Grafitelektróda gyártási folyamata

A grafitelektróda magas hőmérsékletnek ellenálló grafit vezetőképes anyag, amelyet kőolajdagasztással, tűkokszból aggregátumként és szénbitumen kötőanyagként állítanak elő, és amelyeket számos eljárással állítanak elő, mint például dagasztás, öntés, pörkölés, impregnálás, grafitozás és mechanikai feldolgozás. anyag.

A grafitelektróda fontos, magas hőmérsékleten vezető anyag az elektromos acélgyártásban. A grafitelektródát elektromos energia betáplálására használják az elektromos kemencébe, az elektróda vége és a töltés közötti ív által generált magas hőmérsékletet pedig hőforrásként használják a töltés megolvasztására az acélgyártáshoz. Más anyagokat, például sárga foszfort, ipari szilíciumot és csiszolóanyagokat olvasztó érckemencék szintén grafitelektródákat használnak vezető anyagként. A grafitelektródák kiváló és különleges fizikai és kémiai tulajdonságait más ipari ágazatokban is széles körben alkalmazzák.
A grafitelektródák gyártásának nyersanyaga a kőolajkoksz, a tűkoksz és a kőszénkátrány szurok.

A kőolajkoksz egy tűzveszélyes szilárd termék, amelyet a szénmaradék és a kőolajszurok kokszolásával nyernek. Színe fekete és porózus, a fő elem szén, a hamutartalom nagyon alacsony, általában 0,5% alatti. A kőolajkoksz a könnyen grafitizálódó szén osztályába tartozik. A kőolajkoksz széles körben alkalmazható a vegyiparban és a kohászati ​​iparban. Ez a mesterséges grafittermékek és az elektrolitikus alumínium széntermékek gyártásának fő nyersanyaga.

A kőolajkoksz két típusra osztható: nyerskokszra és kalcinált kokszra a hőkezelési hőmérséklet szerint. A késleltetett kokszolással nyert egykori kőolajkoksz nagy mennyiségű illékony anyagot tartalmaz, mechanikai szilárdsága alacsony. A kalcinált kokszot nyers koksz kalcinálásával nyerik. A legtöbb kínai finomító csak kokszot termel, és a kalcinálási műveleteket többnyire szénüzemekben végzik.

A kőolajkoksz nagy kéntartalmú (1,5%-nál több ként tartalmazó), közepes (0,5%-1,5%-os ként tartalmazó) és alacsony kéntartalmú (0,5%-nál kevesebb ként tartalmazó) kokszra osztható. A grafitelektródák és más mesterséges grafittermékek előállítása általában alacsony kéntartalmú koksz felhasználásával történik.

A tűkoksz egyfajta kiváló minőségű koksz, amely nyilvánvaló rostos szerkezetű, nagyon alacsony hőtágulási együtthatóval és könnyen grafitizálható. Ha a koksz megtörik, az állagnak megfelelően vékony csíkokra osztható (a képarány általában 1,75 felett van). Polarizáló mikroszkóp alatt anizotróp rostos szerkezet figyelhető meg, ezért tűkoksznak nevezik.

A tűkoksz fizikai-mechanikai tulajdonságainak anizotrópiája nagyon nyilvánvaló. Jó elektromos és hővezető képességgel rendelkezik a részecske hossztengelyének irányával párhuzamosan, és a hőtágulási együtthatója alacsony. Az extrudálás során a legtöbb részecske hossztengelye az extrudálási irányban van elrendezve. Ezért a tűkoksz a legfontosabb nyersanyag a nagy teljesítményű vagy ultranagy teljesítményű grafitelektródák gyártásához. Az előállított grafitelektróda kis ellenállású, kis hőtágulási együtthatóval és jó hősokkállósággal rendelkezik.

A tűkokszot kőolajmaradékból előállított olajalapú tűkokszra és finomított szénszurok nyersanyagból előállított szénalapú tűkokszra osztják.

