Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Сырье для производства углеродистых изделий



Для производства углеродистых изделий применяют сырье двух видов.

1) Твердые углеродистые материалы.

Они составляют основу электрода и по происхождению делятся на естественные (антрацит) и искусственные (термоантрацит, каменноугольный кокс, нефтяной и пековый коксы).

Антрацит – самый лучший из ископаемых углей – имеет высокую термическую стойкость, его температура начала окисления 550 °С. В зависимости от сорта антрацит содержит 85—95 % углерода, 1, 5—2 % влаги, 3—8 % летучих веществ, 3—5 % золы и 1, 2—2, 5 % серы.

Термоантрацит получают, нагревая антрацит в шахтных печах при 1100—1200 °С, при этом повышается содержание углерода до 96—98 %, снижается содержание летучих до 0, 2—0, 8 % и влаги до 0, 1—0, 2 %, возрастает электропроводность, термостойкость и механическая прочность. Эти свойства делают термоантрацит очень ценным сырьем для производства угольных электродов, футеровочных изделий и подовой массы.

Каменноугольный кокс получают из коксующихся каменных углей нагреванием до 900—1200 °С в печах без доступа воздуха. Каменноугольный кокс характеризуется малым содержанием летучих (1—1, 5 %) и серы (0, 45—1, 2 %), высокой электропроводностью, имеет пористую структуру с большим количеством трещин. Зольность кокса 8—15 %,  содержание углерода до 85 %, поэтому применяется для производства футеровочных изделий и угольных электродов.

Нефтяной кокс — продукт коксования нефтяных остатков, получаемых при пиролизных или крекинговых процессах на нефтеперерабатывающих заводах. Нефтяной кокс — черная с серебристым отливом хрупкая масса, содержащая сравнительно много летучих, до 7 %. Температура начала окисления: непрокаленного кокса 470 °С, прокаленного (при 1200 °С) ≈ 605° С. Это наиболее чистый по золе (≈ 0, 4 %) углеродистый материал, поэтому его применяют для производства электродов, подлежащих графитированию.

Пековый кокс — продукт коксования каменноугольного пека в специальных печах. Пековый кокс, как и нефтяной, имеет пористое строение, но более плотную структуру, более высокую механическую прочность, меньшее содержание летучих веществ (0, 8—1, 0 %) и меньшую активность к кислороду. Температура начала окисления 560 °С, а прокаленного (при 1200 °С) ≈ 580 °С. Ввиду малого содержания золы (до 0, 5 %) служит лучшим сырьем для производства анодов и анодной массы.

Графит — самый электропроводный и теплопроводный углеродистый материал с большой инертностью к кислороду и расплавленным средам. Графит вводят в шихту всего 5—10 % для увеличения пластичности угольной массы при прессовании, увеличения электропроводности, теплопроводности и термостойкости электродных изделий.

2) Связующие углеродистые материалы

Важнейшие свойства связующего - заполнять промежутки между зернами твердых материалов, спекаться (коксоваться) при обжиге и прочно связывать частицы твердых углеродистых материалов между собой. В качестве связующих материалов применяют продукты сухой перегонки каменного угля — смолу и пек.

Каменноугольная смола — вязкая темно-коричневая жидкость  — смесь различных химических соединений. Ее состав и свойства чрезвычайно разнообразны и зависят от условий получения.

Каменноугольный пек — твердое блестящее черное вещество — продукт отгонки легколетучих фракций из каменноугольных смол. В зависимости от полноты отгонки пеки получают с различной температурой размягчения:

- НТП, низкотемпературный мягкий пек (40—55 °С),

- СТП, среднетемпературный (65—75 °С),

- ВТП, высокотемпературный твердый (100—120 °С).

Общая схема производства углеродистых изделий

Подготовка твёрдых углеродистых материалов

Различные твердые углеродистые материалы поступают на завод в обычных или саморазгружающихся железнодорожных вагонах. Их разгружают и хранят в закрытых складах раздельно, исключая их смешивание. От качества хранения и подготовки углеродистых материалов в значительной степени зависит качество получаемой продукции.

Твердые материалы поступают на завод в кусках, их подготовка сводится к дроблению, прокаливанию и размолу. Куски дробят в щековых дробилках до 75 мм, тем самым обеспечивая должное качество прокаливания. Более крупные куски, пройдя через печь, не успеют прокалиться, а более мелкие увеличивают угар при прокаливании. Прокаливанию подвергают все углеродистые материалы (кроме графита) для их усадки и удаления летучих веществ до 0, 2% в печах двух типов: ретортных без доступа воздуха или в ТВП.

Ретортная печь состоит из вертикальных кирпичных камер (реторт), тепло от сжигания газов ≈ 1400 °С передается материалу через стенки реторт. Сырьё в них загружают сверху, время прокаливания 24—32 час. Достоинства ретортной печи:

- использование в качестве горючего летучих веществ, выделяющихся из прокаливаемого материала;

-  получают равномерно прокаленный углеродистый материал;

-  малые потери материала за счет окисления, (угар 1—3 %), так как прокаливают без доступа воздуха.

Недостатки ретортных печей: большие капитальные затраты на их сооружение и сложность эксплуатации.

