Graphitelektrode ist ein hochtemperaturbeständiges leitfähiges Graphitmaterial, das durch Erdölkneten, Nadelkoks als Zuschlagstoff und Kohlebitumen als Bindemittel hergestellt wird und durch eine Reihe von Prozessen wie Kneten, Formen, Rösten, Imprägnieren, Graphitisieren und mechanische Bearbeitung hergestellt wird. Material.
Die Graphitelektrode ist ein wichtiges hochtemperaturleitendes Material für die Elektrostahlherstellung. Die Graphitelektrode wird verwendet, um dem Elektroofen elektrische Energie zuzuführen, und die hohe Temperatur, die durch den Lichtbogen zwischen dem Elektrodenende und der Charge erzeugt wird, wird als Wärmequelle zum Schmelzen der Charge für die Stahlherstellung genutzt. Andere Erzöfen, in denen Materialien wie gelber Phosphor, Industriesilizium und Schleifmittel geschmolzen werden, verwenden ebenfalls Graphitelektroden als leitfähige Materialien. Die hervorragenden und besonderen physikalischen und chemischen Eigenschaften von Graphitelektroden werden auch in anderen Industriebereichen häufig genutzt.
Die Rohstoffe für die Herstellung von Graphitelektroden sind Petrolkoks, Nadelkoks und Steinkohlenteerpech.
Petrolkoks ist ein brennbares festes Produkt, das aus der Verkokung von Kohlerückständen und Erdölpech gewonnen wird. Die Farbe ist schwarz und porös, das Hauptelement ist Kohlenstoff und der Aschegehalt ist sehr niedrig, im Allgemeinen unter 0,5 %. Petrolkoks gehört zur Klasse der leicht graphitierbaren Kohlenstoffe. Petrolkoks findet vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der chemischen und metallurgischen Industrie. Es ist der Hauptrohstoff für die Herstellung künstlicher Graphitprodukte und Kohlenstoffprodukte für elektrolytisches Aluminium.
Der Petrolkoks kann je nach Wärmebehandlungstemperatur in zwei Arten unterteilt werden: Rohkoks und kalzinierter Koks. Der durch verzögerte Verkokung gewonnene ehemalige Petrolkoks enthält eine große Menge an flüchtigen Bestandteilen und die mechanische Festigkeit ist gering. Der kalzinierte Koks wird durch Kalzinierung von Rohkoks gewonnen. Die meisten Raffinerien in China produzieren ausschließlich Koks, und die Kalzinierung erfolgt größtenteils in Kohlenstoffanlagen.
Petrolkoks kann in Koks mit hohem Schwefelgehalt (mit mehr als 1,5 % Schwefel), Koks mit mittlerem Schwefelgehalt (mit 0,5–1,5 % Schwefel) und Koks mit niedrigem Schwefelgehalt (mit weniger als 0,5 % Schwefel) unterteilt werden. Die Herstellung von Graphitelektroden und anderen künstlichen Graphitprodukten erfolgt im Allgemeinen unter Verwendung von schwefelarmem Koks.
Nadelkoks ist eine Art hochwertiger Koks mit offensichtlicher faseriger Textur, sehr niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten und einfacher Graphitisierung. Wenn der Koks gebrochen ist, kann er je nach Textur in dünne Streifen gespalten werden (das Seitenverhältnis liegt im Allgemeinen über 1,75). Unter einem Polarisationsmikroskop lässt sich eine anisotrope Faserstruktur beobachten, die daher als Nadelkoks bezeichnet wird.
Die Anisotropie der physikalisch-mechanischen Eigenschaften von Nadelkoks ist sehr offensichtlich. Es weist eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit parallel zur Längsachsenrichtung des Partikels auf und der Wärmeausdehnungskoeffizient ist niedrig. Beim Extrusionsformen ist die Längsachse der meisten Partikel in Extrusionsrichtung angeordnet. Daher ist Nadelkoks der Schlüsselrohstoff für die Herstellung von Hochleistungs- oder Ultrahochleistungs-Graphitelektroden. Die hergestellte Graphitelektrode weist einen niedrigen spezifischen Widerstand, einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine gute Temperaturwechselbeständigkeit auf.
Nadelkoks wird in Nadelkoks auf Ölbasis, der aus Erdölrückständen hergestellt wird, und Nadelkoks auf Kohlebasis, der aus raffinierten Kohlepech-Rohstoffen hergestellt wird, unterteilt.