A kőszénkátrány a kőszénkátrány-mélyfeldolgozás egyik fő terméke. Különféle szénhidrogének keveréke, magas hőmérsékleten fekete, magas hőmérsékleten félig szilárd vagy szilárd, fix olvadáspont nélküli, melegítés után lágyul, majd megolvad, sűrűsége 1,25-1,35 g/cm3. Lágyulási pontja szerint alacsony hőmérsékletű, közepes hőmérsékletű és magas hőmérsékletű aszfaltra osztják. A közepes hőmérsékletű aszfalthozam 54-56% kőszénkátrány. A kőszénkátrány összetétele rendkívül bonyolult, ami összefügg a kőszénkátrány tulajdonságaival és a heteroatomok tartalmával, valamint befolyásolja a kokszolási folyamat rendszere és a kőszénkátrány feldolgozás körülményei is. Számos mutató létezik a kőszénkátrány szurok jellemzésére, mint például a bitumen lágyulási pontja, a toluol oldhatatlansága (TI), a kinolin oldhatatlansága (QI), a kokszolási értékek és a szénszurok reológiája.

A kőszénkátrányt kötőanyagként és impregnálószerként használják a széniparban, teljesítménye nagy hatással van a széntermékek gyártási folyamatára és termékminőségére. A kötőanyag-aszfalt általában közepes hőmérsékletű vagy közepes hőmérsékletű módosított aszfaltot használ, amelynek mérsékelt lágyulási pontja, magas kokszosodási értéke és magas β-gyantája van. Az impregnálószer közepes hőmérsékletű aszfalt, alacsony lágyulásponttal, alacsony QI-vel és jó reológiai tulajdonságokkal.

A következő képen a grafitelektróda gyártási folyamata látható a szénipari vállalkozásban.
Kalcinálás: A széntartalmú nyersanyagot magas hőmérsékleten hőkezelik a benne lévő nedvesség és illékony anyagok kiürítése érdekében, és az eredeti főzési teljesítmény javításának megfelelő előállítási folyamatot kalcinálásnak nevezzük. A széntartalmú nyersanyagot általában gáz és saját illóanyagokkal hőforrásként kalcinálják, a maximális hőmérséklet 1250-1350 °C.

A kalcinálás mélyreható változásokat hoz a széntartalmú nyersanyagok szerkezetében és fizikai-kémiai tulajdonságaiban, főként a koksz sűrűségének, mechanikai szilárdságának és elektromos vezetőképességének javításában, a koksz kémiai stabilitásának és oxidációval szembeni ellenállásának javításában, megalapozva a következő folyamatot. .

A kalcinált berendezések főként tartályos kalcinálót, forgókemencét és elektromos égetőt tartalmaznak. A kalcinálás minőség-ellenőrzési mutatója az, hogy a kőolajkoksz valódi sűrűsége legalább 2,07 g/cm3, ellenállása legfeljebb 550 μΩ.m, a tűkoksz valódi sűrűsége legalább 2,12 g/cm3, és a ellenállása nem nagyobb, mint 500μΩ.m.
Nyersanyag zúzás és hozzávalók

Az adagolás előtt az ömlesztett kalcinált kőolajkokszot és tűkokszot össze kell törni, őrölni és szitálni.

A közepes zúzást általában kb. 50 mm-es zúzóberendezéssel végezzük pofás zúzógépen, kalapácsos zúzógépen, hengeres zúzógépen és hasonlókon keresztül, hogy tovább aprítsák az adagoláshoz szükséges 0,5-20 mm méretű anyagot.

Az őrlés egy széntartalmú anyag 0,15 mm vagy kisebb méretű, 0,075 mm vagy kisebb szemcseméretű porszerű részecskékre való őrlésének folyamata szuszpenziós típusú gyűrűs hengerművel (Raymond malom), golyósmalommal vagy hasonlóval. .

A szűrés egy olyan eljárás, amelynek során az anyagok széles skáláját aprítás után több, szűk mérettartományú részecskeméret-tartományra osztják egyenletes nyílású szitákon keresztül. A jelenlegi elektródagyártás általában 4-5 pelletet és 1-2 porfajtát igényel.

