RU2264351C2 - Method of heat treatment of carbonic raw material for production of electrodes - Google Patents

Abstract

FIELD: chemical industry; production of titanium, silicon and phosphorus.

SUBSTANCE: proposed method includes loading the blanks into resistance batch-type furnace for graphitization of electrode blanks. Carbonic material, anthracite for example is used as charge. Carbonic material is charged into peripheral and central zones of furnace separately; peripheral zone is loaded with material subjected to preliminary heat treatment. Heat treatment of material is performed due to heat liberated by blanks in the course of passage of electric current through them during graphitization process. Rate of temperature rise does not exceed 25°C/h within range of 400-900°C. During unloading the material from furnace, carbonic material is separated by quality due to separate unloading from central and peripheral zones of furnace.

EFFECT: reduced power requirements; improved quality of material and enhanced homogeneity.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электродной промышленности, в частности к технологии получения углеродистого сырья для производства электродов, и может быть использовано при производстве катодных блоков и боковой футеровки алюминиевых электролизеров, электродов для электропечей, применяемых в производстве титана, кремния, фосфора.The invention relates to the electrode industry, in particular to a technology for producing carbonaceous raw materials for the production of electrodes, and can be used in the manufacture of cathode blocks and side lining of aluminum electrolytic cells, electrodes for electric furnaces used in the production of titanium, silicon, phosphorus.

Для производства электродной продукции применяют углеродистые наполнители, термообработка которых производится при различных температурах в диапазоне от 1000 до 2800°С, при этом все большее применение получают углеродистые наполнители, термообработанные при повышенных температурах [1, 2]. Для термообработки углеродистого сырья для производства электродов применяют различные технологии.For the production of electrode products, carbon fillers are used, the heat treatment of which is carried out at various temperatures in the range from 1000 to 2800 ° C, while carbon fillers, heat treated at elevated temperatures, are becoming increasingly used [1, 2]. For the heat treatment of carbon raw materials for the production of electrodes, various technologies are used.

Известен способ термообработки углеродистого сырья для производства электродов во вращающихся печах за счет тепла продуктов сгорания газового топлива, сжигаемого в этих печах [1]. При высокой производительности этого способа большим недостатком его является угар углеродистого сырья при его термообработке, а также вынос мелких фракций этого сырья с отходящими газами. Суммарные потери углеродистого сырья в этом известном способе превышают 20%.A known method of heat treatment of carbon raw materials for the production of electrodes in rotary kilns due to the heat of the combustion products of gas fuel burned in these furnaces [1]. With the high productivity of this method, its great disadvantage is the burning of carbon raw materials during its heat treatment, as well as the removal of small fractions of this raw material with exhaust gases. The total loss of carbonaceous feed in this known method exceeds 20%.

Известен способ термообработки углеродистого сырья в шахтных или ретортных печах, в которых передача тепла от продуктов сгорания к обрабатываемому углеродистому сырью осуществляется через стенки печи [1]. В этом способе углеродистое сырье не теряется, однако этот способ не применим для термообработки антрацита и пекового кокса - основного сырья для производства электродов и катодных блоков в связи с отсутствием или недостаточным содержанием в них летучих веществ, которые необходимы для создания неокислительной газовой среды в слое обрабатываемого углеродистого сырья в печах указанного типа.A known method of heat treatment of carbon raw materials in shaft or retort furnaces, in which heat is transferred from the combustion products to the processed carbon raw materials through the walls of the furnace [1]. In this method, carbonaceous raw materials are not lost, however, this method is not applicable for heat treatment of anthracite and pitch coke - the main raw material for the production of electrodes and cathode blocks due to the absence or insufficient content of volatile substances in them, which are necessary to create a non-oxidizing gas medium in the layer being processed carbon raw materials in furnaces of the indicated type.

