Grafitová elektroda je vysokoteplotně odolný grafitový vodivý materiál vyráběný ropným hnětem, jehlovým koksem jako kamenivem a uhelným bitumenem jako pojivem, které se vyrábějí řadou procesů, jako je hnětení, lisování, pražení, impregnace, grafitizace a mechanické zpracování. materiál.
Grafitová elektroda je důležitým vysokoteplotním vodivým materiálem pro výrobu elektrooceli. Grafitová elektroda se používá pro přívod elektrické energie do elektrické pece a vysoká teplota generovaná obloukem mezi koncem elektrody a vsázkou se používá jako zdroj tepla pro roztavení vsázky pro výrobu oceli. Jiné rudné pece, které taví materiály, jako je žlutý fosfor, průmyslový křemík a abraziva, také používají grafitové elektrody jako vodivé materiály. Vynikající a speciální fyzikální a chemické vlastnosti grafitových elektrod jsou široce využívány i v jiných průmyslových odvětvích.
Suroviny pro výrobu grafitových elektrod jsou ropný koks, jehlový koks a černouhelná smola.
Ropný koks je hořlavý pevný produkt získaný koksováním zbytků uhlí a ropné smoly. Barva je černá a porézní, hlavním prvkem je uhlík a obsah popela je velmi nízký, obecně pod 0,5 %. Ropný koks patří do třídy snadno grafitovatelného uhlíku. Ropný koks má široké využití v chemickém a metalurgickém průmyslu. Je hlavní surovinou pro výrobu produktů z umělého grafitu a uhlíkových produktů pro elektrolytický hliník.
Ropný koks lze rozdělit na dva druhy: surový koks a kalcinovaný koks podle teploty tepelného zpracování. Bývalý ropný koks získaný zpožděným koksováním obsahuje velké množství těkavých látek a mechanická pevnost je nízká. Kalcinovaný koks se získává kalcinací surového koksu. Většina rafinérií v Číně vyrábí pouze koks a kalcinační operace se většinou provádějí v uhlíkových závodech.
Ropný koks lze rozdělit na koks s vysokým obsahem síry (obsahující více než 1,5 % síry), koks se střední sírou (obsahující 0,5 % až 1,5 % síry) a koks s nízkým obsahem síry (obsahující méně než 0,5 % síry). Výroba grafitových elektrod a jiných produktů z umělého grafitu se obecně vyrábí za použití koksu s nízkým obsahem síry.
Jehlový koks je druh vysoce kvalitního koksu se zřejmou vláknitou strukturou, velmi nízkým koeficientem tepelné roztažnosti a snadnou grafitizací. Když je koks rozbitý, může být rozdělen na tenké proužky podle textury (poměr stran je obecně vyšší než 1,75). Anizotropní vláknitou strukturu lze pozorovat pod polarizačním mikroskopem, a proto se označuje jako jehlový koks.
Anizotropie fyzikálně-mechanických vlastností jehlového koksu je velmi zřejmá. Má dobrou elektrickou a tepelnou vodivost rovnoběžnou se směrem dlouhé osy částice a koeficient tepelné roztažnosti je nízký. Při vytlačovacím lisování je dlouhá osa většiny částic uspořádána ve směru vytlačování. Proto je jehlový koks klíčovou surovinou pro výrobu vysoce výkonných nebo ultravýkonných grafitových elektrod. Vyrobená grafitová elektroda má nízký měrný odpor, malý koeficient tepelné roztažnosti a dobrou odolnost proti tepelným šokům.
Jehlový koks se dělí na jehlový koks na bázi oleje vyrobený z ropných zbytků a jehlový koks na bázi uhlí vyrobený z rafinovaných surovin uhelné smoly.
Černouhelný dehet je jedním z hlavních produktů hlubinného zpracování černouhelného dehtu. Je to směs různých uhlovodíků, černá při vysoké teplotě, polotuhá nebo pevná při vysoké teplotě, bez pevného bodu tání, měkká po zahřátí a poté roztavená, s hustotou 1,25-1,35 g/cm3. Podle bodu měknutí se dělí na nízkoteplotní, středněteplotní a vysokoteplotní asfalt. Výtěžnost asfaltu při střední teplotě je 54-56 % černouhelného dehtu. Složení černouhelného dehtu je extrémně komplikované, což souvisí s vlastnostmi černouhelného dehtu a obsahem heteroatomů a je ovlivněno také systémem koksovacího procesu a podmínkami zpracování černouhelného dehtu. Existuje mnoho ukazatelů pro charakterizaci smoly z černouhelného dehtu, jako je teplota měknutí bitumenu, nerozpustné látky v toluenu (TI), nerozpustné látky v chinolinu (QI), hodnoty koksování a reologie uhelné smoly.