Az összetevők az adalékanyagok és a porok és a kötőanyagok különféle aggregátumainak kiszámítására, mérlegelésére és fókuszálására szolgáló gyártási folyamatok a formulázási követelményeknek megfelelően. A készítmény tudományos alkalmassága és az adagolási művelet stabilitása a termék minőségi mutatóját és teljesítményét befolyásoló legfontosabb tényezők közé tartozik.

A képletnek 5 szempontot kell meghatároznia:
1 Válassza ki a nyersanyagok típusát;
2 meghatározza a különböző típusú nyersanyagok arányát;
3 a szilárd nyersanyag szemcseméret-összetételének meghatározása;
4 meghatározza a kötőanyag mennyiségét;
5 Határozza meg az adalékanyagok típusát és mennyiségét.

Gyúrás: Különböző szemcseméretű széntartalmú granulátumok és porok összekeverése és mennyiségi meghatározása meghatározott mennyiségű kötőanyaggal, meghatározott hőmérsékleten, és a plaszticitás paszta dagasztásnak nevezett folyamatba való dagasztása.

Gyúrási folyamat: száraz keverés (20-35 perc) nedves keverés (40-55 perc)

A dagasztás szerepe:
1 Száraz keveréskor a különböző nyersanyagokat egyenletesen keverik össze, a különböző szemcseméretű szilárd széntartalmú anyagokat pedig egyenletesen keverik össze és töltik fel, hogy javítsák a keverék tömörségét;
2 A kőszénkátrány szurok hozzáadása után a szárazanyagot és az aszfaltot egyenletesen összekeverjük. A folyékony aszfalt egyenletesen bevonja és nedvesíti a szemcsék felületét, így aszfaltkötő réteget képez, és az összes anyag egymáshoz kötve homogén műanyag kenetet képez. Elősegíti a formázást;
3 rész kőszénkátrány szurok behatol a széntartalmú anyag belső terébe, tovább növelve a paszta sűrűségét és kohézióját.

Formázás: A szénanyag öntése arra a folyamatra vonatkozik, amely során a gyúrt szénpasztát a formázóberendezés által kifejtett külső erő hatására plasztikusan deformálják, hogy végül egy bizonyos alakú, méretű, sűrűségű és szilárdságú zöld testet (vagy nyers terméket) képezzenek. folyamat.

A fröccsöntési típusok, berendezések és gyártott termékek:
Formázási módszer
Közös felszerelés
fő termékek
Öntvény
Függőleges hidraulikus prés
Elektromos szén, alacsony minőségű finom szerkezetű grafit
Présel
Vízszintes hidraulikus extruder
Csavaros extruder
Grafit elektróda, négyzet alakú elektróda
Vibrációs öntés
Vibrációs formázógép
Alumínium széntégla, nagyolvasztó széntégla
Izosztatikus préselés
Izosztatikus formázógép
Izotróp grafit, anizotróp grafit

Összenyomás művelet
1 hűvös anyag: tárcsás hűtőanyag, hengerhűtő anyag, keverő és dagasztó hűtőanyagok stb.
Távolítsa el az illékony anyagokat, csökkentse megfelelő hőmérsékletre (90-120 ° C), hogy növelje a tapadást, hogy a paszta blokkossága egyenletes legyen 20-30 percig
2 Betöltés: nyomja meg az emelőterelőt —– 2-3-szoros vágás––4–10 MPa tömörítés
3 előnyomás: nyomás 20-25 MPa, idő 3-5 perc, porszívózás közben
4 extrudálás: nyomja le a terelőlapot —5-15MPa extrudálás — vágás — a hűtőbordába

Az extrudálás műszaki paraméterei: kompressziós arány, préskamra és fúvóka hőmérséklet, hűtési hőmérséklet, előfeszítési nyomás ideje, extrudálási nyomás, extrudálási sebesség, hűtővíz hőmérséklet