Известен способ термообработки углеродистого сырья в электропечах непрерывного действия - электрических кальцинаторах [2]. Существенным недостатком данного способа являются большие колебания качества получаемого термообработанного углеродистого сырья вследствие высоких градиентов температуры (до 500°С) по сечению потока углеродистого сырья в электричесом кальцинаторе. Это существенно ограничивает применение данного способа.A known method of heat treatment of carbon raw materials in continuous furnaces - electric calciners [2]. A significant disadvantage of this method is the large fluctuations in the quality of the obtained heat-treated carbon raw materials due to high temperature gradients (up to 500 ° C) over the cross section of the flow of carbon raw materials in an electric calciner. This significantly limits the application of this method.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известный способ термообработки углеродистого сырья для производства электродов, включающий загрузку подготовленного углеродистого сырья в электрическую печь сопротивления периодического действия, нагрев сырья до заданной температуры, охлаждение его в печи и последующую выгрузку [3]. В этом способе достигается высокое качество термообработанного углеродистого сырья, однако существенным недостатком его является высокий расход электроэнергии на термообработку углеродистого сырья.The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a known method of heat treatment of carbon raw materials for the production of electrodes, including loading the prepared carbon raw materials into an electric furnace of periodic resistance, heating the raw material to a given temperature, cooling it in the furnace and subsequent unloading [3]. This method achieves high quality heat-treated carbon raw materials, however, its significant drawback is the high energy consumption for heat treatment of carbon raw materials.

Технической задачей изобретения является устранение недостатков аналогов и прототипа, сокращение расхода электроэнергии на термообработку углеродистого сырья и повышение качества термообработанного углеродистого сырья.An object of the invention is to eliminate the disadvantages of analogues and prototype, reducing energy consumption for heat treatment of carbon raw materials and improving the quality of heat-treated carbon raw materials.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе термообработки углеродистого сырья для производства электродов, включающем загрузку подготовленного углеродистого сырья в электрическую печь сопротивления периодического действия, нагрев сырья до заданной температуры, охлаждение его в печи и последующую выгрузку, термообработку углеродистого сырья производят, применяя его в качестве углеродистой засыпки в электропечах для графитации электродных заготовок, за счет тепла, выделяемого при прохождении через них электрического тока в процессе их графитации.The stated technical problem is solved by the fact that in the known method of heat treatment of carbon raw materials for the production of electrodes, which includes loading the prepared carbon raw materials into an electric furnace of periodic resistance, heating the raw material to a predetermined temperature, cooling it in the furnace and subsequent unloading, heat treatment of the carbon raw material is carried out using it as a carbon backfill in electric furnaces for graphitization of electrode blanks, due to the heat released when passing through them ele ctric current in the process of graphitization.

Дополнительно поставленная техническая задача решается также тем, что термообработанное углеродистое сырье при выгрузке из печи разделяют по качеству путем его раздельной выгрузки из центральной и периферийной зон печи для графитации, а также тем, что осуществляют раздельную загрузку углеродистого сырья в периферийную и центральную зоны печи для графитации электродных заготовок, причем в периферийную зону печи загружают предварительно термообработанное углеродистое сырье.Additionally, the technical task is also solved by the fact that the heat-treated carbon raw materials during unloading from the furnace are separated by quality by separately unloading them from the central and peripheral zones of the graphitization furnace, as well as by the fact that the carbon raw materials are separately loaded into the peripheral and central zones of the graphitization furnace electrode blanks, and pre-heat-treated carbon raw materials are loaded into the peripheral zone of the furnace.

Сущность изобретения заключается в том, что при термообработке углеродистого сырья в электрических печах для графитации электродных заготовок используется тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через графитируемые заготовки. При этом углеродистое сырье, используемое в этих печах в качестве углеродистой засыпки, нагревается в центральной зоне печи вокруг графитируемых заготовок до 1900-2950°С, а в периферийной зоне печи вблизи ее стен - до температуры 1000-1100°С. Получение однородного по качеству термообработанного сырья при этом можно достигать либо путем раздельной выгрузки его из центральной и периферийной зон печи, либо путем загрузки в периферийную зону печи предварительно термообработанного углеродистого сырья.The essence of the invention lies in the fact that during heat treatment of carbon raw materials in electric furnaces for graphitization of electrode blanks, the heat generated during the passage of electric current through graphitized blanks is used. In this case, the carbonaceous raw materials used as carbon backfill in these furnaces are heated in the central zone of the furnace around graphitized billets to 1900-2950 ° C, and in the peripheral zone of the furnace near its walls to 1000-1100 ° C. In this case, obtaining a heat-treated raw material of uniform quality can be achieved either by separately unloading it from the central and peripheral zones of the furnace, or by loading pre-heat-treated carbon raw materials into the peripheral zone of the furnace.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлено поперечное сечение печи для графитации электродных заготовок.The invention is illustrated in the drawing, which shows a cross section of a furnace for graphitization of electrode blanks.