Černouhelný dehet se používá jako pojivo a impregnant v uhlíkovém průmyslu a jeho výkonnost má velký vliv na výrobní proces a kvalitu produktů uhlíkových produktů. Pojivový asfalt obecně používá středněteplotní nebo středněteplotní modifikovaný asfalt, který má střední teplotu měknutí, vysokou hodnotu koksování a vysokou p pryskyřici. Impregnační činidlo je středně teplotní asfalt s nízkým bodem měknutí, nízkým QI a dobrými reologickými vlastnostmi.
Následující obrázek ukazuje proces výroby grafitové elektrody v uhlíkovém podniku.
Kalcinace: Uhlíkatá surovina se tepelně zpracovává při vysoké teplotě, aby se odstranila vlhkost a těkavé látky v ní obsažené, a výrobní proces odpovídající zlepšení původního varného výkonu se nazývá kalcinace. Obecně se uhlíkatá surovina kalcinuje za použití plynu a vlastních těkavých látek jako zdroje tepla a maximální teplota je 1250-1350 °C.
Kalcinace způsobuje hluboké změny ve struktuře a fyzikálně-chemických vlastnostech uhlíkatých surovin, zejména ve zlepšení hustoty, mechanické pevnosti a elektrické vodivosti koksu, zlepšení chemické stability a odolnosti koksu vůči oxidaci, čímž se položí základ pro následný proces. .
Kalcinovaná zařízení zahrnují především tankovou kalcinátor, rotační pec a elektrický kalcinátor. Index kontroly kvality kalcinace je takový, že skutečná hustota ropného koksu není menší než 2,07 g/cm3, měrný odpor není větší než 550 μΩ.m, skutečná hustota jehlového koksu není menší než 2,12 g/cm3 a měrný odpor není větší než 500μΩ.m.
Drcení surovin a přísad
Před dávkováním musí být objemný kalcinovaný ropný koks a jehlový koks rozdrceny, rozemlety a prosety.
Střední drcení se obvykle provádí drtícím zařízením o velikosti asi 50 mm prostřednictvím čelisťového drtiče, kladivového drtiče, válcového drtiče a podobně, aby se dále drtil materiál o velikosti 0,5 až 20 mm potřebný pro dávkování.
Mletí je proces mletí uhlíkatého materiálu na práškové malé částice o velikosti 0,15 mm nebo méně a velikosti částic 0,075 mm nebo méně pomocí prstencového válcového mlýnu suspenzního typu (Raymondův mlýn), kulového mlýna nebo podobně. .
Třídění je proces, ve kterém je široká škála materiálů po drcení rozdělena do několika velikostních rozsahů částic s úzkým rozsahem velikostí pomocí řady sít s jednotnými otvory. Současná výroba elektrod obvykle vyžaduje 4-5 pelet a 1-2 druhy prášku.
Ingredience jsou výrobní procesy pro výpočet, vážení a zaměření různých agregátů kameniva a prášků a pojiv podle požadavků na složení. Vědecká vhodnost formulace a stabilita dávkovací operace patří mezi nejdůležitější faktory ovlivňující index kvality a výkonnost produktu.
Vzorec musí určit 5 aspektů:
1Vyberte typ surovin;
2 určit podíl různých druhů surovin;
3 stanovení složení velikosti částic pevné suroviny;
4 určit množství pojiva;
5 Určete druh a množství přísad.
Hnětení: Míchání a kvantifikace uhlíkatých granulí a prášků různé velikosti částic s určitým množstvím pojiva při určité teplotě a hnětení plastické pasty do procesu zvaného hnětení.
Proces hnětení: suché míchání (20-35 min) mokré míchání (40-55 min)
Role hnětení:
1 Při suchém míchání jsou různé suroviny rovnoměrně promíchány a pevné uhlíkaté materiály různých velikostí částic jsou rovnoměrně promíchány a naplněny, aby se zlepšila kompaktnost směsi;
2 Po přidání dehtové smoly se suchý materiál a asfalt rovnoměrně promísí. Tekutý asfalt rovnoměrně potahuje a smáčí povrch granulí, aby vytvořil vrstvu asfaltové pojivové vrstvy, a všechny materiály jsou vzájemně spojeny, aby vytvořily homogenní plastický nátěr. Napomáhá tvarování;
3 díly černouhelné smoly pronikají do vnitřního prostoru uhlíkatého materiálu a dále zvyšují hustotu a soudržnost pasty.
