Технологии

Как выплавляют сталь и при чем здесь «хвойная» нефть

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.

84
Haha
Haha
42
26
Love
Love
41
57
65