Grafiittielektrodi on korkeaa lämpötilaa kestävää grafiittia johtavaa materiaalia, joka on valmistettu öljysekoituksella, neulakoksilla kiviaineksena ja kivihiilibitumilla sideaineena, jotka tuotetaan useilla prosesseilla, kuten vaivaamalla, muovauksella, paahtamalla, kyllästämällä, grafitoimalla ja mekaanisella käsittelyllä. materiaalia.
Grafiittielektrodi on tärkeä korkean lämpötilan johtava materiaali sähköteräksen valmistuksessa. Grafiittielektrodia käytetään syöttämään sähköenergiaa sähköuuniin, ja elektrodin pään ja varauksen välisen kaaren synnyttämää korkeaa lämpötilaa käytetään lämmönlähteenä sulattamaan panos teräksen valmistukseen. Muissa malmiuuneissa, jotka sulattavat materiaaleja, kuten keltaista fosforia, teollista piitä ja hankausaineita, käytetään myös grafiittielektrodeja johtavina materiaaleina. Grafiittielektrodien erinomaiset ja erityiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ovat laajalti käytössä myös muilla teollisuuden aloilla.
Grafiittielektrodien valmistuksen raaka-aineita ovat maaöljykoksi, neulakoksi ja kivihiilitervapiki.
Maaöljykoksi on syttyvä kiinteä tuote, joka saadaan koksaamalla kivihiilen jäännöksiä ja maaöljypikeä. Väri on musta ja huokoinen, pääaine on hiiltä ja tuhkapitoisuus on hyvin alhainen, yleensä alle 0,5 %. Maaöljykoksi kuuluu helposti grafitoituvan hiilen luokkaan. Öljökoksilla on laaja valikoima käyttötarkoituksia kemian- ja metallurgisessa teollisuudessa. Se on pääraaka-aine keinotekoisten grafiittituotteiden ja elektrolyyttisen alumiinin hiilituotteiden valmistuksessa.
Maaöljykoksi voidaan jakaa kahteen tyyppiin: raakakoksi ja kalsinoitu koksi lämpökäsittelylämpötilan mukaan. Viivästetyllä koksauksella saatu entinen maaöljykoksi sisältää runsaasti haihtuvia aineita ja mekaaninen lujuus on alhainen. Kalsinoitu koksi saadaan kalsinoimalla raakakoksi. Suurin osa Kiinan jalostamoista tuottaa vain koksia, ja kalsinointitoiminnot tehdään pääosin hiililaitoksissa.
Maaöljykoksi voidaan jakaa korkearikkiseen koksiin (sisältää yli 1,5 % rikkiä), keskirikkiseen koksiin (sisältää 0,5–1,5 % rikkiä) ja vähärikkiseen koksiin (joka sisältää alle 0,5 % rikkiä). Grafiittielektrodien ja muiden keinotekoisten grafiittituotteiden valmistuksessa käytetään yleensä vähärikkistä koksia.
Neulakoksi on eräänlainen korkealaatuinen koksi, jolla on selkeä kuitumainen rakenne, erittäin alhainen lämpölaajenemiskerroin ja helppo grafitoituminen. Kun koksi on rikki, se voidaan halkaista ohuiksi suikaleiksi rakenteen mukaan (kuvasuhde on yleensä yli 1,75). Anisotrooppinen kuiturakenne voidaan havaita polarisoivassa mikroskoopissa, ja siksi sitä kutsutaan neulakoksiksi.
Neulakoksin fysikaalis-mekaanisten ominaisuuksien anisotropia on hyvin ilmeinen. Sillä on hyvä sähkö- ja lämmönjohtavuus hiukkasen pitkän akselin suunnan kanssa, ja lämpölaajenemiskerroin on alhainen. Suulakepuristettaessa useimpien hiukkasten pitkä akseli on järjestetty ekstruusiosuuntaan. Siksi neulakoksi on tärkein raaka-aine suuritehoisten tai erittäin suuritehoisten grafiittielektrodien valmistuksessa. Valmistetulla grafiittielektrodilla on alhainen ominaisvastus, pieni lämpölaajenemiskerroin ja hyvä lämpöiskun kestävyys.
Neulakoksi jaetaan öljytähteestä valmistettuun öljypohjaiseen neulakoksiin ja jalostetuista kivihiilipikeraaka-aineista valmistettuun kivihiilipohjaiseen neulakoksiin.
