O electrodo de grafito é un material condutor de grafito resistente a altas temperaturas producido por amasado de petróleo, coque de agulla como agregado e betún de carbón como aglutinante, que se producen mediante unha serie de procesos como amasado, moldeado, tostado, impregnación, grafitización e procesamento mecánico. material.
O electrodo de grafito é un importante material condutor de alta temperatura para a fabricación de aceiro eléctrico. O electrodo de grafito utilízase para introducir enerxía eléctrica ao forno eléctrico, e a alta temperatura xerada polo arco entre o extremo do electrodo e a carga úsase como fonte de calor para fundir a carga para a fabricación de aceiro. Outros fornos de mineral que funden materiais como fósforo amarelo, silicio industrial e abrasivos tamén usan electrodos de grafito como materiais condutores. As excelentes e especiais propiedades físicas e químicas dos electrodos de grafito tamén son moi utilizadas noutros sectores industriais.
As materias primas para a produción de electrodos de grafito son coque de petróleo, coque de agulla e brea de alcatrán de hulla.
O coque de petróleo é un produto sólido inflamable obtido por residuos de carbón de coque e brea de petróleo. A cor é negra e porosa, o elemento principal é o carbono e o contido de cinzas é moi baixo, xeralmente por debaixo do 0,5%. O coque de petróleo pertence á clase do carbono facilmente grafitizado. O coque de petróleo ten unha ampla gama de usos nas industrias química e metalúrxica. É a principal materia prima para producir produtos de grafito artificial e produtos de carbono para aluminio electrolítico.
O coque de petróleo pódese dividir en dous tipos: coque bruto e coque calcinado segundo a temperatura de tratamento térmico. O antigo coque de petróleo obtido por coque retardado contén unha gran cantidade de volátiles e a resistencia mecánica é baixa. O coque calcinado obtense pola calcinación do coque en bruto. A maioría das refinerías de China só producen coque, e as operacións de calcinación realízanse principalmente en plantas de carbono.
O coque de petróleo pódese dividir en coque de alto contido en xofre (contendo máis do 1,5% de xofre), coque de xofre medio (contendo 0,5%-1,5% de xofre) e coque de baixo contido de xofre (que contén menos do 0,5% de xofre). A produción de electrodos de grafito e outros produtos de grafito artificial prodúcese xeralmente utilizando coque baixo en xofre.
O coque de agulla é un tipo de coque de alta calidade con textura fibrosa evidente, coeficiente de expansión térmica moi baixo e fácil grafitización. Cando o coque se rompe, pódese dividir en tiras finas segundo a textura (a relación de aspecto é xeralmente superior a 1,75). Unha estrutura fibrosa anisotrópica pódese observar baixo un microscopio polarizador e, polo tanto, denomínase coque de agulla.
A anisotropía das propiedades físico-mecánicas do coque de agulla é moi obvia. Ten unha boa condutividade eléctrica e térmica paralela á dirección do eixe longo da partícula e o coeficiente de expansión térmica é baixo. Ao moldear por extrusión, o eixe longo da maioría das partículas está disposto na dirección de extrusión. Polo tanto, o coque de agulla é a materia prima clave para a fabricación de electrodos de grafito de alta ou ultra alta potencia. O electrodo de grafito producido ten baixa resistividade, pequeno coeficiente de expansión térmica e boa resistencia ao choque térmico.
O coque de agulla divídese en coque de agulla a base de aceite producido a partir de residuos de petróleo e coque de agulla a base de carbón producido a partir de materias primas refinadas de brea de carbón.
O alcatrán de hulla é un dos principais produtos do procesamento profundo do alcatrán de hulla. É unha mestura de varios hidrocarburos, negro a alta temperatura, semisólido ou sólido a alta temperatura, sen punto de fusión fixo, suavizado despois do quecemento, e logo fundido, cunha densidade de 1,25-1,35 g/cm3. Segundo o seu punto de reblandecemento, divídese en asfalto de baixa temperatura, temperatura media e alta temperatura. O rendemento de asfalto a media temperatura é do 54-56% do alcatrán de hulla. A composición do alcatrán de hulla é extremadamente complicada, que está relacionada coas propiedades do alcatrán de hulla e o contido de heteroátomos, e tamén se ve afectada polo sistema de proceso de coque e as condicións de procesamento do alcatrán de hulla. Existen moitos indicadores para caracterizar a brea de alcatrán de hulla, como o punto de reblandecemento do betún, os insolubles en tolueno (TI), os insolubles en quinolina (QI), os valores de coque e a reoloxía do brea de carbón.
