Grafitna elektroda je grafitni provodljivi materijal otporan na visoke temperature proizveden naftnim gnječenjem, igličastim koksom kao agregatom i ugljenim bitumenom kao vezivom, koji se proizvode nizom procesa kao što su gnječenje, oblikovanje, prženje, impregnacija, grafitizacija i mehanička obrada. materijal.
Grafitna elektroda je važan visokotemperaturni provodljivi materijal za električnu proizvodnju čelika. Grafitna elektroda se koristi za unos električne energije u električnu peć, a visoka temperatura koju stvara luk između kraja elektrode i punjenja koristi se kao izvor topline za topljenje punjenja za proizvodnju čelika. Druge peći na rudu koje tope materijale kao što su žuti fosfor, industrijski silicijum i abrazivi takođe koriste grafitne elektrode kao provodljive materijale. Odlična i posebna fizička i kemijska svojstva grafitnih elektroda također se široko koriste u drugim industrijskim sektorima.
Sirovine za proizvodnju grafitnih elektroda su naftni koks, igličasti koks i smola od ugljenog katrana.
Naftni koks je zapaljivi čvrsti proizvod dobijen ostatkom koksnog uglja i naftne smole. Boja je crna i porozna, glavni element je ugljenik, a sadržaj pepela je vrlo nizak, uglavnom ispod 0,5%. Naftni koks spada u klasu lako grafitiziranog ugljika. Naftni koks ima široku primenu u hemijskoj i metalurškoj industriji. To je glavna sirovina za proizvodnju proizvoda od umjetnog grafita i proizvoda od ugljika za elektrolitički aluminij.
Naftni koks se može podijeliti u dvije vrste: sirovi koks i kalcinirani koks prema temperaturi toplinske obrade. Nekadašnji naftni koks dobijen odloženim koksom sadrži veliku količinu isparljivih materija, a mehanička čvrstoća je niska. Kalcinirani koks se dobija kalcinacijom sirovog koksa. Većina rafinerija u Kini proizvodi samo koks, a operacije kalcinacije se uglavnom izvode u postrojenjima za proizvodnju ugljenika.
Naftni koks se može podijeliti na koks sa visokim sadržajem sumpora (sadrži više od 1,5% sumpora), srednje sumporni koks (sadrži 0,5%-1,5% sumpora) i koks sa niskim sadržajem sumpora (sadrži manje od 0,5% sumpora). Proizvodnja grafitnih elektroda i drugih proizvoda od umjetnog grafita uglavnom se proizvodi korištenjem koksa s niskim sadržajem sumpora.
Igličasti koks je vrsta visokokvalitetnog koksa sa očitom vlaknastom teksturom, vrlo niskim koeficijentom toplinske ekspanzije i lakom grafitizacijom. Kada se koks razbije, može se podijeliti na tanke trake prema teksturi (omjer stranica je općenito iznad 1,75). Anizotropna vlaknasta struktura može se promatrati pod polarizacijskim mikroskopom, pa se stoga naziva igličastim koksom.
Anizotropija fizičko-mehaničkih svojstava igličastog koksa je vrlo očigledna. Ima dobru električnu i toplinsku provodljivost paralelno sa smjerom duge ose čestice, a koeficijent toplinskog širenja je nizak. Kod ekstruzionog oblikovanja, duga os većine čestica je raspoređena u smjeru ekstruzije. Stoga je igličasti koks ključna sirovina za proizvodnju grafitnih elektroda velike ili ultra-velike snage. Proizvedena grafitna elektroda ima nisku otpornost, mali koeficijent termičke ekspanzije i dobru otpornost na termički udar.
Igličasti koks se dijeli na igličasti koks na bazi ulja koji se proizvodi od naftnih ostataka i igličasti koks na bazi uglja proizveden od sirovina rafiniranog ugljenog smola.
Ugljeni katran je jedan od glavnih proizvoda dubinske prerade katrana ugljena. To je mješavina različitih ugljovodonika, crne na visokoj temperaturi, polučvrste ili čvrste na visokoj temperaturi, bez fiksne tačke topljenja, omekšane nakon zagrijavanja, a zatim otopljene, gustine 1,25-1,35 g/cm3. Prema tački omekšavanja, dijeli se na niskotemperaturni, srednjetemperaturni i visokotemperaturni asfalt. Prinos asfalta srednje temperature je 54-56% katrana ugljena. Sastav katrana uglja je izuzetno komplikovan, što je povezano sa svojstvima katrana ugljena i sadržajem heteroatoma, a na njega utiču i sistem procesa koksovanja i uslovi obrade ugljenog katrana. Postoje mnogi indikatori za karakterizaciju smole od katrana, kao što su tačka omekšavanja bitumena, nerastvorljivi u toluenu (TI), nerastvorljivi kinolin (QI), vrednosti koksovanja i reologija smole uglja.
