Графитният електрод е устойчив на висока температура графитен проводящ материал, произведен от петролно смесване, игловат кокс като агрегат и въглищен битум като свързващо вещество, които се произвеждат чрез серия от процеси като месене, формоване, печене, импрегниране, графитизация и механична обработка. материал.
Графитният електрод е важен високотемпературен проводим материал за производството на електрическа стомана. Графитният електрод се използва за въвеждане на електрическа енергия в електрическата пещ, а високата температура, генерирана от дъгата между края на електрода и заряда, се използва като източник на топлина за стопяване на заряда за производство на стомана. Други пещи за руда, които топят материали като жълт фосфор, индустриален силиций и абразиви, също използват графитни електроди като проводими материали. Отличните и специални физични и химични свойства на графитните електроди се използват широко и в други индустриални сектори.
Суровините за производството на графитни електроди са петролен кокс, иглен кокс и каменовъглен катран.
Петролният кокс е запалим твърд продукт, получен чрез коксуване на остатъци от въглища и нефтена смола. Цветът е черен и порест, основният елемент е въглерод, а съдържанието на пепел е много ниско, обикновено под 0,5%. Петролният кокс принадлежи към класа на лесно графитизирания въглерод. Петролният кокс има широк спектър от приложения в химическата и металургичната промишленост. Това е основната суровина за производството на изкуствени графитни продукти и въглеродни продукти за електролитен алуминий.
Нефтеният кокс може да бъде разделен на два вида: суров кокс и калциниран кокс според температурата на топлинна обработка. Бившият нефтен кокс, получен чрез забавено коксуване, съдържа голямо количество летливи вещества и механичната якост е ниска. Калцинираният кокс се получава чрез калциниране на суров кокс. Повечето рафинерии в Китай произвеждат само кокс, а операциите по калциниране се извършват предимно в инсталации за въглерод.
Петролният кокс може да бъде разделен на кокс с високо съдържание на сяра (съдържащ повече от 1,5% сяра), кокс със средно съдържание на сяра (съдържащ 0,5%-1,5% сяра) и кокс с ниско съдържание на сяра (съдържащ по-малко от 0,5% сяра). Производството на графитни електроди и други продукти от изкуствен графит обикновено се произвежда с кокс с ниско съдържание на сяра.
Игленият кокс е вид висококачествен кокс с очевидна влакнеста текстура, много нисък коефициент на термично разширение и лесна графитизация. Когато коксът е счупен, той може да бъде разделен на тънки ленти според текстурата (пропорцията обикновено е над 1,75). Анизотропна влакнеста структура може да се наблюдава под поляризационен микроскоп и поради това се нарича игловиден кокс.
Анизотропията на физико-механичните свойства на игления кокс е много очевидна. Той има добра електрическа и топлопроводимост, успоредна на посоката на дългата ос на частицата, и коефициентът на топлинно разширение е нисък. При екструзионно формоване дългата ос на повечето частици е разположена в посоката на екструзия. Следователно игленият кокс е основната суровина за производството на високомощни или свръхмощни графитни електроди. Произведеният графитен електрод има ниско съпротивление, малък коефициент на топлинно разширение и добра устойчивост на термичен удар.
Иглестият кокс се разделя на иглист кокс на основата на петрол, произведен от петролни остатъци, и иглест кокс на базата на въглища, произведен от рафинирани суровини от въглищен катран.
Въглищният катран е един от основните продукти на дълбоката обработка на каменовъглен катран. Това е смес от различни въглеводороди, черни при висока температура, полутвърди или твърди при висока температура, без фиксирана точка на топене, омекотени след нагряване и след това разтопени, с плътност 1,25-1,35 g/cm3. Според точката на омекване се разделя на нискотемпературен, среднотемпературен и високотемпературен асфалт. Среднотемпературният добив на асфалт е 54-56% въглищен катран. Съставът на въглищния катран е изключително сложен, което е свързано със свойствата на въглищния катран и съдържанието на хетероатоми, а също така се влияе от системата за коксуване и условията на обработка на въглищния катран. Има много показатели за характеризиране на каменовъглен катран, като точка на омекване на битума, неразтворими в толуен (TI), неразтворими в хинолин (QI), стойности на коксуване и реология на въглищен катран.
