Застосування антрациту як наповнювача вуглецевої
продукції
В. І. Пирогов, А. Н. Селезньов
Антрацит
продовжує залишатися основним технологічним сировиною (наповнювачем) при виробництві
таких найважливіших видів вуглецевої продукції, як подові і бічні блоки для
алюмінієвих електролізерів, блоки різної конфігурації для футеровки доменних
печей, вугільні електроди для електротермических процесів одержання кремнію,
феросплавів, фосфору та інших матеріалів, електродні маси для
руднотермічних печей з самообжігающіміся електродами і ін
На
Новосибірському електродному заводі (ЗАТ «НовЕЗ») для виробництва вуглецевої
продукції застосовується антрацит Горлівського, коливанських і Ургунского
родовищ Горлівського басейну [1, 2].
Горлівський
басейн розташований в Новосибірської області і являє собою витягнуту
приблизно на 120 км із південного заходу на північний схід вузьку смугу площею близько
400 км2. З 11 відомих родовищ басейну розвідані чотири - Горлівське,
Ур-Гунський, коливанських і Ліствянское, експлуатуються в даний час першого
три. Балансові запаси басейну становлять близько 800 млн т, прогнозні ресурси
до глибини 900 м - 6,5-7,0 млрд т.
Ресурси
технологічного сировини в Горлівському басейні в даний час характеризуються
наступним чином.
Ліствянское
родовище - шахта «Лист-Вянскя», в даний час не експлуатується.
Постійне видобуток вугілля вівся з 1931 р. Залишок балансових запасів антрацитів
до глибини 320 м 70 млн т.
Горлівське
родовище - розріз «Горлівський». Залишок балансових запасів у межах
розрізу близько 5 млн т.
коливанських
родовище - площа родовища близько 30 км2. Сумарна потужність
вугленосної товщі понад 1900 м, балансові запаси до глибини 306 м 600 млн т.
Ургунское
родовище - розріз (ділянка) «Ургунскій». Залишок запасів до глибини 215м
близько 30 млн т, поза меж ділянки додатково розвідано близько 17 млн т
антрациту.
В
метою зниження впливу мінеральних домішок антрациту на якість вуглецевої
продукції антрацит після видобутку проходить технологічну операцію збагачення.
Збагачення антрацитів Горлівського басейну проводиться на збагачувальній
фабриці ЗАТ «Сібантраціт» в магнетитової суспензії з питомою вагою 1,8 г/см3. Продукт
поділяється за класами (фракційного складу): до 6 мм, 6-13 мм, 13-25 мм і
25-120 мм.
Сучасні
вимоги до вуглецевої продукції передбачають термічну обробку
антрациту перед його застосуванням як вуглецевого наповнювача. Традиційними
процесами термообробки антрацитів є: газокальцінірованіе під
обертається печі при температурі до 1350 ° С і електрокальцінірованіе в
електрокальцінаторе при температурі близько 1800 ° С. ЗАТ «Новосибірський
електродний завод »в даний час оснащений обладнанням для газового
кальцинації (обертаються пуття-лочние печі УВК - 60x3, 5) та обладнанням для
виробництва електрокальцінірованного термоантраціта (електрокальцінатор
ІЕТ-10).
Перспективною
завданням для електродних заводів, що випускають продукцію на основі антрациту,
є створення великотоннажних промислових потужностей з виробництва
електрокальцінірованного антрациту.
Сучасна
світова практика йде по шляху збільшення ступеня термообробки застосовуваних
наповнювачів для катодних блоків як для існуючих електролізерів з струмового
навантаженням до 200 кА, так і у випадку їх модернізації [3]. При цьому чітко
простежуються етапи цієї еволюції: ГКА + графіт; ЕКА + графіт; графіт.
Отримані блоки піддаються заключній механічній обробці після їх
випалення, не проходячи графітацію. Зміст термоантраціта (ГКА або ЕКА) в шихті
змінюється від 60 до 20%.
Важливим
при цьому є та обставина, що чим вищий вміст в шихті графіту,
тим більшу термоміцністі має блок, вище його стійкість до електроліту, кращі
показники електролізу можна досягти. Однак ці позитивні ефекти, з
іншого боку, супроводжуються підвищеним абразивним зносом подини, що може
скоротити термін служби електролізера в цілому. Тому при переході від ГКА +
графіт до ЕКА + графіт і потім до 100% графіту необхідно враховувати не тільки
досягаються технічні ефекти, а й економічну доцільність в цілому.
