Науглероживатель из антрацита с высоким содержанием углерода

Если честно, до сих пор встречаю заблуждение, что любой антрацит сгодится для науглероживания. На деле даже в Тайси — основном месторождении — есть пласты, где зольность скачет до 8%, а это уже критично для выплавки особых марок стали. Наш науглероживатель из антрацита изначально проектировался под задачи, где стандартный кокс не справляется — например, при производстве электродов для дуговых печей.

Геология как фундамент качества

Когда в 2023 году ООО Нинся Наньбо Промышленность и Торговля закладывало производство в Чунган, инженеры полгода изучали разрезы Хэланьского хребта. Недостаточно просто взять антрацит — нужно понимать, из какого горизонта вести добычу. Верхние пласты часто имеют трещиноватость, которая увеличивает газопроницаемость, но снижает механическую прочность гранул.

На участке, где сейчас работает наше предприятие, глубина залегания оптимального пласта — 280 метров. Здесь антрацит имеет характерный раковистый излом и металлический блеск, что коррелирует с содержанием углерода выше 92%. Кстати, именно эта особенность позволила нам снизить добавку связующих при брикетировании.

Помню, в ноябре 2023 пробовали брать сырье с соседнего разреза — визуально почти неотличимо, но при прокалке выше 1200°С началось спекание с увеличением зольности на 1.8%. Пришлось возвращаться к первоначальному карьеру, хотя логистика вышла дороже на 12%.

Технологические нюансы подготовки шихты

Дробление — кажется простейшей операцией, но здесь кроется первый подводный камень. Щековые дробилки дают много мелочи фракции 0-3 мм, которая потом выгорает в печи без реального вклада в науглероживание. Перешли на валковые с регулируемым зазором — выход целевой фракции 3-10 мм вырос с 68% до 84%.

Сушку многие недооценивают, а ведь остаточная влажность всего 2% уже приводит к комкованию в бункере-накопителе. На линии поставили барабанную сушилку с тремя зонами температур — в первой зоне держим 80°С, чтобы не пошли трещины в гранулах, в финальной — 140°С.

Самое сложное — калибровка соотношения фракций. Мелкая фракция (0.5-3 мм) нужна для быстрого старта реакции, крупная (5-10 мм) — для пролонгированного эффекта. После серии тестов в лаборатории Нинся остановились на пропорции 40/60, хотя для некоторых сплавов типа 38ХН3МФА пришлось разрабатывать отдельный регламент.

Проблемы обжига в муфельных печах

Изначально использовали стандартный цикл обжига — 3 часа при 1100°С, но столкнулись с неравномерностью карбонизации по объему реторты. В центре загрузки фиксировали недожог с сохранением летучих до 4%, тогда как по краям происходило переуглероживание поверхности.

Пришлось модернизировать систему отвода летучих — добавили зональную вытяжку с регулировкой разрежения. Сейчас цикл выглядит так: нагрев до 600°С с выдержкой 45 минут для удаления смол, затем резкий подъем до 1250°С с подачей азота в рабочую камеру.

Кстати, о азоте — его чистота должна быть не менее 99.99%, иначе на поверхности гранул образуются нитриды, которые потом мешают диффузии углерода в сталь. Закупаем газ у того же поставщика, что работает с металлургическим комбинатом в Шицзуйшане.

Контроль качества на каждом переходе

Входной контроль — не просто формальность. Каждую партию антрацита проверяем на содержание серы (должно быть <0.3%) и фосфора (<0.02%). Была история, когда из-за партии с серой 0.45% клиент в Челябинске получил брак поковок — пришлось компенсировать убытки.

Раз в смену берем пробы после дробилки — смотрим не только на фракционный состав, но и на форму частиц. Остроугольные гранулы лучше спекаются, но создают проблемы с сыпучестью в автоматических питателях.

Готовый науглероживатель из антрацита тестируем по методике, приближенной к реальным условиям: загружаем в экспериментальную печь с шамотным тиглем, плавим 45Г сталь и смотрим на кинетику усвоения углерода. Критерий — не менее 92% усвоения за 20 минут плавки.

Логистика и хранение — неочевидные сложности

На открытых площадках наш продукт теряет до 0.7% углерода за месяц из-за поверхностного окисления. Пришлось строить крытый склад с системой аэрации — поддерживаем влажность ниже 15%, температуру в диапазоне 5-25°С.

Для отгрузки используем только биг-бэги с трехслойным полипропиленом — обычные мешки рвутся при перевалке в портах. Особенно проблемным был участок доставки в Находку, где груз проходит до 4 перевалок.

Сейчас ведем переговоры о поставках на завод в Липецке — для них критична стабильность насыпной плотности (должна быть 850-900 кг/м3), поэтому дорабатываем систему уплотнения в упаковке.

Перспективы и ограничения технологии

Пытались экспериментировать с добавками графита — теоретически это должно ускорять науглероживание. На практике получили неравномерную структуру в отливках, плюс себестоимость выросла на 23%. Вернулись к чистой формуле.

Интересный кейс был с казахстанским производителем ферросплавов — они использовали наш науглероживатель из антрацита для восстановления хрома из руды. Оказалось, что для их процессов нужна более высокая газопроницаемость — пришлось разрабатывать специальный формат гранул с пористостью 28%.

Сейчас изучаем возможность использования отсевов обогащения — есть идея прессовать их с каменноугольной смолой. Пробная партия показала неплохие результаты, но пока не выходим на промышленные объемы из-за сложностей с очисткой газов при обжиге.