Производство анодной массы и др. электродов

Производство анодной массы и др. электродов. Технологическая схема производства электродных изделий показана на рис. 2 - стр. 37 Анодную и подовую массу обычно получают непосредственно на алюминиевыx заводах, а прессованные обожженные изделия—как на алюминиевых заводах, так и на специализированных (электродных) заводах.

Поступающие на завод углеродистые материалы хранят раздельно по видам. Твердые углеродистые материалы дробят, а затем прокаливают при высокой температуре для удаления летучих веществ из углеродистого материала до усадки. Это необходимо сделать до обжига, чтобы избежать появления третий и готовых изделиях.

Кроме того, и результате прокаливания понижается реакционная способность углеродистого материала к кислороду воздуха, повышается его электропроводность и механическая прочность. Содержание летучих веществ в прокаленном материале не должно превышать 0,15-0,2 %. Для прокаливания твердых углеродистых материалов применяют трубчатые вращающиеся и ретортные печи. В трубчатых вращающихся печах топочные газы ч прокаливаемый материал соприкасаются. Необходимое для прокаливания тепло выделяется в основном при сгорании летучих веществ частично — при сжигании мазута или газообразного топлива.

Прокаленный материал из печи поступает в барабанный холодильник, где охлаждается до температуры не выше 100 °С. Трубчатые вращающиеся печи просты по устройству и в эксплуатации; основной их недостаток - большие потери материала при ею прокаливании за счет угара и пылеуноса, которые возрастают с повышением содержания мелочи в сыром коксе. В ретортных печах материал нагревается через стенки реторт без доступа воздуха.

Материал поступает в вертикальные реторты сверху и, перемещаясь вниз, проходит зоны подогрева, прокалки и охлаждения. В качестве топлива используются выделяющиеся при прокалке летучие, которые сжигаются в горелке. Для достижения необходимой температуры к летучим подмешивают газообразное топливо извне. В ретортных печах возможно получение равномерно прокаленного углеродистого материала при небольшом его угаре.

Однако ретортные печи имеют малую производительность и характеризуются большими трудовыми затратами при обслуживании, поэтому имеют ограниченное применение. Трубчатые вращающие и ретортные печи обеспечивают прокалку материала при 1250—1300 °С. Прокаленный при этой температуре пековый кокс при изготовлении анодной массы имеет истинную плотность 1,99—2,03 г/см3 и удельное электросопротивление в порошке не более 650.10-6 Ом.м. При необходимости достижения более высокой температуры прокалки применяют электрокальцинаторы.

Прокаленные твердые углеродистые материалы измельчают и классифицируют по крупности на несколько фракций. Применение углеродистых частиц различной крупности позволяет получать электроды с необходимыми пористостью и механической прочностью. Для каждого вида электродных изделий оптимальный гранулометрический состав находят опытным путем. Вид твердых углеродистых материалов, используемых для получения электродных изделий, зависит от назначения этих изделий.

Анодную массу изготовляют из прокаленных искового и нефтяного коксов или из их смеси. Сухую шихту для прошивных катодных блоков и боковых плит составляют из термоантрацита или антрацита, графита, угольного боя и литейного кокса. Для изготовления подовой антрацитовой массы используют термоантрацит или антрацит, литейный кокс и графит. Прокаленный материал измельчают в несколько приемов Для дробления его дo крупности 25 мм обычно применяют валковые, молотковые и конусные дробилки, дня тонкою измельчения — шаровые мельницы сухого помола.

Измельченный углеродистый материал рассеивают на вибрационных грохотах на фракции нужной крупности, которые поступают в сортовые бункера и далее—на дозировку и смешение в соответствии с принятым гранулометрическим составом. Поступающий на завод каменноугольный пек хранят в пекоплавителях, где он нагревается до нужной температуры и обезвоживается Цель смешения твердых углеродистых материалов со связующим — получение тестообразной углеродистой массы, в которой каждое твердое зерно покрыто тонкой пленкой связующего.

Для смешения применяют смесильные машины периодического и непрерывного действия. Смесильная машина периодическою действия состоит из стальной чаши с крышкой и паровой рубашкой внутри смесителя имеются две Z-образные лопасти, вращающиеся в противоположные стороны. Твердые углеродистые материалы загружают в предварительно нагретый смеситель и перемешивают. Затем в смеситель подают связующее в расплавленном состоянии, и сухую шихту перемешивают со связующим до получения однородной массы.

В смесителе непрерывного действия сухая шихта с расплавленным связующим перемешивается одновременно перемещается с помощью вращающихся снеков, находящихся внутри металлического кожуха с паровой рубашкой. Перемешанная масса непрерывно выгружается из смесителя через фильеру. Перед смещением со связующим сухая шихта перемешивается и подогревается в электрическом смесителе-подогревателе до температуры не ниже 80 °С. Применяются также смесильные установки, нагрев электродной массы в которых осуществляется с помощью высокотемпературного органического теплоносителя.