Kohlenteer ist eines der Hauptprodukte der Tiefverarbeitung von Kohlenteer. Es handelt sich um eine Mischung aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen, die bei hoher Temperatur schwarz, bei hoher Temperatur halbfest oder fest ist, keinen festen Schmelzpunkt hat, nach dem Erhitzen weich wird und dann schmilzt, mit einer Dichte von 1,25–1,35 g/cm3. Je nach Erweichungspunkt wird es in Niedertemperatur-, Mitteltemperatur- und Hochtemperaturasphalt unterteilt. Die Asphaltausbeute bei mittlerer Temperatur beträgt 54-56 % des Kohlenteers. Die Zusammensetzung von Kohlenteer ist äußerst kompliziert, was mit den Eigenschaften von Kohlenteer und dem Gehalt an Heteroatomen zusammenhängt und auch vom Verkokungsprozesssystem und den Verarbeitungsbedingungen für Kohlenteer beeinflusst wird. Es gibt viele Indikatoren zur Charakterisierung von Kohlenteerpech, wie z. B. den Erweichungspunkt von Bitumen, in Toluol unlösliche Stoffe (TI), Chinolin-unlösliche Stoffe (QI), Verkokungswerte und die Rheologie von Kohlenteerpech.
Kohlenteer wird in der Kohlenstoffindustrie als Bindemittel und Imprägniermittel verwendet und seine Leistung hat großen Einfluss auf den Produktionsprozess und die Produktqualität von Kohlenstoffprodukten. Der Bindemittelasphalt verwendet im Allgemeinen einen mitteltemperatur- oder mitteltemperaturmodifizierten Asphalt mit einem mäßigen Erweichungspunkt, einem hohen Verkokungswert und einem hohen β-Harz. Das Imprägniermittel ist ein Mitteltemperaturasphalt mit niedrigem Erweichungspunkt, niedrigem QI und guten rheologischen Eigenschaften.
Das folgende Bild zeigt den Produktionsprozess von Graphitelektroden in einem Kohlenstoffunternehmen.
Kalzinierung: Das kohlenstoffhaltige Rohmaterial wird bei hoher Temperatur wärmebehandelt, um die darin enthaltene Feuchtigkeit und flüchtige Stoffe zu entfernen. Der Produktionsprozess, der der Verbesserung der ursprünglichen Kochleistung entspricht, wird Kalzinierung genannt. Im Allgemeinen wird das kohlenstoffhaltige Rohmaterial unter Verwendung von Gas und seinen eigenen flüchtigen Stoffen als Wärmequelle kalziniert, wobei die maximale Temperatur 1250–1350 °C beträgt.
Durch die Kalzinierung werden tiefgreifende Veränderungen in der Struktur und den physikalisch-chemischen Eigenschaften kohlenstoffhaltiger Rohstoffe vorgenommen, vor allem durch die Verbesserung der Dichte, der mechanischen Festigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit von Koks, die Verbesserung der chemischen Stabilität und der Oxidationsbeständigkeit von Koks und die Schaffung einer Grundlage für den nachfolgenden Prozess. .
Zu den kalzinierten Geräten gehören hauptsächlich Tankkalzinierer, Drehrohröfen und elektrische Kalzinatoren. Der Qualitätskontrollindex der Kalzinierung besteht darin, dass die wahre Dichte von Petrolkoks nicht weniger als 2,07 g/cm3 beträgt, der spezifische Widerstand nicht mehr als 550 μΩ.m beträgt, die wahre Dichte von Nadelkoks nicht weniger als 2,12 g/cm3 beträgt und die Der spezifische Widerstand beträgt nicht mehr als 500 μΩ.m.
Zerkleinerung von Rohstoffen und Zutaten
Vor der Dosierung muss der kalzinierte Petrolkoks und Nadelkoks zerkleinert, gemahlen und gesiebt werden.
Die mittlere Zerkleinerung wird üblicherweise mit einer Brechausrüstung von etwa 50 mm durch einen Backenbrecher, einen Hammerbrecher, einen Walzenbrecher und dergleichen durchgeführt, um das für die Charge erforderliche Material mit einer Größe von 0,5 bis 20 mm weiter zu zerkleinern.
Beim Mahlen handelt es sich um ein Verfahren zum Mahlen eines kohlenstoffhaltigen Materials zu pulverförmigen kleinen Partikeln von 0,15 mm oder weniger und einer Partikelgröße von 0,075 mm oder weniger mittels einer Ringwalzenmühle vom Suspensionstyp (Raymond-Mühle), einer Kugelmühle oder dergleichen .