Zöldtest vizsgálat: térfogatsűrűség, megjelenés csapolás, elemzés

Kalcinálás: Olyan eljárás, amelynek során a széntermék zöldtestét egy speciálisan kialakított fűtőkemencébe töltik a töltőanyag védelme alatt, hogy magas hőmérsékletű hőkezelést végezzenek a zöldtestben lévő szénszurok elszenesítésére. A szénbitumen karbonizálása után képződő bitumenkoksz a széntartalmú aggregátumot és a porszemcséket együtt szilárdítja meg, a kalcinált széntermék nagy mechanikai szilárdsággal, alacsony elektromos ellenállással, jó hőstabilitással és kémiai stabilitással rendelkezik. .

A kalcinálás a széntermékek előállításának egyik fő folyamata, és a grafitelektródagyártás három fő hőkezelési folyamatának is fontos része. A kalcinálás gyártási ciklusa hosszú (22-30 nap sütésnél, 5-20 nap kemencéknél 2 sütésre), és nagyobb az energiafogyasztás. A zöldpörkölés minősége hatással van a késztermék minőségére és az előállítás költségeire.

A zöldtestben lévő zöldszén szurok a pörkölési folyamat során kokszolódik, és az illékony anyagok mintegy 10%-a távozik, a térfogatot pedig 2-3%-os zsugorodás állítja elő, a tömegveszteség pedig 8-10%. A széntömb fizikai és kémiai tulajdonságai is jelentősen megváltoztak. A porozitás 1,70 g/cm3-ről 1,60 g/cm3-re, az ellenállás pedig 10000 μΩ·m-ről 40-50 μΩ·m-re csökkent a porozitás növekedése miatt. A kalcinált tuskó mechanikai szilárdsága is nagy volt. A fejlesztés érdekében.

A másodlagos sütés egy olyan eljárás, amelyben a kalcinált terméket bemerítik, majd kalcinálják, hogy a kalcinált termék pórusaiba merülő szurkot elszenesítsék. A nagyobb térfogatsűrűséget igénylő elektródákat (az RP kivételével minden fajta) és a fugalapokat bibake-nek kell alávetni, és a fugalapokat is alá kell vetni három-négysütésnek vagy kétmártásos háromsütésnek.

A pörkölő fő kemence típusa:
Folyamatos üzem – gyűrűs kemence (fedéllel, fedél nélkül), alagút kemence
Szakaszos működés – fordított kemence, padló alatti sütő, dobozos sütő

Kalcinációs görbe és maximális hőmérséklet:
Egyszeri pörkölés – -320, 360, 422, 480 óra, 1250 °C
Másodlagos pörkölés - -125, 240, 280 óra, 700-800 °C

Sült termékek ellenőrzése: megjelenési csapolás, elektromos ellenállás, térfogatsűrűség, nyomószilárdság, belső szerkezet elemzés

Az impregnálás egy olyan eljárás, amelynek során egy szénanyagot nyomástartó edénybe helyeznek, és a folyékony impregnáló szurkot bizonyos hőmérsékleti és nyomási feltételek mellett a termékelektróda pórusaiba merítik. A cél a termék porozitásának csökkentése, a termék térfogatsűrűségének és mechanikai szilárdságának növelése, valamint a termék elektromos és hővezető képességének javítása.

Az impregnálás folyamata és a kapcsolódó műszaki paraméterek a következők: tuskó pörkölése – felülettisztítás – előmelegítés (260-380 °C, 6-10 óra) – impregnáló tartály feltöltése – porszívózás (8-9KPa, 40-50 perc) – Bitumen injektálás (180 -200 °C) – Túlnyomás (1,2-1,5 MPa, 3-4 óra) – Visszatérés az aszfaltra – Hűtés (a tartályon belül vagy kívül)

Impregnált termékek ellenőrzése: impregnálási súlygyarapodás G=(W2-W1)/W1×100%
Egy bemerítés súlygyarapodási aránya ≥14%
Másodlagos impregnált termék súlygyarapodási aránya ≥ 9%
Három mártogatós termék súlygyarapodási aránya ≥ 5%

A grafitizálás olyan magas hőmérsékletű hőkezelési eljárást jelent, amelyben egy szénterméket védőközegben 2300 °C vagy magasabb hőmérsékletre hevítenek fel magas hőmérsékletű elektromos kemencében, hogy az amorf réteges szerkezetű szenet háromdimenziós rendezett szénné alakítsák. grafit kristály szerkezete.

