Подготовка твердых углеродистых материалов и связующего

Подготовка твердых углеродистых материалов сводится к их дроблению, прокаливанию и размолу. От качества подготовки материалов в значительной степени зависит и качество получаемой затем продукции.
Дробление углеродистых материалов осуществляют в щековых или зубчатых дробилках до кусков размером 40—60 мм, которые обеспечивают должное количество прокаливания. Более крупные куски, пройдя через печь, не успевают хорошо прокалиться. Дробление нефтяного и пекового коксов, антрацита и термоантрацита производят в зависимости от назначения электрода совместно или раздельно.
Пр окаливание твердых углеродистых материалов заключается в термической обработке их при высокой температуре (1300—1400°) без доступа воздуха. Прокаливанию подвергают все углеродистые материалы, за исключением графита. Этот процесс относится к числу весьма ответственных операций в производстве электродов, так как он оказывает большое влияние на качественные показатели и эксплуатационные свойства готовых электродных изделий. При прокаливании углеродистых материалов из них полностью удаляется влага, резко снижается количество летучих веществ и повышается их плотность (в результате уплотнения — усадки прокаливаемых материалов).
Плохо прокаленный материал, с большим содержанием в нем летучих, может в дальнейшем привести к образованию трещин в готовых электродах. Это произойдет потому, что летучие вещества, содержащиеся в твердых углеродистых материалах, при обжиге удалялись бы в тот момент, когда электрод приобрел бы уже известную прочность. Последнее вызвало бы в нем механические нарушения.
В противоположность этому, выделение летучих из связующих веществ происходит при более низких температурах, т. е. в период, когда электрод еще не скоксовался и летучие находят свободный выход, не нарушая структуры электрода.
Кроме того, при прокаливании понижается реакционная способность углеродистых материалов к кислороду воздуха и повышаются их электропроводность и механическая прочность.
Полнота прокаливания углеродистых материалов оценивается по количеству оставшихся в них летучих веществ, которых должно быть не более 0,2—0,3%, а величина удельного электросопротивления в порошке нефтяного и пекового коксов не должна превышать 650 ом мм2/м, а в термоантраците — не более 1100 ом мм2/м.
Прокаливание твердых углеродистых материалов проводят в прокалочных печах, которые могут быть подразделены на три основные группы: электрические, ретортные и вращающиеся.
Электрические прокалочные печи бывают закрытые и открытые. Открытые печи, в отличие от закрытых, имеют открытую сверху шахту. Устройство шахты закрытых печей позволяет собирать летучие, выводить и сжигать их за пределами цеха. Эти печи более экономичны и обеспечивают более благоприятные санитарно-гигиенические условия при эксплуатации, чем печи открытого типа. По характеру работы печи могут быть периодического и непрерывного действия. Последние являются более экономичными и производительными. Разрез одной из таких печей приведен на рис. 31. Печь питается однофазным переменным током и имеет один подвижный электрод 1; вторым электродом является угольная подина 2 печи. Электрический ток проходит через прокаливаемый материал, заполняющий шахту печи, и нагревает его до требуемой температуры.

Загрузку материала в печь производят из бункера, помещенного над печью. В печи постоянно поддерживают избыток материала, что предохраняет его от сгорания и обеспечивает лучший сход материала и непрерывность процесса. Размер отдельных кусков загружаемого материала в печь не должен превышать 25 мм. Разгрузку прокаленного материала производят снизу, через разгрузочный канал 3, снабженный в нижней части водяным охлаждением и герметичным затвором.
Качество прокаленного материала неоднородно. Около 10% его выдается из печи в виде графитированных кусков, которые получаются за счет образования местных электрических дуг и перегрева в отдельных зонах шахты печи.
Производительность такой печи по антрациту составляет около 200 кг/час, а по коксу — около 170 кг/час. Расход электроэнергии на 1 т прокаленного материала составляет для антрацита 800—1000 квт*ч, а для кокса 1100 квт*ч.
Ретортная прокалочная печь (рис. 32) состоит из ряда вертикальных реторт с футеровкой из динасового кирпича и работает с подогревом воздуха в рекуператорах и использованием летучих, выделяющихся из прокаливаемых материалов.
Каждая реторта с обеих сторон обогревается газовыми горелками.
Реторты располагаются в отдельные секции (по 4 каждая). Все примыкающие друг к другу секции снаружи обмурованы общей кирпичной кладкой и составляют печь. В верхней части печи сделаны специальные устройства (бункеры) для загрузки материала В нижней части имеются специальные приспособления (ватержакеты), между стенками которых циркулирует вода для охлаждения прокаленных материалов.