Beim Sieben handelt es sich um einen Prozess, bei dem eine breite Palette von Materialien nach dem Zerkleinern durch eine Reihe von Sieben mit gleichmäßigen Öffnungen in mehrere Partikelgrößenbereiche mit einem engen Größenbereich aufgeteilt wird. Die aktuelle Elektrodenproduktion erfordert normalerweise 4–5 Pellets und 1–2 Pulverqualitäten.
Zutaten sind die Produktionsprozesse zum Berechnen, Wiegen und Fokussieren der verschiedenen Aggregate aus Zuschlagstoffen und Pulvern sowie Bindemitteln entsprechend den Rezepturanforderungen. Die wissenschaftliche Eignung der Formulierung und die Stabilität des Dosiervorgangs gehören zu den wichtigsten Faktoren, die den Qualitätsindex und die Leistung des Produkts beeinflussen.
Die Formel muss 5 Aspekte bestimmen:
1Wählen Sie die Art der Rohstoffe aus;
2 Bestimmen Sie den Anteil verschiedener Rohstoffarten.
3 Bestimmen der Partikelgrößenzusammensetzung des festen Rohstoffs;
4 Bestimmen Sie die Bindemittelmenge.
5 Bestimmen Sie die Art und Menge der Zusatzstoffe.
Kneten: Mischen und Quantifizieren von kohlenstoffhaltigen Körnern und Pulvern unterschiedlicher Partikelgröße mit einer bestimmten Menge Bindemittel bei einer bestimmten Temperatur und Kneten der plastischen Paste in einem Prozess, der als Kneten bezeichnet wird.
Knetvorgang: Trockenmischen (20-35 Min.) Nassmischen (40-55 Min.)
Die Rolle des Knetens:
1 Beim Trockenmischen werden die verschiedenen Rohstoffe gleichmäßig gemischt und die festen kohlenstoffhaltigen Materialien unterschiedlicher Partikelgröße werden gleichmäßig gemischt und gefüllt, um die Kompaktheit der Mischung zu verbessern;
2 Nach der Zugabe von Kohlenteerpech werden das Trockenmaterial und der Asphalt gleichmäßig vermischt. Der flüssige Asphalt umhüllt und benetzt die Oberfläche des Granulats gleichmäßig und bildet so eine Asphaltbindeschicht. Alle Materialien werden miteinander verbunden und bilden einen homogenen Kunststoffschleim. Fördert das Formen;
3 Teile Steinkohlenteerpech dringen in den Innenraum des kohlenstoffhaltigen Materials ein und erhöhen so die Dichte und Kohäsion der Paste weiter.
Formen: Das Formen von Kohlenstoffmaterial bezieht sich auf den Prozess der plastischen Verformung der gekneteten Kohlenstoffpaste unter der von der Formungsausrüstung ausgeübten äußeren Kraft, um schließlich einen Grünkörper (oder ein Rohprodukt) mit einer bestimmten Form, Größe, Dichte und Festigkeit zu bilden. Verfahren.
Formenarten, Geräte und hergestellte Produkte:
Formverfahren
Gemeinsame Ausrüstung
Hauptprodukte
Formen
Vertikale hydraulische Presse
Elektrischer Kohlenstoff, minderwertiger Feinstrukturgraphit
Quetschen
Horizontaler hydraulischer Extruder
Schneckenextruder
Graphitelektrode, quadratische Elektrode
Vibrationsformen
Vibrationsformmaschine
Aluminium-Kohlenstoffstein, Hochofen-Kohlenstoffstein
Isostatisches Pressen
Isostatische Formmaschine
Isotroper Graphit, anisotroper Graphit
Squeeze-Betrieb
1 Kühlmaterial: Scheibenkühlmaterial, Zylinderkühlmaterial, Kühlmaterialien zum Mischen und Kneten usw.
Entfernen Sie die flüchtigen Bestandteile und reduzieren Sie sie auf eine geeignete Temperatur (90–120 °C), um die Haftung zu erhöhen, so dass die Blockbildung der Paste 20–30 Minuten lang gleichmäßig ist
2 Laden: Hebeleitblech drücken – 2–3 Mal schneiden – 4–10 MPa Verdichtung
3 Vordruck: Druck 20–25 MPa, Zeit 3–5 Minuten, während Vakuumieren
4 Extrusion: Drücken Sie die Schallwand nach unten – 5–15 MPa Extrusion – schneiden – in das Kühlbecken
Technische Parameter der Extrusion: Kompressionsverhältnis, Presskammer- und Düsentemperatur, Kühltemperatur, Vorspanndruckzeit, Extrusionsdruck, Extrusionsgeschwindigkeit, Kühlwassertemperatur
Grünlingsinspektion: Schüttdichte, Aussehen, Analyse
Kalzinierung: Dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem der Kohlenstoffprodukt-Grünkörper unter dem Schutz des Füllstoffs in einen speziell entwickelten Heizofen gefüllt wird, um eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung zur Karbonisierung des Kohlepechs im Grünkörper durchzuführen. Der nach der Karbonisierung des Kohlebitumens gebildete Bitumenkoks verfestigt das kohlenstoffhaltige Aggregat und die Pulverpartikel miteinander, und das kalzinierte Kohlenstoffprodukt weist eine hohe mechanische Festigkeit, einen geringen elektrischen Widerstand, eine gute thermische Stabilität und chemische Stabilität auf. .
