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. Naftakoksil on lai kasutusala 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.
Järgmine pilt näitab grafiitelektroodi tootmisprotsessi süsinikuettevõttes.
Kaltsineerimine: süsinikku sisaldavat toorainet kuumtöödeldakse kõrgel temperatuuril, et eemaldada selles sisalduv niiskus ja lenduvad ained, ning tootmisprotsessi, mis vastab esialgse toiduvalmistamise tõhususe paranemisele, nimetatakse kaltsineerimiseks. Üldjuhul kaltsineeritakse süsinikku sisaldav tooraine, kasutades soojusallikana gaasi ja selle lenduvaid aineid ning maksimaalne temperatuur on 1250-1350 °C.
Kaltsineerimine muudab süsihappegaasi sisaldavate toorainete struktuuri ja füüsikalis-keemilisi omadusi põhjalikult, parandades peamiselt koksi tihedust, mehaanilist tugevust ja elektrijuhtivust, parandades koksi keemilist stabiilsust ja oksüdatsioonikindlust, pannes aluse järgnevale protsessile. .
Kaltsineeritud seadmed hõlmavad peamiselt paakkaltsineerijat, pöördahju ja elektrilist kaltsineerimisseadet. Kaltsineerimise kvaliteedikontrolli indeks on see, et naftakoksi tegelik tihedus ei ole väiksem kui 2,07 g/cm3, eritakistus ei ületa 550 μΩ.m, nõelkoksi tegelik tihedus ei ole väiksem kui 2,12 g/cm3 ja eritakistus ei ole suurem kui 500μΩ.m.
Tooraine purustamine ja koostisained
Enne partiide tegemist tuleb lahtiselt kaltsineeritud naftakoks ja nõelkoks purustada, jahvatada ja sõeluda.
Keskmise purustamise läbiviimiseks kasutatakse tavaliselt umbes 50 mm suurust purustusseadet läbi lõaspurusti, vasarpurusti, rullpurusti jms, et purustada partiideks vajalik 0,5-20 mm suurust materjali.
Jahvatamine on protsess, kus süsinikku sisaldav materjal jahvatatakse suspensioonitüüpi ringvaltsveski (Raymondi veski), kuulveski vms abil pulbrilisteks osakesteks, mille suurus on 0,15 mm või vähem ja osakeste suurus 0,075 mm või vähem. .
Sõelumine on protsess, mille käigus lai valik materjale jagatakse pärast purustamist mitmeks kitsa suurusvahemikuga osakeste suurusvahemikuks läbi ühtlaste avadega sõela. Praeguseks elektroodide tootmiseks on tavaliselt vaja 4-5 graanuleid ja 1-2 pulbrit.
Koostisained on tootmisprotsessid erinevate täitematerjalide, pulbrite ja sideainete arvutamiseks, kaalumiseks ja fokuseerimiseks vastavalt koostise nõuetele. Koostise teaduslik sobivus ja partiide valmistamise stabiilsus on ühed olulisemad tegurid, mis mõjutavad toote kvaliteediindeksit ja toimivust.
Valem peab määrama 5 aspekti:
1 Valige tooraine tüüp;
2 määrata kindlaks erinevate tooraineliikide osakaal;
3 tahke tooraine osakeste suuruse koostise määramine;
4 määrata sideaine kogus;
5 Määrake lisandite tüüp ja kogus.
Sõtkumine: erinevate osakeste suurusega süsiniku graanulite ja pulbrite segamine ja kvantifitseerimine teatud koguse sideainega teatud temperatuuril ning plastilisuspasta sõtkumine protsessiks, mida nimetatakse sõtkumiseks.
Sõtkumisprotsess: kuivsegamine (20-35 min) märgsegamine (40-55 min)
Sõtkumise roll:
1 Kuivalt segamisel segatakse erinevad toorained ühtlaselt ning erineva suurusega osakeste tahked süsinikmaterjalid segatakse ühtlaselt ja täidetakse, et parandada segu kompaktsust;
2 Pärast kivisöetõrva pigi lisamist segatakse kuivmaterjal ja asfalt ühtlaselt. Vedel asfalt katab ja niisutab graanulite pinda ühtlaselt, moodustades asfaldi siduva kihi ning kõik materjalid seotakse üksteisega, moodustades homogeense plastilise määrdumise. Soodustavad vormimist;
3 osa kivisöetõrva pigi tungib süsihappegaasi siseruumi, suurendades veelgi pasta tihedust ja sidusust.
Vormimine: Süsinikmaterjali vormimine viitab vormimisseadmete poolt rakendatava välisjõu mõjul sõtkutud süsinikpasta plastilisele deformeerimisele, et lõpuks moodustada roheline keha (või toortoode), millel on teatud kuju, suurus, tihedus ja tugevus. protsessi.
