عملية إنتاج قطب الجرافيت

قطب الجرافيت عبارة عن مادة موصلة من الجرافيت مقاومة للحرارة العالية ويتم إنتاجها عن طريق العجن البترولي وفحم الكوك كركام وقار الفحم كمواد رابطة، والتي يتم إنتاجها من خلال سلسلة من العمليات مثل العجن والقولبة والتحميص والتشريب والجرافيت والمعالجة الميكانيكية. مادة.

يعد قطب الجرافيت مادة موصلة مهمة لدرجة الحرارة العالية لصناعة الصلب الكهربائية. يتم استخدام قطب الجرافيت لإدخال الطاقة الكهربائية إلى الفرن الكهربائي، ويتم استخدام درجة الحرارة المرتفعة الناتجة عن القوس بين نهاية القطب والشحنة كمصدر حرارة لإذابة الشحنة لصناعة الفولاذ. تستخدم أفران الخام الأخرى التي تصهر مواد مثل الفسفور الأصفر والسيليكون الصناعي والمواد الكاشطة أيضًا أقطاب الجرافيت كمواد موصلة. كما تستخدم الخصائص الفيزيائية والكيميائية الممتازة والخاصة لأقطاب الجرافيت على نطاق واسع في القطاعات الصناعية الأخرى.
المواد الخام لإنتاج أقطاب الجرافيت هي فحم الكوك البترولي وفحم الكوك الإبري وزفت قطران الفحم.

فحم الكوك هو منتج صلب قابل للاشتعال يتم الحصول عليه عن طريق فحم الكوك وبقايا البترول. اللون أسود ومسامي، والعنصر الرئيسي هو الكربون، ومحتوى الرماد منخفض جدًا، بشكل عام أقل من 0.5%. ينتمي فحم الكوك البترولي إلى فئة الكربون سهل الجرافيت. لفحم الكوك مجموعة واسعة من الاستخدامات في الصناعات الكيميائية والمعدنية. إنها المادة الخام الرئيسية لإنتاج منتجات الجرافيت الاصطناعي ومنتجات الكربون للألمنيوم الكهربائي.

يمكن تقسيم فحم الكوك البترولي إلى نوعين: فحم الكوك الخام وفحم الكوك المكلس حسب درجة حرارة المعالجة الحرارية. يحتوي فحم الكوك البترولي السابق الذي تم الحصول عليه عن طريق فحم الكوك المتأخر على كمية كبيرة من المواد المتطايرة، والقوة الميكانيكية منخفضة. يتم الحصول على فحم الكوك المكلس عن طريق تكليس فحم الكوك الخام. تنتج معظم المصافي في الصين فحم الكوك فقط، وتتم عمليات التكليس في الغالب في مصانع الكربون.

يمكن تقسيم فحم الكوك البترولي إلى فحم الكوك عالي الكبريت (يحتوي على أكثر من 1.5% كبريت)، وفحم الكوك المتوسط ​​(يحتوي على 0.5%-1.5% كبريت)، وفحم الكوك منخفض الكبريت (يحتوي على أقل من 0.5% كبريت). يتم إنتاج أقطاب الجرافيت ومنتجات الجرافيت الاصطناعية الأخرى بشكل عام باستخدام فحم الكوك منخفض الكبريت.

فحم الكوك هو نوع من فحم الكوك عالي الجودة ذو نسيج ليفي واضح ومعامل تمدد حراري منخفض جدًا وسهولة في الجرافيت. عندما يتم كسر فحم الكوك، يمكن تقسيمه إلى شرائح رفيعة وفقًا للنسيج (نسبة العرض إلى الارتفاع بشكل عام أعلى من 1.75). يمكن ملاحظة البنية الليفية متباينة الخواص تحت المجهر المستقطب، ولذلك يشار إليها باسم فحم الكوك.

إن تباين الخواص الفيزيائية والميكانيكية لفحم الكوك واضح للغاية. لديها الموصلية الكهربائية والحرارية جيدة بالتوازي مع اتجاه المحور الطويل للجسيم، ومعامل التمدد الحراري منخفض. عند قولبة البثق، يتم ترتيب المحور الطويل لمعظم الجزيئات في اتجاه البثق. ولذلك، فإن فحم الكوك هو المادة الخام الرئيسية لتصنيع أقطاب الجرافيت عالية الطاقة أو فائقة الطاقة. يتميز قطب الجرافيت المنتج بمقاومة منخفضة ومعامل تمدد حراري صغير ومقاومة جيدة للصدمات الحرارية.