A grafitizálás célja és hatása:
1 javítja a szén anyag vezetőképességét és hővezető képességét (az ellenállás 4-5-szörösére csökken, és a hővezető képesség körülbelül 10-szeresére nő);
2 javítja a szénanyag hősokkállóságát és kémiai stabilitását (a lineáris tágulási együttható 50-80%-kal csökken);
3, hogy a szénanyag kenőképessége és kopásállósága legyen;
4 Kipufogó szennyeződések, javítják a szénanyag tisztaságát (a termék hamutartalma 0,5-0,8%-ról kb. 0,3%-ra csökken).

A grafitizálási folyamat megvalósítása:

A szénanyag grafitizálása magas, 2300-3000 °C-os hőmérsékleten történik, így az iparban csak elektromos fűtéssel valósítható meg, vagyis az áram közvetlenül a felmelegített égetett terméken halad át, és a kalcinált terméket töltik. a kemencébe magas hőmérsékletű elektromos áram generálja. A vezető ismét egy tárgy, amelyet magas hőmérsékletre hevítenek.

A jelenleg széles körben használt kemencék közé tartoznak az Acheson grafitizáló kemencék és a belső hőkaszkád (LWG) kemencék. Az előbbinek nagy a teljesítménye, nagy a hőmérséklet-különbsége és nagy az energiafogyasztása. Utóbbi felfűtési ideje rövid, fogyasztása alacsony, elektromos ellenállása egyenletes, illesztésre nem alkalmas.

A grafitizálási folyamat szabályozását a hőmérséklet-emelkedési feltételnek megfelelő elektromos teljesítménygörbe mérésével szabályozzuk. Az áramellátási idő az Acheson kemence esetében 50-80 óra, az LWG kemence esetében 9-15 óra.

A grafitizálás energiafogyasztása nagyon nagy, általában 3200-4800 kWh, és az eljárás költsége a teljes gyártási költség 20-35%-át teszi ki.

Grafitozott termékek ellenőrzése: megjelenési menetfúrás, fajlagos ellenállás vizsgálat

Megmunkálás: A széngrafit anyagok mechanikai megmunkálásának célja a szükséges méret, forma, pontosság stb. elérése forgácsolással, hogy az elektródatest és a kötések a felhasználási követelményeknek megfelelőek legyenek.

A grafitelektródák feldolgozása két független feldolgozási folyamatra oszlik: az elektródatestre és a csatlakozásra.

A karosszéria megmunkálása három lépésből áll: fúró és durva lapos homlokfelület, külső kör és lapos homlokfelület, valamint marómenet. A kúpos csatlakozás feldolgozása 6 folyamatra osztható: vágás, lapos homlokfelület, autókúp felület, marómenet, fúrócsavar és hornyolás.

Elektródakötések csatlakozása: kúpos csatlakozás (három csat és egy csat), hengeres csatlakozás, dudor csatlakozás (apa és anya csatlakozás)

A megmunkálási pontosság szabályozása: menetkúp eltérés, menetemelkedés, csatlakozás (furat) nagy átmérőjű eltérés, hézagfurat koaxialitása, illesztési furat függőlegessége, elektróda végfelület síksága, kötés négypontos eltérése. Ellenőrizze speciális gyűrűs és lemezes mérőeszközökkel.

Kész elektródák ellenőrzése: pontosság, tömeg, hosszúság, átmérő, térfogatsűrűség, fajlagos ellenállás, összeszerelés előtti tűrés, stb.