Vormitüübid, seadmed ja toodetud tooted:
Vormimise meetod
Ühine varustus
peamised tooted
Vormimine
Vertikaalne hüdrauliline press
Elektriline süsinik, madala kvaliteediga peenstruktuuriga grafiit
pigistada
Horisontaalne hüdrauliline ekstruuder
Kruviga ekstruuder
Grafiitelektrood, kandiline elektrood
Vibratsioonivormimine
Vibratsioonivormimismasin
Alumiiniumist süsiniktellis, kõrgahju süsiniktellis
Isostaatiline pressimine
Isostaatiline vormimismasin
Isotroopne grafiit, anisotroopne grafiit
Pigistamisoperatsioon
1 lahe materjal: ketta jahutusmaterjal, silindri jahutusmaterjal, jahutusmaterjalide segamine ja sõtkumine jne.
Tühjendage lenduvad ained, vähendage nakkuvuse suurendamiseks sobivale temperatuurile (90-120 ° C), nii et pasta blokeering oleks 20-30 minuti jooksul ühtlane
2 Laadimine: vajutage tõsteseadet —– 2–3 korda lõikamine––4–10 MPa tihendus
3 eelrõhk: rõhk 20-25 MPa, aeg 3-5 min, tolmuimemise ajal
4 väljapressimine: suruge deflektor alla -5-15 MPa väljapressimine - lõikamine - jahutuskraani
Ekstrusiooni tehnilised parameetrid: surveaste, presskambri ja düüsi temperatuur, jahutustemperatuur, eellaadimissurve aeg, ekstrusioonirõhk, ekstrusioonikiirus, jahutusvee temperatuur
Rohelise keha kontroll: puistetihedus, välimus koputamine, analüüs
Kaltsineerimine: see on protsess, mille käigus süsinikprodukti roheline keha täidetakse spetsiaalselt selleks ette nähtud kütteahjus täiteaine kaitse all, et teostada kõrgtemperatuurset kuumtöötlust söe pigi karboniseerimiseks haljaskehas. Pärast kivisöe bituumeni karboniseerimist moodustunud bituumenkoks tahkub süsinikku sisaldava agregaadi ja pulbriosakesed koos ning kaltsineeritud süsinikutootel on kõrge mehaaniline tugevus, madal elektritakistus, hea termiline stabiilsus ja keemiline stabiilsus. .
Kaltsineerimine on üks peamisi protsesse süsiniktoodete tootmisel ja on ka oluline osa kolmest peamisest grafiitelektroodide tootmise kuumtöötlusprotsessist. Kaltsineerimise tootmistsükkel on pikk (22-30 päeva küpsetamisel, 5-20 päeva ahjudel 2 küpsetamisel) ja suurem energiakulu. Rohelise röstimise kvaliteet mõjutab valmistoote kvaliteeti ja tootmiskulusid.
Rohelises kehas olev haljassöe pigi koksitakse röstimise käigus ja umbes 10% lenduvast ainest väljutatakse ning ruumala tekib 2–3% kokkutõmbumisel ja massikadu on 8–10%. Oluliselt muutusid ka süsiniktooriku füüsikalised ja keemilised omadused. Poorsus vähenes poorsuse suurenemise tõttu 1,70 g/cm3-lt 1,60 g/cm3-le ja eritakistus 10000 μΩ·m-lt 40-50 μΩ·m-ni. Suur oli ka kaltsineeritud tooriku mehaaniline tugevus. Parandamiseks.
Sekundaarne küpsetamine on protsess, mille käigus kaltsineeritud toode kastetakse ja seejärel kaltsineeritakse, et kaltsineeritud toote pooridesse sukeldatud pigi karboniseerida. Suuremat puistetihedust nõudvad elektroodid (kõik sordid peale RP) ja vuugitoorikud on kohustuslikud bibake’imiseks, samuti allutatakse vuugitoorikutele kolmekastetav neljaküpsetus või kahekordne kolmeküpsetus.
Peamine röstimisahju tüüp:
Pidev töö--rõngasahi (kaanega, kaaneta), tunnelahju
Katkendlik töö – pöördahi, põrandaalune röstija, kaströstija
Kaltsineerimiskõver ja maksimaalne temperatuur:
Ühekordne röstimine – -320, 360, 422, 480 tundi, 1250 °C
Sekundaarne röstimine - -125, 240, 280 tundi, 700-800 °C
Küpsetatud toodete kontroll: välimus, elektritakistus, puistetihedus, survetugevus, sisestruktuuri analüüs
Impregneerimine on protsess, mille käigus süsinikmaterjal asetatakse surveanumasse ja vedel immutusaine pigi sukeldatakse teatud temperatuuri- ja rõhutingimustel toote elektroodi pooridesse. Eesmärk on vähendada toote poorsust, suurendada toote puistetihedust ja mehaanilist tugevust ning parandada toote elektri- ja soojusjuhtivust.
