فرآیند تولید الکترود گرافیت

الکترود گرافیت یک ماده رسانای گرافیت مقاوم در برابر درجه حرارت بالا است که از خمیر نفتی، کک سوزنی به عنوان سنگدانه و قیر زغال سنگ به عنوان چسب تولید می شود که از طریق یک سری فرآیندها مانند خمیر، قالب گیری، برشته کردن، اشباع، گرافیت سازی و پردازش مکانیکی تولید می شود. مواد

الکترود گرافیتی یک ماده رسانای مهم در دمای بالا برای فولادسازی الکتریکی است. از الکترود گرافیتی برای وارد کردن انرژی الکتریکی به کوره الکتریکی استفاده می‌شود و دمای بالای تولید شده توسط قوس بین انتهای الکترود و بار به عنوان منبع گرمایی برای ذوب بار برای فولادسازی استفاده می‌شود. کوره های سنگ معدن دیگری که موادی مانند فسفر زرد، سیلیکون صنعتی و مواد ساینده را ذوب می کنند نیز از الکترودهای گرافیت به عنوان مواد رسانا استفاده می کنند. خواص فیزیکی و شیمیایی عالی و خاص الکترودهای گرافیتی در سایر بخش های صنعتی نیز کاربرد فراوانی دارد.
مواد اولیه برای تولید الکترودهای گرافیتی کک نفتی، کک سوزنی و قطران زغال سنگ است.

کک نفتی یک محصول جامد قابل اشتعال است که از کک کردن پسماند زغال سنگ و زمین نفتی بدست می آید. رنگ سیاه و متخلخل است، عنصر اصلی کربن است، و محتوای خاکستر بسیار کم است، به طور کلی زیر 0.5٪. کک نفتی متعلق به کلاس کربن هایی است که به راحتی گرافیت می شوند. کک نفتی کاربردهای وسیعی در صنایع شیمیایی و متالورژی دارد. این ماده خام اصلی برای تولید محصولات گرافیت مصنوعی و محصولات کربنی برای آلومینیوم الکترولیتی است.

کک نفتی را می توان با توجه به دمای عملیات حرارتی به دو نوع تقسیم کرد: کک خام و کک کلسینه شده. کک نفتی سابق که با کک سازی تاخیری به دست می آید حاوی مقدار زیادی مواد فرار است و استحکام مکانیکی آن پایین است. کک کلسینه شده از کلسینه کک خام بدست می آید. بیشتر پالایشگاه‌ها در چین فقط کک تولید می‌کنند و عملیات کلسینه کردن بیشتر در کارخانه‌های کربن انجام می‌شود.

کک نفتی را می توان به کک با گوگرد بالا (حاوی بیش از 1.5٪ گوگرد)، کک گوگرد متوسط ​​(حاوی 0.5٪ - 1.5٪ گوگرد) و کک کم گوگرد (حاوی کمتر از 0.5٪ گوگرد) تقسیم کرد. تولید الکترودهای گرافیتی و سایر محصولات گرافیتی مصنوعی عموماً با استفاده از کک کم گوگرد تولید می شود.

کک سوزنی نوعی کک با کیفیت بالا با بافت فیبری آشکار، ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین و گرافیت شدن آسان است. هنگامی که کک شکسته می شود، می توان آن را بر اساس بافت به نوارهای باریک تقسیم کرد (نسبت تصویر معمولاً بالای 1.75 است). ساختار فیبری ناهمسانگرد را می توان در زیر میکروسکوپ پلاریزه مشاهده کرد و به همین دلیل به آن کک سوزنی می گویند.

ناهمسانگردی خواص فیزیکی و مکانیکی کک سوزنی بسیار آشکار است. رسانایی الکتریکی و حرارتی خوبی به موازات جهت محور طولانی ذره دارد و ضریب انبساط حرارتی پایین است. هنگام قالب گیری اکستروژن، محور طولانی اکثر ذرات در جهت اکستروژن قرار می گیرد. بنابراین، کک سوزنی ماده خام کلیدی برای تولید الکترودهای گرافیتی با قدرت یا فوق العاده بالا است. الکترود گرافیتی تولید شده دارای مقاومت کم، ضریب انبساط حرارتی کوچک و مقاومت شوک حرارتی خوب است.

کک سوزنی به دو دسته کک سوزنی مبتنی بر روغن تولید شده از بقایای نفت و کک سوزنی مبتنی بر زغال سنگ تولید شده از مواد خام خام زغال سنگ تصفیه شده تقسیم می شود.

