Grafitna elektroda je grafitni vodljivi materijal otporan na visoke temperature proizveden gnječenjem nafte, igličastim koksom kao agregatom i bitumenom ugljena kao vezivom, koji se proizvode nizom procesa kao što su gnječenje, kalupljenje, prženje, impregnacija, grafitizacija i mehanička obrada. materijal.
Grafitna elektroda važan je visokotemperaturni vodljivi materijal za proizvodnju čelika. Grafitna elektroda koristi se za unos električne energije u električnu peć, a visoka temperatura koju stvara luk između kraja elektrode i šarže koristi se kao izvor topline za taljenje šarže za izradu čelika. Druge peći za rudače koje tale materijale kao što su žuti fosfor, industrijski silicij i abrazivi također koriste grafitne elektrode kao vodljive materijale. Izvrsna i posebna fizikalna i kemijska svojstva grafitnih elektroda također se široko koriste u drugim industrijskim sektorima.
Sirovine za proizvodnju grafitnih elektroda su naftni koks, igličasti koks i smola.
Naftni koks je zapaljivi kruti proizvod dobiven koksiranjem ugljenog ostatka i naftne smole. Boja je crna i porozna, glavni element je ugljik, a sadržaj pepela je vrlo nizak, općenito ispod 0,5%. Naftni koks pripada klasi lako grafitizirajućeg ugljika. Naftni koks ima široku primjenu u kemijskoj i metalurškoj industriji. To je glavna sirovina za proizvodnju proizvoda od umjetnog grafita i proizvoda od ugljika za elektrolitički aluminij.
Naftni koks se može podijeliti u dvije vrste: sirovi koks i kalcinirani koks prema temperaturi toplinske obrade. Prijašnji naftni koks dobiven odgođenim koksiranjem sadrži veliku količinu hlapljivih tvari, a mehanička čvrstoća je niska. Žareni koks dobiva se kalcinacijom sirovog koksa. Većina rafinerija u Kini proizvodi samo koks, a operacije kalcinacije uglavnom se izvode u postrojenjima za ugljik.
Naftni koks se može podijeliti na koks s visokim sadržajem sumpora (koji sadrži više od 1,5% sumpora), koks sa srednjim sadržajem sumpora (koji sadrži 0,5%-1,5% sumpora) i koks s niskim sadržajem sumpora (koji sadrži manje od 0,5% sumpora). Proizvodnja grafitnih elektroda i drugih proizvoda od umjetnog grafita općenito se proizvodi pomoću koksa s niskim sadržajem sumpora.
Igličasti koks je vrsta visokokvalitetnog koksa s očiglednom vlaknastom teksturom, vrlo niskim koeficijentom toplinske ekspanzije i lakom grafitizacijom. Kada se koks slomi, može se podijeliti na vitke trake prema teksturi (omjer širine i visine je općenito iznad 1,75). Anizotropna vlaknasta struktura može se promatrati pod polarizacijskim mikroskopom, pa se stoga naziva igličastim koksom.
Anizotropija fizikalno-mehaničkih svojstava igličastog koksa vrlo je očita. Ima dobru električnu i toplinsku vodljivost paralelnu sa smjerom duge osi čestice, a koeficijent toplinske ekspanzije je nizak. Kod ekstruzijskog kalupljenja, duga os većine čestica je raspoređena u smjeru ekstruzije. Stoga je igličasti koks ključna sirovina za proizvodnju grafitnih elektroda velike ili ultra velike snage. Proizvedena grafitna elektroda ima mali otpor, mali koeficijent toplinskog širenja i dobru otpornost na toplinski udar.
Igličasti koks se dijeli na igličasti koks na bazi nafte proizveden od naftnih ostataka i igličasti koks na bazi ugljena proizveden od rafiniranih sirovina ugljenog smola.
Katran je jedan od glavnih proizvoda duboke prerade katrana. To je mješavina raznih ugljikovodika, crnih na visokoj temperaturi, polukrutih ili krutih na visokim temperaturama, bez fiksnog tališta, omekšanih nakon zagrijavanja, a potom otopljenih, gustoće 1,25-1,35 g/cm3. Prema točki omekšavanja dijeli se na niskotemperaturni, srednjetemperaturni i visokotemperaturni asfalt. Iskorištenje asfalta srednje temperature je 54-56% katrana. Sastav ugljenog katrana je izuzetno kompliciran, što je povezano sa svojstvima ugljenog katrana i sadržajem heteroatoma, a također na njega utječu procesni sustav koksiranja i uvjeti prerade ugljenog katrana. Postoje mnogi pokazatelji za karakterizaciju katranske smole, kao što su točka omekšavanja bitumena, netopivi u toluenu (TI), netopivi u kinolinu (QI), vrijednosti koksiranja i reologija smole.
