Графитовый производитель

Когда слышишь 'графитовый производитель', первое, что приходит в голову — гигантские печи и блестящие электроды. Но на деле всё начинается с трещин в катодных блоках после третьего месяца эксплуатации. Мы в ООО Шаньси Санли Углерод через это прошли, когда переходили с углеродных блоков на графитизированные версии. Многие до сих пор путают обычный катодный углерод и графитизированный материал, а разница в стойкости к тепловому удару — как между кирпичом и керамикой.

Сырьё и его подвохи

Раньше думали, что главное — чистота нефтяного кокса. Но в 2018 году партия с показателем 99,7% дала вспучивание в печах при 1200°C. Разобрались — дело было в микропримесях ванадия, которые не ловила стандартная спектрометрия. Пришлось вместе с поставщиком разрабатывать протокол выдержки температуры прокалки до 48 часов вместо обычных 24.

С антрацитом тоже не всё однозначно. Китайский даёт стабильную структуру, но вольфрамовые включения сказываются на электроэрозионной стойкости. Перешли на вьетнамский — и столкнулись с вариативностью зольности. Выход нашли в послойной загрузке шихты с прерывистым уплотнением.

Сейчас для катодных нижних блоков используем гибридную схему: 70% кальцинированного кокса, 30% термического антрацита. Но это для стандартных серий. Для рудных печей, где нужны графитовые стержни, идёт уже полностью графитизированная масса с добавкой кремний-карбидной пыли.

Технологические провалы и находки

В 2020 пробовали ускорить графитацию за счёт катализаторов — железо-никелевые добавки. Лабораторные тесты показывали сокращение цикла на 18%, но в промышленной печи получили расслоение структуры в угловых блоках. Пришлось срочно менять режим охлаждения для партии на 40 тонн.

А вот с катодными пастами удачный эксперимент был — ввели модифицированный каменноугольный пек с нафтеновыми маслами. Текучесть улучшилась, но пришлось пересматривать температуру нанесения. Сейчас для боковых углеродных блоков это стало стандартом.

Самое сложное — поймать момент перехода от спекания к графитации в электродах. Раз в квартал проводим разрушающий контроль срезов — смотрим на ориентацию кристаллов. Если угол расхождения больше 15° — брак. Но визуально это не определить, только под микроскопом после травления.

Оборудование, которое не по учебникам

Прессы с гидравлическим смещением плит — казалось бы, банальность. Но когда делаешь угловые блоки сложной конфигурации, выясняется, что стандартные решения не работают. Пришлось дорабатывать систему выдержки давления: не 3 минуты, как в спецификациях, а 7 с циклическим сбросом до 5 МПа.

Печи Ачесона — здесь главная проблема не температура, а градиент нагрева по высоте. Для графитовых электродов диаметром от 600 мм разница между верхом и низом может достигать 200°C. Решили установкой дополнительных токовводов по боковой поверхности, но это увеличило расход энергии на 12%.

Система рекуперации тепла после графитации — изначально считали нерентабельной. Потом подсчитали потери через отходящие газы и поставили теплообменники для подогрева сырья. Окупилось за 14 месяцев, хотя проектировщики обещали 28.

Контроль качества на грани паранойи

Каждый десятый блок из партии режем на образцы — не только на прочность, но и на анизотропию теплопроводности. Для алюминиевых электролизёров это критично: если разница по осям больше 22%, катодные блоки начинают 'играть' в ячейках.

С пастами сложнее — здесь проверяем не только вязкость, но и скорость газовыделения при нагреве. Разработали собственный метод с имитацией рабочего цикла в электролизёре. Обнаружили, что некоторые модификаторы дают пик выделения газов именно при 780°C — температуре запуска ячеек.

Для графитовых стержней горных печей ввели дополнительный тест на окисление в потоке воздуха при 650°C. Стандарт требует потерю не более 2% в час, но мы держимся на 0.8-1.2% за счёт пропитки фосфатами. Хотя это и удорожает процесс на 6%.

Логистика как часть технологии

Графитовые электроды длиной 2.4 метра — казалось бы, обычный груз. Но при перевозке морским контейнером обнаружили микротрещины от резонансных колебаний. Пришлось разрабатывать амортизирующие прокладки с переменной жёсткостью — сейчас это ноу-хау компании.

С катодными блоками для электролиза алюминия ещё сложнее — они гигроскопичны. Если влажность при хранении превышает 3%, при запуске печи идёт парообразование внутри материала. Решили вакуумной упаковкой в трёхслойную плёнку с силикагелем.

Для отгрузки в регионы с перепадами температур пришлось разработать систему климат-контроля в контейнерах. Самое сложное — графитовые стержни: при -25°C становятся хрупкими, а при +45°C начинается десорбция пропитки.

Что в итоге делает производителя

Не оборудование и даже не сырьё. Способность вовремя заметить, что катодный блок из новой партии ведёт себя не так при сверлении. Или что графитовый электрод при пробном пуске даёт аномальный износ контактных гнёзд.

Мы в ООО Шаньси Санли Углерод сейчас на 80% продукции используем собственную систему контроля на всех этапах. От прокалки кокса до упаковки. Но главное — сохранили гибкость: до сих пор раз в месяц собираемся с технологами и разбираем хотя бы один бракованный образец. Даже если партия прошла ОТК.

Последнее изменение в технологии — ввели ступенчатый отжиг для угловых углеродных блоков. Казалось бы, мелочь. Но ресурс в алюминиевых электролизёрах вырос на 11%. Именно из таких мелочей и складывается настоящий графитовый производитель.