Kivihiiliterva on yksi kivihiilitervan syväkäsittelyn päätuotteista. Se on sekoitus erilaisia hiilivetyjä, musta korkeassa lämpötilassa, puolikiinteä tai kiinteä korkeassa lämpötilassa, ilman kiinteää sulamispistettä, pehmennetty lämmityksen jälkeen ja sitten sulatettu, tiheydellä 1,25-1,35 g/cm3. Pehmenemispisteensä mukaan se jaetaan matalan lämpötilan, keskilämpötilan ja korkean lämpötilan asfalttiin. Keskilämpötilaisen asfaltin saanto on 54-56 % kivihiilitervasta. Kivihiilitervan koostumus on erittäin monimutkainen, mikä liittyy kivihiilitervan ominaisuuksiin ja heteroatomien pitoisuuteen, ja siihen vaikuttavat myös koksausprosessijärjestelmä ja kivihiilitervan käsittelyolosuhteet. Kivihiilitervapikin karakterisoimiseksi on monia indikaattoreita, kuten bitumin pehmenemispiste, tolueenin liukenemattomat aineet (TI), kinoliinin liukenemattomat aineet (QI), koksausarvot ja kivihiilen pikin reologia.
Kivihiilitervaa käytetään side- ja kyllästysaineena hiiliteollisuudessa, ja sen suorituskykyllä on suuri vaikutus hiilituotteiden tuotantoprosessiin ja tuotteiden laatuun. Sideasfaltissa käytetään yleensä keskilämpötilaista tai keskilämpötilaista modifioitua asfalttia, jolla on kohtalainen pehmenemispiste, korkea koksausarvo ja korkea β-hartsi. Kyllästysaine on keskilämpötilainen asfaltti, jolla on alhainen pehmenemispiste, alhainen QI ja hyvät reologiset ominaisuudet.
Seuraava kuva näyttää grafiittielektrodin valmistusprosessin hiiliyrityksessä.
Kalsinointi: Hiilipitoinen raaka-aine lämpökäsitellään korkeassa lämpötilassa sen sisältämän kosteuden ja haihtuvien aineiden poistamiseksi, ja alkuperäisen kypsennystehokkuuden parantamista vastaavaa tuotantoprosessia kutsutaan kalsinaatioksi. Yleensä hiilipitoinen raaka-aine kalsinoidaan käyttämällä lämmönlähteenä kaasua ja sen omia haihtuvia aineita ja maksimilämpötila on 1250-1350 °C.
Kalsinointi saa aikaan perusteellisia muutoksia hiilipitoisten raaka-aineiden rakenteessa ja fysikaalis-kemiallisissa ominaisuuksissa, lähinnä koksin tiheyden, mekaanisen lujuuden ja sähkönjohtavuuden parantamisessa, koksin kemiallisen stabiilisuuden ja hapettumiskestävyyden parantamisessa, luoden pohjan myöhemmälle prosessille. .
Kalsinoidut laitteet sisältävät pääasiassa säiliökalsinointikoneen, kiertouunin ja sähköpolttouunin. Kalsinoinnin laadunvalvontaindeksi on, että öljykoksin todellinen tiheys on vähintään 2,07 g/cm3, ominaisvastus on enintään 550 μΩ.m, neulakoksin todellinen tiheys on vähintään 2,12 g/cm3 ja ominaisvastus on enintään 500 μΩ.m.
Raaka-aineiden murskaus ja ainekset
Ennen panosta bulkkikalsinoitu maaöljykoksi ja neulakoksi on murskattava, jauhettava ja seulottava.
Keskimurskaus suoritetaan yleensä noin 50 mm:n murskauslaitteistolla leukamurskaimen, vasaramurskaimen, telamurskaimen ja vastaavien läpi murskaamaan edelleen annostelussa tarvittavaa 0,5-20 mm kokoista materiaalia.
Jauhatus on prosessi, jossa hiilipitoista materiaalia jauhetaan jauhemaiseksi pieneksi hiukkaseksi, jonka koko on enintään 0,15 mm ja hiukkaskoko enintään 0,075 mm, suspensiotyyppisellä rengastelamyllyllä (Raymond-mylly), kuulamyllyllä tai vastaavalla. .
