Grafiitelektroodide tootmisprotsess

Grafiitelektroodi tooraine ja tootmisprotsess

Grafiitelektrood on kõrge temperatuurikindel grafiit juhtiv materjal, mida toodetakse nafta sõtkumisel, nõelkoksi täitematerjalina ja kivisöe bituumenit sideainena, mida toodetakse mitmete protsesside, nagu sõtkumine, vormimine, röstimine, immutamine, grafitiseerimine ja mehaaniline töötlemine, abil. materjalist.

Grafiitelektrood on oluline kõrget temperatuuri juhtiv materjal elektrilise terase valmistamisel. Grafiitelektroodi kasutatakse elektrienergia sisestamiseks elektriahju ning elektroodi otsa ja laengu vahelise kaare poolt tekitatud kõrget temperatuuri kasutatakse soojusallikana terase tootmiseks vajaliku laengu sulatamiseks. Ka teised maagiahjud, mis sulatavad materjale, nagu kollane fosfor, tööstuslik räni ja abrasiivid, kasutavad juhtivate materjalidena grafiitelektroode. Grafiitelektroodide suurepäraseid ja erilisi füüsikalisi ja keemilisi omadusi kasutatakse laialdaselt ka teistes tööstussektorites.

Grafiitelektroodide tootmise tooraineks on naftakoks, nõelkoks ja kivisöetõrva pigi.

Naftakoks on tuleohtlik tahke toode, mis saadakse kivisöe jääkide ja naftapigi koksimisel. Värvus on must ja poorne, põhielement on süsinik ja tuhasisaldus on väga madal, üldiselt alla 0,5%. Naftakoks kuulub kergesti grafitiseeruva süsiniku klassi. Naftakoksi kasutatakse laialdaselt keemia- ja metallurgiatööstuses. See on peamine tooraine elektrolüütilise alumiiniumi tehisgrafiittoodete ja süsiniktoodete tootmiseks.

Kuumtöötlemistemperatuuri järgi võib naftakoksi jagada kahte liiki: toorkoks ja kaltsineeritud koks. Hilinenud koksistamise teel saadud endine naftakoks sisaldab suures koguses lenduvaid aineid ning mehaaniline tugevus on madal. Kaltsineeritud koks saadakse toorkoksi kaltsineerimisel. Enamik Hiina rafineerimistehaseid toodab ainult koksi ja kaltsineerimistoimingud tehakse enamasti süsinikutehastes.

Naftakoksi võib jagada kõrge väävlisisaldusega koksiks (sisaldab üle 1,5% väävlit), keskmise väävlisisaldusega koksiks (sisaldab 0,5–1,5% väävlit) ja madala väävlisisaldusega koksiks (sisaldab alla 0,5%). Grafiitelektroodide ja muude tehisgrafiittoodete tootmiseks kasutatakse üldiselt madala väävlisisaldusega koksi.

Nõelkoks on omamoodi kõrgekvaliteediline koks, millel on ilmselge kiuline tekstuur, väga madal soojuspaisumistegur ja lihtne grafitiseerimine. Kui koks on katki, saab selle vastavalt tekstuurile jagada õhukesteks ribadeks (kuvasuhe on üldjuhul üle 1,75). Polariseeriva mikroskoobi all saab jälgida anisotroopset kiulist struktuuri ja seetõttu nimetatakse seda nõelkoksiks.

Nõelkoksi füüsikalis-mehaaniliste omaduste anisotroopia on väga ilmne. Sellel on hea elektri- ja soojusjuhtivus paralleelselt osakese pikitelje suunaga ning soojuspaisumise koefitsient on madal. Ekstrusioonvormimisel on enamiku osakeste pikitelg paigutatud ekstrusiooni suunas. Seetõttu on nõelkoks suure võimsusega või ülisuure võimsusega grafiitelektroodide valmistamisel peamine tooraine. Valmistatud grafiitelektroodil on madal takistus, väike soojuspaisumistegur ja hea soojuslöögikindlus.

Nõelkoks jaguneb naftajääkidest toodetud õlipõhiseks nõelkoksiks ja rafineeritud kivisöepigi toorainest toodetud kivisöepõhiseks nõelkoksiks.

Kivisöetõrv on kivisöetõrva süvatöötlemise üks peamisi tooteid. See on mitmesuguste süsivesinike segu, mis on kõrgel temperatuuril must, kõrgel temperatuuril pooltahke või tahke, fikseeritud sulamistemperatuurita, pärast kuumutamist pehmendatud ja seejärel sulanud, tihedusega 1,25–1,35 g/cm3. Pehmenemistemperatuuri järgi jaguneb see madala temperatuuriga, keskmise temperatuuriga ja kõrge temperatuuriga asfaldiks. Keskmise temperatuuriga asfaldi saagis on 54-56% kivisöetõrvast. Kivisöetõrva koostis on äärmiselt keeruline, mis on seotud kivisöetõrva omaduste ja heteroaatomite sisaldusega, samuti mõjutab seda koksiprotsessi süsteem ja kivisöetõrva töötlemise tingimused. Kivisöetõrva pigi iseloomustamiseks on palju näitajaid, näiteks bituumeni pehmenemistemperatuur, tolueeni lahustumatud ained (TI), kinoliini lahustumatud ained (QI), koksisisalduse väärtused ja kivisöe pigi reoloogia.

Kivisöetõrva kasutatakse süsinikutööstuses sideaine ja immutusainena ning selle toimivusel on suur mõju süsinikutoodete tootmisprotsessile ja tootekvaliteedile. Sideaineasfaldis kasutatakse tavaliselt keskmise temperatuuriga või keskmise temperatuuriga modifitseeritud asfalti, millel on mõõdukas pehmenemispunkt, kõrge koksivus ja kõrge β-vaiku. Immutusaine on keskmise temperatuuriga asfalt, millel on madal pehmenemispunkt, madal QI ja head reoloogilised omadused.