Die Kalzinierung ist einer der Hauptprozesse bei der Herstellung von Kohlenstoffprodukten und außerdem ein wichtiger Bestandteil der drei großen Wärmebehandlungsprozesse bei der Herstellung von Graphitelektroden. Der Produktionszyklus der Kalzinierung ist lang (22–30 Tage zum Backen, 5–20 Tage für Öfen für 2 Backvorgänge) und der Energieverbrauch ist höher. Die Qualität der Grünröstung hat Einfluss auf die Qualität des Endprodukts und die Produktionskosten.
Das Grünkohlepech im Grünkörper wird während des Röstvorgangs verkokt, wobei etwa 10 % der flüchtigen Bestandteile ausgetragen werden, das Volumen durch 2-3 % Schrumpfung entsteht und der Massenverlust 8-10 % beträgt. Auch die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Kohlenstoffbarrens veränderten sich erheblich. Die Porosität sank von 1,70 g/cm3 auf 1,60 g/cm3 und der spezifische Widerstand sank aufgrund der Zunahme der Porosität von 10000 μΩ·m auf 40–50 μΩ·m. Die mechanische Festigkeit des kalzinierten Knüppels war ebenfalls groß. Zur Verbesserung.
Das sekundäre Backen ist ein Prozess, bei dem das kalzinierte Produkt eingetaucht und dann kalziniert wird, um das in den Poren des kalzinierten Produkts eingetauchte Pech zu karbonisieren. Elektroden, die eine höhere Schüttdichte erfordern (alle Varianten außer RP) und Verbindungsrohlinge müssen doppelt gebrannt werden, und die Verbindungsrohlinge werden auch einem Drei-Tauch-Vier-Bake oder einem Zwei-Tauch-Drei-Bake unterzogen.
Hauptofentyp des Rösters:
Kontinuierlicher Betrieb – Ringofen (mit Deckel, ohne Deckel), Tunnelofen
Intermittierender Betrieb – Umkehrofen, Unterbodenröster, Kastenröster
Kalzinationskurve und maximale Temperatur:
Einmalige Röstung – -320, 360, 422, 480 Stunden, 1250 °C
Sekundärröstung – 125, 240, 280 Stunden, 700–800 °C
Inspektion von Backwaren: Aussehen, elektrischer Widerstand, Schüttdichte, Druckfestigkeit, Analyse der inneren Struktur
Beim Imprägnieren handelt es sich um einen Prozess, bei dem ein Kohlenstoffmaterial in einen Druckbehälter gegeben wird und das flüssige Imprägnierpech unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen in die Poren der Produktelektrode eingetaucht wird. Der Zweck besteht darin, die Porosität des Produkts zu verringern, die Schüttdichte und mechanische Festigkeit des Produkts zu erhöhen und die elektrische und thermische Leitfähigkeit des Produkts zu verbessern.
Der Imprägnierprozess und die damit verbundenen technischen Parameter sind: Rösten des Knüppels – Oberflächenreinigung – Vorwärmen (260–380 °C, 6–10 Stunden) – Beladen des Imprägniertanks – Vakuumieren (8–9 kPa, 40–50 Min.) – Einspritzen von Bitumen (180 °C). -200 °C) – Druckbeaufschlagung (1,2–1,5 MPa, 3–4 Stunden) – Rückkehr zum Asphalt – Kühlung (innerhalb oder außerhalb des Tanks)
Inspektion imprägnierter Produkte: Gewichtszunahmerate der Imprägnierung G=(W2-W1)/W1×100 %
Gewichtszunahmerate bei einem Tauchgang ≥14 %
Gewichtszunahmerate des sekundären imprägnierten Produkts ≥ 9 %
Gewichtszunahmerate bei drei Dip-Produkten ≥ 5 %
Unter Graphitisierung versteht man einen Hochtemperatur-Wärmebehandlungsprozess, bei dem ein Kohlenstoffprodukt in einem Schutzmedium in einem Hochtemperatur-Elektroofen auf eine Temperatur von 2300 °C oder mehr erhitzt wird, um einen amorphen Kohlenstoff mit Schichtstruktur in einen dreidimensional geordneten Kohlenstoff umzuwandeln Graphitkristallstruktur.
