Игольчатый кокс – ключевое сырье для производства графитированных электродов марки UHP, применяемых в электросталеплавлении для передачи в высокомощные электродуговые печи электричества и создания температуры, достаточной для расплавления лома и производства стали.

Кокс – это твердый углеродистый материал, получаемый из нефти (нефтяной кокс) или смолистого угля (пековый кокс). В зависимости от физических и химических характеристик выделяют следующие виды кокса: игольчатый кокс (нефтяной и пековый), рядовой кокс (нефтяной и пековый), топливный кокс (нефтяной). Для производства графитированных электродов используется только игольчатый и рядовой кокс.

Игольчатый кокс – высокоструктурированный углеродный продукт (зерна металлического цвета) с низким содержанием металлов и серы, имеющие крупные вытянутые в одном направлении эллиптические взаимосвязанные поры. Он характеризуется высокой плотностью, электропроводностью, ярко выраженной текстурированностью и низким температурным коэффициентом расширения. Чем более совершенна структура игольчатого кокса, тем выше термопрочностные и электрические свойства изготовляемых на его основе графитированных электродов.

Основными техническими характеристиками нефтяного игольчатого кокса являются:

высокая бальность (> 5,5) низкое содержание золы (< 0,4%) высокая действительная плотность (> 2,12 гр/см3) низкое содержание серы (< 0,5%) низкое содержание азота (< 0,54%) отсутствие летучих веществ (низкое содержание обмасливающего продукта (< 0,5%)) низкий коэффициент термического расширения (< 2,7×10-6)

Рядовой кокс (как нефтяной, так и пековый) используется для производства графитированных электродов малого диаметра для маломощных и мощных электродуговых печей (марки HP и RP) и в производстве анодов для алюминиевой отрасли. Рядовой кокс существенно отличается от игольчатого кокса по своим качественным показателям.

*/коксы прошли термообработку при 1400 0С

**/коксы прошли термообработку при 2800 0С

Из-за низкой действительной плотности, высокого коэффициента теплового расширения, высокой зольности и значительного содержания серы, рядовой кокс не может использоваться для производства графитированных электродов марки UHP. Однако с целью снижения производственных расходов и объемов использования игольчатого кокса для производства графитированных электродов больших диаметров, рядовой кокс может смешиваться с игольчатым коксом в разных пропорциях, что ведет к ухудшению качества графитированных электродов марки UHP. По мнению экспертов, конечный продукт смешения игольчатого и рядового кокса более нельзя относить к марке UHP, поэтому некоторые производители электродов относят подобный продукт к марке SHP. Таким образом, рядовой кокс не является взаимозаменяемым игольчатому коксу.

Игольчатый нефтяной кокс и игольчатый пековый кокс имеют сходные характеристики. Однако в связи с повышенным содержанием серы и азота в пековом игольчатом коксе, пековый игольчатый кокс не является полноценным заменителем нефтяному игольчатому коксу по следующим причинам:

1) В отличие от нефтяного игольчатого кокса, игольчатый кокс из каменноугольного пека содержит значительное количество азота (от 0,5% до 1,0%), что чрезвычайно вредно для производства графитированной продукции. Удаление азота при высоких температурах в процессе прокаливания и далее в процессе графитации электродов приводит к нарушению процесса формирования кристаллической графитированной структуры кокса, снижению тепло – и электропроводности готовой электродной продукции, а иногда и к браку электродов – вспучиванию и трещинам.

Во избежание вспучивания электродов необходимо увеличивать продолжительность процесса графитации способом Кастнера ориентировочно на 50-60%, что приводит к росту удельного расхода электроэнергии примерно на 400-600 КВт/ч, снижению производительности секции прямого нагрева и росту себестоимости.

 1) Наилучшим сырьем для производства игольчатого кокса является побочный продукт нефтепереработки – нефтяные крекинг-остатки (далее – КО). Количественный выход КО не превышает 1% от объема переработанной нефти (то есть при переработке 100 тыс. баррелей нефти в день, производство КО составит менее 1 тыс. баррелей в день). Качество КО зависит от марки перерабатываемой нефти и особенностей производства КО.

Для производства игольчатого кокса премиум класса требуется исходное сырье с очень низким содержанием серы. Для того, чтобы получить крекинг-остатки с содержанием серы менее 0,5% в сырье, подаваемом на установку замедленного коксования (далее – УЗК), в которой производится игольчатый кокс, содержание серы не должно превышать 0,3% и, соответственно, содержание серы в сырой нефти должно быть не более 0,25 весового процента (весовой процент серы в российской нефти марки Urals – 1,32, а марки Siberian Light – 0,57). Таким образом, только самые лучшие мировые сорта нефти с низким содержанием серы подходят для производства крекинг-остатков пригодных для производства игольчатого кокса. Для производства КО с низким содержанием серы из нефти с высоким содержанием серы (как в российских сортах) могут быть использованы дополнительные методы обработки продукции, например предварительное обессеривание (десульфуризация и гидроочистка), требующие установки дополнительного оборудования. В связи с тем, что производство КО является побочным для нефтепереработки, следует признать, что НПЗ не заинтересованы в установке дополнительного обрудования или модернизации существующего с целью повышения качества КО.

2) Процесс производства нефтяного игольчатого кокса с использованием нефтяных КО в качестве сырья является технологически сложным, требующим разработки уникальных методов обработки сырья и производственного процесса для каждого предприятия, что влечет за собой значительные временные и материальные затраты. Существующие технологии, необходимые для производства высококачественного игольчатого кокса являются собственностью компаний-производителей, охраняются и недоступны на рынке.

Источник: pandia.ru