ينقسم فحم الكوك الإبري إلى فحم الكوك المعتمد على الزيت والذي يتم إنتاجه من بقايا البترول وفحم الكوك المعتمد على الفحم والذي يتم إنتاجه من المواد الخام المكررة لطبقة الفحم.

قطران الفحم هو أحد المنتجات الرئيسية للمعالجة العميقة لقطران الفحم. وهو عبارة عن خليط من الهيدروكربونات المختلفة، لونه أسود عند درجة حرارة عالية، شبه صلب أو صلب عند درجة حرارة عالية، ليس له نقطة انصهار ثابتة، يلين بعد التسخين ثم يذوب، بكثافة 1.25-1.35 جم/سم3. وفقًا لنقطة التليين، يتم تقسيمها إلى أسفلت ذو درجة حرارة منخفضة ودرجة حرارة متوسطة ودرجة حرارة عالية. يبلغ إنتاج الأسفلت ذو درجة الحرارة المتوسطة 54-56٪ من قطران الفحم. إن تكوين قطران الفحم معقد للغاية، ويرتبط بخصائص قطران الفحم ومحتوى الذرات غير المتجانسة، ويتأثر أيضًا بنظام معالجة فحم الكوك وظروف معالجة قطران الفحم. هناك العديد من المؤشرات لوصف طبقة قطران الفحم، مثل نقطة تليين البيتومين، والمواد غير القابلة للذوبان في التولوين (TI)، والمواد غير القابلة للذوبان في الكينولين (QI)، وقيم فحم الكوك، وريولوجيا طبقة الفحم.

يستخدم قطران الفحم كمادة رابطة ومشربة في صناعة الكربون، وأدائه له تأثير كبير على عملية الإنتاج وجودة المنتج لمنتجات الكربون. يستخدم الأسفلت الرابط بشكل عام أسفلت معدل بدرجة حرارة متوسطة أو متوسطة الحرارة له نقطة تليين معتدلة، وقيمة فحم عالية، وراتنج β عالي. عامل التشريب عبارة عن أسفلت متوسط ​​الحرارة له نقطة تليين منخفضة وQI منخفض وخصائص ريولوجية جيدة.

الصورة التالية توضح عملية إنتاج قطب الجرافيت في مؤسسة الكربون.
التكليس: تتم معالجة المادة الخام الكربونية بالحرارة عند درجة حرارة عالية لتفريغ الرطوبة والمواد المتطايرة الموجودة فيها، وتسمى عملية الإنتاج المقابلة لتحسين أداء الطهي الأصلي بالتكليس. بشكل عام، يتم تكليس المواد الخام الكربونية باستخدام الغاز والمواد المتطايرة الخاصة به كمصدر للحرارة، وتكون درجة الحرارة القصوى 1250-1350 درجة مئوية.

يحدث التكليس تغييرات عميقة في البنية والخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد الخام الكربونية، خاصة في تحسين الكثافة والقوة الميكانيكية والتوصيل الكهربائي لفحم الكوك، وتحسين الاستقرار الكيميائي ومقاومة الأكسدة لفحم الكوك، ووضع الأساس للعملية اللاحقة. .

تشتمل المعدات المكلسة بشكل أساسي على فرن التكليس بالخزان، والفرن الدوار، والمكلس الكهربائي. مؤشر مراقبة الجودة للتكليس هو أن الكثافة الحقيقية لفحم الكوك البترولي لا تقل عن 2.07 جم / سم 3، والمقاومة لا تزيد عن 550 ميكرومتر، والكثافة الحقيقية لفحم الكوك الإبري لا تقل عن 2.12 جم / سم 3، و المقاومة لا تزيد عن 500μΩ.m.
سحق المواد الخام والمكونات

قبل الخلط، يجب سحق وطحن وغربلة فحم الكوك البترولي المكلس السائب وفحم الكوك الإبري.

يتم تنفيذ التكسير المتوسط ​​عادة عن طريق معدات التكسير بحوالي 50 مم من خلال كسارة فكية، وكسارة مطرقة، وكسارة لفة وما شابه ذلك لمزيد من سحق المواد ذات الحجم 0.5-20 مم المطلوبة للتجميع.

الطحن هو عملية طحن مادة كربونية إلى جسيمات مسحوقية صغيرة يبلغ حجمها 0.15 مم أو أقل وحجم جسيمات يبلغ 0.075 مم أو أقل عن طريق مطحنة دائرية من النوع المعلق (مطحنة ريموند)، أو مطحنة كروية، أو ما شابه ذلك .

