Бажин Владимир Юрьевич, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой металлургии
199106, г. Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., 2, Россия
Vladimir Yu. Bazhin, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Metallurgy Department
21 line 2, Vasilievsky Island, Saint Petersburg, 199106, Russia
Крылов Кирилл Андреевич, аспирант
199106, г. Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., 2, Россия
Kirill A. Krylov, Postgraduate Student
21 line 2, Vasilievsky Island, Saint Petersburg 199106, Russia
Шариков Феликс Юрьевич, д.т.н., главный научный сотрудник
199106, г. Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., 2, Россия
Felix Yu. Sharikov, Dr. Sci. (Eng.), Leading Chief Researcher
21 line 2, Vasilievsky Island, Saint Petersburg 199106, Russia
Цель – разработка технологии получения электродной массы из игольчатого кокса при термофизическом воздействии в контуре экструдера для получения углеграфитовых электродов с заданной структурой и свойствами для руднотермических печей. Для изучения свойств и составов электродных масс и электродов применялись порошковая рентгеновская дифрактометрия, электронная микроскопия, инфракрасная спектроскопия, калориметрия. Для оценки поведения электродов при нагреве в расплаве использовались методы математического и статистического анализа. Обработка данных выполнялась с использованием стандартных программных пакетов MSOffice. Эксперименты с углеграфитовыми материалами проводились в калориметрической лаборатории на базе Научного центра «Проблемы переработки минеральных и техногенных ресурсов» и кафедры металлургии Санкт-Петербургского горного университета с использованием разработанного и запатентованного прототипа экструдера. Определены и научно обоснованы условия и технологические параметры процесса обработки электродных масс (скорости экструзии и потока электродной массы, давление, скорость нагрева в заданном интервале температур для получения устойчивых структурных показателей электрода). Предлагаемый авторами способ термофизической постобработки электродной массы через специальный экструдер в интервале температур 550–620°С и давлении на матрицу 60–80 МПа обеспечивает получение равномерно направленной структуры игольчатого кокса со средней толщиной игл 12–20 нм и длиной игольчатых фаз 5–10 мм, что подтверждается данными рентгеноструктурного анализа. Проведены испытания образцов электродов в расплаве печи в интервале температур 1500–1700°С. Полученные результаты подтверждают устойчивые показатели коэффициента термического расширения (0,3 · 10-6°С-1), удельного электросопротивления (4,5–6,0 мкОм·м), что проявляется в снижении сублимации электрода, низких потерях общей массы на торце электрода, уменьшении степени окисления и количества разрушений его боковой поверхности. При полученной структуре электродов обеспечиваются устойчивые показатели тепло- и электропроводности наряду с высокими значениями теплоемкости, не уступающими показателям электродов и электродных масс импортного производства.
The aim was to develop a procedure for obtaining an electrode paste of needle coke in case of thermophysical action in the extruder circuit to produce graphitized carbon electrodes with the required structure and properties for thermal furnaces. To study the properties and composition of electrode pastes and electrodes, X-ray powder diffraction, electron microscopy, infrared spectroscopy, and calorimetry analysis were used. To evaluate the electrode behavior upon its heating in a melt, mathematical and statistical analysis was used. The data were processed using standard MS Office programs. Experiments with graphitized carbon materials were conducted in a calorimetric laboratory at the Scientific Center for Problems of Processing Mineral and Man-Made Resources, Department of Metallurgy, Saint Petersburg Mining University (Russia), using a developed proprietary prototype of the extruder. The conditions and technological parameters for processing electrode pastes were defined and substantiated (rate of extrusion and electrode paste flow, pressure, and heating rate within the defined temperature range to achieve stable structural indicators of electrodes). According to XRD data, the proposed method of thermophysical processing of an electrode paste via a special extruder within 550–620°C and a die pressure of 60–80 MPa provides an evenly directed structure of needle coke with an average needle thickness of 12–20 nm and a length of needle phases of 5–10 mm. The behavior of electrode samples was examined in the furnace melt within 1500–1700°C. The obtained stable levels of the thermal-expansion coefficient (0.3·10-6 °C-1) and specific electrical resistance (4.5–6.0 μmOhm·m) were manifested in reduced electrode sublimation, low losses of overall weight at the electrode end, decreased oxidation, and reduced damage on its side. The proposed electrode structure ensures stable heat and electrical conductivity, as well as high heat capacity, which levels are equivalent to those of imported electrodes and electrode pastes.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.