قطران زغال سنگ یکی از محصولات اصلی فرآوری عمیق قطران زغال سنگ است. مخلوطی از هیدروکربن های مختلف، سیاه در دمای بالا، نیمه جامد یا جامد در دمای بالا، بدون نقطه ذوب ثابت، پس از حرارت دادن نرم شده و سپس ذوب می شود، با چگالی 1.25-1.35 g/cm3. با توجه به نقطه نرم شدن آن به آسفالت با دمای پایین، متوسط ​​و دمای بالا تقسیم می شود. عملکرد آسفالت در دمای متوسط ​​54-56 درصد قطران زغال سنگ است. ترکیب قطران زغال سنگ بسیار پیچیده است که به خواص قطران زغال سنگ و محتوای هترواتم ها مربوط می شود و همچنین تحت تأثیر سیستم فرآیند کک سازی و شرایط فرآوری قطران زغال سنگ قرار می گیرد. شاخص های زیادی برای مشخص کردن زمین قطران زغال سنگ وجود دارد، مانند نقطه نرم شدن قیر، نامحلول های تولوئن (TI)، نامحلول های کینولین (QI)، مقادیر کک سازی، و رئولوژی زمین زغال سنگ.

قطران زغال سنگ به عنوان چسبنده و اشباع کننده در صنعت کربن استفاده می شود و عملکرد آن تاثیر زیادی بر روند تولید و کیفیت محصول محصولات کربنی دارد. آسفالت بایندر معمولاً از یک آسفالت اصلاح شده با دمای متوسط ​​یا دمای متوسط ​​استفاده می کند که دارای نقطه نرمی متوسط، ارزش کک سازی بالا و رزین β بالا است. عامل اشباع کننده آسفالتی با دمای متوسط ​​است که نقطه نرمی پایین، QI پایین و خواص رئولوژیکی خوبی دارد.

تصویر زیر فرآیند تولید الکترود گرافیتی در شرکت کربن را نشان می دهد.
کلسینه کردن: مواد خام کربن دار در دمای بالا تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند تا رطوبت و مواد فرار موجود در آن تخلیه شود و فرآیند تولید مربوط به بهبود عملکرد پخت اولیه، کلسینه نامیده می شود. به طور کلی، مواد خام کربن دار با استفاده از گاز و مواد فرار خود به عنوان منبع حرارت کلسینه می شوند و حداکثر دما 1250-1350 درجه سانتی گراد است.

کلسینه کردن تغییرات عمیقی در ساختار و خواص فیزیکوشیمیایی مواد خام کربنی ایجاد می کند، که عمدتاً در بهبود چگالی، استحکام مکانیکی و هدایت الکتریکی کک، بهبود پایداری شیمیایی و مقاومت اکسیداسیون کک، ایجاد پایه ای برای فرآیند بعدی است. .

تجهیزات کلسینه شده عمدتاً شامل کلسینر مخزن، کوره دوار و کلسینر الکتریکی است. شاخص کنترل کیفیت کلسیناسیون به این صورت است که چگالی واقعی کک نفتی کمتر از 2.07 گرم بر سانتی متر مکعب نیست، مقاومت آن بیشتر از 550μΩ.m نیست، چگالی واقعی کک سوزنی کمتر از 2.12 گرم بر سانتی متر مکعب نیست و مقاومت بیش از 500μΩ.m نیست.
خرد کردن مواد اولیه و مواد تشکیل دهنده

قبل از بچینگ، کک نفتی کلسینه شده و کک سوزنی باید خرد، آسیاب و الک شوند.

خرد کردن متوسط ​​معمولاً با خرد کردن تجهیزات حدود 50 میلی متر از طریق یک سنگ شکن فکی، یک سنگ شکن چکشی، یک سنگ شکن رولی و موارد مشابه برای خرد کردن بیشتر مواد با اندازه 0.5-20 میلی متر مورد نیاز برای بچینگ انجام می شود.

آسیاب فرآیند آسیاب کردن مواد کربن دار به یک ذره کوچک پودری 0.15 میلی متر یا کمتر و اندازه ذرات 0.075 میلی متر یا کمتر با استفاده از آسیاب رول حلقه ای از نوع تعلیق (آسیاب ریموند)، آسیاب گلوله ای یا موارد مشابه است. .

