образованием легкоплавких щелочносиликатных составов с последующим межзеренным оплавлением, сползанием и образованием наплывов из прореагировавших компонентов.

Построена математическая модель теплового и электрического режимов работы электрокальцинатора. С использованием метода конечных элементов проведены расчеты потенциала, напряженности электрического поля, плотности тока, активной мощности и температуры по объему электрокальцинатора. Показана необходимость учета эффективных значений тепло- и электропроводности слоя антрацита. Определена тепловая нагрузка на футеровку и показаны пути повышения эффективности работы электрокальцинаторов.

Приведены результаты измерения удельного электрического сопротивления дробленого термоантрацита трех фракционных составов, используемых в электрокальцинаторах. Измерения проводились в тонких слоях угля. Впервые вычислены значения радиуса приведенного a-пятна электрического контакта между зернами угля в условиях отсутствия внешнего давления на слой угля.

Изложены результаты математического моделирования теплотехнических режимов термообработки донецкого антрацита естественным воздушным и пленочным водяным охлаждением кожуха электрокальцинатора. Исследованы режимы течения пленки воды без испарения, с конвективным испарением и пузырьковым кипением при постоянном значении генерируемой электрической мощности в антрацитовой загрузке кальцинатора. Результаты моделирования представлены в виде контурных и векторных графиков.

Изложены результаты математического моделирования теплотехнических режимов термообработки донецкого антрацита естественным воздушным и пленочным водяным охлаждением кожуха электрокальцинатора. Исследованы режимы течения пленки воды без испарения, конвективным испарением и пузырьковым кипением при постоянном значении генерируемой электрической мощности в антрацитовой загрузке кальцинатора. Результаты моделирования представлены в виде контурных и векторных графиков.

Рассмотрена ситуация, сложившаяся с работой электрокальцинаторов ИЭТ-10-УХЛ-4 ПО "Сибэлектротерм" на Днепропетровском электродном заводе ОАО "Укрграфит". Проанализированы недостатки конструкции этих печей. Кратко представлены некоторые результаты совместной работы завода и Института электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, которые привели к созданию практически новой печи, лишенной недостатков старой конструкции. В ней обеспечивается полное перемещение термоантрацита и создан второй регулируемый очаг нагрева всей угольной шихты.

Предложена новая аналитическая модель функциональной зависимости удельного электрического сопротивления сыпучей смеси от размеров ее частиц. Приведены результаты экспериментальной проверки полученной модели для оценки внешнего удельного сопротивления дробленого термоантрацита.

Изложены результаты исследования распределения выделяемой мощности в антрацитовой загрузке электрокальцинатора. Установлено, что до 80 % мощности выделяется в зоне погружения электродов в углеродный материал. Рекомендовано термоантрацит производить по одностадийной технологии при уменьшении межэлектродного расстояния и повышенной мощности.

Изложены результаты экспериментальных исследований газодинамики процесса прокалки антрацита в электрокальцинаторе, на основании которых определены значения эквивалентного диаметра внутреннего порового канала, порозности и удельной поверхности для слоя антрацита исследуемого класса. Получена зависимость коэффициента сопротивления слоя антрацита марки АО фракции 6 - 25 мм от критерия Рейнольдса. Проанализировано влияние газовой среды на технологические и электрические характеристики прокалки антрацита при получении термоантрацита в электрокальцинаторе.

Проанализированы три понятия удельного электрического сопротивления термоантрацита, которыми оперируют технологи, прокаливая "сырой" антрацит в электрокальцинаторах.

Изложены результаты компьютерного моделирования температуры, напряженности электрического поля и плотности тока в антрацитовой загрузке электрокальцинатора в зависимости от расстояния между нижним и верхним электродами. Приведены данные опытно-промышленного освоения технологии одностадийной прокалки донецкого антрацита при различном заглублении верхнего электрода, качества термоантрацита и удельною расхода электроэнергии.

Представлены результаты измерения дифференциального температурного коэффициента электрического сопротивления термоантрацита при различных температурах. Показано, что и среднее, и дифференциальное значения температурного коэффициента удельного электросопротивления термоантрацита с увеличением температуры понижаются.

Изложены результаты прецизионных термокинетических исследований превращений в донецком антраците при прокалке его при температуре до 1 400 <$E symbol Р>C в атмосфере воздуха и аргона. Установлено, что антрацит начинает окисляться при 550 - 600 <$E symbol Р>C и получает максимальное развитие при 750 <$E symbol Р>C. Статистически наиболее значимая корреляция данных экспериментов описывается уравнением Авраами-Ерофеева 3-го порядка с энергией активации 24 кДЖ/моль. Выделение летучих веществ (до 5 % мас.) в аргоне происходит во всем температурном интервале (100 - 1 400 <$E symbol Р>C), а зависимость скорости их выделения от температуры аппроксимированно линейной функцией со средней скоростью выделения <$E 3,6~cdot~10 sup -3>, % мас./градус и поглощением тепла около 0,9 <$E roman Дж "/" ( roman {г~cdot~K} )>. Полученные данные введены в математическую модель для составления теплового баланса прокалки антрацита в электрокальцинаторе.

Встановлено закономірності термохімічних перетворень антрациту під дією технологічних і хімічних факторів, на підставі яких удосконалено науково-обгрунтовані способи його переробки в сорбційні матеріали. Запропоновано гнучку технологічну схему одержання асортименту адсорбентів екологічного призначення. Виконано системне дослідження оптимізації процесу активації антрациту в температурно-часовому полі. За допомогою методу математичного планування експерименту зроблено прогноз раціональних режимів активації. Вперше вивчено кінетичні закономірності високотемпературного окиснення антрациту зволоженим повітрям в інтервалі температур <$E300~-~400~ symbol Р roman C>. Показано, що ефективність окиснення визначається температурними умовами ведення процесу, а також ступенем попередньої активації. Виявлено значне споріднення окисненого антрациту щодо іонів <$Eroman {Cu sup 2+ ,~Pb sup 2+ ,~Cd sup 2+ }>. Розроблено методику хімічної активації, впровадження якої сприяє збільшенню реакційної здатності модифікованого антрациту в 2 - 3 рази, суттєвій зміні поруватої структури, що позначається на збільшенні частки мезопор. Визначено оптимальний ступінь окиснення, що дозволяє у процесі активації одержувати максимально високі значення об'ємів сорбційних пор. Розроблено методику одержання високопоруватих композиційних сорбувальних матеріалів з експлуатаційними характеристиками, порівнюваними з сорбційними показниками промислових гранульованих вуглів серії СКТ.