Необхідність
вдосконалення виробництва алюмінію вимагає застосування потужних
електролізерів з струмового навантаженням 300 кА і вище. У цьому випадку (наприклад для
300 кА) застосовуються блоки з вмістом графіту до 80% і можна очікувати зниження
їх терміну служби в порівнянні з електролізером на 130-200 кА, термін служби
яких може досягати 65-80 місяців. Проте вже вітчизняна практика
показує, що продуктивність електролізера в цьому випадку підвищується в
1,4-1,8 рази, що робить цю модернізацію економічно ефективною.
За
кордоном активно ведуться роботи з розширення застосування як подових
блоків виробів з нафтового коксу з циклом виробництва, аналогічним
виробництва графітованих-них електродів, тобто з графи-таціей цих блоків. У
цьому випадку термін служби істотно скорочується і, отже,
продуктивність цих електролізерів повинна бути ще вище. Однак у
вітчизняній практиці подібні блоки поки не застосовуються, і цю ситуацію в
даній роботі ми не розглядаємо.
Починаючи
роботу, ми поставили завдання розробити спосіб і технологію виробництва
термоантраціта з більш високою температурою його кінцевої обробки, ніж у
разі отримання термоантрацітов марок ГКА і ЕКА. Потім, замінюючи в різній
частці інші наповнювачі знову отриманою, ми отримали можливість
вдосконалювати технічні характеристики таких видів вуглецевої продукції,
як електродна маса, вугільні електроди й подові блоки. Ми враховували, що
випуск нового наповнювача має реалізовуватися в промислових масштабах, а
вартість його виробництва не приводить до необхідності збільшення що склалися
цін.
Таким
чином, з метою забезпечення виробництва вуглецевої продукції на основі
антрациту проведені дослідження в промислових умовах та запропоновано спосіб і
технологія отримання термоантраціта (марки АПГ) з високими характеристиками
кристалічної структури.
Термоантрацит
АПГ отримують у графітіровочних печах, використовуючи тепло, що виділяється в процесі
графітаціі вуглецевої продукції. Термоантрацит АПГ має знижений питомий
Електроопір, підвищені дійсну щільність і адсорбційну
спроможність в порівнянні з термоантрацітамі марок ГКА і ЕКА. Властивості
термоантрацітов, отриманих в ЗАТ «НовЕЗ» в різних промислових агрегатах,
представлені в табл. 1.
Змінюючи
кількість термоантраціта у складі сировини можна керувати фізико-механічними
властивостями вуглецевої продукції. У табл. 2 представлені фізико-механічні
показники катодних блоків для алюмінієвих електролізерів залежно від
кількості термоантраціта ГКА в матеріалі блоків. З таблиці видно, що з
збільшенням у матеріалі змісту термоантраціта знижуються істинна і
уявна густина, межа міцності при стиску і вигині, теплопровідність і
підвищуються значення питомого електроопору, модуля пружності,
відносного подовження. Встановлені залежності фізико-механічних
показників матеріалів від кількості та якості термоантраціта в них
використовуються в промислових умовах для коригування властивостей блоків у
відповідно до вимог споживачів.
В
2004 розроблені та освоєні технології виготовлення подових блоків,
електродної маси, вугільних електродів на основі термоантраціта АПГ натомість
термоантрацітов марок ГКА, ЕКА. Новосибірський електродний завод для отримання
термоантраціта АПГ використовує П-подібні графітіровочние печі з довжиною керна 35
м, що дозволяє організувати великотоннажне виробництво. Зазначені печі були
раніше побудовані і призначені для випуску графи-тірованних електродів.
В
метою стабілізації властивостей термоантраціта АПГ проводяться дослідження з
удосконалення конструкції і матеріалів графітіровочних печей. Вибір більше
ефективних теплоізоляційних матеріалів і конструкції печі дозволить провести в
найближчому майбутньому модернізацію графітіровочних печей з метою зниження градієнта
температурного поля керна і печі в цілому.
Застосування
термоантраціта АПГ дозволяє підвищити термоміцністі матеріалу, поліпшити інші
експлуатаційні характеристики вуглецевої продукції (катодних блоків, вугільних
електродів, електродної маси) і підвищити економічну ефективність їх
виробництва.