Вращающиеся трубчатые прокалочные печи длиной до 45 м и диаметром 2—3 мфутерованы огнеупорным материалом. Ось печи наклонена под углом 3 – 7 градусов к горизонту в сторону выхода материала из печи. Над печью установлен загрузочный бункер, из которого материал равномерно подается в печь. При вращении печи 2—3 об/мин, прокаливаемый материал медленно движется со скоростью 1 —1, 2 м/минот загрузочного конца печи к разгрузочному, проходя зоны сушки, подогрева и прокаливания. Топливом служит мазут или природный газ, который подается в печь форсункой, установленной в разгрузочной головке печи. В отличие от ретортных печей, здесь горячие газы и пламя непосредственно соприкасаются с углеродистым материалом. Участок печи, где из углеродистого материала выделяются и сгорают летучие, называется зоной прокалки, температура здесь достигает 1200—1300 °С. По выходе из печи, материал выгружается в холодильный барабан, расположенный под печью и охлаждается до 60—75 °С пропускаемым через него воздухом, а также путем теплоотдачи через стенки барабана, который охлаждается снаружи водой.

Вращающаяся трубчатая печь по сравнению с ретортными печами имеет следующие преимущества:

1) на содержание требуется меньше капитальных затрат;

2) проста в эксплуатации;

3) прост переход с одного вида материала на другой;

4) процесс прокаливания непрерывный,

5) возможна механизация и автоматизация процесса прокаливания.

К недостаткам этих печей следует отнести повышенный угар углеродистых материалов (до 14%) и более низкую температуру прокаливания, чем в ретортных печах.

Из углеродистых материалов полностью удаляется влага, резко снижается количество летучих веществ и повышается плотность за счет усадки (сокращения объема), что предотвращает деформацию и появление трещин в готовых электродных изделиях при их обжиге. Поэтому температура прокаливания углеродистых материалов всегда выше температуры обжига готовых изделий. После прокаливания у углеродистых материалов понижается реакционная способность к кислороду воздуха, повышается их электропроводность, теплопроводность и механическая прочность.

Прокаленный материал поступает в размольное отделение. Измельчение необходимо для получения определенной крупности зерна (фракции), чтобы получать изделия с нужной пористостью и механической прочностью. Прокаленный материал измельчают в несколько приемов:

- дробление на валковых или молотковых дробилках до 25—5 мм;

- мелкий помол — от 20—5 мм до 10—0, 5 мм

- тонкий помол — 0, 1 мм и мельче.

Мелкий и тонкий помол осуществляют в шаровых мельницах. При этом углеродистый материал загрязняется железом вследствие износа дробилок, мельниц и шаров, поэтому железные частицы удаляют электромагнитом. После измельчения углеродистый материал рассеивают (классифицируют) на вибрационных грохотах по фракциям, которые поступают в сортовые бункера.

Подготовка связующего

Пек на завод поступает на склад пека в специальных железнодорожных вагонах-битумовозах с внешней паровой рубашкой. Пек в вагонах может находиться в жидком или твёрдом виде. Если пек в вагоне-бункере оказался застывшим, в паровую рубашку подводят перегретый пар и пек начинает плавиться. Вагон опрокидывают и жидкий пек сливают в обогреваемые паром стальные пекоплавители. Пек в пекоплавителях выдерживается 2-3 суток при 110 – 120 º C. При этом из пека удаляется влага и усредняется его состав. Вода содержится в пеке в двух видах: в капельно-жидком и в тонкораспыленном. Капельно-жидкая вода легко отделяется при расплавлении пека, распыленная же выделяется только при нагревании его до 110 °С и вызывает сильное вспенивание пека.

Дозировка и смешение шихты

Сыпучие и связующие материалы взвешивают на весах или отмеряют по объему механическим или автоматическим способом. Эту операцию называют дозировкой. Цель дозировки — обеспечить определенный гранулометрический состав, такое соотношение между размерами зерен и связующим, при котором электродное изделие получилось бы с необходимой плотностью и механической прочностью. Этого достигают, смешивая крупные зерна с мелкими. Крупные зерна образуют основу электрода, придавая ему надлежащую прочность, а мелкие частицы и связующее служат заполнителем пустот между крупными.

Подбор гранулометрического состава твердых материалов и количества связующего — весьма ответственная операция. Обычно на заводах сначала изготовляют опытные партии углеродистых изделий, а затем их проверяют на эксплуатационную стойкость в производственных условиях.

В соответствии с гранулометрическим составом (рецептом) количество связующего различается. Избыток связующего особенно вреден в углеродной массе для формованных изделий, так как твердые частицы будут отделены друг от друга утолщенным слоем пека. При обжиге из-за усадки пека могут образовываться пустоты и трещины в изделии. Но повышенное содержание связующего в анодной массе необходимо - для лучшего размягчения, равномерного распределения и схватывания с предыдущей анодной массой в аноде.

Твердые углеродистые материалы загружают в парообогреваемый смеситель и перемешивают 20-30 мин., пока они нагреются до 100—120 °С. Затем в смеситель подают расплавленный пек и перемешивают ещё 50—60 мин. Цель смешения сухой шихты со связующим — обеспечить полное соприкосновение зерен кокса со связующим и получить однородную массу с равномерным распределением в ней компонентов. Связующее должно покрыть тонкой пленкой каждую частицу твердого материала и заполнить пустоты между ними.

На алюминиевых заводах такая «сырая» углеродистая масса является готовой продукцией — анодной, подштыревой или подовой массой. Её формуют в брикеты и после контроля качества отгружают на склад готовой продукции.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2020-02-17; Просмотров: 294; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.023 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь