L'elettrodo di grafite è un materiale conduttivo di grafite resistente alle alte temperature prodotto dall'impasto di petrolio, coke ad ago come aggregato e bitume di carbone come legante, che vengono prodotti attraverso una serie di processi come impasto, stampaggio, tostatura, impregnazione, grafitizzazione e lavorazione meccanica. materiale.
L'elettrodo di grafite è un importante materiale conduttivo ad alta temperatura per la produzione dell'acciaio elettrico. L'elettrodo di grafite viene utilizzato per immettere energia elettrica nel forno elettrico e l'alta temperatura generata dall'arco tra l'estremità dell'elettrodo e la carica viene utilizzata come fonte di calore per sciogliere la carica per la produzione dell'acciaio. Anche altri forni per minerali che fondono materiali come fosforo giallo, silicio industriale e abrasivi utilizzano elettrodi di grafite come materiali conduttivi. Le eccellenti e particolari proprietà fisiche e chimiche degli elettrodi in grafite trovano largo impiego anche in altri settori industriali.
Le materie prime per la produzione degli elettrodi di grafite sono coke di petrolio, coke ad aghi e pece di catrame di carbone.
Il coke di petrolio è un prodotto solido infiammabile ottenuto dalla coking di residui di carbone e pece di petrolio. Il colore è nero e poroso, l'elemento principale è il carbonio e il contenuto di ceneri è molto basso, generalmente inferiore allo 0,5%. Il coke di petrolio appartiene alla classe del carbonio facilmente grafitizzato. Il coke di petrolio ha una vasta gamma di usi nelle industrie chimiche e metallurgiche. È la principale materia prima per la produzione di prodotti in grafite artificiale e prodotti in carbonio per l'alluminio elettrolitico.
Il coke di petrolio può essere suddiviso in due tipologie: coke grezzo e coke calcinato a seconda della temperatura di trattamento termico. L'ex coke di petrolio ottenuto mediante coking ritardato contiene una grande quantità di sostanze volatili e la resistenza meccanica è bassa. Il coke calcinato si ottiene mediante calcinazione del coke grezzo. La maggior parte delle raffinerie cinesi produce solo coke e le operazioni di calcinazione vengono per lo più effettuate in impianti a carbone.
Il coke di petrolio può essere suddiviso in coke ad alto contenuto di zolfo (contenente più dell'1,5% di zolfo), coke a medio zolfo (contenente 0,5%-1,5% di zolfo) e coke a basso contenuto di zolfo (contenente meno dello 0,5% di zolfo). La produzione di elettrodi di grafite e di altri prodotti di grafite artificiale viene generalmente effettuata utilizzando coke a basso contenuto di zolfo.
Il Needle Coke è un tipo di coke di alta qualità con evidente struttura fibrosa, coefficiente di dilatazione termica molto basso e facile grafitizzazione. Quando il coke è rotto, può essere diviso in strisce sottili a seconda della consistenza (il rapporto d'aspetto è generalmente superiore a 1,75). Una struttura fibrosa anisotropa può essere osservata al microscopio polarizzatore e viene quindi definita coke ad ago.
L'anisotropia delle proprietà fisico-meccaniche del Needle Coke è molto evidente. Ha una buona conduttività elettrica e termica parallela alla direzione dell'asse lungo della particella e il coefficiente di dilatazione termica è basso. Durante lo stampaggio per estrusione, l'asse lungo della maggior parte delle particelle è disposto nella direzione di estrusione. Pertanto, il coke ad aghi è la materia prima chiave per la produzione di elettrodi di grafite ad alta o altissima potenza. L'elettrodo di grafite prodotto ha una bassa resistività, un piccolo coefficiente di dilatazione termica e una buona resistenza allo shock termico.
Il coke ad aghi è suddiviso in coke ad aghi a base di petrolio prodotto da residui di petrolio e coke ad aghi a base di carbone prodotto da materie prime raffinate di pece di carbone.