Seulonta on prosessi, jossa laaja valikoima materiaaleja jaetaan murskauksen jälkeen useisiin kapeakokoisiin hiukkaskokoalueisiin sarjan seulojen kautta, joissa on tasaiset aukot. Nykyinen elektrodien tuotanto vaatii yleensä 4-5 pellettiä ja 1-2 jauhelaatua.
Ainesosat ovat tuotantoprosesseja, joilla lasketaan, punnitaan ja fokusoidaan erilaisia aggregaatteja sekä jauheita ja sideaineita formulaatiovaatimusten mukaisesti. Koostumuksen tieteellinen soveltuvuus ja annostelun stabiilisuus ovat tärkeimpiä tuotteen laatuindeksiin ja suorituskykyyn vaikuttavia tekijöitä.
Kaavan on määritettävä 5 näkökohtaa:
1Valitse raaka-aineiden tyyppi;
2 määrittää erityyppisten raaka-aineiden osuuden;
3 kiinteän raaka-aineen hiukkaskokokoostumuksen määrittäminen;
4 määritä sideaineen määrä;
5 Määritä lisäaineiden tyyppi ja määrä.
Vaivaaminen: Eri hiukkaskokoisten hiilipitoisten rakeiden ja jauheiden sekoitus ja kvantifiointi tietyllä määrällä sideainetta tietyssä lämpötilassa ja plastisuustahnan vaivaaminen prosessiksi, jota kutsutaan vaivaamiseksi.
Vaivausprosessi: kuivasekoitus (20-35 min) märkäsekoitus (40-55 min)
Vaivaamisen rooli:
1 Kun sekoitetaan kuivana, eri raaka-aineet sekoitetaan tasaisesti, ja eri hiukkaskokojen kiinteät hiilipitoiset materiaalit sekoitetaan tasaisesti ja täytetään seoksen tiiviyden parantamiseksi;
2 Kivihiilitervapikin lisäämisen jälkeen kuiva-aine ja asfaltti sekoitetaan tasaisesti. Nestemäinen asfaltti päällystää ja kostuttaa rakeiden pinnan tasaisesti muodostaen kerroksen asfalttia sitovaa kerrosta, ja kaikki materiaalit sitoutuvat toisiinsa muodostamaan homogeenisen muovipinta. Edistää muovausta;
3 osaa kivihiilitervapikeä tunkeutuu hiilipitoisen materiaalin sisätilaan, mikä lisää edelleen tahnan tiheyttä ja koheesiota.
Muovaus: Hiilimateriaalin muovaus viittaa prosessiin, jossa vaivattua hiilitahnaa muutetaan plastisesti muovauslaitteiston ulkoisen voiman vaikutuksesta, jotta lopulta muodostuu raakakappale (tai raakatuote), jolla on tietty muoto, koko, tiheys ja lujuus. käsitellä.
Muovaustyypit, laitteet ja valmistetut tuotteet:
Muovausmenetelmä
Yhteiset varusteet
päätuotteita
Muovaus
Pystysuora hydraulipuristin
Sähköhiiltä, heikkolaatuista hienorakennegrafiittia
Puristaa
Vaakasuuntainen hydraulinen ekstruuderi
Ruuvipuristin
Grafiittielektrodi, neliömäinen elektrodi
Tärinämuovaus
Tärinämuovauskone
Alumiinihiilitiili, masuunihiilitiili
Isostaattinen puristus
Isostaattinen muovauskone
Isotrooppinen grafiitti, anisotrooppinen grafiitti
Puristustoiminto
1 viileä materiaali: levyn jäähdytysmateriaali, sylinterin jäähdytysmateriaali, jäähdytysmateriaalien sekoitus ja vaivaaminen jne.
Poista haihtuvat aineet, alenna sopivaan lämpötilaan (90-120 °C) tarttuvuuden lisäämiseksi niin, että tahna on tasaista 20-30 min.