Тепло отходящих продуктов горения используется в рекуператорах, где подогревается воздух, идущий через специальные каналы к горелкам печи.
Сырые материалы загружаются в реторты сверху и проходят в них зоны: сушки, подогрева и прокаливания. Затем из реторт материалы поступают в ветержакеты, где охлаждаются перед выгрузкой из прокалочной печи. При нормальной работе печи в каналах, расположенных в зоне прокаливания, температура составляет примерно 1400°. Время прокаливания углеродистого материала в ретортных печах зависит от его физико-химических свойств и составляет примерно 24—32 часа.
Достоинством ретортной печи по сравнению с другими печами являются: 1) использование в качестве горючего самих летучих веществ, выделяющихся из прокаливаемого материала, 2) возможность получения хорошо и равномерно прокаленного углеродистого материала и 3) малые потери материала за счет окисления, так как прокаливание осуществляется практически без доступа воздуха. При надлежащей герметизации загрузочных и разгрузочных приспособлений угар может быть доведен до 1 % от веса угольной части материала, но обычно он бывает порядка 6—10%.
Нормальная производительность одной реторты составляет по коксу 60—65 кг/час, а по антрациту — 80—90 кг/час. Расход генераторного газа — 600 нм3/т продукции.
К числу недостатков ретортных печей относятся 1) большие капитальные затраты на их сооружение; 2) сложность эксплуатации и 3) появление после известного срока работы трещин и неплотностей в стенках реторт, что ведет к нарушению нормального режима прокаливания
Вращающиеся прокалочные печи довольно широко применяют в электродной промышленности. Они аналогичны по своей конструкции трубчатым вращающимся печам, применяемым для кальцинации глинозема, и отличаются от них только размерами и некоторыми деталями.
Тикая печь представляет собой металлический барабан (длиной 20—45 м и диаметром 2—3 м) футерованный внутри огнеупорным материалов. Печь отапливается мазутом Ось печи расположена под некоторым углом (5—6°) к горизонту. Поэтому при вращении ее (со скоростью 2—4 об/мин) прокаливаемый материал медленно движется от загрузочного конца печи к выгрузочному в зону максимальной температуры (1100—1300°), где расположены форсунки. Прокаленный материал выгружается в холодильный барабан, расположенный под печью, и после охлаждения поступает в бункеры размольного отделения.
В отличие от ретортных печен, здесь горячие газы и пламя непосредственно соприкасаются с углеродистым материалом, причем топливом служат летучие самих углеродистых материалов и мазут, а также частично и сам прокаливаемый материал.
Пo выходе из печи материал поступает в холодильник, где он охлаждается. Участок печи, где из углеродистого материала выделяются и сгорают летучие вещества, называется зоной прокалки. В ней температура углеродистого материала достигает 1300°С
Длина зоны прокалки определяется длиной факела горящего мазута и составляет 3— 4 м. Расход мазута во вращающихся печах составляет всего 15 25 кг на 1 г прокаленного антрацита, а для нефтяного кокса — еще меньше.
Производительность вращающихся печей для пекового и нефтяного кокса составляет примерно от 20—30 г/сутки.
Вращающаяся печь, по сравнению с ретортными печами, имеет следующие преимущества 1) на ее сооружение требуется меньше капитальных затрат, 2) она проста в эксплуатации и обладает большей гибкостью в смысле перехода с одного вила материала на другой; 3) в ней обеспечивается непрерывный процесс прокаливания углеродистого материала и 4) она позволяет лучше механизировать и автоматизировать процесс прокаливания.
К числу недостатков этих печей следует отнести повышенный угар углеродистых материалов (до 15%) и более низкую температуру прокаливания, по сравнению с ретортными печами
Размол — измельчение твердого углеродна ого материала — осуществляют обычно в несколько приемов Различают
1) мелкое предварительное дробление, при котором прокаленный материал в кусках размером 30—50 мм дробится до 25—5 мм;
2) меткий помол — от 25—5 до 10—0,5 мм;
3) тонкий помол — до долей миллиметра
Мелкое дробление осуществляют в валковых дробилках, мелкий помол — в шаровых мельницах и тонкий помол — в трубчатых мельницах.
3 процессах измельчения твердого углеродистого материала в мельницах он загрязняется частицами железа вследствие износа шаров и внутренней облицовки мельниц. Если такой материал идет на изготовление анодов и графитированных электродов, то железные частицы удаляют с помощью электромагнита.
После размола углеродистые материалы пневматическим транспортом подаются в шестигранные вращающиеся или вибрационные сита, где они подвергаются рассеву (классификации) по фракциям (размерам зерен), которые поступают в сортовые бункеры и оттуда на дозировку и смешение в соответствии с принятым грануляционным составом для различных электродных изделий.
Подготовка связующего. Одновременно с подготовкой твердых углеродистых материалов (дробление, прокалка, размол и классификация зерен по классам) производится подготовка (предварительное, плавление) связующего.
При работе на среднем пеке он плавится и выдерживается некоторое время в пекоплавителях с паровым обогревом при температуре не ниже 100°C.
При этом происходит удаление влаги и усреднение состава пека. Возможно также применение кускового пека, который до введения в шихту подвергается дроблению до кусков размером не более 10 мм
В тех случаях, когда требуемое по составу связующее производится на заводе (смолопек), устанавливают пекоплавители — резервуары, снабженные паровой рубашкой (обогрев паром) В таких резервуарах происходит смешение требуемых материалов в нужной пропорции, для чего предусматривают перемешивающие приспособления, обеспечивающие хорошее смешение компонентов. Температура обогрева различна, зависит от сорта связующего и устанавливается опытным путем.