Katran ugljena se koristi kao vezivo i impregnant u industriji ugljika, a njegov učinak ima veliki utjecaj na proces proizvodnje i kvalitetu proizvoda ugljičnih proizvoda. Vezivni asfalt općenito koristi srednjetemperaturni ili srednjetemperaturni modificirani asfalt koji ima umjerenu tačku omekšavanja, visoku vrijednost koksovanja i visoku β smolu. Impregnaciono sredstvo je asfalt srednje temperature sa niskom tačkom omekšavanja, niskim QI i dobrim reološkim svojstvima.
Sljedeća slika prikazuje proces proizvodnje grafitnih elektroda u karbonskom preduzeću.
Kalcinacija: Ugljična sirovina se termički obrađuje na visokoj temperaturi kako bi se oslobodila vlaga i hlapljive materije koje se nalaze u njoj, a proizvodni proces koji odgovara poboljšanju izvornog učinka kuhanja naziva se kalcinacija. Općenito, karbonska sirovina se kalcinira korištenjem plina i vlastitih isparljivih tvari kao izvora topline, a maksimalna temperatura je 1250-1350 °C.
Kalcinacija čini duboke promjene u strukturi i fizičko-hemijskim svojstvima ugljičnih sirovina, uglavnom u poboljšanju gustoće, mehaničke čvrstoće i električne provodljivosti koksa, poboljšanju kemijske stabilnosti i otpornosti na oksidaciju koksa, postavljajući temelje za kasniji proces. .
Kalcinirana oprema uglavnom uključuje rezervoar za kalciniranje, rotirajuću peć i električni kalciner. Indeks kontrole kvaliteta kalcinacije je da stvarna gustina petrolej koksa nije manja od 2,07 g/cm3, otpornost ne veća od 550μΩ.m, prava gustina igličastog koksa nije manja od 2,12g/cm3, a otpornost nije veća od 500μΩ.m.
Drobljenje sirovina i sastojci
Prije doziranja, kalcinirani naftni koks i igličasti koks u rasutom stanju moraju se usitniti, samljeti i prosijati.
Srednje drobljenje se obično izvodi pomoću opreme za drobljenje od oko 50 mm kroz čeljusnu drobilicu, čekićnu drobilicu, valjkastu drobilicu i slično kako bi se dodatno drobio materijal veličine 0,5-20 mm potreban za doziranje.
Mljevenje je proces mljevenja ugljičnog materijala do praškastih sitnih čestica od 0,15 mm ili manje i veličine čestica od 0,075 mm ili manje pomoću mlina s prstenastim valjcima (Raymond mlin), kugličnog mlina ili slično. .
Prosijavanje je proces u kojem se širok spektar materijala nakon drobljenja dijeli u nekoliko raspona veličine čestica sa uskim rasponom veličina kroz niz sita s ujednačenim otvorima. Trenutna proizvodnja elektroda obično zahtijeva 4-5 peleta i 1-2 razreda praha.
Sastojci su proizvodni procesi za izračunavanje, vaganje i fokusiranje različitih agregata agregata i prahova i veziva prema zahtjevima formulacije. Naučna prikladnost formulacije i stabilnost doziranja su među najvažnijim faktorima koji utiču na indeks kvaliteta i performanse proizvoda.
Formula treba da odredi 5 aspekata:
1Odaberite vrstu sirovina;
2 odrediti udio različitih vrsta sirovina;
3 određivanje sastava veličine čestica čvrste sirovine;
4 odrediti količinu veziva;
5 Odredite vrstu i količinu aditiva.
Gnječenje: miješanje i kvantifikacija različitih veličina čestica ugljenih granula i praha s određenom količinom veziva na određenoj temperaturi i gnječenje plastične paste u proces koji se zove gnječenje.
Proces gnječenja: suho miješanje (20-35 min) mokro miješanje (40-55 min)
Uloga gnječenja:
1 Prilikom suhog miješanja, različite sirovine se ravnomjerno miješaju, a čvrsti ugljični materijali različitih veličina čestica se ravnomjerno miješaju i pune kako bi se poboljšala kompaktnost smjese;
2 Nakon dodavanja smole kamenog uglja, suhi materijal i asfalt se ravnomerno mešaju. Tečni asfalt ravnomjerno oblaže i vlaži površinu granula kako bi se formirao sloj vezivnog sloja asfalta, a svi materijali su međusobno povezani kako bi se formirao homogeni plastični razmaz. Pogodno za oblikovanje;
3 dijela smole od ugljenog katrana prodiru u unutrašnji prostor ugljičnog materijala, dodatno povećavajući gustinu i kohezivnost paste.
