Графитовая блок

Когда говорят про графитовые блоки, многие сразу представляют себе нечто вроде увеличенного карандашного стержня — и вот тут начинаются первые заблуждения. На деле же это сложные изделия с точно выверенными физико-химическими характеристиками, где даже 2-3% отклонения по зольности могут привести к сокращению срока службы электролизёра на треть. В ООО Шаньси Санли Углерод мы прошли несколько итераций, прежде чем поняли, что стандартные рецептуры не всегда работают в условиях уральских заводов.

Технологические нюансы производства

Если брать наш опыт на https://www.sanli-carbon.ru, то главной проблемой оказалась не сама рецептура, а температурные режимы графитации. При кажущейся простоте процесса — загрузил шихту, прокалил — есть десяток параметров, которые не прописаны в ГОСТах. Например, скорость нагрева выше 50°C/час в диапазоне 800-1200°C провоцирует расслоение структуры. Это мы выяснили, когда партия блоков для Краснотурьинска пошла трещинами вдоль оси.

Сейчас используем модифицированную схему с тремя точками стабилизации температуры. Не идеально — удорожает процесс на 7-8%, но даёт стабильное качество. Кстати, именно тогда мы стали разделять блоки на марки не по плотности, а по комплексу характеристик: термическая стойкость + электропроводность + сопротивление окислению.

Особенность наших графитовых блоков — применение каменноугольного пека с определённым содержанием квиноленовых смол. Это дало прирост по стойкости к термическим ударам, хотя сначала были проблемы с газовыделением при прокалке. Пришлось пересмотреть систему отвода летучих в печах — добавили зону дожига в верхней части.

Практика внедрения на алюминиевых заводах

В 2021 году поставили пробную партию на один из заводов РУСАЛа. Технологи там сначала скептически смотрели на наши замеры по электропроводности — показывали на 12% выше стандартных образцов. Оказалось, дело в ориентации зёрен графита при прессовании. Мы тогда специально делали графитовые блоки с радиальной и тангенциальной схемой уплотнения — разница в эксплуатации составила почти 4000 часов.

Интересный момент: при монтаже катодных блоков на Богословском алюминиевом заводе выявили зависимость между влажностью в цехе и временем прогрева футеровки. Наши блоки с повышенной открытой пористостью (18-22%) показали себя лучше при высокой влажности, хоть по теории должны были быстрее разрушаться. Видимо, сработал эффект постепенного высвобождения паров влаги при запуске.

Сейчас рекомендуем клиентам при монтаже учитывать не только паспортные характеристики, но и условия конкретного цеха. Например, для заводов с повышенной запылённостью лучше идёт вариант с пропиткой борсодержащими составами — меньше реакция с фтористыми солями.

Эволюция требований к катодным блокам

Лет пять назад главным критерием была максимальная плотность. Сейчас пришли к пониманию, что важнее баланс характеристик. Наши катодные углеродные блоки для электролиза алюминия последней серии имеют преднамеренно созданную градиентную структуру — более плотную у рабочей поверхности и пористую в контактной зоне.

Коллеги из Китая сначала критиковали такой подход, пока не получили результаты по ресурсу. В электролизёрах с градиентными блоками межремонтный период увеличился на 14-17%. Правда, пришлось дорабатывать систему крепления боковых блоков — стандартные штыри не обеспечивали равномерного прилегания.

Сейчас экспериментируем с добавлением нанопористых углеродных волокон в состав массы. Пока дорого, но первые испытания показывают снижение энергопотребления на 2-3% за счёт улучшения токораспределения. Для крупного завода это миллионы рублей экономии в год.

Неочевидные проблемы качества

Самое сложное в производстве графитовых блоков — не достижение заданных параметров, а их стабильность от партии к партии. Даже при использовании одного и того же сырья из одного карьера есть колебания. Мы ведём статистику по 23 параметрам каждой партии, и заметили интересную корреляцию между содержанием ванадия в золе и скоростью коррозии в центральной зоне электролизёра.

Ещё один момент — транспортные повреждения. Казалось бы, упаковка стандартная, но при перевозке морским путём в контейнерах возникают микротрещины от вибрации. Пришлось разрабатывать многослойную амортизацию с датчиками удара. Теперь каждый блок имеет цифровой паспорт с данными о транспортировке.

Последнее время стали чаще сталкиваться с подделками — на рынке появились блоки с маркировкой, похожей на нашу. Пришлось вводить скрытые метки и QR-коды с зашифрованными параметрами производства. Клиенты могут проверить подлинность через наш сайт https://www.sanli-carbon.ru/verify

Перспективы развития продукции

Сейчас основной тренд — создание блочных систем полной готовности. Мы уже предлагаем не просто отдельные графитовые блоки, а комплекты с подобранными пастами и футеровочными материалами. Это снижает риски несовместимости материалов на объекте.

Из интересных разработок — блоки с каналами для принудительного охлаждения. Пока дорогое решение, но для электролизёров новой конструкции уже есть спрос. Испытания показали, что можно увеличить плотность тока на 8-10% без снижения ресурса.

Ещё одно направление — восстановление отработанных блоков. Разработали технологию регенерации поверхности с помощью карбидизации. Экономически выгодно при остаточной толщине блока более 40%. Уже внедрили на двух заводах — получается экономить до 30% на материалах при капитальном ремонте.

В целом, рынок графитовых блоков движется в сторону индивидуальных решений. Уже недостаточно иметь каталог стандартных размеров — каждый крупный завод хочет оптимизированные под его технологию изделия. Мы в ООО Шаньси Санли Углерод постепенно перестраиваем производство под этот тренд, хоть это и требует пересмотра многих технологических цепочек.