Ugljeni katran koristi se kao vezivo i impregnant u industriji ugljika, a njegova učinkovitost ima velik utjecaj na proizvodni proces i kvalitetu proizvoda ugljičnih proizvoda. Vezivni asfalt općenito koristi srednje temperaturno ili srednje temperaturno modificirani asfalt koji ima umjerenu točku omekšavanja, visoku vrijednost koksiranja i visoku β smolu. Sredstvo za impregniranje je asfalt srednje temperature s niskom točkom omekšavanja, niskim QI i dobrim reološkim svojstvima.
Sljedeća slika prikazuje proizvodni proces grafitne elektrode u karbonskom poduzeću.
Kalcinacija: sirovina koja sadrži ugljik toplinski se obrađuje na visokoj temperaturi kako bi se oslobodila vlaga i hlapljive tvari sadržane u njoj, a proizvodni proces koji odgovara poboljšanju izvorne učinkovitosti kuhanja naziva se kalcinacija. Općenito, ugljična sirovina se kalcinira korištenjem plina i vlastitih hlapljivih tvari kao izvora topline, a maksimalna temperatura je 1250-1350 °C.
Kalcinacija čini duboke promjene u strukturi i fizikalno-kemijskim svojstvima sirovina koje sadrže ugljik, uglavnom u poboljšanju gustoće, mehaničke čvrstoće i električne vodljivosti koksa, poboljšanju kemijske stabilnosti i otpornosti na oksidaciju koksa, postavljajući temelje za kasniji proces. .
Oprema za kalcinaciju uglavnom uključuje kalcinator spremnika, rotacijsku peć i električni kalcinator. Indeks kontrole kvalitete kalcinacije je da stvarna gustoća naftnog koksa nije manja od 2,07g/cm3, otpornost nije veća od 550μΩ.m, stvarna gustoća igličastog koksa nije manja od 2,12g/cm3, a otpornost nije veća od 500μΩ.m.
Usitnjavanje sirovina i sastojaka
Prije šarže, kalcinirani naftni koks i iglasti koks moraju se zdrobiti, samljeti i prosijati.
Srednje drobljenje obično se provodi opremom za drobljenje od oko 50 mm kroz čeljusnu drobilicu, drobilicu čekićem, drobilicu na valjke i slično za daljnje drobljenje materijala veličine 0,5-20 mm potrebnog za doziranje.
Mljevenje je postupak mljevenja materijala koji sadrži ugljik u male praškaste čestice od 0,15 mm ili manje i veličine čestica od 0,075 mm ili manje pomoću prstenastog valjkastog mlina (Raymondov mlin), mlina s kuglicama ili slično .
Prosijavanje je proces u kojem se širok raspon materijala nakon drobljenja dijeli u nekoliko raspona veličine čestica s uskim rasponom veličina kroz niz sita s jednakim otvorima. Trenutna proizvodnja elektroda obično zahtijeva 4-5 peleta i 1-2 vrste praha.
Sastojci su proizvodni procesi za izračunavanje, vaganje i fokusiranje različitih agregata agregata i praha i veziva prema zahtjevima formulacije. Znanstvena prikladnost formulacije i stabilnost procesa doziranja među najvažnijim su čimbenicima koji utječu na indeks kvalitete i učinak proizvoda.
Formula treba odrediti 5 aspekata:
1Odaberite vrstu sirovina;
2 odrediti udio različitih vrsta sirovina;
3 određivanje sastava veličine čestica čvrste sirovine;
4 odrediti količinu veziva;
5 Odredite vrstu i količinu aditiva.
Gnječenje: Miješanje i kvantificiranje različitih veličina čestica ugljičnih granula i praha s određenom količinom veziva na određenoj temperaturi i gnječenje plastične paste u proces koji se naziva gnječenje.
Proces miješanja: suho miješanje (20-35 min) mokro miješanje (40-55 min)
Uloga gnječenja:
1 Prilikom suhog miješanja, različite sirovine se jednoliko miješaju, a kruti ugljični materijali različitih veličina čestica se jednoliko miješaju i pune kako bi se poboljšala kompaktnost smjese;
2 Nakon dodavanja katranske smole, suhi materijal i asfalt se jednolično miješaju. Tekući asfalt ravnomjerno oblaže i kvasi površinu granula kako bi se formirao sloj vezivnog sloja asfalta, a svi materijali se međusobno povezuju u homogeni plastični premaz. Pogodno za kalupljenje;
3 dijela smole ugljenog katrana prodire u unutarnji prostor ugljičnog materijala, dodatno povećavajući gustoću i kohezivnost paste.