Примеры осуществления изобретения.Examples of carrying out the invention.

Пример 1. В печь для графитации (см. чертеж) загрузили 126 т электродных заготовок 1 диаметром 450 мм и длиной 2300 мм. При этом для засыпки центральной зоны печи 2, в которой расположили заготовки, использовали антрацит фракции 6-13 мм, а периферийную зону 3 между стенками печи 4 и зоной 2 заполнили антрацитом фракции 2-6 мм. Для раздельной загрузки зон 2 и 3 использовали металлические листы, которые извлекли из печи после ее загрузки. Всего для засыпки рабочего пространства печи вокруг электродных заготовок использовали 308 т антрацита, применяемого в качестве углеродистого сырья для производства электродов. В процессе графитации электродных заготовок в зоне 2 (фиг.1) средняя температура составляла 1900°С, а в зоне 3 - 1050°С. После охлаждения печи осуществили раздельную выгрузку материалов из зон 2 и 3. Для оценки качества термообработанного углеродистого сырья провели испытания его характеристик, а именно определили удельное электрическое сопротивление (УЭС, мкОм), пикнометрический удельный вес (d_i, г/см³) и теплопроводность (λ, Вт/м·К). Для термообработанного антрацита в зонах 2 и 3 указанные характеристики составили соответственно 470; 1,84; 0,28 и 620; 1,76; 0,22. Полученные характеристики качества термообработанного в соответствии с изобретением антрацита превышали технические требования [1] к этим характеристикам для термообработанного углеродистого сырья категории 1 (не более 640; не менее 1,83; не менее 0,25) и категории 2 (не более 980; не менее 1,74; не менее 0,2). Высокое качество термообработанного антрацита достигается за счет умеренных скоростей нагрева антрациата (не более 25°С/ч в интервале температур 400-900°С.Example 1. In a furnace for graphitization (see drawing) loaded 126 tons of electrode blanks 1 with a diameter of 450 mm and a length of 2300 mm. In this case, to fill the central zone of the furnace 2, in which the billets were placed, anthracite fraction 6-13 mm was used, and the peripheral zone 3 between the walls of the furnace 4 and zone 2 was filled with anthracite fraction 2-6 mm. For separate loading of zones 2 and 3, metal sheets were used, which were removed from the furnace after it was loaded. In total, 308 tons of anthracite used as carbon raw material for the production of electrodes were used to fill the working space of the furnace around the electrode blanks. In the process of graphitization of electrode blanks in zone 2 (Fig. 1), the average temperature was 1900 ° C, and in zone 3 - 1050 ° C. After cooling the furnace, materials were separately unloaded from zones 2 and 3. To assess the quality of the heat-treated carbon raw materials, we tested its characteristics, namely, we determined the electrical resistivity (resistivity, μOhm), pycnometric specific gravity (d _i , g / cm ³ ) and thermal conductivity (λ, W / mK). For heat-treated anthracite in zones 2 and 3, the indicated characteristics were 470, respectively; 1.84; 0.28 and 620; 1.76; 0.22. The obtained quality characteristics of the anthracite heat-treated in accordance with the invention exceeded the technical requirements [1] for these characteristics for heat-treated carbon raw materials of category 1 (not more than 640; not less than 1.83; not less than 0.25) and category 2 (not more than 980; not less than 1.74; not less than 0.2). High quality heat-treated anthracite is achieved due to moderate heating rates of anthracite (not more than 25 ° C / h in the temperature range 400-900 ° C.