O alcatrán de hulla úsase como aglutinante e impregnante na industria do carbono e o seu rendemento ten un gran impacto no proceso de produción e na calidade dos produtos de carbono. O asfalto aglutinante xeralmente usa un asfalto modificado a media ou media temperatura que ten un punto de reblandecemento moderado, un alto valor de coque e unha resina β elevada. O axente impregnante é un asfalto de temperatura media con baixo punto de reblandecemento, baixo QI e boas propiedades reolóxicas.
A seguinte imaxe mostra o proceso de produción de electrodos de grafito na empresa de carbono.
Calcinación: a materia prima carbonosa é tratada térmicamente a alta temperatura para descargar a humidade e a materia volátil contida nela, e o proceso de produción correspondente á mellora do rendemento de cocción orixinal chámase calcinación. Xeralmente, a materia prima carbonosa calcínase usando gas e os seus propios volátiles como fonte de calor, e a temperatura máxima é de 1250-1350 °C.
A calcinación produce cambios profundos na estrutura e nas propiedades fisicoquímicas das materias primas carbonosas, principalmente na mellora da densidade, resistencia mecánica e condutividade eléctrica do coque, mellorando a estabilidade química e a resistencia á oxidación do coque, sentando as bases para o proceso posterior. .
Os equipos calcinados inclúen principalmente calcinador de tanque, forno rotativo e calcinador eléctrico. O índice de control de calidade da calcinación é que a verdadeira densidade do coque de petróleo non é inferior a 2,07 g/cm3, a resistividade non é superior a 550 μΩ.m, a densidade real do coque de agulla non é inferior a 2,12 g/cm3 e o a resistividade non é superior a 500μΩ.m.
Trituración de materia prima e ingredientes
Antes do lote, o coque de petróleo calcinado a granel e o coque de agulla deben ser triturados, moídos e peneirados.
A trituración media adoita realizarse mediante un equipo de trituración duns 50 mm a través dunha trituradora de mandíbulas, unha trituradora de martelo, unha trituradora de rolos e similares para esmagar aínda máis o material de tamaño de 0,5-20 mm necesario para o lote.
A moenda é un proceso de moer un material carbonoso a unha partícula pequena en po de 0,15 mm ou menos e un tamaño de partícula de 0,075 mm ou menos mediante un molino de rolos de anel tipo suspensión (molino de Raymond), un molino de bolas ou similares. .
O cribado é un proceso no que unha ampla gama de materiais despois dunha trituración divídese en varios intervalos de tamaño de partículas cunha gama estreita de tamaños a través dunha serie de peneiras con aberturas uniformes. A produción actual de electrodos normalmente require 4-5 gránulos e 1-2 graos de po.
Os ingredientes son os procesos de produción para calcular, pesar e enfocar os distintos áridos de áridos e po e aglutinantes segundo os requisitos de formulación. A idoneidade científica da formulación e a estabilidade da operación de lotes están entre os factores máis importantes que afectan o índice de calidade e o rendemento do produto.
A fórmula debe determinar 5 aspectos:
1Seleccione o tipo de materias primas;
2 determinar a proporción de diferentes tipos de materias primas;
3 determinar a composición do tamaño de partícula da materia prima sólida;
4 determinar a cantidade de aglutinante;
5 Determine o tipo e a cantidade de aditivos.
Amasado: mestura e cuantificación de gránulos e po de carbono de varios tamaños de partícula cunha certa cantidade de aglutinante a unha determinada temperatura e amasa a pasta de plasticidade nun proceso chamado amasado.
Proceso de amasado: mestura en seco (20-35 min) mestura húmida (40-55 min)
O papel do amasado:
1 Ao mesturar en seco, as diversas materias primas mestúranse uniformemente e os materiais carbonosos sólidos de diferentes tamaños de partículas mestúranse e enchen uniformemente para mellorar a compacidade da mestura;
2 Despois de engadir brea de alcatrán de hulla, o material seco e o asfalto mestúranse uniformemente. O asfalto líquido recubre e molla uniformemente a superficie dos gránulos para formar unha capa de capa de unión de asfalto, e todos os materiais están unidos entre si para formar unha mancha de plástico homoxénea. Favorece a moldura;
3 partes de brea de alcatrán penetran no espazo interior do material carbonoso, aumentando aínda máis a densidade e a cohesión da pasta.
