L'elèctrode de grafit és un material conductor de grafit resistent a altes temperatures produït per pastat de petroli, coc d'agulla com a agregat i betum de carbó com a aglutinant, que es produeix mitjançant una sèrie de processos com ara el pastat, l'emmotllament, la torrat, la impregnació, la grafitització i el processament mecànic. material.
L'elèctrode de grafit és un material conductor d'alta temperatura important per a la fabricació d'acer elèctric. L'elèctrode de grafit s'utilitza per introduir energia elèctrica al forn elèctric, i l'alta temperatura generada per l'arc entre l'extrem de l'elèctrode i la càrrega s'utilitza com a font de calor per fondre la càrrega per a la fabricació d'acer. Altres forns de mineral que fonen materials com el fòsfor groc, el silici industrial i els abrasius també utilitzen elèctrodes de grafit com a materials conductors. Les excel·lents i especials propietats físiques i químiques dels elèctrodes de grafit també s'utilitzen àmpliament en altres sectors industrials.
Les matèries primeres per a la producció d'elèctrodes de grafit són coc de petroli, coc d'agulla i breu de quitrà de hulla.
El coc de petroli és un producte sòlid inflamable obtingut per residus de carbó de coc i breu de petroli. El color és negre i porós, l'element principal és el carboni i el contingut de cendres és molt baix, generalment per sota del 0,5%. El coc de petroli pertany a la classe del carboni fàcilment grafititzat. El coc de petroli té una àmplia gamma d'usos en les indústries química i metal·lúrgica. És la principal matèria primera per produir productes de grafit artificial i productes de carboni per a l'alumini electrolític.
El coc de petroli es pot dividir en dos tipus: coc cru i coc calcinat segons la temperatura del tractament tèrmic. L'antic coc de petroli obtingut per cocització retardada conté una gran quantitat de volàtils i la resistència mecànica és baixa. El coc calcinat s'obté per calcinació del coc cru. La majoria de les refineries de la Xina només produeixen coc i les operacions de calcinació es duen a terme principalment en plantes de carboni.
El coc de petroli es pot dividir en coc d'alt sofre (que conté més de l'1,5% de sofre), coc de sofre mitjà (que conté 0,5%-1,5% de sofre) i coc de baix sofre (que conté menys del 0,5% de sofre). La producció d'elèctrodes de grafit i altres productes de grafit artificial es produeix generalment amb coc baix en sofre.
El coc d'agulla és un tipus de coc d'alta qualitat amb una textura fibrosa evident, un coeficient d'expansió tèrmica molt baix i una grafitització fàcil. Quan el coc es trenca, es pot dividir en tires primes segons la textura (la relació d'aspecte és generalment superior a 1,75). Es pot observar una estructura fibrosa anisòtropa sota un microscopi polaritzador i, per tant, s'anomena coc d'agulla.
L'anisotropia de les propietats físico-mecàniques del coc d'agulla és molt òbvia. Té una bona conductivitat elèctrica i tèrmica paral·lela a la direcció de l'eix llarg de la partícula i el coeficient d'expansió tèrmica és baix. Quan s'emmotlla per extrusió, l'eix llarg de la majoria de partícules es disposa en la direcció d'extrusió. Per tant, el coc d'agulla és la matèria primera clau per a la fabricació d'elèctrodes de grafit d'alta potència o d'ultra gran potència. L'elèctrode de grafit produït té una baixa resistivitat, un petit coeficient d'expansió tèrmica i una bona resistència al xoc tèrmic.
El coc d'agulla es divideix en coc d'agulla a base d'oli produït a partir de residus de petroli i coc d'agulla a base de carbó produït a partir de matèries primeres de peix de carbó refinat.
El quitrà de hulla és un dels principals productes del processament profund del quitrà de hulla. És una barreja de diversos hidrocarburs, negre a alta temperatura, semisòlid o sòlid a alta temperatura, sense punt de fusió fix, suavitzat després de l'escalfament i després fos, amb una densitat d'1,25-1,35 g/cm3. Segons el seu punt de suavització, es divideix en asfalt de baixa temperatura, temperatura mitjana i asfalt d'alta temperatura. El rendiment d'asfalt a temperatura mitjana és del 54-56% del quitrà de hulla. La composició del quitrà de hulla és extremadament complicada, que està relacionada amb les propietats del quitrà de hulla i el contingut d'heteroàtoms, i també es veu afectada pel sistema de procés de cocització i les condicions de processament del quitrà de hulla. Hi ha molts indicadors per caracteritzar la brea de quitrà de hulla, com ara el punt d'estoviment del betum, els insolubles de toluè (TI), els insolubles de quinolina (QI), els valors de coquització i la reologia de la brea de carbó.