Lisování: Lisování uhlíkového materiálu se týká procesu plastické deformace hnětené uhlíkové pasty působením vnější síly vyvíjené formovacím zařízením, aby se nakonec vytvořilo surové těleso (nebo surový produkt) s určitým tvarem, velikostí, hustotou a pevností. proces.
Typy lisování, zařízení a vyráběných výrobků:
Formovací metoda
Společné vybavení
hlavní produkty
Lití
Vertikální hydraulický lis
Elektrický uhlík, grafit nízké kvality s jemnou strukturou
Sevření
Horizontální hydraulický extruder
Šnekový extruder
Grafitová elektroda, čtvercová elektroda
Vibrační lisování
Vibrační lisovací stroj
Hliníkové uhlíkové cihly, vysokopecní uhlíkové cihly
Izostatické lisování
Izostatický lisovací stroj
Izotropní grafit, anizotropní grafit
Operace zmáčknutí
1 chladný materiál: chladící materiál kotouče, chladící materiál válce, chladící materiály pro míchání a hnětení atd.
Vypusťte těkavé látky, snižte na vhodnou teplotu (90-120 °C), abyste zvýšili přilnavost, aby byla blokovitost pasty rovnoměrná po dobu 20-30 minut
2 Nakládání: lisovací zvedací přepážka —– 2-3x řezání —-4-10MPa zhutnění
3 předtlak: tlak 20-25MPa, doba 3-5min, při vysávání
4 extruze: zatlačte přepážku — 5-15MPa extruze — řez — do chladicí jímky
Technické parametry vytlačování: kompresní poměr, teplota lisovací komory a trysky, teplota chlazení, doba předpětí tlaku, vytlačovací tlak, rychlost vytlačování, teplota chladicí vody
Kontrola zelené karoserie: objemová hmotnost, oklepání vzhledu, analýza
Kalcinace: Jedná se o proces, při kterém se surové těleso uhlíkového produktu plní do speciálně navržené topné pece pod ochranou plniva, aby se provedlo vysokoteplotní tepelné zpracování ke karbonizaci uhelné smoly v surovém tělese. Bitumenový koks vzniklý po karbonizaci uhelného bitumenu zpevňuje uhlíkaté kamenivo a práškové částice dohromady a kalcinovaný uhlíkový produkt má vysokou mechanickou pevnost, nízký elektrický odpor, dobrou tepelnou stabilitu a chemickou stabilitu. .
Kalcinace je jedním z hlavních procesů při výrobě uhlíkových produktů a je také důležitou součástí tří hlavních procesů tepelného zpracování při výrobě grafitových elektrod. Výrobní cyklus kalcinace je dlouhý (22-30 dní pro pečení, 5-20 dní pro pece pro 2 pečení) a vyšší spotřeba energie. Kvalita zeleného pražení má vliv na kvalitu hotového produktu a výrobní náklady.
Smola ze zeleného uhlí v surovém tělese se během procesu pražení zkoksuje a asi 10 % těkavých látek se vypustí a objem se vytvoří smrštěním 2–3 % a ztráta hmoty je 8–10 %. Fyzikální a chemické vlastnosti uhlíkového bloku se také výrazně změnily. Pórovitost se snížila z 1,70 g/cm3 na 1,60 g/cm3 a měrný odpor se snížil z 10 000 μΩ·m na 40-50 μΩ·m v důsledku zvýšení poréznosti. Mechanická pevnost kalcinovaného sochoru byla také velká. Pro zlepšení.
Sekundární vypalování je proces, při kterém je kalcinovaný produkt ponořen a poté kalcinován, aby se zuhelnatěla smola ponořená v pórech kalcinovaného produktu. Elektrody, které vyžadují vyšší objemovou hustotu (všechny druhy kromě RP) a spojovací polotovary musí být bibake, a spojovací polotovary jsou také podrobeny třímáčení, čtyřnásobnému nebo dvoumáčovému třívýpalu.
Typ hlavní pece pražírny:
Nepřetržitý provoz — kruhová pec (s víkem, bez víka), tunelová pec
Přerušovaný provoz—-reverzní pec, spodní pekáč, boxový pekáč
Kalcinační křivka a maximální teplota:
Jednorázové pražení — -320, 360, 422, 480 hodin, 1250 °C
Sekundární pražení—-125, 240, 280 hodin, 700-800 °C
Kontrola pečených výrobků: poklepání vzhledu, elektrický odpor, objemová hmotnost, pevnost v tlaku, analýza vnitřní struktury
Impregnace je proces, při kterém se uhlíkový materiál umístí do tlakové nádoby a kapalná impregnační smola se za určitých teplotních a tlakových podmínek ponoří do pórů elektrody produktu. Účelem je snížit poréznost produktu, zvýšit objemovou hmotnost a mechanickou pevnost produktu a zlepšit elektrickou a tepelnou vodivost produktu.
