CC BY
129
УДК 662.749.621
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАСХОДА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ГРАФИТИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ И НИППЕЛЕЙ
Б.Ш. Дыскина, Е.М. Малютина,
В.А. Смолко, Г.А. Лысова
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 графити-рованных электродов и ниппелей показал, что коксы (игольчатые и регулярные, нефтяные и пеко-вые, 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 °С), металлов (1800-2100 °С). 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 Ре203. 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
Диаметр электродов, мм 450-610 450-610 Ниппели 75-500 75-350
Пропитка нет пропитка непропитаняые
Технологический передел Игольчатые коксы Регулярные коксы
с серой 0,5 % 0,5 % 1,5 %
Мехобработка 75 73 70 76 60
Графитация 94,5 95 95 94 81
Обжиг-3 - - 97 - -
Пропитка-2 (привес 6 %>) - - 99 — —
Обдирка-2 — - 95 — -
Обжиг-2 - 94 95 — -
Пропитка-1 (привес 12 %) - 99 99 — —
Обдирка-1 - - 95 — -
Обжиг-1 92 93 91,6 92 92
Прессование 99 99 99 99 99
Смешивание 99 99 99 99 99
Подготовка связующего 98 98 98 98 98
Подача окиси железа 99 99 99 — 99
Размол, рассев, дозирование
- Прокаленный кокс 97 97 97 97 97
— БегОз 96 96 96 - 96
Прокалка*: КЗ-8 - - - 78 78
Суммарный кокс - - - 72,7 72,7
Транспорт кокса склад-СПЦ 98 98 98 98 98
Сквозной выход годной 46,8 27,5
продукции 59,5 54,8 46,7 40,5 22,0
*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 ГегОз.
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 - 2,55-3,02 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.
52
Вестник ЮУрГУ, № 9, 2008
Дыскина Б.Ш., Малютина Е.М., Смолко В.А., Лысова Г.А.
Теоретическое обоснование расхода сырьевых материалов 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
Наименование продукции Наименование сырья Удельный расход сырья, т/т
Прокаленный игольчатый кокс 1,280
ГЭ непропитанные 0,5 % Ре203 0,006
0450-610 мм Пек каменноугольный (СТП)-связующее 0,345
Итого 1,631
Прокаленный игольчатый кокс 1,230
0,5 % Ре203 0,006
ГЭ пропитанные 0450-610 мм Пек каменноугольный (СТП)-связующее 0,300
Пек пропиточный 0,180
Итого 1,716
Прокаленный игольчатый кокс 1,330
Ниппели 0,5 % ¥е203 0,007
графитированные Пек каменноугольный (СТП)-связующее 0,410
на игольчатом коксе Пек пропиточный 0,290
Итого 2,037
Таблица 3
Расчетный удельный расход основных сырьевых материалов при изготовлении графитированных электродов на основе сырых нефтяных коксов регулярной структуры
Наименование продукции Наименование сырья Удельный расход сырья, т/т
ГЭ 075-150 мм «Сырой» КЗ-8 (+8 мм) малосернистый Пек каменноугольный (СТП) 1,68 0,43
ГЭ 075-150 мм Малосернистый суммарный Пек каменноугольный (СТП) 1,82 0,43
ГЭ 075-150 мм КЗ-8 (+8 мм) с серой до 1,5 % 1,0 % Ре203 Пек каменноугольный (СТП) 2,710 0,027 0,430
ГЭ 075-150 мм Кокс суммарный с серой до 1,5 % 1,0 % Ре203 Пек каменноугольный (СТП) 3,02 0,03 0,43
ГЭ 0200-500 мм КЗ-8 (+8 мм) малосернистый Пек каменноугольный (СТП) 1,633 0,350
ГЭ 0200-500 мм Кокс малосернистый суммарный Пек каменноугольный (СТП) 1,752 0,350
ГЭ 0200-350 мм КЗ-8 (+8 мм) с серой до 1,5 % 1 %Ре203 Пек каменноугольный (СТП) 2,379 0,024 0,510
ГЭ 0200-350 мм Кокс суммарный с серой до 1,5 % 1 % Ре203 Пек каменноугольный (СТП) 2,552 0,026 0,510
Литература
1. Проблема получения качественного кокса для производства графитированных электродов /
B.Н. Фомина, Б.Ш. Мордухович, Т.В. Станчевская и др. // Электрометаллургия. — 2000. - № 4. —
C. 15-17.
2. Чалых, Е.Ф. Технология и оборудование
электродных и электроугольных предприятий / Е.Ф. Чалых. — М.: Металлургия, 1972. — С. 432.
3. Опыт прокаливания нефтяного суммарного игольчатого кокса АО «Ново-Уфимский НПЗ» в печных агрегатах различного типа / Г.Г. Теляшев, Н.Р. Сайфуллин, В.А. Слободчиков и др. // Нефтепереработка и нефтехимия. -1996. -№ 7-8. - С. 7-9.