El quitrà de hulla s'utilitza com a aglutinant i impregnant a la indústria del carboni, i el seu rendiment té un gran impacte en el procés de producció i la qualitat dels productes de carboni. L'asfalt aglutinant utilitza generalment un asfalt modificat a temperatura mitjana o mitjana amb un punt d'estoviment moderat, un valor de coquització elevat i una resina β alta. L'agent impregnant és un asfalt de temperatura mitjana amb un baix punt d'estoviment, un baix QI i bones propietats reològiques.
La imatge següent mostra el procés de producció de l'elèctrode de grafit a l'empresa de carboni.
Calcinació: la matèria primera carbonosa es tracta tèrmicament a alta temperatura per descarregar la humitat i la matèria volàtil que hi conté, i el procés de producció corresponent a la millora del rendiment de cocció original s'anomena calcinació. Generalment, la matèria primera carbonosa es calcina utilitzant gas i els seus propis volàtils com a font de calor, i la temperatura màxima és de 1250-1350 °C.
La calcinació fa canvis profunds en l'estructura i les propietats fisicoquímiques de les matèries primeres carbonàcies, principalment en la millora de la densitat, la resistència mecànica i la conductivitat elèctrica del coc, la millora de l'estabilitat química i la resistència a l'oxidació del coc, establint les bases per al procés posterior. .
L'equip calcinat inclou principalment calcinador de tancs, forn rotatiu i calcinador elèctric. L'índex de control de qualitat de la calcinació és que la densitat real del coc de petroli no és inferior a 2,07 g/cm3, la resistivitat no és superior a 550μΩ.m, la densitat real del coc d'agulla no és inferior a 2,12 g/cm3 i la la resistivitat no és superior a 500μΩ.m.
Trituració de matèries primeres i ingredients
Abans del lot, el coc de petroli calcinat a granel i el coc d'agulla s'han de triturar, mòltar i tamisar.
La trituració mitjana s'acostuma a dur a terme mitjançant un equip de trituració d'uns 50 mm a través d'una trituradora de mandíbules, una trituradora de martells, una trituradora de rotlles i similars per triturar encara més el material de mida de 0,5-20 mm necessari per al lot.
El fresat és un procés de mòlta d'un material carbonatat fins a obtenir una partícula petita en pols de 0,15 mm o menys i una mida de partícula de 0,075 mm o menys mitjançant un molí de rodets de tipus suspensió (molí Raymond), un molí de boles o similars. .
El cribratge és un procés en el qual una àmplia gamma de materials després d'una trituració es divideix en diversos rangs de mida de partícules amb un rang estret de mides a través d'una sèrie de garbells amb obertures uniformes. La producció actual d'elèctrodes sol requerir 4-5 pellets i 1-2 graus de pols.
Els ingredients són els processos de producció per calcular, pesar i focalitzar els diferents àrids d'àrids i pols i aglutinants segons els requisits de la formulació. La idoneïtat científica de la formulació i l'estabilitat de l'operació per lots es troben entre els factors més importants que afecten l'índex de qualitat i el rendiment del producte.
La fórmula ha de determinar 5 aspectes:
1Seleccioneu el tipus de matèries primeres;
2 determinar la proporció de diferents tipus de matèries primeres;
3 determinar la composició de la mida de les partícules de la matèria primera sòlida;
4 determinar la quantitat d'aglutinant;
5 Determineu el tipus i la quantitat d'additius.
Amassar: barrejar i quantificar grànuls i pols carbonis de gran mida de partícules amb una certa quantitat d'aglutinant a una temperatura determinada, i pastar la pasta de plasticitat en un procés anomenat pastat.
Procés d'amassatge: mescla en sec (20-35 min) mescla humida (40-55 min)
El paper del pastat:
1 Quan es barregen en sec, les diferents matèries primeres es barregen uniformement i els materials sòlids carbonosos de diferents mides de partícules es barregen i s'omplen uniformement per millorar la compacitat de la mescla;
2 Després d'afegir brea de quitrà de hulla, el material sec i l'asfalt es barregen uniformement. L'asfalt líquid recobreix i mulla uniformement la superfície dels grànuls per formar una capa d'unió d'asfalt, i tots els materials s'uneixen entre si per formar un frotis de plàstic homogeni. Condueix a l'emmotllament;
3 parts de brea de quitrà de hulla penetren a l'espai interior del material carboni, augmentant encara més la densitat i la cohesió de la pasta.