Kalupljenje: Kalupljenje ugljičnog materijala odnosi se na proces plastičnog deformiranja gnječene karbonske paste pod vanjskom silom koju primjenjuje oprema za kalupljenje kako bi se konačno formiralo zeleno tijelo (ili sirovi proizvod) određenog oblika, veličine, gustoće i čvrstoće. proces.
Vrste kalupa, opreme i proizvedenih proizvoda:
Metoda kalupljenja
Zajednička oprema
glavni proizvodi
Kalupljenje
Vertikalna hidraulična preša
Električni ugljik, niskokvalitetni grafit fine strukture
Stisak
Horizontalni hidraulički ekstruder
Vijčani ekstruder
Grafitna elektroda, kvadratna elektroda
Vibracijsko oblikovanje
Vibracijski stroj za oblikovanje
Aluminijska ugljična opeka, ugljična opeka za visoke peći
Izostatičko prešanje
Izostatski stroj za kalupljenje
Izotropni grafit, anizotropni grafit
Operacija stiskanja
1 hladan materijal: materijal za hlađenje diska, materijal za hlađenje cilindra, rashladni materijal za miješanje i gnječenje itd.
Ispraznite hlapljive tvari, smanjite na prikladnu temperaturu (90-120 °C) kako biste povećali prianjanje, tako da blok paste bude ujednačen 20-30 min
2 Opterećenje: pregrada za podizanje —– 2-3 puta rezanje—-4-10MPa zbijanje
3 predtlak: tlak 20-25 MPa, vrijeme 3-5 min, tijekom vakumiranja
4 ekstruzija: pritisnite pregradu —5-15MPa ekstruzija — rez — u sudoper za hlađenje
Tehnički parametri ekstruzije: omjer kompresije, temperatura komore za prešanje i mlaznice, temperatura hlađenja, vrijeme pritiska prednaprezanja, tlak ekstruzije, brzina ekstruzije, temperatura vode za hlađenje
Pregled zelenog tijela: nasipna gustoća, točenje izgleda, analiza
Kalcinacija: To je proces u kojem se sirovo tijelo ugljičnog proizvoda puni u posebno dizajniranu peć za grijanje pod zaštitom punila kako bi se izvršila toplinska obrada na visokoj temperaturi za karbonizaciju smole ugljena u sirovom tijelu. Bitumenski koks nastao nakon karbonizacije bitumena ugljena zajedno skrućuje ugljični agregat i čestice praha, a proizvod kalciniranog ugljika ima visoku mehaničku čvrstoću, nisku električnu otpornost, dobru toplinsku stabilnost i kemijsku stabilnost. .
Kalcinacija je jedan od glavnih procesa u proizvodnji ugljičnih proizvoda, a također je važan dio tri glavna procesa toplinske obrade u proizvodnji grafitnih elektroda. Proizvodni ciklus kalcinacije je dug (22-30 dana za pečenje, 5-20 dana za peći za 2 pečenja), i veća potrošnja energije. Kvaliteta zelenog pečenja utječe na kvalitetu gotovog proizvoda i troškove proizvodnje.
Zelena smola ugljena u zelenom tijelu se koksira tijekom procesa prženja, a oko 10% hlapljivih tvari se ispušta, a volumen se proizvodi skupljanjem od 2-3%, a gubitak mase je 8-10%. Fizikalna i kemijska svojstva karbonske gredice također su se značajno promijenila. Poroznost se smanjila s 1,70 g/cm3 na 1,60 g/cm3, a otpornost se smanjila s 10000 μΩ·m na 40-50 μΩ·m zbog povećanja poroznosti. Mehanička čvrstoća kalcinirane gredice također je bila velika. Za poboljšanje.
Sekundarno pečenje je proces u kojem se kalcinirani proizvod uranja, a zatim kalcinira kako bi se karbonizirala smola uronjena u pore kalciniranog proizvoda. Elektrode koje zahtijevaju veću nasipnu gustoću (sve varijante osim RP) i spojnice moraju biti dvostruko pečene, a spojnice se također podvrgavaju tri-dip-bake ili two-dip tri-bake.
Vrsta glavne peći pržionice:
Kontinuirani rad - prstenasta peć (s poklopcem, bez poklopca), tunelska peć
Povremeni rad—obrnuta peć, podna pećnica, kutija za pečenje
Krivulja kalcinacije i maksimalna temperatura:
Jednokratno prženje—-320, 360, 422, 480 sati, 1250 °C
Sekundarno prženje—-125, 240, 280 sati, 700-800 °C
Kontrola pečenih proizvoda: točenje izgleda, električni otpor, nasipna gustoća, čvrstoća na pritisak, analiza unutarnje strukture
Impregnacija je proces u kojem se ugljični materijal stavlja u tlačnu posudu, a tekuća smola za impregnaciju uranja u pore elektrode proizvoda pod određenim uvjetima temperature i tlaka. Svrha je smanjiti poroznost proizvoda, povećati nasipnu gustoću i mehaničku čvrstoću proizvoda te poboljšati električnu i toplinsku vodljivost proizvoda.