Въглищният катран се използва като свързващо вещество и импрегнант във въглеродната промишленост и неговата ефективност оказва голямо влияние върху производствения процес и качеството на продуктите от въглерод. Свързващият асфалт обикновено използва среднотемпературен или среднотемпературен модифициран асфалт с умерена точка на омекване, висока стойност на коксуване и високо съдържание на β смола. Импрегниращият агент е среднотемпературен асфалт с ниска точка на омекване, нисък QI и добри реологични свойства.
Следващата снимка показва производствения процес на графитен електрод в въглеродно предприятие.
Калциниране: Въглеродната суровина се обработва топлинно при висока температура, за да се отделят влагата и летливите вещества, съдържащи се в нея, а производственият процес, съответстващ на подобряването на първоначалните характеристики на готвене, се нарича калциниране. Обикновено въглеродната суровина се калцинира чрез използване на газ и собствени летливи като източник на топлина, а максималната температура е 1250-1350 °C.
Калцинирането прави дълбоки промени в структурата и физикохимичните свойства на въглеродните суровини, главно в подобряването на плътността, механичната якост и електрическата проводимост на кокса, подобряването на химическата стабилност и устойчивостта на окисляване на кокса, поставяйки основата за последващия процес. .
Калцинираното оборудване включва главно резервоар за калциниране, въртяща се пещ и електрически калцинатор. Индексът за контрол на качеството на калцинирането е, че истинската плътност на нефтения кокс е не по-малка от 2,07g/cm3, съпротивлението не е повече от 550μΩ.m, истинската плътност на игления кокс е не по-малко от 2,12g/cm3, а съпротивлението не е повече от 500μΩ.m.
Раздробяване на суровини и съставки
Преди дозирането насипният калциниран нефтен кокс и игленият кокс трябва да бъдат натрошени, смлени и пресети.
Средното раздробяване обикновено се извършва чрез оборудване за раздробяване от около 50 mm през челюстна трошачка, чукова трошачка, валцова трошачка и други подобни за допълнително раздробяване на материала с размер 0,5-20 mm, необходим за дозирането.
Смилането е процес на смилане на въглероден материал до прахообразна малка частица от 0,15 mm или по-малко и размер на частицата от 0,075 mm или по-малко с помощта на пръстеновидна ролкова мелница от тип суспензия (мелница Raymond), топкова мелница или други подобни .
Пресяването е процес, при който широк набор от материали след раздробяване се разделя на няколко диапазона на размера на частиците с тесен диапазон от размери през серия от сита с еднакви отвори. Текущото производство на електроди обикновено изисква 4-5 пелети и 1-2 степени на прах.
Съставките са производствените процеси за изчисляване, претегляне и фокусиране на различните агрегати от инертни материали и прахове и свързващи вещества според изискванията на формулата. Научната пригодност на формулировката и стабилността на операцията за дозиране са сред най-важните фактори, влияещи върху индекса на качеството и ефективността на продукта.
Формулата трябва да определи 5 аспекта:
1 Изберете вида на суровините;
2 определя съотношението на различните видове суровини;
3 определяне на гранулометричния състав на твърдия суров материал;
4 определя количеството на свързващото вещество;
5 Определете вида и количеството на добавките.
Омесване: Смесване и количествено определяне на въглеродни гранули и прахове с различен размер на частиците с определено количество свързващо вещество при определена температура и омесване на пластичната паста в процес, наречен месене.
Процес на месене: сухо смесване (20-35 минути) мокро смесване (40-55 минути)
Ролята на месенето:
1 При сухо смесване различните суровини се смесват равномерно, а твърдите въглеродни материали с различни размери на частиците се смесват равномерно и се пълнят, за да се подобри компактността на сместа;
2 След добавяне на каменовъглен катран, сухият материал и асфалтът се смесват равномерно. Течният асфалт равномерно покрива и намокря повърхността на гранулите, за да образува слой от асфалтов свързващ слой и всички материали се свързват един с друг, за да образуват хомогенна пластмасова намазка. Благоприятства формоването;
3 части каменовъглен катран проникват във вътрешното пространство на въглеродния материал, като допълнително увеличават плътността и кохезията на пастата.
Формоване: Формоването на въглероден материал се отнася до процеса на пластично деформиране на омесената въглеродна паста под външната сила, приложена от оборудването за формоване, за да се образува окончателно зелено тяло (или суров продукт) с определена форма, размер, плътност и здравина. процес.