Moldeo: o moldeado de material de carbono refírese ao proceso de deformación plástica da pasta de carbono amasada baixo a forza externa aplicada polo equipo de moldeo para finalmente formar un corpo verde (ou produto en bruto) cunha determinada forma, tamaño, densidade e resistencia. proceso.
Tipos de molduras, equipamentos e produtos elaborados:
Método de moldeo
Equipamento común
produtos principais
Moldeado
Prensa hidráulica vertical
Carbono eléctrico, grafito de estrutura fina de baixa calidade
Apretar
Extrusora hidráulica horizontal
Extrusora de parafuso
Electrodo de grafito, electrodo cadrado
Moldeo por vibración
Máquina de moldeo por vibración
Ladrillo de carbono de aluminio, ladrillo de carbono de alto forno
Prensado isostático
Máquina de moldeo isostático
Grafito isotrópico, grafito anisótropo
Operación de espremer
1 material fresco: material de refrixeración de disco, material de refrixeración do cilindro, mestura e amasado de materiais de refrixeración, etc.
Descarga os volátiles, reduce a unha temperatura adecuada (90-120 ° C) para aumentar a adhesión, de xeito que o bloqueo da pasta sexa uniforme durante 20-30 min.
2 Carga: prensa deflector de elevación —– 2-3 veces de corte—-4-10MPa compactación
3 prepresión: presión 20-25MPa, tempo 3-5min, ao aspirar
4 extrusión: prema o deflector —extrusión de 5-15 MPa — corte — na pía de refrixeración
Parámetros técnicos de extrusión: relación de compresión, temperatura da cámara de prensa e da boquilla, temperatura de refrixeración, tempo de presión de precarga, presión de extrusión, velocidade de extrusión, temperatura da auga de refrixeración
Inspección do corpo verde: densidade aparente, tapping de aparencia, análise
Calcinación: é un proceso no que o corpo verde do produto de carbono se enche nun forno de calefacción especialmente deseñado baixo a protección do recheo para realizar un tratamento térmico a alta temperatura para carbonizar a brea de carbón no corpo verde. O coque de betún formado despois da carbonización do betún de carbón solidifica o agregado carbonoso e as partículas de po xuntos, e o produto de carbono calcinado ten unha alta resistencia mecánica, baixa resistividade eléctrica, boa estabilidade térmica e estabilidade química. .
A calcinación é un dos principais procesos na produción de produtos de carbono e tamén é unha parte importante dos tres principais procesos de tratamento térmico da produción de electrodos de grafito. O ciclo de produción de calcinación é longo (22-30 días para cocción, 5-20 días para fornos para 2 cocción) e maior consumo de enerxía. A calidade do asado verde ten un impacto na calidade do produto acabado e no custo de produción.
A brea de carbón verde no corpo verde é coque durante o proceso de tostado, descárgase preto do 10% da materia volátil e o volume prodúcese cunha contracción do 2-3% e a perda de masa é do 8-10%. As propiedades físicas e químicas do billete de carbono tamén cambiaron significativamente. A porosidade diminuíu de 1,70 g/cm3 a 1,60 g/cm3 e a resistividade diminuíu de 10000 μΩ·m a 40-50 μΩ·m debido ao aumento da porosidade. A resistencia mecánica do tocho calcinado tamén foi grande. Para mellorar.
A cocción secundaria é un proceso no que se somerxe o produto calcinado e despois se calcina para carbonizar a brea inmersa nos poros do produto calcinado. Os electrodos que requiren maior densidade aparente (todas as variedades excepto RP) e os brancos de unión deben ser cocidos en bicocina, e os brancos de unión tamén están sometidos a tres inmersións, catro coccións ou dúas inmersións, tres coccións.
Tipo de forno principal de asador:
Funcionamento continuo: forno de anel (con tapa, sen tapa), forno túnel
Funcionamento intermitente: forno inverso, asador debaixo do chan, asador de caixa
Curva de calcinación e temperatura máxima:
Asado único: -320, 360, 422, 480 horas, 1250 °C
Asado secundario: -125, 240, 280 horas, 700-800 °C
Inspección de produtos cocidos: tope de aspecto, resistividade eléctrica, densidade aparente, resistencia á compresión, análise da estrutura interna
A impregnación é un proceso no que se coloca un material de carbono nun recipiente a presión e a brea impregnante líquida é inmersa nos poros do electrodo do produto baixo determinadas condicións de temperatura e presión. O obxectivo é reducir a porosidade do produto, aumentar a densidade aparente e a resistencia mecánica do produto e mellorar a condutividade eléctrica e térmica do produto.