غربالگری فرآیندی است که در آن طیف وسیعی از مواد پس از خرد کردن از طریق یک سری الک با دهانه های یکنواخت به چندین محدوده اندازه ذرات با محدوده باریکی از اندازه ها تقسیم می شود. تولید الکترود فعلی معمولاً به 4-5 گلوله و 1-2 گرید پودر نیاز دارد.

مواد تشکیل دهنده فرآیندهای تولید برای محاسبه، توزین و تمرکز سنگدانه های مختلف و پودرها و بایندرها با توجه به الزامات فرمولاسیون هستند. تناسب علمی فرمولاسیون و پایداری عملیات بچینگ از مهمترین عوامل موثر بر شاخص کیفیت و عملکرد محصول است.

فرمول باید 5 جنبه را تعیین کند:
1نوع مواد اولیه را انتخاب کنید.
2 تعیین نسبت انواع مختلف مواد خام؛
3 تعیین ترکیب اندازه ذرات ماده خام جامد؛
4 مقدار چسب را تعیین کنید.
5 نوع و مقدار مواد افزودنی را تعیین کنید.

خمیر کردن: مخلوط کردن و کمی کردن گرانول ها و پودرهای کربن دار با اندازه ذرات مختلف با مقدار معینی ماده چسبنده در دمای معین و ورز دادن خمیر پلاستیسیته به فرآیندی به نام خمیر کردن.

فرآیند ورز دادن: اختلاط خشک (20-35 دقیقه) اختلاط مرطوب (40-55 دقیقه)

نقش ورز دادن:
1 هنگام مخلوط کردن خشک، مواد خام مختلف به طور یکنواخت مخلوط می شوند و مواد کربنی جامد با اندازه های مختلف ذرات به طور یکنواخت مخلوط و پر می شوند تا فشردگی مخلوط بهبود یابد.
2 پس از افزودن زمین قطران زغال سنگ، مواد خشک و آسفالت به طور یکنواخت مخلوط می شوند. آسفالت مایع به طور یکنواخت سطح گرانول ها را می پوشاند و خیس می کند تا لایه ای از لایه پیوند آسفالتی را تشکیل دهد و همه مواد به یکدیگر چسبانده می شوند تا یک لکه پلاستیکی همگن ایجاد کنند. مساعد برای قالب گیری؛
3 قسمت از قطران زغال سنگ به فضای داخلی مواد کربنی نفوذ می کند و تراکم و انسجام خمیر را بیشتر می کند.

قالب‌گیری: قالب‌گیری مواد کربنی به فرآیند تغییر شکل پلاستیکی خمیر کربن خمیر شده تحت نیروی خارجی اعمال شده توسط تجهیزات قالب‌گیری اشاره دارد تا در نهایت بدنه سبز رنگ (یا محصول خام) با شکل، اندازه، چگالی و استحکام مشخصی تشکیل شود. فرآیند

انواع قالب، تجهیزات و محصولات تولیدی:
روش قالب گیری
تجهیزات مشترک
محصولات اصلی
قالب گیری
پرس هیدرولیک عمودی
کربن الکتریکی، گرافیت ساختار ریز با عیار پایین
فشار دهید
اکسترودر هیدرولیک افقی
اکسترودر پیچ
الکترود گرافیت، الکترود مربع
قالب گیری ارتعاشی
دستگاه قالب گیری ارتعاشی
آجر کربن آلومینیومی، آجر کربن کوره بلند
پرس ایزواستاتیک
دستگاه قالب گیری ایزواستاتیک
گرافیت همسانگرد، گرافیت ناهمسانگرد

عملیات فشرده سازی
1 ماده خنک: مواد خنک کننده دیسک، مواد خنک کننده سیلندر، مخلوط کردن و ورز دادن مواد خنک کننده و غیره.
مواد فرار را تخلیه کنید، به دمای مناسب (90-120 درجه سانتیگراد) کاهش دهید تا چسبندگی بیشتر شود، به طوری که انسداد خمیر به مدت 20-30 دقیقه یکنواخت شود.
2 بارگیری: بافل بالابر را فشار دهید —– 2-3 بار برش—-4-10MPa فشردگی
3 پیش فشار: فشار 20-25MPa، زمان 3-5 دقیقه، در حین جاروبرقی
اکستروژن 4: بافل را فشار دهید - اکستروژن 5-15 مگا پاسکال - برش - در سینک خنک کننده