Prelivanje: Prelivanje ugljičnog materijala odnosi se na proces plastičnog deformiranja umiješane karbonske paste pod vanjskom silom koju primjenjuje oprema za oblikovanje kako bi se konačno formiralo zeleno tijelo (ili sirovi proizvod) određenog oblika, veličine, gustoće i čvrstoće. proces.
Vrste kalupa, opreme i proizvoda koji se proizvode:
Metoda oblikovanja
Zajednička oprema
glavni proizvodi
Moulding
Vertikalna hidraulična presa
Električni ugljik, grafit niskog kvaliteta fine strukture
Stisni
Horizontalni hidraulični ekstruder
Vijčani ekstruder
Grafitna elektroda, kvadratna elektroda
Vibraciono oblikovanje
Mašina za vibracijsko oblikovanje
Aluminijska karbonska cigla, karbonska cigla za visoke peći
Izostatsko presovanje
Izostatska mašina za kalupljenje
Izotropni grafit, anizotropni grafit
Operacija stiskanja
1 hladni materijal: materijal za hlađenje diskova, materijal za hlađenje cilindra, rashladni materijali za miješanje i gnječenje itd.
Ispraznite isparljive materije, smanjite na odgovarajuću temperaturu (90-120°C) da povećate adheziju, tako da zaglavljivanje paste bude ujednačeno tokom 20-30 min.
2 Utovar: pregrada za podizanje pritiska —– 2-3 puta rezanje—-4-10MPa zbijanje
3 predpritisak: pritisak 20-25MPa, vreme 3-5min, tokom usisavanja
4 ekstruzija: pritisnuti pregradu —5-15MPa ekstruzija — izrezati — u sudoper za hlađenje
Tehnički parametri ekstruzije: omjer kompresije, temperatura komore za prešanje i mlaznice, temperatura hlađenja, vrijeme pritiska predopterećenja, tlak ekstruzije, brzina ekstruzije, temperatura rashladne vode
Inspekcija zelenog tijela: nasipna gustina, tapkanje izgleda, analiza
Kalcinacija: To je proces u kojem se zeleno tijelo ugljičnog proizvoda puni u posebno dizajniranu peć za grijanje pod zaštitom punila kako bi se izvršila toplinska obrada na visokim temperaturama za karbonizaciju smole uglja u zelenom tijelu. Bitumenski koks nastao nakon karbonizacije bitumena ugljena učvršćuje ugljični agregat i čestice praha zajedno, a kalcinirani ugljični proizvod ima visoku mehaničku čvrstoću, nisku električnu otpornost, dobru termičku stabilnost i kemijsku stabilnost. .
Kalcinacija je jedan od glavnih procesa u proizvodnji ugljičnih proizvoda, a također je važan dio tri glavna procesa toplinske obrade proizvodnje grafitnih elektroda. Proizvodni ciklus kalcinacije je dug (22-30 dana za pečenje, 5-20 dana za peći za 2 pečenja) i veća potrošnja energije. Kvaliteta zelenog pečenja utječe na kvalitetu gotovog proizvoda i cijenu proizvodnje.
Smola zelenog uglja u zelenom telu se koksuje tokom procesa prženja i ispušta se oko 10% isparljivih materija, a zapremina se proizvodi skupljanjem od 2-3%, a gubitak mase je 8-10%. Fizička i hemijska svojstva ugljične gredice također su se značajno promijenila. Poroznost je smanjena sa 1,70 g/cm3 na 1,60 g/cm3, a otpornost je smanjena sa 10000 μΩ·m na 40-50 μΩ·m zbog povećanja poroznosti. Mehanička čvrstoća kalcinirane gredice također je bila velika. Za poboljšanje.
Sekundarno pečenje je proces u kojem se kalcinirani proizvod uranja, a zatim kalcinira kako bi se karbonizirala smola uronjena u pore kalciniranog proizvoda. Elektrode koje zahtijevaju veću zapreminsku gustinu (sve varijante osim RP) i praznine spojnice moraju biti dvopečene, a spojevi se također podvrgavaju trostrukom pečenju sa četiri ili dva umaka sa tri pečenja.
Tip glavne peći za pečenje:
Kontinuirani rad—prstenasta peć (sa poklopcem, bez poklopca), tunelska peć
Povremeni rad—-reverzna peć, podna pećnica, kutija za prženje
Kriva kalcinacije i maksimalna temperatura:
Jednokratno pečenje—-320, 360, 422, 480 sati, 1250 °C
Sekundarno pečenje—-125, 240, 280 sati, 700-800 °C
Kontrola pečenih proizvoda: narezivanje izgleda, električna otpornost, nasipna gustina, čvrstoća na pritisak, analiza unutrašnje strukture
Impregnacija je proces u kojem se ugljični materijal stavlja u posudu pod pritiskom, a tečna smola za impregnaciju se uranja u pore elektrode proizvoda pod određenim temperaturnim i tlačnim uvjetima. Svrha je smanjenje poroznosti proizvoda, povećanje nasipne gustine i mehaničke čvrstoće proizvoda, te poboljšanje električne i toplinske provodljivosti proizvoda.