Proces impregnace a související technické parametry jsou: pražení sochoru – čištění povrchu – předehřev (260-380 °C, 6-10 hodin) – plnění impregnační nádrže – vysávání (8-9KPa, 40-50min) – injektáž asfaltu (180 -200 °C) – Tlakování (1,2–1,5 MPa, 3–4 hodiny) – Návrat na asfalt – Chlazení (uvnitř nebo vně nádrž)
Kontrola impregnovaných výrobků: míra přírůstku hmotnosti impregnace G=(W2-W1)/W1×100%
Míra nárůstu hmotnosti po jednom ponoření ≥ 14 %
Míra nárůstu hmotnosti sekundárního impregnovaného produktu ≥ 9 %
Míra přírůstku hmotnosti tří produktů na namáčení ≥ 5 %
Grafitizace se týká procesu tepelného zpracování při vysoké teplotě, při kterém se uhlíkový produkt zahřeje na teplotu 2300 °C nebo více v ochranném médiu ve vysokoteplotní elektrické peci, aby se přeměnil uhlík s amorfní vrstvenou strukturou na trojrozměrný uspořádaný krystalová struktura grafitu.
Účel a účinek grafitizace:
1 zlepšit vodivost a tepelnou vodivost uhlíkového materiálu (odpor se sníží 4-5krát a tepelná vodivost se zvýší asi 10krát);
2 zlepšit odolnost proti tepelným šokům a chemickou stabilitu uhlíkového materiálu (koeficient lineární roztažnosti snížen o 50-80%);
3, aby uhlíkový materiál mazivost a odolnost proti oděru;
4 Nečistoty z výfuku, zlepšit čistotu uhlíkového materiálu (obsah popela v produktu se sníží z 0,5-0,8 % na asi 0,3 %).
Realizace procesu grafitizace:
Grafitizace uhlíkového materiálu se provádí při vysoké teplotě 2300-3000 °C, takže ji lze v průmyslu realizovat pouze elektrickým ohřevem, to znamená, že proud prochází přímo zahřátým kalcinovaným produktem a kalcinovaný produkt se nabíjí do pece vzniká elektrickým proudem o vysoké teplotě. Vodič je opět předmět, který je zahřátý na vysokou teplotu.
V současnosti široce používané pece zahrnují Achesonovy grafitizační pece a pece s vnitřní tepelnou kaskádou (LWG). První jmenovaný má velký výkon, velký teplotní rozdíl a vysokou spotřebu energie. Ten má krátkou dobu ohřevu, nízkou spotřebu energie, stejnoměrný elektrický odpor a není vhodný pro montáž.
Řízení procesu grafitizace je řízeno měřením křivky elektrického výkonu, která je vhodná pro podmínky nárůstu teploty. Doba napájení je 50-80 hodin pro pec Acheson a 9-15 hodin pro pec LWG.
Spotřeba energie grafitizace je velmi velká, obecně 3200-4800 kWh, a procesní náklady tvoří asi 20-35 % celkových výrobních nákladů.
Kontrola grafitizovaných výrobků: poklepání vzhledu, zkouška měrného odporu
Obrábění: Účelem mechanického obrábění uhlíkových grafitových materiálů je dosáhnout požadované velikosti, tvaru, přesnosti atd. řezáním tak, aby tělo elektrody a spoje odpovídaly požadavkům použití.
Zpracování grafitových elektrod se dělí na dva nezávislé procesy zpracování: tělo elektrody a spoj.
Zpracování tělesa zahrnuje tři kroky vyvrtávání a hrubování plochého čela, vnějšího kruhu a plochého čela a frézování závitu. Zpracování kónického spoje lze rozdělit do 6 procesů: řezání, plochá čelní plocha, čelní plocha automobilového kužele, frézování závitu, vrtání šroubu a drážkování.
Spojení elektrodových spojů: kónické kloubové spojení (tři přezky a jedna přezka), válcové kloubové spojení, nárazové spojení (samčí a samičí spojení)
Kontrola přesnosti obrábění: odchylka kuželovitosti závitu, stoupání závitu, odchylka velkého průměru spoje (otvoru), souosost otvoru spoje, svislost otvoru spoje, rovinnost čelní plochy elektrody, čtyřbodová odchylka spoje. Zkontrolujte pomocí speciálních prstencových a talířových měrek.
Kontrola hotových elektrod: přesnost, hmotnost, délka, průměr, objemová hmotnost, měrný odpor, tolerance před montáží atd.
Čas odeslání: 31. října 2019