Top.Mail.Ru
Технологии

Как выплавляют сталь и при чем здесь «хвойная» нефть

Слушать аудиоверсию 05:28
Екатерина Жданова

Автор

Екатерина Жданова

Опубликовано

11 декабря 2023

Опубликовано

11 декабря 2023

Металлургия зародилась за тысячи лет до нашей эры, древние египтяне умели делать украшения из сплава золота и серебра, а оружие — из метеоритной стали. На протяжении веков технологии совершенствовались: металлурги искали оптимальную конструкцию печи и придумывали, чем лучше ее разогревать. В качестве топлива использовали древесину, уголь, мазут, газ, но, как оказалось, лучше всего плавить сталь электрическим током. В современных электродуговых печах используют полутораметровые электроды из игольчатого кокса — это богатый углеродом твердый материал, получаемый при переработке нефти. «Энергия+» разобралась, как его производят.

Иголки жидкого кристалла

Свое название игольчатый кокс получил благодаря необычной структуре, напоминающей спрессованные иголки. Особое строение наделяет материал необычными свойствами: он хорошо проводит электричество и тепло только в заданном направлении — вдоль своих иголок. Это делает игольчатый кокс востребованным в металлургии: из него производят графитированные электроды для высоконагруженных сталеплавильных печей. Они выдерживают температуру свыше 4000 градусов, отличаются высокой электропроводностью и механической прочностью.

Игольчатый кокс нужен не только для графитированных электродов. Это незаменимый материал для производства литий-ионных аккумуляторов.

Сырьем для игольчатого кокса служит смесь жидких углеводородов, внешне напоминающая растительное масло, — тяжелый газойль. Он остается после переработки тяжелых фракций нефти методом каталитического крекинга, в процессе которого большие и тяжелые молекулы под воздействием температуры и катализаторов распадаются.

Макроснимок игольчатого кокса

В тяжелом газойле много ароматических углеводородов. При коксовании (нагреве без доступа воздуха), прежде чем превратиться в твердый материал, они образуют жидкокристаллическую структуру. Именно в таком состоянии у кокса вырастают иголки.

Очистить, но только от серы

В составе тяжелого газойля есть сера — нежеланный компонент, который может снизить качество металла при выплавке, уменьшить прочность и электропроводность электрода.

Для удаления серы разработали технологию гидроочистки газойля. В стандартном варианте она удаляет серу и ароматические соединения, но при производстве игольчатого кокса необходимо удалить только серу. В результате избирательной гидроочистки содержание серы в газойле снижается в несколько раз, а ценные углеводородные структуры сохраняются.

Без кислорода при 450 градусах

Для получения игольчатого кокса используют установки замедленного коксования. Объем каждой камеры — около 450 кубических метров, как у стандартного плавательного бассейна. Внутри давление до 4 атмосфер и нет кислорода. Например, на Омском нефтеперерабатывающем заводе четыре камеры, из них две поочередно заняты в производстве. Нагретые газы остывающих камер подогревают две работающие, повышая энергоэффективность технологии.

В процессе коксования сырье при температуре 450–500 градусов поступает в камеру. Из него выделяются углеводородные газы, а остатки тяжелых нефтепродуктов, которые не успели превратиться в кокс, возвращаются на повторный цикл коксования: этот прием увеличивает выход и качество кокса.

Установка замедленного коксования Омского нефтеперерабатывающего завода

Готовый кокс охлаждают, извлекают из камер, прокаливают и отправляют на предприятие по производству графитированных электродов. Там его измельчают до частиц нужного размера и пропитывают пеком — густой и тяжелой углеводородной жидкостью, образующейся при переработке угля или нефти. Такая пропитка позволяет при обжиге «запечатать» пустоты между частичками кокса, чтобы сделать его прочнее и однороднее. Благодаря пропитке кокс можно прессовать в изделия нужной формы.

Пропитка делает кокс более устойчивым к высоким температурам, улучшает его электропроводность и прочность. Напоследок материал для электродов графитируют при температуре более 2300 градусов.

9 шагов для получения графитированных электродов

  • Гидроочистка газойля от серы.
  • Транспортировка в камеры установок замедленного коксования.
  • Нагрев до 450 градусов.
  • Запуск и поддержание процесса коксования (24–32 часа).
  • Охлаждение камеры.
  • Выгрузка застывшего кокса, его отделение от стенок при помощи бура с гидравлическим приводом.
  • Сушка, измельчение и пропитка.
  • Графитирование при температуре более 2300 градусов.
  • Прессование до нужного размера.

В результате получаются графитированные электроды, способные работать внутри сверхмощных сталеплавильных печей. За счет низкого удельного сопротивления (8–13 микроом на метр) они могут отдавать электричество с меньшими потерями, а благодаря пониженному содержанию золы — оставаться прочными и оставлять чистой сталь.

89
Haha
Haha
42
26
Love
Love
42
59
73
Читайте также
Макет флота ГРП на Петербургском газовом форуме
  • Картинка

«Электрический флот»: новое слово в энергетике или дань моде?

3 мин. чтения
Винт турбины
  • Картинка

Частицы металла покрыли керамической корочкой, чтобы создать жаростойкий порошок для 3D-печати

3 мин. чтения
Энергоша наблюдает за переработкой отходов в нефтепродукты
  • Картинка

Как пластиковые бутылки, картофельные очистки и фритюрное масло превращают в топливо и электричество

3 мин. чтения
Ограненные алмазы в жидкости
  • Картинка

Из графита и воды создали алмазную жидкость, которая эффективно преобразует свет в тепло

3 мин. чтения
Каменская ветроэлектростанция в Ростовской области
  • Картинка

Забайкальский край и Ростовская область стали лидерами по использованию энергии солнца и ветра

3 мин. чтения
ГЭС «Возрождение» в Эфиопии
  • Картинка

На притоке Нила открыли самую большую гидроэлектростанцию Африки

3 мин. чтения
Специалист работает за ноутбуком рядом с плотиной ГЭС
  • Картинка

Ученые придумали, как обследовать плотины ГЭС с помощью волн

3 мин. чтения
Мужчина достает смартфон из кармана
  • Картинка

В Китае изобрели «электрорезину», которая поможет зарядить смартфон от тепла тела и пламени костра

3 мин. чтения
Вид на Восточно-Мессояхское месторождение — самый северный материковый нефтепромысел России
  • Картинка

Новые нефтяные регионы, «трудный» газ и дальневосточный атом: главное с Восточного экономического форума

3 мин. чтения
Солнечная электростанция Омского нефтеперерабатывающего завода
  • Картинка

В Москве разработали круглосуточную солнечную электростанцию

3 мин. чтения
X 1