Emmotllament: l'emmotllament de material de carboni es refereix al procés de deformació plàstica de la pasta de carboni amasada sota la força externa aplicada per l'equip d'emmotllament per formar finalment un cos verd (o producte en brut) amb una determinada forma, mida, densitat i força. procés.
Tipus d'emmotllament, equips i productes produïts:
Mètode d'emmotllament
Equipament comú
productes principals
Emmotllament
Premsa hidràulica vertical
Carboni elèctric, grafit d'estructura fina de baix grau
Premeu
Extrusora hidràulica horitzontal
Extrusora de cargol
Elèctrode de grafit, elèctrode quadrat
Modelat per vibració
Màquina d'emmotllament per vibració
Maó de carboni d'alumini, maó de carboni d'alt forn
Pressió isostàtica
Màquina d'emmotllament isostàtica
Grafit isotròpic, grafit anisòtrop
Operació de pressió
1 material fresc: material de refrigeració del disc, material de refrigeració del cilindre, barreja i pastat de materials de refrigeració, etc.
Descarregueu els volàtils, reduïu-los a una temperatura adequada (90-120 ° C) per augmentar l'adhesió, de manera que el blocatge de la pasta sigui uniforme durant 20-30 min.
2 Càrrega: premeu el deflector d'elevació —– 2-3 vegades de tall—-4-10MPa compactació
3 prepressió: pressió 20-25MPa, temps 3-5min, mentre s'aspira
4 extrusió: premeu el deflector —extrusió de 5-15 MPa — tall— a la pica de refrigeració
Paràmetres tècnics d'extrusió: relació de compressió, cambra de premsa i temperatura del broquet, temperatura de refrigeració, temps de pressió de precàrrega, pressió d'extrusió, velocitat d'extrusió, temperatura de l'aigua de refrigeració
Inspecció del cos verd: densitat a granel, taps d'aspecte, anàlisi
Calcinació: és un procés en què el cos verd del producte de carboni s'omple en un forn de calefacció especialment dissenyat sota la protecció del farciment per dur a terme un tractament tèrmic a alta temperatura per carbonitzar la brea de carbó al cos verd. El coc de betum format després de la carbonització del betum de carbó solidifica l'agregat carboni i les partícules de pols junts, i el producte de carboni calcinat té una alta resistència mecànica, baixa resistivitat elèctrica, bona estabilitat tèrmica i estabilitat química. .
La calcinació és un dels principals processos en la producció de productes de carboni, i també és una part important dels tres principals processos de tractament tèrmic de producció d'elèctrodes de grafit. El cicle de producció de calcinació és llarg (22-30 dies per a la cocció, 5-20 dies per als forns per a 2 coccions) i major consum d'energia. La qualitat del rostit verd té un impacte en la qualitat del producte acabat i el cost de producció.
La brea de carbó verd del cos verd es coqueja durant el procés de torrat i es descarrega al voltant del 10% de la matèria volàtil i el volum es produeix amb una contracció del 2-3% i la pèrdua de massa és del 8-10%. Les propietats físiques i químiques de la palanca de carboni també van canviar significativament. La porositat va disminuir d'1,70 g/cm3 a 1,60 g/cm3 i la resistivitat va disminuir de 10.000 μΩ·m a 40-50 μΩ·m a causa de l'augment de la porositat. La resistència mecànica de la palangana calcinada també era gran. Per a la millora.
La cocció secundària és un procés en què el producte calcinat es submergeix i després es calcina per carbonitzar la breu immersa als porus del producte calcinat. Els elèctrodes que requereixen una densitat aparent més alta (totes les varietats excepte la RP) i els blancs d'unió s'han de fer bi-forn, i els blancs d'unió també estan sotmesos a tres immersió, quatre cocció o dues immersió, tres cocció.
Tipus de forn principal de torradora:
Funcionament continu—-forn d'anells (amb tapa, sense coberta), forn túnel
Funcionament intermitent: forn invers, torrador sota terra, torrador de caixa
Corba de calcinació i temperatura màxima:
Torrat únic: -320, 360, 422, 480 hores, 1250 °C
Torrat secundari: -125, 240, 280 hores, 700-800 °C
Inspecció de productes al forn: toc d'aspecte, resistivitat elèctrica, densitat a granel, resistència a la compressió, anàlisi de l'estructura interna
La impregnació és un procés en el qual es col·loca un material de carboni en un recipient a pressió i el peix impregnant líquid es submergeix als porus de l'elèctrode del producte sota determinades condicions de temperatura i pressió. L'objectiu és reduir la porositat del producte, augmentar la densitat a granel i la resistència mecànica del producte i millorar la conductivitat elèctrica i tèrmica del producte.