Видове формоване, оборудване и произведени продукти:
Метод на формоване
Общо оборудване
основни продукти
Формоване
Вертикална хидравлична преса
Електровъглен, нискокачествен графит с фина структура
Стиснете
Хоризонтален хидравличен екструдер
Шнеков екструдер
Графитен електрод, квадратен електрод
Вибрационно формоване
Машина за формоване на вибрации
Алуминиева въглеродна тухла, въглеродна тухла за доменна пещ
Изостатично пресоване
Изостатична формовъчна машина
Изотропен графит, анизотропен графит
Операция на изцеждане
1 хладен материал: охлаждащ материал за диск, охлаждащ материал за цилиндър, охлаждащи материали за смесване и месене и др.
Изхвърлете летливите вещества, намалете до подходяща температура (90-120 ° C), за да увеличите адхезията, така че плътността на пастата да е еднаква за 20-30 минути
2 Натоварване: преграда за повдигане на пресата —– 2-3 пъти рязане—-4-10MPa уплътняване
3 предварително налягане: налягане 20-25MPa, време 3-5 минути, докато се вакуумира
4 екструзия: натиснете надолу преградата —5-15MPa екструзия — изрежете — в охладителната мивка
Технически параметри на екструзията: съотношение на компресия, пресова камера и температура на дюзата, температура на охлаждане, време за налягане при предварително натоварване, налягане на екструзия, скорост на екструзия, температура на охлаждащата вода
Проверка на зелено тяло: насипна плътност, подслушване на външен вид, анализ
Калциниране: Това е процес, при който зеленото тяло на въглеродния продукт се пълни в специално проектирана нагревателна пещ под защитата на пълнителя, за да се извърши високотемпературна термична обработка за карбонизиране на въглищната смола в суровото тяло. Битумният кокс, образуван след карбонизацията на въглищния битум, втвърдява заедно въглеродния агрегат и прахообразните частици, а калцинираният въглероден продукт има висока механична якост, ниско електрическо съпротивление, добра термична стабилност и химическа стабилност. .
Калцинирането е един от основните процеси в производството на въглеродни продукти и също е важна част от трите основни процеса на топлинна обработка при производството на графитни електроди. Производственият цикъл на калциниране е дълъг (22-30 дни за печене, 5-20 дни за пещи за 2 печения) и по-висока консумация на енергия. Качеството на печенето на зелено оказва влияние върху качеството на крайния продукт и производствените разходи.
Зелената въглищна смола в зеленото тяло се коксува по време на процеса на печене и около 10% от летливата материя се изхвърля, а обемът се произвежда от 2-3% свиване, а загубата на маса е 8-10%. Физическите и химичните свойства на въглеродната заготовка също се промениха значително. Порьозността намаля от 1,70 g/cm3 до 1,60 g/cm3, а съпротивлението намаля от 10000 μΩ·m до 40-50 μΩ·m поради увеличаването на порьозността. Механичната якост на калцинираната заготовка също беше голяма. За подобряване.
Вторичното изпичане е процес, при който калцинираният продукт се потапя и след това се калцинира, за да се карбонизира смолата, потопена в порите на калцинирания продукт. Електродите, които изискват по-висока насипна плътност (всички разновидности с изключение на RP) и заготовките за фуги трябва да бъдат изпечени двойно, а заготовките за фуги също се подлагат на три потапяния с четири изпичане или две потапяния с три изпичане.
Основен тип пещ за печене:
Непрекъсната работа—-рингова пещ (с капак, без капак), тунелна пещ
Прекъсната работа—-обратна пещ, подово печене, кутия за печене
Крива на калциниране и максимална температура:
Еднократно печене—320, 360, 422, 480 часа, 1250 °C
Вторично печене—-125, 240, 280 часа, 700-800 °C
Проверка на печени продукти: потупване на външен вид, електрическо съпротивление, насипна плътност, якост на натиск, анализ на вътрешната структура
Импрегнирането е процес, при който въглероден материал се поставя в съд под налягане и течната импрегнираща смола се потапя в порите на продуктовия електрод при определени условия на температура и налягане. Целта е да се намали порьозността на продукта, да се увеличи обемната плътност и механичната якост на продукта и да се подобри електрическата и топлопроводимостта на продукта.