2 Kuormaus: paina nostolevyä —– 2-3 kertaa leikkaus—-4–10 MPa tiivistys
3 esipaine: paine 20-25MPa, aika 3-5min, imuroinnin aikana
4 suulakepuristus: paina ohjauslevy alas -5-15MPa suulakepuristus -leikkaus - jäähdytysaltaaseen
Suulakepuristuksen tekniset parametrit: puristussuhde, puristuskammion ja suuttimen lämpötila, jäähdytyslämpötila, esijännityspaineaika, suulakepuristuspaine, ekstruusionopeus, jäähdytysveden lämpötila
Vihreän rungon tarkastus: bulkkitiheys, ulkonäön napauttaminen, analyysi
Kalsinointi: Se on prosessi, jossa hiilituotteen viherkappale täytetään erityisesti suunniteltuun lämmitysuuniin täyteaineen suojassa korkean lämpötilan lämpökäsittelyn suorittamiseksi raakakappaleen kivihiilen hiiltämiseksi. Kivihiilibitumin hiiltymisen jälkeen muodostuva bitumikoksi jähmetyttää hiilipitoisen aggregaatin ja jauhehiukkaset yhdessä, ja kalsinoidulla hiilituotteella on korkea mekaaninen lujuus, alhainen sähkövastus, hyvä lämpöstabiilisuus ja kemiallinen stabiilisuus. .
Kalsinointi on yksi pääprosesseista hiilituotteiden valmistuksessa, ja se on myös tärkeä osa kolmea suurta grafiittielektrodien valmistuksen lämpökäsittelyprosessia. Kalsinoinnin tuotantosykli on pitkä (22-30 päivää leivontaan, 5-20 päivää uuneihin 2 leivontaan) ja korkeampi energiankulutus. Vihreäpaahtamisen laatu vaikuttaa lopputuotteen laatuun ja tuotantokustannuksiin.
Viherkappaleessa oleva vihreä kivihiilipiki koksautuu paahtoprosessin aikana ja noin 10 % haihtuvasta aineesta poistuu ja tilavuus muodostuu 2-3 % kutistumisesta ja massahäviö on 8-10 %. Myös hiiliaihion fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet muuttuivat merkittävästi. Huokoisuus laski arvosta 1,70 g/cm3 arvoon 1,60 g/cm3 ja ominaisvastus pieneni 10000 μΩ·m:stä 40-50 μΩ·m:iin huokoisuuden lisääntymisen vuoksi. Myös kalsinoidun aihion mekaaninen lujuus oli suuri. Parannusta varten.
Toissijainen leivonta on prosessi, jossa kalsinoitu tuote upotetaan ja sitten kalsinoidaan kalsinoidun tuotteen huokosiin upotetun pihan hiiltämiseksi. Korkeampaa bulkkitiheyttä vaativat elektrodit (kaikki lajikkeet paitsi RP) ja saumaaihiot vaaditaan bibakeamiseen, ja saumaaihioille tehdään myös kolmiupotus neljän paiston tai kaksinkertaisen kolmipaiston avulla.
Paahtimen pääuunityyppi:
Jatkuva toiminta - rengasuuni (kannen kanssa, ilman kantta), tunneliuuni
Jaksottainen toiminta - käänteinen uuni, lattian alla oleva paahtimo, laatikkopaahtimo
Kalsinointikäyrä ja maksimilämpötila:
Kertapaahto – -320, 360, 422, 480 tuntia, 1250 °C
Toissijainen paahto -125, 240, 280 tuntia, 700-800 °C
Leivonnaisten tuotteiden tarkastus: ulkonäkö, sähkövastus, irtotiheys, puristuslujuus, sisäinen rakenneanalyysi
Kyllästäminen on prosessi, jossa hiilimateriaali asetetaan paineastiaan ja nestemäinen kyllästyspiki upotetaan tuoteelektrodin huokosiin tietyissä lämpötila- ja paineolosuhteissa. Tarkoituksena on vähentää tuotteen huokoisuutta, lisätä tuotteen tilavuustiheyttä ja mekaanista lujuutta sekä parantaa tuotteen sähkö- ja lämmönjohtavuutta.
Kyllästysprosessi ja siihen liittyvät tekniset parametrit ovat: aihion paahtaminen – pinnan puhdistus – esilämmitys (260-380 °C, 6-10 tuntia) – kyllästyssäiliön täyttö – imurointi (8-9KPa, 40-50min) – Bitumin ruiskutus (180) -200 °C) – Paineistus (1,2–1,5 MPa, 3–4 tuntia) – Paluu asfaltille – jäähdytys (säiliön sisällä tai ulkopuolella)
Kyllästettujen tuotteiden tarkastus: kyllästyksen painonlisäys G=(W2-W1)/W1×100 %
Yhden upottamisen painonnousuaste ≥14 %
Toissijaisesti kyllästetyn tuotteen painonlisäys ≥ 9 %
Kolmen kastotuotteen painonnousu ≥ 5 %
Grafitisoinnilla tarkoitetaan korkean lämpötilan lämpökäsittelyprosessia, jossa hiilituote kuumennetaan vähintään 2300 °C:n lämpötilaan suojaavassa väliaineessa korkean lämpötilan sähköuunissa amorfisen kerrosrakenteen hiilen muuntamiseksi kolmiulotteiseksi järjestyksi. grafiittikiderakenne.