پارامترهای فنی اکستروژن: نسبت تراکم، دمای محفظه پرس و نازل، دمای خنک کننده، زمان فشار پیش بار، فشار اکستروژن، سرعت اکستروژن، دمای آب خنک کننده

بازرسی بدنه سبز: چگالی ظاهری، ضربه زدن به ظاهر، تجزیه و تحلیل

کلسینه کردن: فرآیندی است که در آن بدنه سبز محصول کربن در یک کوره گرمایشی با طراحی ویژه تحت حفاظت پرکننده پر می‌شود تا عملیات حرارتی در دمای بالا برای کربن‌کردن زمین زغال سنگ در بدنه سبز انجام شود. کک قیر تشکیل شده پس از کربن شدن قیر زغال سنگ، سنگدانه های کربنی و ذرات پودر را با هم جامد می کند و محصول کربن کلسینه شده دارای استحکام مکانیکی بالا، مقاومت الکتریکی پایین، پایداری حرارتی خوب و پایداری شیمیایی است. .

کلسینه کردن یکی از فرآیندهای اصلی در تولید محصولات کربنی است و همچنین بخش مهمی از سه فرآیند اصلی عملیات حرارتی تولید الکترود گرافیتی است. چرخه تولید کلسینه طولانی است (22-30 روز برای پخت، 5-20 روز برای کوره برای 2 پخت) و مصرف انرژی بالاتر. کیفیت برشته کردن سبز بر کیفیت محصول نهایی و هزینه تولید تاثیر دارد.

زمین زغال سنگ سبز در بدنه سبز در طول فرآیند برشته کردن کک می شود و حدود 10٪ از مواد فرار تخلیه می شود و حجم آن با انقباض 2-3٪ تولید می شود و از دست دادن جرم 8-10٪ است. خواص فیزیکی و شیمیایی بیلت کربن نیز به طور قابل توجهی تغییر کرد. تخلخل از 1.70 g/cm3 به 1.60 g/cm3 و مقاومت از 10000μΩ·m به 40-50μΩ·m به دلیل افزایش تخلخل کاهش یافت. استحکام مکانیکی بیلت کلسینه شده نیز زیاد بود. برای بهبود.

پخت ثانویه فرآیندی است که در آن محصول کلسینه شده غوطه ور می شود و سپس کلسینه می شود تا زمین غوطه ور در منافذ محصول کلسینه شده کربن شود. الکترودهایی که به چگالی ظاهری بالاتری نیاز دارند (همه انواع به جز RP) و بلنک های مفصلی باید دو پخت شوند و بلنک های مفصلی نیز در معرض چهار پخت سه شیب یا سه پخت دو غوطه وری قرار می گیرند.

نوع کوره اصلی روستر:
عملکرد مداوم - کوره حلقه ای (با پوشش، بدون پوشش)، کوره تونلی
عملکرد متناوب - کوره معکوس، برشته کن زیر کف، برشته کن جعبه ای

منحنی کلسیناسیون و حداکثر دما:
یکبار برشته کردن--320، 360، 422، 480 ساعت، 1250 درجه سانتیگراد
بو دادن ثانویه--125، 240، 280 ساعت، 700-800 درجه سانتیگراد

بازرسی محصولات پخته شده: ضربه زدن ظاهری، مقاومت الکتریکی، چگالی ظاهری، مقاومت فشاری، تجزیه و تحلیل ساختار داخلی

آغشته سازی فرآیندی است که در آن یک ماده کربنی در یک ظرف تحت فشار قرار می گیرد و گام اشباع مایع در منافذ الکترود محصول تحت شرایط دما و فشار معین غوطه ور می شود. هدف کاهش تخلخل محصول، افزایش چگالی ظاهری و استحکام مکانیکی محصول و بهبود هدایت الکتریکی و حرارتی محصول است.

فرآیند آغشته سازی و پارامترهای فنی مربوطه عبارتند از: بو دادن بیلت - تمیز کردن سطح - پیش گرم کردن (260-380 درجه سانتیگراد، 6-10 ساعت) - بارگیری مخزن اشباع - جاروبرقی (8-9 کیلو پاسکال، 40-50 دقیقه) - تزریق قیر (180) -200 درجه سانتی گراد) - فشار (1.2-1.5 مگاپاسکال، 3-4 ساعت) - بازگشت به آسفالت - سرمایش (داخل یا بیرون مخزن)