Подові блоки
З
наведених даних випливає, що подові блоки на основі газокальцінірованного
антрациту (ГКА) відповідають вимогам, що пред'являються до подовими блокам типу
Н-1. Подові блоки на основі електрокальці-лося раніше антрациту (ЕКА) і
термоантраціта АПГ відповідають вимогам, що пред'являються до подовими блокам
типу Н-2. Виключення з рецептури подових блоків термоантраціта ЕКА і заміна
його на Термоантрацит АПГ дозволяє одержувати матеріал подових блоків з більш
однорідною структурою, яка характеризується меншими значеннями часу
проходження ультразвуку та параметра неоднорідності блоків (табл. 4).
Електродна маса
Використання
термоантраціта АПГ натомість термоантраціта ГКА економічно доцільно,
оскільки зі складу виключається технічний графіт (табл. 5), для виробництва
якого потрібно низькосірчистої нафтовий кокс, а технологічний цикл його
отримання обчислюється двома місяцями.
Виключення
з рецептури технічного графіту дозволяє також знизити витрату сировинних і
енергетичних ресурсів. Випуск технічного графіту на основі нафтового коксу
в електродному виробництві супроводжується необхідністю експлуатації
смесільно-пресового устаткування, печей випалу і графітаціі. Економічна
ефективність застосування термоантраціта АПГ замість термоантраціта ГКА при
виготовленні електродної маси складає близько 10 млн рублів за рік. З табл.
6 видно, що електродна маса на основі АПГ істотно перевершує вимоги
споживачів, що гарантує високу ефективність її застосування.
Вугільні електроди
Результати
виготовлення вугільних електродів діаметром 1205 мм на основі АПГ також дали
гарні результати при їх експлуатації. У 2004 р. розроблено і освоєно
технологія виготовлення вугільних електродів за рецептурою на основі АПГ (табл.
5).
Використання
АПГ в рецептурі вугільних електродів дозволило підвищити теплопровідність
електродів до 18 Вт/МХК (табл. 7). Збільшення показника теплопровідності
вугільних електродів при експлуатації у споживача призводить до підвищення
термоміцністі електродів і зниження питомої витрати електродів на тонну виплавленого
кремнію.
В
ЗАТ «Кремній» (м. Щелехов) у 2005 р. проведено промислові випробування вугільних
електродів діаметром 1205 мм на основі термоантраціта АПГ. На підставі
результатів випробувань фахівцями ЗАТ «Кремній» зроблений висновок - вугільні
електроди діаметром 1205 мм на основі термоантраціта АПГ відповідають
зарубіжним вугільних електродів.
Таблиця
6
Технічні
характеристики електродної маси на основі термоантраціта марок АПГ і ГКА
Вид наповнювача
Міцність на розрив, МПа
Зола,% Вміст Кт летких речовин,%
УЕС, мкОм-м
Вимоги споживача
не менше 1,76
не більше 6,0
13-16
1,8-2,3
не більше 80
АПГ
2,8
2,5
14,3
2,2
61
ПСА
2,3
2,0
15,2
1,9
73
В
ЗАТ «НовЕЗ», поряд з традиційними напрямами застосування термоантраціта для
виготовлення подових і бічних блоків, електродної маси, вугільних електродів,
вивчається можливість застосування термоантраціта як наповнювач для
виготовлення інших видів вуглецевої продукції.
Випуск
промислових партій електродної маси, вугільних електродів, подових блоків і
результати дослідницьких робіт показали, що, обробляючи антрацит при
різних температурах, ми можемо отримати якісну сировину для виробництва
багатьох видів вуглецевої продукції.
Список літератури
1.
Селезньов А.М. Вуглецеве сировину для електродної промисловості. М.: Профиздат,
2000, 256 с.
2.
Вугільна база Росії. Т. П. Вугільні басейни і родовища Західного Сибіру
(Кузнецький, Горлівський, Західно-Сибірський басейни; родовища Алтайського
краю і республіки Алтай). М.: ТОВ «Геоінформцентр», 2003, 604 с.
3.
Сорлье М., Ойя Х.А. Катоди в алюмінієвому електролізері. Пер з англ. П.В.
Полякова. Красноярськ, изд-во Красноярського гос. ун-ту, 1997, 460 с.
Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.chem.msu.su/