Процесът на импрегниране и свързаните с него технически параметри са: печене на заготовка – почистване на повърхността – предварително загряване (260-380 °C, 6-10 часа) – зареждане на резервоара за импрегниране – вакуумиране (8-9KPa, 40-50 минути) – Инжектиране на битум (180 -200 °C) – херметизиране (1,2-1,5 MPa, 3-4 часа) – Връщане към асфалта – Охлаждане (вътре или извън резервоара)
Проверка на импрегнирани продукти: степен на увеличаване на теглото при импрегниране G=(W2-W1)/W1×100%
Скорост на наддаване на тегло при едно потапяне ≥14%
Скорост на увеличаване на теглото на вторично импрегнирания продукт ≥ 9%
Степен на увеличаване на теглото на три продукти за потапяне ≥ 5%
Графитизацията се отнася до процес на високотемпературна топлинна обработка, при който въглероден продукт се нагрява до температура от 2300 °C или повече в защитна среда във високотемпературна електрическа пещ, за да се преобразува аморфна слоеста структура въглерод в триизмерно подреден кристална структура на графит.
Целта и ефектът от графитизацията:
1 подобряване на проводимостта и топлопроводимостта на въглеродния материал (съпротивлението се намалява с 4-5 пъти, а топлопроводимостта се увеличава с около 10 пъти);
2 подобряване на устойчивостта на термичен удар и химическата стабилност на въглеродния материал (коефициентът на линейно разширение намален с 50-80%);
3, за да направи въглеродния материал смазващ материал и устойчивост на абразия;
4 Изпускателни примеси, подобряват чистотата на въглеродния материал (съдържанието на пепел в продукта е намалено от 0,5-0,8% до около 0,3%).
Реализация на процеса на графитизация:
Графитизацията на въглероден материал се извършва при висока температура от 2300-3000 °C, така че може да се осъществи само чрез електрическо нагряване в промишлеността, тоест токът преминава директно през нагрятия калциниран продукт и калцинираният продукт се зарежда в пещта се генерира от електрически ток при висока температура. Проводникът отново е предмет, който се нагрява до висока температура.
Широко използваните понастоящем пещи включват пещи за графитизация на Acheson и пещи с вътрешна топлинна каскада (LWG). Първият има голяма мощност, голяма температурна разлика и висока консумация на енергия. Последният има кратко време за нагряване, ниска консумация на енергия, равномерно електрическо съпротивление и не е подходящ за монтаж.
Контролът на процеса на графитизация се контролира чрез измерване на кривата на електрическата мощност, която е подходяща за условията на повишаване на температурата. Времето за захранване е 50-80 часа за пещта Acheson и 9-15 часа за пещта LWG.
Консумацията на енергия при графитизацията е много голяма, обикновено 3200-4800KWh, а разходите за процеса представляват около 20-35% от общите производствени разходи.
Проверка на графитизирани продукти: външен вид, тест за съпротивление
Механична обработка: Целта на механичната обработка на въглеродно-графитни материали е да се постигне необходимия размер, форма, прецизност и т.н. чрез рязане, за да се направи тялото на електрода и ставите в съответствие с изискванията за употреба.
Обработката на графитен електрод е разделена на два независими процеса на обработка: тяло на електрод и съединение.
Обработката на тялото включва три стъпки на пробиване и грапава плоска челна повърхност, външен кръг и плоска челна повърхност и резба за фрезоване. Обработката на коничното съединение може да бъде разделена на 6 процеса: рязане, плоска челна повърхност, лице на конус на автомобила, резба за фрезоване, пробиване на болт и шлицоване.
Свързване на електродни съединения: конусовидна връзка (три катарами и една катарама), цилиндрична връзка, бум връзка (мъжка и женска връзка)
Контрол на точността на обработка: отклонение на конуса на резбата, стъпка на резбата, отклонение на голям диаметър на съединението (отвора), коаксиалност на отвора на съединението, вертикалност на отвора на съединението, плоскост на челната повърхност на електрода, четириточково отклонение на съединението. Проверете със специални пръстеновидни и пластинчати габарити.
Проверка на готови електроди: точност, тегло, дължина, диаметър, обемна плътност, съпротивление, толеранс преди сглобяване и др.
Време на публикуване: 31 октомври 2019 г