Grafitelektrodeproduktionsproces

Grafitelektrode er et højtemperaturbestandigt grafitledende materiale fremstillet ved petroleumsæltning, nålekoks som tilslag og kulbitumen som bindemiddel, der produceres gennem en række processer såsom æltning, støbning, ristning, imprægnering, grafitisering og mekanisk bearbejdning. materiale.

Grafitelektroden er et vigtigt højtemperatur-ledende materiale til elektrisk stålfremstilling. Grafitelektroden bruges til at tilføre elektrisk energi til den elektriske ovn, og den høje temperatur, der genereres af buen mellem elektrodeenden og ladningen, bruges som varmekilde til at smelte ladningen til stålfremstilling. Andre malmovne, der smelter materialer som gult fosfor, industrielt silicium og slibemidler, bruger også grafitelektroder som ledende materialer. De fremragende og specielle fysiske og kemiske egenskaber ved grafitelektroder er også meget udbredt i andre industrisektorer.
Råvarerne til fremstilling af grafitelektroder er petroleumskoks, nålekoks og stenkulstjærebeg.

Petroleumskoks er et brandfarligt fast produkt, der opnås ved koksning af kulrester og petroleumsbeg. Farven er sort og porøs, hovedelementet er kulstof, og askeindholdet er meget lavt, generelt under 0,5%. Petroleumskoks tilhører klassen af ​​let grafitiseret kulstof. Petroleumskoks har en bred vifte af anvendelser i kemiske og metallurgiske industrier. Det er det vigtigste råmateriale til fremstilling af kunstige grafitprodukter og kulstofprodukter til elektrolytisk aluminium.

Petroleumskoksen kan opdeles i to typer: råkoks og brændt koks i henhold til varmebehandlingstemperaturen. Den tidligere petroleumskoks opnået ved forsinket koksning indeholder en stor mængde flygtige stoffer, og den mekaniske styrke er lav. Den kalcinerede koks opnås ved kalcinering af råkoks. De fleste raffinaderier i Kina producerer kun koks, og calcineringsoperationer udføres for det meste i kulstofanlæg.

Petroleumskoks kan opdeles i koks med højt svovlindhold (indeholdende mere end 1,5 % svovl), medium svovlkoks (indeholdende 0,5 %-1,5 % svovl) og koks med lavt svovlindhold (indeholdende mindre end 0,5 % svovl). Fremstillingen af ​​grafitelektroder og andre kunstige grafitprodukter fremstilles generelt ved brug af koks med lavt svovlindhold.

Nålekoks er en slags højkvalitetskoks med tydelig fibrøs tekstur, meget lav termisk udvidelseskoefficient og let grafitisering. Når koksen er brudt, kan den opdeles i slanke strimler efter tekstur (sideforholdet er generelt over 1,75). En anisotrop fibrøs struktur kan observeres under et polariserende mikroskop og omtales derfor som nålekoks.

Anisotropien af ​​fysisk-mekaniske egenskaber af nålekoks er meget indlysende. Den har god elektrisk og termisk ledningsevne parallelt med partiklernes lange akseretning, og termisk udvidelseskoefficient er lav. Ved ekstruderingsstøbning er langaksen for de fleste partikler arrangeret i ekstruderingsretningen. Derfor er nålekoks det vigtigste råmateriale til fremstilling af høj- eller ultra-høj-effekt grafitelektroder. Den fremstillede grafitelektrode har lav resistivitet, lille termisk udvidelseskoefficient og god termisk stødmodstand.

Nålekoks er opdelt i oliebaseret nålekoks fremstillet af olierester og kulbaseret nålekoks fremstillet af raffinerede kulbegråmaterialer.

Stenkulstjære er et af hovedprodukterne ved dyb behandling af stenkulstjære. Det er en blanding af forskellige kulbrinter, sort ved høj temperatur, halvfast eller fast ved høj temperatur, uden fast smeltepunkt, blødgjort efter opvarmning og derefter smeltet med en densitet på 1,25-1,35 g/cm3. I henhold til dets blødgøringspunkt er det opdelt i lav temperatur, medium temperatur og høj temperatur asfalt. Asfaltudbyttet ved middeltemperatur er 54-56 % stenkulstjære. Sammensætningen af ​​stenkulstjære er ekstremt kompliceret, hvilket hænger sammen med stenkulstjærens egenskaber og indholdet af heteroatomer, og er også påvirket af koksprocessystemet og kultjæreforarbejdningsbetingelser. Der er mange indikatorer for karakterisering af stenkulstjærebeg, såsom bitumenblødgøringspunkt, toluen-uopløselige stoffer (TI), quinolin-uopløselige stoffer (QI), koksværdier og kulbeg-reologi.