الغربلة هي عملية يتم فيها تقسيم مجموعة واسعة من المواد بعد سحقها إلى عدة نطاقات من أحجام الجسيمات مع نطاق ضيق من الأحجام من خلال سلسلة من المناخل ذات الفتحات الموحدة. يتطلب إنتاج القطب الكهربائي الحالي عادةً 4-5 كريات و1-2 درجة مسحوق.

المكونات هي عمليات الإنتاج لحساب ووزن وتركيز الركام المختلفة من الركام والمساحيق والمواد الرابطة وفقا لمتطلبات الصياغة. تعد الملاءمة العلمية للتركيبة واستقرار عملية الخلط من أهم العوامل التي تؤثر على مؤشر الجودة وأداء المنتج.

تحتاج الصيغة إلى تحديد 5 جوانب:
1اختر نوع المواد الخام؛
2 تحديد نسبة الأنواع المختلفة من المواد الخام؛
3 تحديد تكوين حجم الجسيمات من المواد الخام الصلبة؛
4 تحديد كمية الموثق.
5 تحديد نوع وكمية المواد المضافة.

العجن: خلط وقياس حبيبات ومساحيق الكربون ذات أحجام الجسيمات المختلفة مع كمية معينة من المادة الرابطة عند درجة حرارة معينة، وعجن عجينة اللدونة في عملية تسمى العجن.

عملية العجن: الخلط الجاف (20-35 دقيقة) الخلط الرطب (40-55 دقيقة)

دور العجن:
1 عند الخلط الجاف، يتم خلط المواد الخام المختلفة بشكل موحد، ويتم خلط المواد الكربونية الصلبة ذات أحجام الجسيمات المختلفة بشكل موحد ومليئة لتحسين ضغط الخليط؛
2 بعد إضافة قطران الفحم، يتم خلط المادة الجافة والأسفلت بشكل موحد. يقوم الأسفلت السائل بتغليف وترطيب سطح الحبيبات بشكل موحد لتكوين طبقة من طبقة الترابط الإسفلتية، وتترابط جميع المواد مع بعضها البعض لتشكل مسحة بلاستيكية متجانسة. يفضي إلى صب.
تخترق 3 أجزاء من قطران الفحم المساحة الداخلية للمادة الكربونية، مما يزيد من كثافة العجينة وتماسكها.

القولبة: يشير قولبة مادة الكربون إلى عملية التشوه اللدن لمعجون الكربون العجن تحت القوة الخارجية التي تطبقها معدات القولبة لتشكيل جسم أخضر (أو منتج خام) له شكل وحجم وكثافة وقوة معينة. عملية.

أنواع القوالب والمعدات والمنتجات المنتجة:
طريقة صب
المعدات المشتركة
المنتجات الرئيسية
صب
الصحافة الهيدروليكية العمودية
الكربون الكهربائي، الجرافيت ذو البنية الدقيقة منخفض الجودة
ضغط
الطارد الهيدروليكي الأفقي
برغي الطارد
قطب الجرافيت، القطب المربع
صب الاهتزاز
آلة صب الاهتزاز
طوب الكربون الألومنيوم، طوب الكربون الفرن العالي
الضغط متساوي الاستاتيك
آلة صب متوازنة
الجرافيت متباين الخواص، الجرافيت متباين الخواص

عملية الضغط
1 مادة باردة: مادة تبريد القرص، مادة تبريد الأسطوانة، مواد تبريد الخلط والعجن، إلخ.
قم بتفريغ المواد المتطايرة، وخفضها إلى درجة حرارة مناسبة (90-120 درجة مئوية) لزيادة الالتصاق، بحيث تكون كتلة المعجون موحدة لمدة 20-30 دقيقة.
2 التحميل: اضغط على حاجز الرفع —– قطع 2-3 مرات —-ضغط 4-10 ميجا باسكال
3 الضغط المسبق: الضغط 20-25 ميجا باسكال، الوقت 3-5 دقائق، أثناء التنظيف بالمكنسة الكهربائية
4 البثق: اضغط لأسفل على الحاجز - قذف 5-15 ميجا باسكال - قطع - في حوض التبريد

المعلمات التقنية للبثق: نسبة الضغط، درجة حرارة غرفة الضغط والفوهة، درجة حرارة التبريد، وقت ضغط التحميل المسبق، ضغط البثق، سرعة البثق، درجة حرارة ماء التبريد