O proceso de impregnación e os parámetros técnicos relacionados son: tostado – limpeza de superficies – prequecemento (260-380 °C, 6-10 horas) – carga do tanque de impregnación – aspiración (8-9KPa, 40-50min) – inxección de betún (180 -200 °C) – Presurización (1,2-1,5 MPa, 3-4 horas) – Retorno ao asfalto – Refrixeración (dentro ou fóra do tanque)
Inspección de produtos impregnados: taxa de aumento de peso de impregnación G=(W2-W1)/W1×100%
Taxa de aumento de peso dunha inmersión ≥14 %
Taxa de aumento de peso do produto impregnado secundario ≥ 9 %
Taxa de aumento de peso de tres produtos de inmersión ≥ 5 %
A grafitización refírese a un proceso de tratamento térmico a alta temperatura no que un produto de carbono se quenta a unha temperatura de 2300 ° C ou máis nun medio protector nun forno eléctrico de alta temperatura para converter unha estrutura en capas amorfa de carbono nunha orde tridimensional. estrutura cristalina de grafito.
Finalidade e efecto da grafitización:
1 mellora a condutividade e a condutividade térmica do material de carbono (a resistividade redúcese 4-5 veces e a condutividade térmica increméntase unhas 10 veces);
2 mellorar a resistencia ao choque térmico e a estabilidade química do material de carbono (coeficiente de expansión lineal reducido nun 50-80%);
3 para facer o material de carbono lubricidade e resistencia á abrasión;
4 Impurezas de escape, mellora a pureza do material de carbono (o contido de cinzas do produto redúcese de 0,5-0,8% a aproximadamente 0,3%).
A realización do proceso de grafitización:
A grafitización do material de carbono realízase a unha temperatura elevada de 2300-3000 °C, polo que só se pode realizar mediante calefacción eléctrica na industria, é dicir, a corrente pasa directamente polo produto calcinado quentado e o produto calcinado cargado. no forno é xerada pola corrente eléctrica a alta temperatura. O condutor é de novo un obxecto que se quenta a alta temperatura.
Os fornos actualmente moi utilizados inclúen os fornos de grafitización Acheson e os fornos de cascada de calor interna (LWG). O primeiro ten unha gran saída, unha gran diferenza de temperatura e un alto consumo de enerxía. Este último ten un tempo de quecemento curto, baixo consumo de enerxía, resistividade eléctrica uniforme e non é apto para a súa montaxe.
O control do proceso de grafitización contrólase medindo a curva de potencia eléctrica adecuada para a condición de aumento da temperatura. O tempo de subministración de enerxía é de 50-80 horas para o forno Acheson e de 9-15 horas para o forno LWG.
O consumo de enerxía da grafitización é moi grande, xeralmente de 3200 a 4800 kWh, e o custo do proceso representa preto do 20-35% do custo total de produción.
Inspección de produtos grafitizados: tope de aspecto, proba de resistividade
Mecanizado: a finalidade do mecanizado mecánico de materiais de grafito de carbono é conseguir o tamaño, a forma, a precisión, etc. necesarios mediante o corte para facer que o corpo do electrodo e as articulacións sexan de acordo cos requisitos de uso.
O procesamento de electrodos de grafito divídese en dous procesos de procesamento independentes: corpo e articulación do electrodo.
O procesamento do corpo inclúe tres pasos de cara de extremo plano aburrido e rugoso, círculo exterior e cara de extremo plano e rosca de fresado. O procesamento da unión cónica pódese dividir en 6 procesos: corte, cara plana, cara de cono de coche, rosca de fresado, parafuso de perforación e ranurado.
Conexión de unións de electrodos: conexión de unión cónica (tres fibelas e unha fibela), conexión de unión cilíndrica, conexión de golpe (conexión macho e femia)
Control da precisión de mecanizado: desviación do cono da rosca, paso da rosca, desviación de gran diámetro da xunta (buraco), coaxialidade do burato da unión, verticalidade do burato da unión, planitude da cara do extremo do electrodo, desviación de catro puntos da xunta. Comprobe con medidores de anel e placas especiais.
Inspección de electrodos acabados: precisión, peso, lonxitude, diámetro, densidade aparente, resistividade, tolerancia previa á montaxe, etc.
Hora de publicación: 31-Oct-2019