Proces impregnacije i povezani tehnički parametri su: pečenje gredice – čišćenje površine – predgrijavanje (260-380 °C, 6-10 sati) – punjenje rezervoara za impregnaciju – vakumiranje (8-9KPa, 40-50min) – ubrizgavanje bitumena (180 -200 °C) – Pod pritiskom (1,2-1,5 MPa, 3-4 sata) – Povratak na asfalt – Hlađenje (unutar ili izvan rezervoara)
Inspekcija impregniranih proizvoda: stopa povećanja mase impregnacije G=(W2-W1)/W1×100%
Stopa povećanja na težini sa jednim potapanjem ≥14%
Stopa povećanja težine sekundarno impregniranog proizvoda ≥ 9%
Stopa povećanja težine tri proizvoda za potapanje ≥ 5%
Grafitizacija se odnosi na proces toplinske obrade pri visokim temperaturama u kojem se ugljični proizvod zagrijava na temperaturu od 2300 °C ili više u zaštitnom mediju u visokotemperaturnoj električnoj peći kako bi se amorfna slojevita struktura ugljika pretvorila u trodimenzionalni uređeni ugljik. kristalna struktura grafita.
Svrha i efekat grafitizacije:
1 poboljšati provodljivost i toplinsku provodljivost ugljičnog materijala (otpornost se smanjuje za 4-5 puta, a toplinska provodljivost se povećava za oko 10 puta);
2 poboljšati otpornost na termički udar i kemijsku stabilnost ugljičnog materijala (koeficijent linearne ekspanzije smanjen za 50-80%);
3 kako bi karbonski materijal bio maziv i otporan na habanje;
4 Ispušne nečistoće, poboljšavaju čistoću ugljičnog materijala (sadržaj pepela u proizvodu je smanjen sa 0,5-0,8% na oko 0,3%).
Realizacija procesa grafitizacije:
Grafitizacija ugljičnog materijala vrši se na visokoj temperaturi od 2300-3000 °C, pa se u industriji može ostvariti samo električnim grijanjem, odnosno struja direktno prolazi kroz zagrijani kalcinirani proizvod, a kalcinirani proizvod se puni. u peć se stvara električnom strujom na visokoj temperaturi. Provodnik je opet predmet koji je zagrijan na visoku temperaturu.
Peći koje se trenutno široko koriste uključuju peći za grafitizaciju Acheson i peći s internom toplotnom kaskadom (LWG). Prvi ima veliku snagu, veliku temperaturnu razliku i veliku potrošnju energije. Potonji ima kratko vrijeme zagrijavanja, malu potrošnju energije, ujednačenu električnu otpornost i nije pogodan za ugradnju.
Upravljanje procesom grafitizacije kontroliše se mjerenjem krive električne snage koja je pogodna za stanje porasta temperature. Vrijeme napajanja je 50-80 sati za Acheson peć i 9-15 sati za LWG peć.
Potrošnja energije grafitizacije je vrlo velika, uglavnom 3200-4800KWh, a trošak procesa čini oko 20-35% ukupnih troškova proizvodnje.
Pregled grafitiziranih proizvoda: narezivanje izgleda, ispitivanje otpornosti
Mašinska obrada: Svrha mehaničke obrade karbonskih grafitnih materijala je postizanje potrebne veličine, oblika, preciznosti itd. rezanjem kako bi se tijelo i spojevi elektrode izradili u skladu sa zahtjevima upotrebe.
Obrada grafitnih elektroda podijeljena je u dva nezavisna procesa obrade: tijelo elektrode i zglob.
Obrada tijela uključuje tri koraka bušenja i grube ravne čeone strane, vanjskog kruga i ravnog čela i navoja za glodanje. Obrada konusnog spoja se može podijeliti u 6 procesa: sečenje, ravna čeona strana, konusna površina automobila, glodanje navoja, bušenje vijaka i prorezivanje.
Spajanje spojeva elektroda: konusni spoj (tri kopče i jedna kopča), cilindrični spoj spojeva, bump spoj (muški i ženski spoj)
Kontrola tačnosti obrade: odstupanje konusa navoja, korak navoja, odstupanje spoja (rupa) velikog prečnika, koaksijalnost rupe spoja, vertikalnost rupe spoja, ravnost čeone površine elektrode, odstupanje spoja u četiri tačke. Provjerite pomoću posebnih prstenastih mjerača i pločastih mjerača.
Kontrola gotovih elektroda: tačnost, težina, dužina, prečnik, nasipna gustina, otpornost, tolerancija pre montaže, itd.
Vrijeme objave: 31.10.2019