فحص الجسم الأخضر: الكثافة الظاهرية، استغلال المظهر، التحليل

التكليس: هي عملية يتم فيها تعبئة الجسم الأخضر لمنتج الكربون في فرن تسخين مصمم خصيصًا تحت حماية الحشو لإجراء معالجة حرارية عالية الحرارة لتفحيم طبقة الفحم في الجسم الأخضر. يعمل فحم الكوك القار المتكون بعد كربنة قار الفحم على تقوية الركام الكربوني وجزيئات المسحوق معًا، ويتمتع منتج الكربون المكلس بقوة ميكانيكية عالية، ومقاومة كهربائية منخفضة، واستقرار حراري جيد واستقرار كيميائي. .

يعد التكليس إحدى العمليات الرئيسية في إنتاج منتجات الكربون، وهو أيضًا جزء مهم من عمليات المعالجة الحرارية الثلاث الرئيسية لإنتاج قطب الجرافيت. دورة إنتاج التكليس طويلة (22-30 يومًا للخبز، 5-20 يومًا للأفران لخبزتين)، واستهلاك أعلى للطاقة. تؤثر جودة التحميص الأخضر على جودة المنتج النهائي وتكلفة الإنتاج.

يتم فحم طبقة الفحم الأخضر في الجسم الأخضر أثناء عملية التحميص، ويتم تفريغ حوالي 10% من المواد المتطايرة، ويتم إنتاج الحجم بنسبة 2-3% من الانكماش، وفقدان الكتلة هو 8-10%. كما تغيرت الخصائص الفيزيائية والكيميائية لخليط الكربون بشكل كبير. انخفضت المسامية من 1.70 جم/سم3 إلى 1.60 جم/سم3 وانخفضت المقاومة من 10000 ميكروأوم·م إلى 40-50 ميكروأوم·م بسبب زيادة المسامية. كانت القوة الميكانيكية للبليت المكلس كبيرة أيضًا. للتحسين.

الخبز الثانوي عبارة عن عملية يتم فيها غمر المنتج المكلس ثم تكليسه لتفحم القار المغمور في مسام المنتج المكلس. الأقطاب الكهربائية التي تتطلب كثافة ظاهرية أعلى (جميع الأصناف باستثناء RP) وفراغات المفاصل مطلوبة أن تكون ثنائية التحميص، كما تخضع الفراغات المشتركة أيضًا إلى ثلاثة غمس وأربعة خبز أو ثنائي الغمس وثلاثة خبز.

نوع الفرن الرئيسي للمحمصة:
التشغيل المستمر —- الفرن الدائري (مع غطاء، بدون غطاء)، فرن النفق
التشغيل المتقطع —- الفرن العكسي، المحمصة تحت الأرضية، المحمصة الصندوقية

منحنى التكلس ودرجة الحرارة القصوى:
تحميص لمرة واحدة —-320، 360، 422، 480 ساعة، 1250 درجة مئوية
التحميص الثانوي —-125، 240، 280 ساعة، 700-800 درجة مئوية

فحص المنتجات المخبوزة: فحص المظهر، المقاومة الكهربائية، الكثافة الظاهرية، قوة الضغط، تحليل البنية الداخلية

التشريب هو عملية يتم فيها وضع مادة الكربون في وعاء الضغط ويتم غمر طبقة التشريب السائلة في مسام القطب الكهربائي للمنتج تحت ظروف درجة حرارة وضغط معينة. والغرض من ذلك هو تقليل مسامية المنتج، وزيادة الكثافة الظاهرية والقوة الميكانيكية للمنتج، وتحسين التوصيل الكهربائي والحراري للمنتج.

عملية التشريب والمعايير الفنية ذات الصلة هي: تحميص البليت – تنظيف السطح – التسخين المسبق (260-380 درجة مئوية، 6-10 ساعات) – تحميل خزان التشريب – التنظيف بالمكنسة الكهربائية (8-9 كيلو باسكال، 40-50 دقيقة) – حقن البيتومين (180 -200 درجة مئوية) – الضغط (1.2-1.5 ميجا باسكال، 3-4 ساعات) – العودة إلى الأسفلت – التبريد (داخل أو خارج الخزان)

فحص المنتجات المشربة: معدل زيادة الوزن أثناء التشريب G=(W2-W1)/W1×100%
معدل زيادة الوزن بالغمس ≥14%
معدل زيادة وزن المنتج المشرب الثانوي ≥ 9%
معدل زيادة الوزن في ثلاثة منتجات غمس ≥ 5%

يشير الرسم البياني إلى عملية معالجة حرارية عالية الحرارة يتم فيها تسخين منتج الكربون إلى درجة حرارة 2300 درجة مئوية أو أكثر في وسط وقائي في فرن كهربائي عالي الحرارة لتحويل الكربون ذو البنية غير المتبلورة إلى كربون مرتب ثلاثي الأبعاد هيكل الكريستال الجرافيت.

