Производство угольных электродов

 

  Характеристика сырья для производства электродов

Алюминиевая промышленность является крупным потребителем угольных изделий, которые служат проводниками тока или используются для футеровки. Электрод – это проводник электрического тока, служащий для подвода тока к среде, на которую он воздействует. Среда может быть раствором, расплавом или твердым веществом.

Электроды работают в жестких условиях агрессивная среда, высокие температуры, механическое и химическое воздействие и др. Требования к электродам:

1.Выдерживать высокую температуру;

2.Иметь хорошую элктропроводность и достаточную механическую прочность;

3.Обладать химической стойкостью против действия расплавов и др. веществ;

4.Содержать минимальное количество примесей, ухудшающих качество продута;

5.Иметь правильную геометрическую форму;

6.Быть достаточно дешевыми.

К видам электродной продукции можно отнести: анодные блоки,применяемые в качестве анодов в электролизерах; блоки угольные подовые служат для футеровки подины и являются катодом; блоки угольные бортовые применяют для футеровки боковых стенок шахты электролизера; анодная масса используется для формирования непрерывного самообжигающегося анода; подовая угольная масса предназначена для набивки швов между катодными блоками и др.

Для производства углеродистых изделий используют твердые углеродистые материалы, составляющие основу изделия и связующие, которые связывают зерна твердых углеродистых материалов между собой, делая изделие прочным.

В качестве сырья для углеродистых изделий можно использовать антрацит, термоантрацит, литейный, нефтяной, пековый коксы, а как связующее – каменноугольный пек. (Характеристику, свойства, требования рассмотреть самостоятельно)

Главными требованиями к сырью относятся – высокое содержание углерода, низкое содержание серы и летучих, малая зольность, хорошие механические свойства.

  Технология производства анодной массы и других видов углеродистых изделий

Поступающие на предприятие углеродистые материалы хранятся на складе отдельно по видам. Коксы поступают на склад и дробятся на щековых дробилках до крупности 75 мм. Это обеспечивает качественное прокаливание материалов.

Прокаливание коксов заключается в термической обработки их при 1300-1400⁰С. При этом из них удаляется влага. Снижается количество летучих, повышается плотность за счет сокращения объема и усадки. Снижается реакционная способность к кислороду воздуха. Повышается электропроводность, теплопроводность и механическая прочность. Прокаливание коксов происходит в ТВП (вспомнить конструкцию и процессы в печи). Прокаленный из печи кокс поступает в барабанный холодильник, где охлаждается до температуры не выше 100⁰С. ТВП просты по устройству и в эксплуатации, работают непрерывно, достаточно механизированы, но основным их недостатком является большие потери при прокаливании за счет угара и пыле уноса, которые возрастают с повышением содержания мелочи в сыром коксе.

Ретортные печи позволяют получить равномерно прокаленный углеродистый материал при небольшом его угаре. При прокаливание в ретортных печах нагрев кокса идет через стенки реторт без доступа воздуха.Однако, ретортные печи имеют малую производительность из-за периодичности процесса, большие трудозатраты при обслуживании, поэтому применяются ограниченно.

Прокаленные материалы измельчают в несколько стадий и рассеивают по фракциям нужной крупности, которые поступают в сортовые бункера, откуда подаются на дозировку и смешение в соответствии с принятым гранулометрическим составом.

Поступающие на предприятие связующие – пеки хранят в пекоплавителях, где он подогревается для обезвоживания и усреднении состава.

Смешени е твердых углеродистых материалов со связующем приводит к получению тестообразной углеродистой массы, в которой каждое твердое зерно покрыто тонкой пленкой связующего. Для смешения применяют смесильные машины непрерывного действия (мясорубка). В смесители материал перемешивается с помощью вращающихся шнеков, находящихся внутри кожуха. Шихта подогревается до 80⁰С. Полученная масса непрерывно выгружается из смесителя через фильеру. Полученная таким образом масса называется анодной массой и она развозится по корпусам электролиза и загружается в аноды электролизера.

Углеродистая масса, предназначенная для получения ОА, и др. изделий поступает на прессование  для получения изделия нужных размеров и формы. Прессование проводится штамповкой или в глухую матрицу на прошивных гидравлических прессах. По первому способ массу прессуют при помощи поршня, входящего в замкнутую матрицу. По другому способу массу продавливают через мунштук, имеющий форму и размеры сечения изделия. При прессовании массы из нее удаляется воздух, твердые частицы сближаются и пустоты между ними заполняются связующим. Масса приобретает большую плотность, механическую прочность, которая сохраняется и после прекращения давления.

Прессованные изделия называются «зелеными», их выдерживают сутки на воздухе для снятия внутренних напряжений, возникающих в процессе прессования.

Обжи г «зеленых электродов» состоит в постепенном нагреве до1300-1400⁰С, выдержке их при этой температуре и медленном охлаждении. При этом происходит удаление летучих веществ, коксование и отвердевание связующего. Образующийся кокс из связующего прочно связывает зерна твердых углеродистых материалов между собой. Электрод становится механически прочным, более электропроводным и плотным.

Графитированные электроды применяют при получении АВЧ, где предъявляются особые требования по чистоте материалов. Такие электроды получают из угольных электродов путем нагрева до 2500⁰С. При этом «аморфный» углерод превращается в кристаллический графит. Примеси образуют карбиды, которые при высокой температуре диссоцируют и удаляются в парообразном состоянии. Это дает снижение электрического сопротивления (повышение электропроводности), в 8-10 раз уменьшается содержание золы, увеличивается плотность и механическая.