Теоретическое обоснование расхода сырьевых материалов в производстве графитированных электродов и ниппелей

Технологии переработки угля и нефти и получения углеродных материалов состоят из ряда основных и сопутствующих технологических операций (переделов), приводящих к превращениям исходного сырья в целевые продукты. Исходные сырьевые материалы, их качество, оптимально выбранное соотношение являются основными факторами, определяющими качество и экономику производства углеродной продукции. Удельный расход сырья зависит от вида продукции, совершенства технологии, исправности оборудования и квалификации персонала. Он возрастает с увеличением количества технологических операций и протяженности технологического транспорта.

Анализ динамики изменения (глубиной в 10 лет) действующих норм и фактического расхода сырьевых материалов при изготовлении графитированных электродов и ниппелей показал, что коксы (игольчатые и регулярные, нефтяные и пековые, электродные и ниппельные) - наиболее расходное сырье. Как известно [1], малосернистые нефтяные коксы в России не производятся. Практически вся графитированная электродная продукция изготавливается на импортном коксе, соответственно, проблема его экономии не теряет актуальности.

Цель работы - показать технологически обоснованный расход сырьевых материалов на изготовление единицы графитированной продукции промышленного электродного производства.

Технологический цикл производства графитированной электродной продукции начинается с транспорта сырья со склада в отделение прокалки сырого кокса или сушки прокаленного кокса. Прокаленный кокс подвергают дроблению, размолу, классификации на сортовые фракции. Затем производят его дозирование в соответствии с заданным гранулометрическим составом. В смесильной машине сначала перемешивают фракции прокаленного кокса, после чего дозируют связующее -каменноугольный пек, и смешивают массу до готовности. Из полученной массы прессуют «зеленые» заготовки, которые подвергают обжигу и графитации. Из графитированных заготовок изготавливают способом механической обработки не-пропитанные графитированные электроды. В случае пропитанных графитированных электродов технологический цикл удлиняется на две операции (пропитку и повторный обжиг), а для ниппелей -еще на четыре операции (еще одну пропитку и обжиг с обдиркой после первого и второго обжигов). При механической обработке в зависимости от сечения электродов и ниппелей образуется 25-30 % графитированной стружки (+1 мм) и пыли (-1 мм).

Прохождение сырья по технологическому циклу сопровождается безвозвратными потерями, а также нецелевым расходом на бракованную продукцию. До контакта со связующим основные потери сырья обусловлены пылением кокса. Перемешивание с пеком обусловливается выделением летучих веществ. При обжиге заготовок термические превращения связующего сопровождаются образованием и уносом летучих веществ, потеря массы заготовок колеблется в пределах 7-10 % [2]. В технологиях с пропиткой образовавшаяся при обжиге пористость заполняется пеком. Привес заготовок при первой пропитке составляет ~12 %, соответственно, потеря массы при повторном обжиге - 5-6 %. Ниппельные заготовки пропитывают дважды, используя перед повторной пропиткой операцию обдирки для вскрытия заплывших поверхностных пор. Привесы второй пропитки составляют ~6 %, потеря массы при последующем третьем обжиге колеблется от 2 до 4 %. При нагреве в процессе графитации происходит твердофазный сток дефектов, приводящий к переходу турбостратной структуры в графитовую, потеря массы заготовок составляет 2-4 % [2], за счет удаления гетероэлементов (1400-1800 °C), металлов (1800-2100 °C). При этом в заготовках возможно активное трещинообразование как следствие анизотропии структуры игольчатых коксов и удаления гетероэлементов, в частности серы. Трещиноватые заготовки бракуются. Для снижения брака в рецептуры на основе игольчатого или сернистого кокса вводится добавка Ре2О3. Таким образом, кроме неизбежных технологических потерь, исходное сырье расходуется и на бракованные заготовки. Последние могут быть возвращены в технологию: их дробят, классифицируют по фракциям и используют в рецепте, что может способствовать снижению удельного расхода исходного сырья.

Исходя из текущего уровня развития техники и электродных технологий, экспериментальных результатов многолетних опытно-промышленных работ и учетом условий изменяющейся сырьевой базы, нами разработаны усредненные вероятные выхода годной продукции на каждом переделе (табл. 1). При использовании в рецептуре сухой

Вероятные выхода годной продукции (мас.%) на переделах производства графитированных электродов и ниппелей

Примечание. Прокалка коксов во вращающихся барабанных печах шихты, состоящей из исходного кокса, предложенные выхода могут быть использованы на электродных заводах как передельные нормативы.

Поскольку российские электродные заводы работают на импортном сырье, коксы поставляются из разных стран и заводов-производителей. Отличающиеся сырье коксования и технология получения кокса, методы и оборудование тестирования качества каждого кокса обусловливают особенности технологических свойств даже при близких показателях товарного качества. Это обстоятельство, в свою очередь, требует корректирования рецептурно-режимных параметров технологии, соответствующего свойствам взятых в переработку сырьевых материалов (кокса, пека и возвратов), чтобы выход годных заготовок на переделах был не ниже приведенного в табл. 1.

По данным табл. 1 рассчитали удельный расход сырья для изготовления графитированных электродов непропитанных и пропитанных, а также ниппелей к ним с двойной пропиткой на основе игольчатого кокса (табл. 2) и регулярного кокса малосернистого с серой 0,5 % и сернистого - 1,5 % (табл. 3). Расчеты выполнены для рецептуры сухой шихты, состоящей из одного кокса и добавки РегОз.

Из данных табл. 2 и 3 видно, что удельный расход прокаленного игольчатого кокса находится в пределах 1,23-1,33 т/т; прокаленного рядового малосернистого - 1,26-1,27 т/т; прокаленного сернистого - 1,86-2,11 т/т. В то время как удельный расход сырых коксов значительно выше: малосернистого кускового (+8 мм) составляет 1,62-1,63 т/т (суммарного - 1,75-1,82), т/т), сернистого кускового (+8 мм) - 2,38-2,71 т/т (суммарного - 2,553,02 т/т), так как прокалочные установки с вращающейся барабанной печью отличаются высокой производительностью, но с выходом годного прокаленного кокса порядка 70-75 % [3].

В последние годы производители сырого кокса отгружают потребителям преимущественно суммарный кокс. Тем самым электродные заводы вынуждены для производства графитированных электродов завозить большее количество кокса (до 30 %). При этом эта доля кокса обусловливает повышение экологической напряженности вокруг электродных заводов.

Расход каменноугольного пека определяется гранулометрическим составом коксовой шихты и количества пропиток, то есть зависит от ассортимента графитированных электродов и ниппелей.

Таким образом, показаны уровень технологического расхода сырьевых материалов в промышленном производстве графитированной продукции и предпочтительность работы электродных заводов на привозном прокаленном коксе.

Дыскина Б.Ш., Малютина Е.М.,       Теоретическое обоснование расхода сырьевых материалов

Смолко В.А., Лысова Г.А. в производстве графитированных электродов и ниппелей

Таблица 2

Расчетный удельный расход основных сырьевых материалов при изготовлении графитированных электродов и ниппелей на основе прокаленного игольчатого кокса

Таблица 3

Расчетный удельный расход основных сырьевых материалов при изготовлении графитированных электродов на основе сырых нефтяных коксов регулярной структуры