الغرض وتأثير الجرافيت:
1 تحسين الموصلية والتوصيل الحراري لمادة الكربون (يتم تقليل المقاومة بمقدار 4-5 مرات، ويتم زيادة التوصيل الحراري بحوالي 10 مرات)؛
2 تحسين مقاومة الصدمات الحرارية والثبات الكيميائي لمادة الكربون (انخفاض معامل التمدد الخطي بنسبة 50-80٪)؛
3 لجعل مادة الكربون مداهنة ومقاومة للتآكل.
4 شوائب العادم، تعمل على تحسين نقاء مادة الكربون (يتم تقليل محتوى الرماد للمنتج من 0.5-0.8% إلى حوالي 0.3%).

تحقيق عملية الجرافيت:

يتم إجراء عملية جرافيت مادة الكربون عند درجة حرارة عالية تتراوح بين 2300-3000 درجة مئوية، لذلك لا يمكن تحقيق ذلك إلا عن طريق التسخين الكهربائي في الصناعة، أي أن التيار يمر مباشرة عبر المنتج المكلس الساخن، ويتم شحن المنتج المكلس يتم توليد التيار الكهربائي في الفرن عند درجة حرارة عالية. الموصل هو مرة أخرى جسم يتم تسخينه إلى درجة حرارة عالية.

تشمل الأفران المستخدمة حاليًا على نطاق واسع أفران أتشيسون للجرافيت وأفران سلسلة الحرارة الداخلية (LWG). الأول لديه خرج كبير، وفرق كبير في درجة الحرارة، واستهلاك عالي للطاقة. هذا الأخير لديه وقت تسخين قصير، واستهلاك منخفض للطاقة، ومقاومة كهربائية موحدة، وغير مناسب للتركيب.

يتم التحكم في عملية الجرافيت عن طريق قياس منحنى الطاقة الكهربائية المناسب لحالة ارتفاع درجة الحرارة. وقت إمداد الطاقة هو 50-80 ساعة لفرن Acheson و9-15 ساعة لفرن LWG.

استهلاك الطاقة للجرافيت كبير جدًا، بشكل عام 3200-4800KWh، وتمثل تكلفة العملية حوالي 20-35% من إجمالي تكلفة الإنتاج.

فحص المنتجات الجرافيتية: فحص المظهر، اختبار المقاومة

التصنيع: الغرض من المعالجة الميكانيكية لمواد الجرافيت الكربوني هو تحقيق الحجم والشكل والدقة المطلوبة، وما إلى ذلك عن طريق القطع لجعل جسم القطب الكهربائي والمفاصل وفقًا لمتطلبات الاستخدام.

تنقسم معالجة قطب الجرافيت إلى عمليتين معالجة مستقلتين: جسم القطب والمفاصل.

تتضمن معالجة الجسم ثلاث خطوات من الوجه المسطح الممل والخشن والدائرة الخارجية والوجه المسطح وخيط الطحن. يمكن تقسيم معالجة الوصلة المخروطية إلى 6 عمليات: القطع، الوجه النهائي المسطح، الوجه المخروطي للسيارة، خيط الطحن، مسمار الحفر والشق.

اتصال مفاصل القطب الكهربائي: اتصال مشترك مخروطي (ثلاثة أبازيم ومشبك واحد)، اتصال مفصل أسطواني، اتصال نتوء (اتصال ذكر وأنثى)

التحكم في دقة المعالجة: انحراف استدقاق الخيط، درجة الخيط، انحراف القطر الكبير للمفصل (الثقب)، محورية ثقب المفصل، عمودي ثقب المفصل، تسطيح وجه نهاية القطب الكهربائي، انحراف المفصل بأربع نقاط. تحقق باستخدام مقاييس الحلقة الخاصة ومقاييس اللوحة.

فحص الأقطاب الكهربائية النهائية: الدقة، الوزن، الطول، القطر، الكثافة الظاهرية، المقاومة، تفاوت ما قبل التجميع، إلخ.