Proces impregnacije i povezani tehnički parametri su: pečenje trupca – čišćenje površine – predgrijavanje (260-380 °C, 6-10 sati) – punjenje spremnika za impregnaciju – vakumiranje (8-9KPa, 40-50min) – Injektiranje bitumena (180 -200 °C) – Tlak (1,2-1,5 MPa, 3-4 sata) – Povratak na asfalt – Hlađenje (unutar ili izvan spremnika)
Inspekcija impregniranih proizvoda: stopa povećanja težine impregnacije G=(W2-W1)/W1×100%
Stopa povećanja tjelesne težine od jednog pada ≥14%
Stopa povećanja težine sekundarno impregniranog proizvoda ≥ 9%
Stopa povećanja težine proizvoda za tri umakanja ≥ 5%
Grafitizacija se odnosi na proces toplinske obrade na visokoj temperaturi u kojem se ugljični proizvod zagrijava na temperaturu od 2300 °C ili više u zaštitnom mediju u visokotemperaturnoj električnoj peći kako bi se amorfna slojevita struktura ugljika pretvorila u trodimenzionalno uređenu kristalna struktura grafita.
Svrha i učinak grafitizacije:
1 poboljšati vodljivost i toplinsku vodljivost ugljičnog materijala (otpornost se smanjuje za 4-5 puta, a toplinska vodljivost se povećava za oko 10 puta);
2 poboljšati otpornost na toplinske udare i kemijsku stabilnost karbonskog materijala (koeficijent linearne ekspanzije smanjen za 50-80%);
3 kako bi karbonski materijal bio podmazan i otporan na abraziju;
4 Ispušne nečistoće, poboljšavaju čistoću ugljičnog materijala (udio pepela u proizvodu smanjen je s 0,5-0,8% na oko 0,3%).
Realizacija procesa grafitizacije:
Grafitizacija ugljičnog materijala provodi se na visokoj temperaturi od 2300-3000 °C, pa se u industriji može ostvariti samo električnim zagrijavanjem, odnosno struja izravno prolazi kroz zagrijani kalcinirani proizvod, a kalcinirani proizvod nabijen u peć se stvara električnom strujom na visokoj temperaturi. Vodič je opet predmet koji se zagrijava na visoku temperaturu.
Peći koje se trenutno naširoko koriste uključuju Achesonove peći za grafitizaciju i peći s unutarnjom kaskadom topline (LWG). Prvi ima veliki učinak, veliku temperaturnu razliku i veliku potrošnju energije. Potonji ima kratko vrijeme zagrijavanja, malu potrošnju energije, jednoliki električni otpor i nije prikladan za ugradnju.
Upravljanje procesom grafitizacije kontrolira se mjerenjem krivulje električne snage koja odgovara uvjetima porasta temperature. Vrijeme napajanja je 50-80 sati za Acheson peć i 9-15 sati za LWG peć.
Potrošnja energije grafitizacije je vrlo velika, općenito 3200-4800KWh, a troškovi procesa čine oko 20-35% ukupnih troškova proizvodnje.
Kontrola grafitiziranih proizvoda: točenje izgleda, ispitivanje otpornosti
Strojna obrada: Svrha mehaničke obrade karbografitnih materijala je postizanje potrebne veličine, oblika, preciznosti itd. rezanjem kako bi se tijelo elektrode i spojevi izradili u skladu sa zahtjevima uporabe.
Obrada grafitne elektrode dijeli se na dva neovisna procesa obrade: tijelo elektrode i spoj.
Obrada tijela uključuje tri koraka bušenja i grube ravne čeone strane, vanjskog kruga i ravne čeone strane i glodanja navoja. Obrada konusnog spoja može se podijeliti u 6 procesa: rezanje, ravna čeona strana, konusna površina automobila, glodanje navoja, bušenje svornjaka i urezovanje.
Spajanje elektrodnih spojeva: konusni zglobni spoj (tri kopče i jedna kopča), cilindrični spojni spoj, bump spoj (muški i ženski spoj)
Kontrola točnosti obrade: odstupanje konusa navoja, korak navoja, odstupanje spoja (rupe) velikog promjera, koaksijalnost spojnog otvora, vertikalnost spojnog otvora, ravnost čeone površine elektrode, odstupanje spoja u četiri točke. Provjerite pomoću posebnih prstenastih i pločastih mjerača.
Kontrola gotovih elektroda: točnost, težina, duljina, promjer, nasipna gustoća, otpornost, tolerancija pred montažu itd.
Vrijeme objave: 31. listopada 2019