Stenkulstjære bruges som bindemiddel og imprægneringsmiddel i kulstofindustrien, og dens ydeevne har stor indflydelse på kulstofprodukternes produktion og produktkvalitet. Bindeasfalten anvender generelt en middeltemperatur- eller middeltemperaturmodificeret asfalt med et moderat blødgøringspunkt, en høj forkoksningsværdi og en høj β-harpiks. Imprægneringsmidlet er en middeltemperatur asfalt med et lavt blødgøringspunkt, en lav QI og gode rheologiske egenskaber.

Følgende billede viser produktionsprocessen af ​​grafitelektrode i kulstofvirksomhed.
Kalcinering: Det kulholdige råmateriale varmebehandles ved høj temperatur for at udlede fugten og det flygtige stof, der er indeholdt deri, og produktionsprocessen, der svarer til forbedringen af ​​den oprindelige madlavningsydelse, kaldes kalcinering. Generelt calcineres det kulholdige råmateriale ved at bruge gas og dets egne flygtige stoffer som varmekilde, og den maksimale temperatur er 1250-1350 °C.

Kalcinering foretager dybtgående ændringer i strukturen og de fysisk-kemiske egenskaber af kulholdige råmaterialer, hovedsageligt ved at forbedre densiteten, den mekaniske styrke og den elektriske ledningsevne af koks, forbedre den kemiske stabilitet og oxidationsmodstanden af ​​koks, hvilket lægger grundlaget for den efterfølgende proces. .

Brændt udstyr omfatter hovedsageligt tankbrænder, roterovn og elektrisk calcinator. Kvalitetskontrolindekset for kalcinering er, at den sande densitet af petroleumskoks ikke er mindre end 2,07 g/cm3, resistiviteten er ikke mere end 550 μΩ.m, den sande densitet af nålekoks er ikke mindre end 2,12 g/cm3, og resistivitet er ikke mere end 500μΩ.m.
Råvareknusning og ingredienser

Før batchningen skal den bulkbrændte petroleumskoks og nålekoks knuses, males og sigtes.

Mellemknusningen udføres sædvanligvis ved at knuse udstyr på ca. 50 mm gennem en kæbeknuser, en hammerknuser, en rulleknuser og lignende for yderligere at knuse det 0,5-20 mm størrelse materiale, der kræves til batchningen.

Formaling er en proces med formaling af et kulholdigt materiale til en pulverformig lille partikel på 0,15 mm eller mindre og en partikelstørrelse på 0,075 mm eller mindre ved hjælp af en ringvalsemølle af suspensionstypen (Raymond-mølle), en kuglemølle eller lignende .

Sigtning er en proces, hvor en bred vifte af materialer efter en knusning opdeles i flere partikelstørrelsesområder med et snævert område af størrelser gennem en række sigter med ensartede åbninger. Den nuværende elektrodeproduktion kræver normalt 4-5 pellets og 1-2 pulverkvaliteter.

Ingredienser er produktionsprocesserne til beregning, vejning og fokusering af de forskellige aggregater af aggregater og pulvere og bindemidler i henhold til formuleringskravene. Formuleringens videnskabelige egnethed og stabiliteten af ​​batchoperationen er blandt de vigtigste faktorer, der påvirker produktets kvalitetsindeks og ydeevne.

Formlen skal bestemme 5 aspekter:
1Vælg typen af ​​råvarer;
2 bestemme andelen af ​​forskellige typer råvarer;
3 bestemmelse af partikelstørrelsessammensætningen af ​​det faste råmateriale;
4 bestemme mængden af ​​bindemiddel;
5 Bestem typen og mængden af ​​tilsætningsstoffer.

Æltning: Blanding og kvantificering af kulstofholdige granulater og pulvere af forskellige partikelstørrelser med en vis mængde bindemiddel ved en bestemt temperatur og æltning af plasticitetspastaen til en proces kaldet æltning.

Æltningsproces: tørblanding (20-35 min) vådblanding (40-55 min)

Rollen af ​​æltning:
1 Ved tørblanding blandes de forskellige råmaterialer ensartet, og de faste kulholdige materialer af forskellige partikelstørrelser blandes ensartet og fyldes for at forbedre blandingens kompakthed;
2 Efter tilsætning af stenkulstjærebeg blandes det tørre materiale og asfalten ensartet. Den flydende asfalt belægger og fugter overfladen af ​​granulatet ensartet for at danne et lag af asfaltbindende lag, og alle materialerne bindes til hinanden for at danne en homogen plastikudstrygning. Befordrende for støbning;
3 dele kultjærebeg trænger ind i det indre rum af det kulholdige materiale, hvilket yderligere øger pastaens tæthed og sammenhængskraft.