El procés d'impregnació i els paràmetres tècnics relacionats són: torrefacte - neteja de superfícies - preescalfament (260-380 °C, 6-10 hores) - càrrega del dipòsit d'impregnació - aspiració (8-9KPa, 40-50min) - injecció de betum (180 -200 °C) – Pressurització (1,2-1,5 MPa, 3-4 hores) – Retorn a l'asfalt – Refrigeració (dins o fora del dipòsit)
Inspecció de productes impregnats: taxa d'augment de pes d'impregnació G=(W2-W1)/W1×100%
Taxa d'augment de pes d'una immersió ≥14%
Taxa d'augment de pes del producte impregnat secundari ≥ 9%
Taxa d'augment de pes de tres productes d'immersió ≥ 5%
La grafitització es refereix a un procés de tractament tèrmic a alta temperatura en què un producte de carboni s'escalfa a una temperatura de 2300 ° C o més en un medi protector en un forn elèctric d'alta temperatura per convertir una estructura de carboni en capes amorfa en una estructura ordenada tridimensional. estructura de cristall de grafit.
Propòsit i efecte de la grafitització:
1 millorar la conductivitat i la conductivitat tèrmica del material de carboni (la resistivitat es redueix entre 4 i 5 vegades i la conductivitat tèrmica augmenta unes 10 vegades);
2 millora la resistència al xoc tèrmic i l'estabilitat química del material de carboni (coeficient d'expansió lineal reduït en un 50-80%);
3 per fer que el material de carboni sigui lubricitat i resistència a l'abrasió;
4 Impureses d'escapament, millora la puresa del material de carboni (el contingut de cendres del producte es redueix del 0,5 al 0,8% a aproximadament el 0,3%).
La realització del procés de grafitització:
La grafitització del material de carboni es porta a terme a una temperatura elevada de 2300-3000 °C, de manera que només es pot realitzar mitjançant calefacció elèctrica a la indústria, és a dir, el corrent passa directament pel producte calcinat escalfat i el producte calcinat carregat. al forn és generat pel corrent elèctric a alta temperatura. El conductor torna a ser un objecte que s'escalfa a una temperatura elevada.
Els forns que s'utilitzen àmpliament actualment inclouen els forns de grafitització Acheson i els forns de cascada de calor interna (LWG). El primer té una gran sortida, una gran diferència de temperatura i un alt consum d'energia. Aquest últim té un temps d'escalfament curt, baix consum d'energia, resistivitat elèctrica uniforme i no és adequat per a la instal·lació.
El control del procés de grafitització es controla mesurant la corba de potència elèctrica adequada per a la condició d'augment de temperatura. El temps d'alimentació és de 50-80 hores per al forn Acheson i de 9-15 hores per al forn LWG.
El consum d'energia de la grafitització és molt gran, generalment 3200-4800KWh, i el cost del procés representa al voltant del 20-35% del cost de producció total.
Inspecció de productes grafitats: tapping d'aspecte, prova de resistivitat
Mecanitzat: el propòsit del mecanitzat mecànic de materials de grafit de carboni és aconseguir la mida, la forma, la precisió, etc. requerides mitjançant el tall per fer el cos i les juntes de l'elèctrode d'acord amb els requisits d'ús.
El processament d'elèctrodes de grafit es divideix en dos processos de processament independents: el cos i l'articulació de l'elèctrode.
El processament del cos inclou tres passos de cara d'extrem pla avorrit i rugós, cercle exterior i cara d'extrem pla i fil de fresat. El processament de l'articulació cònica es pot dividir en 6 processos: tall, cara d'extrem pla, cara de con de cotxe, fil de fresat, cargol de perforació i ranurat.
Connexió d'unions d'elèctrodes: connexió d'unió cònica (tres sivelles i una sivella), connexió d'unió cilíndrica, connexió de cop (connexió mascle i femella)
Control de la precisió del mecanitzat: desviació de la cònica del fil, pas del fil, desviació de gran diàmetre de la junta (forat), coaxialitat del forat de la junta, verticalitat del forat de la junta, planitud de la cara de l'extrem de l'elèctrode, desviació de quatre punts de la junta. Comproveu amb calibres especials d'anell i calibres de placa.
Inspecció d'elèctrodes acabats: precisió, pes, longitud, diàmetre, densitat aparent, resistivitat, tolerància de pre-muntatge, etc.
Hora de publicació: 31 d'octubre de 2019