С. А. Храменко, канд. техн. наук

ООО «РУСАЛ-ИТЦ» (Красноярск, Россия)

С. А. Зыков, менеджер, Semen.Zykov@rusal.com

ООО «ОК РУСАЛ Анодная фабрика» (Старый Акульшет, Россия)

Е. А. Старцев, генеральный директор

Предварительно обожженные углеродные аноды формируются из прокаленного нефтяного кокса 85 и 15 % каменноугольного пека-связующего. Структура и свойства обожженных анодов формируются в процессе дробления кокса и формирования грансостава коксовой шихты. Форма, размер частиц и пористость нефтяного кокса определяют высокую насыпную плотность коксовой шихты. Смешение такой шихты с расплавленным каменноугольным пеком позволяет получить оптимальную анодную массу для прессования «зеленых анодов». Показатели качества обожженных анодов нелинейно зависят от содержания связующего пека. Количество и качество пека во многом определяют технологические параметры смешения в анодной массе для качественной пропитки пористости кокса. «Зеленые» аноды обжигают в камерных печах в течение 24–28 сут с постепенным подъемом температуры до 1100–1150 °С. В статье для оптимизации состава обожженных анодов изучали влияние технологических факторов на пропитку кокса каменноугольным пеком при смешении. На основании результатов полного факторного эксперимента получен набор значений степени пропитки коксовой шихты в зависимости от содержания пека, температуры и времени смешения. При интерпретации результатов испытаний физико-химических свойств обожженных анодов использовали степень пропитки в качестве независимой переменной. Расход обожженных анодов является существенной затратной частью в себестоимости производства алюминия. Основной неэлектролитический расход углерода происходит в результате селективного окисления высокореакционного кокса связующего по реакции Будуара. Количество пека и технологические параметры смешения должны быть оптимизированы с точки зрения содержания пека в анодной массе и пропитки пористости кокса. В лабораторных условиях исследовано влияние на свойства обожженных анодов технологических факторов: температуры, времени смешения и содержания пека на степень пропитки пористости кокса. Для оценки степени пропитки кокса использовали метод виброобъемной плотности. Учитывая многофакторность процесса смачивания, в работе использовали методы планирования эксперимента для оценки влияния содержания пека и условий смешения на степень пропитки.

1. Халс К. Л. Производство анодов. Первое издание / пер. с англ. ; под ред. проф. П. В. Полякова. – Красноярск : Изд-во: ООО «Классик центр», 2004. – 452 с.
2. Cannova F., Davidson M., Sadler B. Influence of particle shape and porosity on the bulk density of anode grade petroleum coke // Light Metals. 2020. DOI: 10.1007/978-3-030-36408-3_180
3. Childs H., Davidson M., Sadler B. Influence of crusher type and particle shape on the bulk density of blended shaft and hearth calcined anode grade petroleum Coke // Light Metals. 2023. P. 1101–1105.
4. Jahrsengene G., Farmahini Farahani M., Linga H., Svensson A.-M. Optical and electrochemical characterisation of carbon anodes with varying porosity and coke quality // Light Metals. 2022. P. 843–850.
5. Gupta S., Mahajan S., Gupta A., Tathavadkar V. Method for calcined petroleum coke evaluation to improve the anode quality // Light Metals. 2023. P. 1000–1095.
6. Rausch B., Chmelar J., Linga H. et al. Interaction between anode aggregate and binder in the sessile drop wetting test // Light Metals. 2018. P. 1289–1296.
7. Bernabé Q., Belbachir S., Bouché C. et al. How to appreciate the coal tar pitch impregnation on coke material? // Light Metals. 2019. P. 1195–1203.
8. Бузунов В. Ю., Зыков С. А., Храменко С. А. Разработка метода оценки степени пропитки анодной массы каменноугольным пеком // Цветные металлы. 2018. № 11. С. 51–55.
9. Винарский М. С., Лурье М. В. Планирование эксперимента в технологических исследованиях. – Киев : Техника, 1975. – 187с.
10. ГОСТ 9950–83. Пек каменноугольный. Методы определения температуры размягчения. – Введ. 01.07.1984.
11. ГОСТ 7847–73. Пек каменноугольный. Метод определения массовой доли веществ, нерастворимых в толуоле. – Введ. 01.01.1975
12. ГОСТ 10200–83. Пек каменноугольный электродный. Технические условия. – Введ. 01.01.1985
13. ASTM D4402. Standard test method for viscosity determination of asphalt at elevated temperatures using a rotational viscometer ; Accepted: 15 March 2017 ; Published : 18 March 2017.
14. ГОСТ 9951–73. Пек каменноугольный. Метод определения выхода летучих веществ. – Введ. 01.01.1975.
15. ГОСТ Р ИСО 6998–2017. Материалы углеродные для производства алюминия. Пек для электродов. Определение коксового числа. – Введ. 01.08.2018
16. ГОСТ Р ИСО 21687–2014. Материалы углеродные для производства алюминия. Твердые материалы. Определение действительной плотности методом газовой пикнометрии (объемный анализ) с применением гелия в качестве газа для анализа. – Введ. 01.07.2015
17. ГОСТ Р ИСО 10236–2016. Материалы углеродные для производства алюминия. Сырой и прокаленный кокс для электродов. Определение насыпной плотности после виброуплотнения. – Введ. 01.07.2017.
18. Chevarin F., Ishak R., Ziegler D., Fafard M., Alamdari H. Evolution of anode porosity under air oxidation: the unveiling of the active pore size // Metals. 2017. Vol. 7, Iss. 101. DOI: 10.3390/met7030101
19. ГОСТ Р ИСО 18515–2014. Материалы углеродные для производства алюминия. Катодные блоки и обожженные аноды. Определение предела прочности на сжатие. – Введ. 01.07.2015.
20. ГОСТ Р ИСО 11713–2014. Материалы углеродистые для производства алюминия. Катодные блоки и обожженные аноды. Определение удельного сопротивления при температуре окружающей среды. – Введ. 01.07.2015.
21. ГОСТ Р ИСО 12899-1–2017. Материалы углеродистые для производства алюминия. Обожженные аноды. Определение реакционной способности с диоксидом углерода. Часть 1. Метод потери массы. – Введ. 01.08.2018.
22. Фиалков А. С. Углеграфитовые материалы. – М. : Энергия, 1979. – 320 с.
23. Meier M., Perruchoud R., Wyss J. Bench mark prebaked anode production with russian raw materials // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2016. Vol. 9, Iss. 5. P. 731–743.
24. Buhler U., Perruchoud R. Dynamic process optimization // Light Metals. 1995. P. 707–714.
25. Fischer W., Perruchoud R. Anodes for the Aluminum Industry. – Switzerland : R&D Carbon Ltd. Publication, 1995. P. 169–181.
26. Amara B., Kocaefe D., Kocaefe Y., Côté J. Replacement of coke with biocoke: effect of biocoke production temperature on anode quality // Light Metals. The Minerals, Metals & Materials Series. 2023. DOI: 10.1007/978-3-031-22532-1_146
27. Янко Э. А. Аноды алюминиевых электролизеров. – М. : Издательский дом «Руда и Металлы», 2001. – 672 с.