Støbning: Støbningen af ​​kulstofmateriale refererer til processen med plastisk deformering af den æltede kulstofpasta under den ydre kraft, der påføres af støbeudstyret for endelig at danne et grønt legeme (eller råprodukt) med en vis form, størrelse, tæthed og styrke. behandle.

Typer af støbning, udstyr og produkter fremstillet:
Støbemetode
Fælles udstyr
vigtigste produkter
Støbning
Lodret hydraulisk presse
Elektrisk kulstof, lavkvalitets finstrukturgrafit
Presse
Vandret hydraulisk ekstruder
Skrueekstruder
Grafitelektrode, firkantet elektrode
Vibrationsstøbning
Vibrationsstøbemaskine
Aluminium carbon mursten, højovn carbon mursten
Isostatisk presning
Isostatisk støbemaskine
Isotrop grafit, anisotrop grafit

Klem operation
1 køligt materiale: skivekølemateriale, cylinderkølemateriale, blanding og æltning af kølematerialer osv.
Udled de flygtige stoffer, reducer til en passende temperatur (90-120 ° C) for at øge vedhæftningen, så pastaens blokering er ensartet i 20-30 min.
2 Indlæsning: tryk løft baffel —– 2-3 gange skæring—-4-10MPa komprimering
3 fortryk: tryk 20-25MPa, tid 3-5min, under støvsugning
4 ekstrudering: tryk skærmpladen —5-15MPa ekstrudering — skæres ned i kølevasken

Tekniske parametre for ekstrudering: kompressionsforhold, pressekammer og dysetemperatur, køletemperatur, forspændingstryktid, ekstruderingstryk, ekstruderingshastighed, kølevandstemperatur

Grøn kropsinspektion: bulkdensitet, udseendetapning, analyse

Kalcinering: Det er en proces, hvor kulstofproduktets grønne krop fyldes i en specialdesignet varmeovn under beskyttelse af fyldstoffet for at udføre højtemperatur varmebehandling for at karbonisere kulbegen i den grønne krop. Bitumenkoksen dannet efter karboniseringen af ​​kulbitumenet størkner det kulholdige aggregat og pulverpartiklerne sammen, og det brændte kulstofprodukt har høj mekanisk styrke, lav elektrisk resistivitet, god termisk stabilitet og kemisk stabilitet. .

Kalcinering er en af ​​hovedprocesserne i produktionen af ​​kulstofprodukter og er også en vigtig del af de tre store varmebehandlingsprocesser inden for grafitelektrodeproduktion. Kalcineringsproduktionscyklussen er lang (22-30 dage til bagning, 5-20 dage for ovne til 2 bagning) og højere energiforbrug. Kvaliteten af ​​grøn ristning har indflydelse på kvaliteten af ​​det færdige produkt og produktionsomkostningerne.

Den grønne kulbeg i det grønne legeme forkokses under ristningsprocessen, og omkring 10% af det flygtige stof udledes, og volumenet produceres ved 2-3% svind, og massetabet er 8-10%. Kulstoffets fysiske og kemiske egenskaber ændrede sig også væsentligt. Porøsiteten faldt fra 1,70 g/cm3 til 1,60 g/cm3, og resistiviteten faldt fra 10000 μΩ·m til 40-50 μΩ·m på grund af stigningen i porøsiteten. Den mekaniske styrke af den calcinerede billet var også stor. Til forbedring.

Den sekundære bagning er en proces, hvor det calcinerede produkt nedsænkes og derefter calcineres for at carbonisere beget nedsænket i porerne i det calcinerede produkt. Elektroder, der kræver højere bulkdensitet (alle varianter undtagen RP) og fugeemner, skal bibages, og fugeemnerne udsættes også for three-dip four-bake eller two-dip three-bake.

Hovedovnstype af brændeovn:
Kontinuerlig drift—-ringovn (med låg, uden låg), tunnelovn
Intermitterende drift - omvendt ovn, stegeovn under gulv, kasserister

Kalcineringskurve og maksimal temperatur:
Engangsristning—-320, 360, 422, 480 timer, 1250 °C
Sekundær stegning—-125, 240, 280 timer, 700-800 °C

Inspektion af bagte produkter: Udseendetapning, elektrisk resistivitet, bulkdensitet, trykstyrke, intern strukturanalyse

Imprægnering er en proces, hvor et kulstofmateriale anbringes i en trykbeholder, og det flydende imprægneringsbeg nedsænkes i produktelektrodens porer under bestemte temperatur- og trykforhold. Formålet er at reducere produktets porøsitet, øge produktets bulkdensitet og mekaniske styrke og forbedre produktets elektriske og termiske ledningsevne.