Grafitisoinnin tarkoitus ja vaikutus:
1 parantaa hiilimateriaalin johtavuutta ja lämmönjohtavuutta (resistiivisyys pienenee 4-5 kertaa ja lämmönjohtavuus kasvaa noin 10 kertaa);
2 parantaa hiilimateriaalin lämpöshokin kestävyyttä ja kemiallista stabiilisuutta (lineaarinen laajenemiskerroin vähennetty 50-80 %);
3 tehdä hiilimateriaalista voitelu- ja kulutuskestävyyttä;
4 Pakokaasun epäpuhtaudet, parantavat hiilimateriaalin puhtautta (tuotteen tuhkapitoisuus laskee 0,5-0,8 %:sta noin 0,3 %:iin).
Grafitisointiprosessin toteutus:
Hiilimateriaalin grafitointi suoritetaan korkeassa lämpötilassa 2300-3000 °C, joten se voidaan toteuttaa vain sähkölämmityksellä teollisuudessa, eli virta kulkee suoraan kuumennetun kalsinoidun tuotteen läpi ja kalsinoitu tuote varataan. uuniin syntyy sähkövirralla korkeassa lämpötilassa. Johdin on jälleen esine, joka kuumennetaan korkeaan lämpötilaan.
Tällä hetkellä laajalti käytettyjä uuneja ovat Achesonin grafitointiuunit ja sisäiset lämpökaskadiuunit (LWG). Edellisellä on suuri teho, suuri lämpötilaero ja korkea virrankulutus. Jälkimmäisellä on lyhyt lämmitysaika, alhainen virrankulutus, tasainen sähkövastus, eikä se sovellu asennettavaksi.
Grafitisointiprosessin ohjausta ohjataan mittaamalla lämpötilan nousuolosuhteisiin sopiva sähkötehokäyrä. Virransyöttöaika on 50-80 tuntia Acheson-uunissa ja 9-15 tuntia LWG-uunissa.
Grafitisoinnin tehonkulutus on erittäin suuri, yleensä 3200-4800KWh, ja prosessikustannukset ovat noin 20-35% kokonaistuotantokustannuksista.
Grafitoitujen tuotteiden tarkastus: ulkonäkökierre, resistiivisyystesti
Koneistus: Hiiligrafiittimateriaalien mekaanisen työstön tarkoituksena on saavuttaa haluttu koko, muoto, tarkkuus jne. leikkaamalla, jotta elektrodin runko ja liitokset saadaan käyttövaatimusten mukaisiksi.
Grafiittielektrodien käsittely on jaettu kahteen itsenäiseen prosessointiprosessiin: elektrodin runkoon ja niveleen.
Rungon käsittely sisältää kolme vaihetta poraamalla ja karkealla tasaisella päätypinnalla, ulkoympyrällä ja tasaisella päätypinnalla sekä jyrsintäkierteellä. Kartioliitoksen käsittely voidaan jakaa kuuteen prosessiin: leikkaus, tasainen päätypinta, auton kartiopinta, jyrsintäkierre, porauspultti ja ura.
Elektrodiliitosten liitäntä: kartiomainen liitos (kolme solkia ja yksi solki), sylinterimäinen liitos, nystyliitäntä (uros- ja naarasliitos)
Koneistustarkkuuden hallinta: kierteen kartiopoikkeama, kierteen nousu, liitoksen (reiän) halkaisijaltaan suuri poikkeama, liitosreiän koaksiaalisuus, liitosreiän pystysuuntaisuus, elektrodin päätypinnan tasaisuus, liitoksen neljän pisteen poikkeama. Tarkista erityisillä rengasmittareilla ja levymittareilla.
Valmiiden elektrodien tarkastus: tarkkuus, paino, pituus, halkaisija, irtotiheys, resistiivisyys, esikokoonpanon toleranssi jne.
Postitusaika: 31.10.2019