Необходимое количество связующего зависит от вида твердых углеродистых материалов, их гранулометрического состава, а также от назначения углеродистой массы. В углеродистую массу, предназначенную для изготовления прессованных изделии, вводят примерно 20—22 % связующего, в анодную массу 27—31 %. Готовые анодную и подовую массы формуют в брикеты или транспортируют в электролизный цех в специальных кабелях в расплавленном состоянии.

Углеродистая масса, предназначенная для изготовления изделий, поступает на прессование. Прессованные электроды получают различными способами штамповкой в глухую матрицу на гидравлических анодных прессах, прошивкой на прошивных гидравлических прессах и прессованием с одновременной вибрацией на вибропрессах. По первому способу углеродистую массу прессуют при помощи поршня, входящего в замкнутую матрицу.

Спрессованный электрод выталкивается из матрицы другим поршнем. По способу прошивки массу продавливают через мундштук, имеющий форму и размеры поперечного сечения электродного изделия. Мундштук для прессования катодных блоков имеет специальною насадку, что позволяет получать блоки с готовым пазом. Основным конструктивным элементом виброустановки является вибростол, установленный на пружинах. На столе смонтирована пресс форма, в которую загружают углеродистую массу Необходимое давление на массу создается пуансоном, который свободно перемещается в вертикальном направлении.

Затем столу сообщаются колебательные движения (вибрация) в результате вращения закрепленных на столе валов с дебалансами. По окончании вибрации поднимают пуансон и выталкивают электрод Вибропрессовые остановки по сравнению с гидравлическими прессами имеют меньший вес и позволяют получать аноды высокого качества. При прессовании массы из нее удаляется воздух, твердые углеродистые частицы сближаются и пустоты между ними заполняются связующим Масса приобретает большую плотность, которая сохраняется и после прекращения давления Удельное давление при прессовании не должно превышать значении при которых происходит разрушение твердых зерен углеродистых материалов и обычно составляет 20—40 МПа. Прессованные, но не обожженные электроды, называют “зелеными”. Их выдерживают не менее 24 ч па воздухе, что необходимо для снятия внутренних напряжении, возникающих в электродах в процессе прессования Обжиг “зеленых” электродов состоит в их постепенном нагреве без доступа воздуха до 1300—C, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении. При обжиге происходит удаление летучих веществ и коксование связующего Образующийся кокс прочно связывает зерна твердых углеродистых материалов Электрод становится механически прочным, возрастают его электропроводность и истинная плотность.

Большая скорость подъема температуры при обжиге может вызывать образование трещин в электроде и его деформацию.

Особенно медленным должен быть подъем температуры при нагреве изделий до 800º когда происходит удаление летучих веществ из связующего и его коксование.

Охлаждение обожженных электродов должно быть также достаточно медленным, чтобы не произошло растрескивание электродов вследствие уменьшения их объема. Общая продолжительность обжига, включая нагрев и охлаждение электродов, составляет от 15 до 30 сут. Она зависит прежде всею от размеров обжигаемых изделий и для каждого вида изделии находится опытным путем.

Обжиг осуществляют в кольцевых многокамерных печах — закрытых или открытых, аналогичных печам для обжига огнеупорного кирпича Чисто камер в закрытой печи в зависимости от ее производительности составляет от 20 до 60. Каждая камера разделена вертикальными перегородками на пять кассет, в которые загружают обжигаемые электроды. Сверху камеры закрываются съемными сводами. Электроды нагреваются теплом топочных газов, которые движутся по каналам в перегородках и боковых стенках камер. В качестве топлива применяется природный газ и мазут.

На первоначальной стадии нагрева происходит размягчение электродов, что может привести к их деформации под действием собственного веса. Для предотвращения деформации обжиг проводят в пересыпке, состоящей из прока пенного кокса крупностью 1—5 мм. Пересыпку засыпают на подину камер, в пространство между электродами и стенками кассет, а также сверху на электроды. В ряде случаев применяют графитированные электроды, например в качестве катодов в электролизерах для электролитического рафинирования алюминия.

Такие электроды получают из угольных электродов путем их нагрева до температуры порядка 2500 °С. При нагреве до такой температуры так называемый “аморфный” углерод превращается в кристаллический графит. Присутствующие в электроде минеральные примеси образуют карбиды, которые при высокой температуре диссоциируют, при этом кремнии, железо и другие металлы удаляются в парообразном состоянии. В результате графитирования в 4—5 раз снижается электрическое сопротивление электродов, в 8—10 раз уменьшается содержание в них золы, возрастает пористость и истинная плотность н уменьшается механическая прочность Графитирование осуществляют в электрических печах сопротивления, в которых рабочим сопротивлением являются сами графитированные электроды.

Cилу тока при графитировании изменяют от нескольких тысяч ампер в начале процесса до 20 000 А и даже выше в конце графитации. Полная продолжительность графитирования, включая процессы загрузки и разгрузки, составляет примерно 180 ч. 3. КПВО (карта пошагового выполнения операции) 3.1