Zweck und Wirkung der Graphitierung:
1 Verbesserung der Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit des Kohlenstoffmaterials (der spezifische Widerstand wird um das 4- bis 5-fache verringert und die Wärmeleitfähigkeit um etwa das 10-fache erhöht);
2 Verbesserung der Thermoschockbeständigkeit und chemischen Stabilität des Kohlenstoffmaterials (linearer Ausdehnungskoeffizient um 50–80 % reduziert);
3, um dem Kohlenstoffmaterial Schmierfähigkeit und Abriebfestigkeit zu verleihen;
4 Abgasverunreinigungen, Verbesserung der Reinheit des Kohlenstoffmaterials (der Aschegehalt des Produkts wird von 0,5–0,8 % auf etwa 0,3 % reduziert).
Die Realisierung des Graphitisierungsprozesses:
Die Graphitisierung von Kohlenstoffmaterial erfolgt bei einer hohen Temperatur von 2300–3000 °C und kann daher in der Industrie nur durch elektrische Erwärmung realisiert werden, d. h. der Strom fließt direkt durch das erhitzte kalzinierte Produkt und das kalzinierte Produkt wird geladen In den Ofen gelangt elektrischer Strom bei hoher Temperatur. Der Leiter ist wiederum ein Gegenstand, der auf eine hohe Temperatur erhitzt wird.
Zu den derzeit weit verbreiteten Öfen gehören Acheson-Graphitisierungsöfen und interne Wärmekaskadenöfen (LWG). Ersteres hat eine große Leistung, einen großen Temperaturunterschied und einen hohen Stromverbrauch. Letzteres hat eine kurze Aufheizzeit, einen geringen Stromverbrauch, einen gleichmäßigen elektrischen Widerstand und ist für die Montage nicht geeignet.
Die Steuerung des Graphitisierungsprozesses erfolgt durch Messung der elektrischen Leistungskurve, die für die Temperaturanstiegsbedingung geeignet ist. Die Stromversorgungszeit beträgt 50–80 Stunden für den Acheson-Ofen und 9–15 Stunden für den LWG-Ofen.
Der Stromverbrauch der Graphitierung ist sehr hoch, im Allgemeinen 3200–4800 kWh, und die Prozesskosten machen etwa 20–35 % der Gesamtproduktionskosten aus.
Inspektion von graphitierten Produkten: Aussehensprüfung, Widerstandsprüfung
Bearbeitung: Der Zweck der mechanischen Bearbeitung von Kohlenstoffgraphitmaterialien besteht darin, durch Schneiden die erforderliche Größe, Form, Präzision usw. zu erreichen, um den Elektrodenkörper und die Verbindungen entsprechend den Anforderungen der Verwendung herzustellen.
Die Verarbeitung von Graphitelektroden ist in zwei unabhängige Verarbeitungsprozesse unterteilt: Elektrodenkörper und Verbindung.
Die Karosseriebearbeitung umfasst drei Schritte: Bohren und Schruppen der flachen Endfläche, Außenkreis und flache Endfläche sowie Fräsen des Gewindes. Die Bearbeitung einer konischen Verbindung kann in 6 Prozesse unterteilt werden: Schneiden, flache Stirnfläche, Autokegelfläche, Gewindefräsen, Bohren von Bolzen und Schlitzen.
Anschluss der Elektrodengelenke: konische Gelenkverbindung (drei Schnallen und eine Schnalle), zylindrische Gelenkverbindung, Bump-Verbindung (männliche und weibliche Verbindung)
Kontrolle der Bearbeitungsgenauigkeit: Gewindekegelabweichung, Gewindesteigung, Abweichung des großen Durchmessers der Verbindung (Loch), Koaxialität der Verbindungsbohrung, Vertikalität der Verbindungsbohrung, Ebenheit der Elektrodenstirnfläche, Abweichung der Verbindungsvierpunkte. Überprüfen Sie dies mit speziellen Lehrringen und Plattenlehren.
Inspektion fertiger Elektroden: Genauigkeit, Gewicht, Länge, Durchmesser, Schüttdichte, spezifischer Widerstand, Vormontagetoleranz usw.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 31. Okt. 2019