Imprægneringsprocessen og relaterede tekniske parametre er: ristning af billet – overfladerengøring – forvarmning (260-380 °C, 6-10 timer) – påfyldning af imprægneringstanken – støvsugning (8-9KPa, 40-50min) – Injektion af bitumen (180) -200 °C) – Tryksætning (1,2-1,5 MPa, 3-4 timer) – Retur til asfalt - Køling (i eller uden for tanken)

Inspektion af imprægnerede produkter: imprægnering vægtøgning G=(W2-W1)/W1×100%
Vægtstigningshastighed ved én dyppe ≥14 %
Sekundært imprægneret produkts vægtforøgelse ≥ 9 %
Tre dyppeprodukter vægtforøgelse ≥ 5 %

Grafitisering refererer til en højtemperatur varmebehandlingsproces, hvor et kulstofprodukt opvarmes til en temperatur på 2300 °C eller mere i et beskyttende medium i en højtemperatur elektrisk ovn for at omdanne et amorft lagstrukturkulstof til et tredimensionelt ordnet grafit krystal struktur.

Formålet med og virkningen af ​​grafitisering:
1 forbedre carbonmaterialets ledningsevne og termiske ledningsevne (modstandsevnen er reduceret med 4-5 gange, og den termiske ledningsevne øges med ca. 10 gange);
2 forbedre den termiske stødmodstand og kemiske stabilitet af kulstofmaterialet (lineær ekspansionskoefficient reduceret med 50-80%);
3 for at gøre kulstofmaterialets smøreevne og slidstyrke;
4 Udstødning af urenheder, forbedre renheden af ​​kulstofmaterialet (produktets askeindhold reduceres fra 0,5-0,8% til ca. 0,3%).

Realiseringen af ​​grafitiseringsprocessen:

Grafitiseringen af ​​kulstofmateriale udføres ved en høj temperatur på 2300-3000 °C, så den kan kun realiseres ved elektrisk opvarmning i industrien, det vil sige, at strømmen passerer direkte gennem det opvarmede kalcinerede produkt, og det kalcinerede produkt oplades ind i ovnen genereres af den elektriske strøm ved høj temperatur. Lederen er igen en genstand, der opvarmes til en høj temperatur.

Ovne, der i øjeblikket er meget udbredte, omfatter Acheson-grafitiseringsovne og interne varmekaskadeovne (LWG). Førstnævnte har et stort output, en stor temperaturforskel og et højt strømforbrug. Sidstnævnte har kort opvarmningstid, lavt strømforbrug, ensartet elektrisk resistivitet og er ikke egnet til montering.

Styringen af ​​grafitiseringsprocessen styres ved at måle den elektriske effektkurve, der er egnet til temperaturstigningsbetingelserne. Strømforsyningstiden er 50-80 timer for Acheson-ovnen og 9-15 timer for LWG-ovnen.

Strømforbruget ved grafitisering er meget stort, generelt 3200-4800KWh, og procesomkostningerne udgør omkring 20-35% af de samlede produktionsomkostninger.

Inspektion af grafitiserede produkter: Udseendetapning, resistivitetstest

Bearbejdning: Formålet med mekanisk bearbejdning af carbongrafitmaterialer er at opnå den nødvendige størrelse, form, præcision osv. ved at skære for at fremstille elektrodelegemet og samlingerne i overensstemmelse med brugskravene.

Grafitelektrodebehandling er opdelt i to uafhængige behandlingsprocesser: elektrodelegeme og led.

Kropsbehandlingen omfatter tre trin med boring og ru flad endeflade, ydre cirkel og flad endeflade og fræsegevind. Bearbejdningen af ​​konisk samling kan opdeles i 6 processer: skæring, flad endeflade, bilkegleflade, fræsegevind, borebolt og slidsning.

Tilslutning af elektrodesamlinger: konisk ledforbindelse (tre spænder og et spænde), cylindrisk ledforbindelse, bumpforbindelse (han- og hunforbindelse)

Kontrol af bearbejdningsnøjagtighed: gevindtilspidsning afvigelse, gevindstigning, samling (hul) stor diameter afvigelse, samling hul koaksialitet, samling hul vertikalitet, elektrode endeflade planhed, samling firepunkts afvigelse. Tjek med specielle ringmålere og plademålere.

Inspektion af færdige elektroder: nøjagtighed, vægt, længde, diameter, bulkdensitet, resistivitet, præ-montage tolerance osv.