Impregneerimisprotsess ja sellega seotud tehnilised parameetrid on: tooriku röstimine – pinna puhastamine – eelsoojendus (260-380 °C, 6-10 tundi) – immutuspaagi laadimine – tolmuimemine (8-9KPa, 40-50min) – Bituumeni sissepritse (180 -200 °C) – survestamine (1,2–1,5 MPa, 3–4 tundi) – Tagasi asfaldile – jahutus (paagi sees või väljaspool)
Immutatud toodete kontroll: immutamise massi juurdekasvu kiirus G=(W2-W1)/W1×100%
Ühe kastmise kaalutõusu määr ≥14%
Sekundaarse immutatud toote massi suurenemise määr ≥ 9%
Kolme kastmistoote kaalutõusu määr ≥ 5%
Grafitiseerimine viitab kõrgtemperatuursele kuumtöötlemisprotsessile, mille käigus süsinikprodukt kuumutatakse kaitsekeskkonnas kõrge temperatuuriga elektriahjus temperatuurini 2300 °C või rohkem, et muuta amorfse kihilise struktuuriga süsinik kolmemõõtmeliseks järjestatud struktuuriks. grafiidi kristallstruktuur.
Grafitiseerimise eesmärk ja mõju:
1 parandada süsinikmaterjali juhtivust ja soojusjuhtivust (takistust vähendatakse 4-5 korda ja soojusjuhtivust suurendatakse umbes 10 korda);
2 parandab süsinikmaterjali termilise šoki vastupidavust ja keemilist stabiilsust (lineaarpaisumise koefitsienti vähendatakse 50–80%);
3 süsinikmaterjali määrde- ja kulumiskindluse tagamiseks;
4 Heitgaasi lisandid, parandavad süsinikmaterjali puhtust (toote tuhasisaldust vähendatakse 0,5-0,8%-lt ligikaudu 0,3%-le).
Grafitiseerimisprotsessi teostamine:
Süsinikmaterjali grafitiseerimine toimub kõrgel temperatuuril 2300–3000 °C, nii et seda saab tööstuses teostada ainult elektriküttega, see tähendab, et vool läbib otse kuumutatud kaltsineeritud toodet ja kaltsineeritud toode laetakse. Ahju tekitatakse kõrgel temperatuuril elektrivoolu toimel. Juht on jällegi objekt, mida kuumutatakse kõrge temperatuurini.
Praegu laialdaselt kasutatavate ahjude hulka kuuluvad Achesoni grafitiseerimisahjud ja sisemise soojuskaskaadi (LWG) ahjud. Esimesel on suur väljund, suur temperatuuride erinevus ja suur energiatarve. Viimasel on lühike soojendusaeg, väike voolutarve, ühtlane elektritakistus ja see ei sobi paigaldamiseks.
Grafitiseerimisprotsessi juhtimist juhitakse temperatuuri tõusu tingimusele sobiva elektrivõimsuse kõvera mõõtmisega. Toiteaeg on Achesoni ahju puhul 50-80 tundi ja LWG ahju puhul 9-15 tundi.
Grafitiseerimise energiatarve on väga suur, üldiselt 3200-4800KWh ja protsessi maksumus moodustab umbes 20-35% kogu tootmiskuludest.
Grafitiseeritud toodete ülevaatus: välimuse koputamine, eritakistuse test
Mehaaniline töötlemine: Süsinikgrafiitmaterjalide mehaanilise töötlemise eesmärk on saavutada lõikamise teel vajalik suurus, kuju, täpsus jne, et muuta elektroodi korpus ja ühenduskohad vastavalt kasutusnõuetele.
Grafiitelektroodide töötlemine jaguneb kaheks sõltumatuks töötlemisprotsessiks: elektroodi korpus ja liigend.
Korpuse töötlemine hõlmab kolme etappi: igav ja töötlemata tasane otspind, välimine ring ja tasane otspind ning freeskeermega. Koonilise liigendi töötlemise võib jagada 6 protsessiks: lõikamine, tasane otspind, auto koonuse pind, freeskeere, puurimispolt ja pilustamine.
Elektroodliidete ühendus: kooniline ühendus (kolm pannal ja üks lukk), silindriline ühendus, muhkühendus (emane ja isane ühendus)
Töötlemise täpsuse juhtimine: keerme koonuse kõrvalekalle, keerme samm, vuugi (ava) suure läbimõõdu kõrvalekalle, liiteava koaksiaalsus, vuugiava vertikaalsus, elektroodi otsapinna tasasus, liigendi neljapunktiline kõrvalekalle. Kontrollige spetsiaalsete rõngasmõõturite ja plaatmõõturitega.
Valmis elektroodide kontroll: täpsus, kaal, pikkus, läbimõõt, puistetihedus, eritakistus, monteerimiseelne tolerants jne.
Postitusaeg: 31.10.2019