بازرسی محصولات آغشته شده: نرخ افزایش وزن اشباع G=(W2-W1)/W1×100%
نرخ افزایش وزن یکباره ≥14%
نرخ افزایش وزن محصول آغشته شده ثانویه ≥ 9%
نرخ افزایش وزن سه محصول غوطه ور ≥ 5%

گرافیتی شدن به یک فرآیند عملیات حرارتی در دمای بالا اشاره دارد که در آن یک محصول کربنی تا دمای 2300 درجه سانتیگراد یا بیشتر در یک محیط محافظ در یک کوره الکتریکی با دمای بالا گرم می شود تا یک ساختار لایه ای آمورف کربن را به یک ساختار منظم سه بعدی تبدیل کند. ساختار کریستالی گرافیت

هدف و اثر گرافیت سازی:
1 هدایت و هدایت حرارتی مواد کربن را بهبود می بخشد (مقاومت 4-5 برابر کاهش می یابد و هدایت حرارتی حدود 10 برابر افزایش می یابد).
2 بهبود مقاومت شوک حرارتی و پایداری شیمیایی مواد کربنی (ضریب انبساط خطی 50-80٪ کاهش می یابد).
3 برای ساخت مواد کربنی روانکاری و مقاومت در برابر سایش.
4 ناخالصی های اگزوز، خلوص مواد کربن را بهبود می بخشد (محتوای خاکستر محصول از 0.5-0.8٪ به حدود 0.3٪ کاهش می یابد).

تحقق فرآیند گرافیت سازی:

گرافیتی شدن مواد کربنی در دمای بالای 2300-3000 درجه سانتیگراد انجام می شود، بنابراین فقط با گرمایش الکتریکی در صنعت می توان آن را محقق کرد، یعنی جریان مستقیماً از محصول کلسینه شده گرم شده عبور می کند و محصول کلسینه شده شارژ می شود. در کوره توسط جریان الکتریکی در دمای بالا تولید می شود. هادی دوباره جسمی است که تا دمای بالا گرم می شود.

کوره هایی که در حال حاضر به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از کوره های گرافیتی سازی آچسون و کوره های آبشار حرارتی داخلی (LWG). اولی دارای خروجی زیاد، اختلاف دما زیاد و مصرف برق بالا است. دومی دارای زمان گرمایش کوتاه، مصرف انرژی کم، مقاومت الکتریکی یکنواخت است و برای نصب مناسب نیست.

کنترل فرآیند گرافیتی شدن با اندازه گیری منحنی توان الکتریکی که برای شرایط افزایش دما مناسب است، کنترل می شود. زمان تغذیه برای کوره Acheson 50-80 ساعت و برای کوره LWG 9-15 ساعت است.

مصرف برق گرافیتیزاسیون بسیار زیاد است، به طور کلی 3200-4800 کیلووات ساعت، و هزینه فرآیند حدود 20-35٪ از کل هزینه تولید را تشکیل می دهد.

بازرسی محصولات گرافیتی: ضربه زدن ظاهری، تست مقاومت

ماشینکاری: هدف از ماشینکاری مکانیکی مواد کربن گرافیت دستیابی به اندازه، شکل، دقت و غیره مورد نیاز با برش برای ساخت بدنه و اتصالات الکترود مطابق با الزامات استفاده است.

پردازش الکترود گرافیت به دو فرآیند پردازش مستقل تقسیم می شود: بدنه الکترود و اتصال.

پردازش بدنه شامل سه مرحله صورت صاف خسته کننده و خشن، دایره بیرونی و صفحه انتهایی صاف و نخ فرز است. پردازش اتصال مخروطی را می توان به 6 فرآیند تقسیم کرد: برش، صفحه انتهایی صاف، صورت مخروط خودرو، نخ فرز، پیچ حفاری و شکاف.

اتصال اتصالات الکترود: اتصال اتصال مخروطی (سه سگک و یک سگک)، اتصال اتصال استوانه ای، اتصال برآمدگی (اتصال نر و ماده)

کنترل دقت ماشینکاری: انحراف مخروطی رزوه، گام نخ، انحراف قطر بزرگ اتصال (سوراخ)، هم محوری سوراخ مفصل، عمودی سوراخ اتصال، صافی سطح انتهای الکترود، انحراف چهار نقطه اتصال. با گیج های حلقه ای و صفحه سنج مخصوص بررسی کنید.

بازرسی الکترودهای تمام شده: دقت، وزن، طول، قطر، چگالی ظاهری، مقاومت، تحمل قبل از مونتاژ و غیره.