Пример 2. В печь для графитации (см.чертеж) загрузили 126 т электродных заготовок диаметром 450 мм и длиной 2300 мм. Для засыпки центральной зоны печи 2, в которой расположили заготовки 1, использовали антрацит фракции 5-25 мм, а периферийную зону 3 заполнили термообработанным антрацитом фракции 0-3 мм с характеристиками, отвечающими техническим требованиям к термообработанному углеродистому сырью категории 1. Для раздельной загрузки зон 2 и 3 использовали металлические листы, которые извлекли из печи после ее загрузки. После графитации электродных заготовок и охлаждения печи произвели выгрузку материалов. При этом выгрузку термообработанного антрацита из зон 2 и 3 производили совместно. Характеристики качества полученного термообработанного антрацита превышали требования технических условий к термообработанному углеродистому сырью категории 1.Example 2. In a graphitization furnace (see drawing), 126 tons of electrode blanks with a diameter of 450 mm and a length of 2300 mm were loaded. To fill the central zone of furnace 2, in which the blanks 1 were placed, anthracite fraction 5–25 mm was used, and the peripheral zone 3 was filled with heat-treated anthracite fraction 0–3 mm with characteristics meeting the technical requirements for heat-treated carbon raw materials of category 1. For separate loading of zones 2 and 3 used metal sheets, which were removed from the furnace after it was loaded. After graphitization of the electrode blanks and furnace cooling, the materials were unloaded. In this case, the unloaded heat-treated anthracite from zones 2 and 3 was produced jointly. The quality characteristics of the obtained heat-treated anthracite exceeded the specifications for heat-treated carbon raw materials of category 1.

Таким образом, применение изобретения обеспечивает получение термообработанного углеродистого сырья для производства электродов высокого качества и значительно сокращает расход электроэнергии на получение этого сырья.Thus, the application of the invention provides for the production of heat-treated carbon raw materials for the production of high-quality electrodes and significantly reduces the energy consumption for obtaining this raw material.

Источники информацииSources of information

1. Очков В.В., Селезнев А.Н., Ким B.C. и др. Выпуск промышленных образцов подовых блоков. Цветная металлургия. 2003. №9. С.28-37.1. Ochkov V.V., Seleznev A.N., Kim B.C. et al. Production of industrial designs for hearth blocks. Non-ferrous metallurgy. 2003. No9. S.28-37.

2. Селезнев А.Н. Углеродистое сырье для электродной промышленности. М. «Профиздат». 2000. 256 с.2. Seleznev A.N. Carbon feedstock for the electrode industry. M. "Profizdat." 2000.256 s.

3. А.С. СССР №1203338.3. A.S. USSR No. 1203338.

Claims (3)

1. Способ термообработки углеродистого сырья для производства электродов, включающий загрузку подготовленного углеродистого сырья в электрическую печь сопротивления периодического действия, нагрев сырья до заданной температуры, охлаждение его в печи и последующую выгрузку из печи, отличающийся тем, что термообработку углеродистого сырья производят, применяя его в качестве углеродистой засыпки в электропечах для графитации электродных заготовок за счет тепла, выделяемого при прохождении через них электрического тока в процессе их графитации, скорость подъема температуры в обрабатываемом сырье при его нагреве в интервале температур 400-900°С не превышает 25°С/ч.1. The method of heat treatment of carbon raw materials for the production of electrodes, including loading the prepared carbon raw materials into an electric furnace of batch resistance, heating the raw material to a predetermined temperature, cooling it in the furnace and subsequent unloading from the furnace, characterized in that the heat treatment of carbon raw materials is carried out using it in as carbon filling in electric furnaces for graphitization of electrode blanks due to the heat generated when an electric current passes through them during their gr aphitation, the rate of temperature rise in the processed raw material when it is heated in the temperature range 400-900 ° C does not exceed 25 ° C / h. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термообработанное углеродистое сырье при выгрузке из печи разделяют по качеству путем его раздельной выгрузки из центральной и периферийной зон печи для графитации.2. The method according to p. 1, characterized in that the heat-treated carbonaceous raw materials during unloading from the furnace are separated by quality by separately unloading them from the central and peripheral zones of the graphitization furnace. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют раздельную загрузку углеродистого сырья в периферийную и центральную зоны печи для графитации электродных заготовок, причем в периферийную зону печи загружают предварительно термообработанное углеродистое сырье.3. The method according to p. 1, characterized in that the carbon raw materials are separately charged into the peripheral and central zones of the furnace for graphitization of the electrode blanks, and pre-heat-treated carbon raw materials are loaded into the peripheral zone of the furnace.