Il catrame di carbone è uno dei principali prodotti della lavorazione profonda del catrame di carbone. È una miscela di vari idrocarburi, neri ad alta temperatura, semisolidi o solidi ad alta temperatura, senza punto di fusione fisso, rammolliti dopo riscaldamento e poi fusi, con densità di 1,25-1,35 g/cm3. In base al suo punto di rammollimento, è suddiviso in asfalto a bassa temperatura, media temperatura e alta temperatura. La resa dell'asfalto a media temperatura è pari al 54-56% del catrame di carbone. La composizione del catrame di carbone è estremamente complicata, ed è correlata alle proprietà del catrame di carbone e al contenuto di eteroatomi, ed è anche influenzata dal sistema di processo di cokefazione e dalle condizioni di lavorazione del catrame di carbone. Esistono molti indicatori per caratterizzare la pece di catrame di carbone, come il punto di rammollimento del bitume, gli insolubili di toluene (TI), gli insolubili di chinolina (QI), i valori di cokefazione e la reologia della pece di carbone.
Il catrame di carbone viene utilizzato come legante e impregnante nell'industria del carbonio e le sue prestazioni hanno un grande impatto sul processo di produzione e sulla qualità dei prodotti in carbonio. L'asfalto legante utilizza generalmente un asfalto modificato a temperatura media o a temperatura media avente un punto di rammollimento moderato, un elevato potere di cokefazione e una resina β elevata. L'agente impregnante è un asfalto a media temperatura avente un basso punto di rammollimento, un basso QI e buone proprietà reologiche.
L'immagine seguente mostra il processo di produzione dell'elettrodo di grafite nell'impresa del carbonio.
Calcinazione: la materia prima carboniosa viene trattata termicamente ad alta temperatura per scaricare l'umidità e le sostanze volatili in essa contenute, e il processo di produzione corrispondente al miglioramento delle prestazioni di cottura originali è chiamato calcinazione. Generalmente la materia prima carboniosa viene calcinata utilizzando il gas e le sue sostanze volatili come fonte di calore e la temperatura massima è 1250-1350 °C.
La calcinazione apporta profondi cambiamenti nella struttura e nelle proprietà fisico-chimiche delle materie prime carboniose, principalmente migliorando la densità, la resistenza meccanica e la conduttività elettrica del coke, migliorando la stabilità chimica e la resistenza all'ossidazione del coke, ponendo le basi per il processo successivo. .
Le attrezzature calcinate comprendono principalmente calcinatori a serbatoio, forni rotanti e calcinatori elettrici. L'indice di controllo della qualità della calcinazione è che la densità effettiva del coke di petrolio non sia inferiore a 2,07 g/cm3, la resistività non sia superiore a 550μΩ.m, la densità effettiva del coke ad aghi non sia inferiore a 2,12 g/cm3 e la resistività non è superiore a 500μΩ.m.
Frantumazione della materia prima e ingredienti
Prima del dosaggio, il coke di petrolio calcinato e il coke ad aghi sfusi devono essere frantumati, macinati e setacciati.
La frantumazione media viene solitamente effettuata mediante un'attrezzatura di frantumazione di circa 50 mm attraverso un frantoio a mascelle, un frantoio a martelli, un frantoio a rulli e simili per frantumare ulteriormente il materiale di dimensioni 0,5-20 mm richiesto per il dosaggio.
La macinazione è un processo di macinazione di un materiale carbonioso fino a ridurlo in piccole particelle polverose di 0,15 mm o meno e con una dimensione delle particelle di 0,075 mm o meno mediante un mulino ad anelli del tipo a sospensione (mulino Raymond), un mulino a sfere o simili .
La vagliatura è un processo in cui un'ampia gamma di materiali dopo una frantumazione viene divisa in diversi intervalli granulometrici con un intervallo di dimensioni ristretto attraverso una serie di setacci con aperture uniformi. L'attuale produzione di elettrodi richiede solitamente 4-5 pellet e 1-2 gradi di polvere.
Gli ingredienti sono i processi produttivi per calcolare, pesare e concentrare i vari aggregati di aggregati e polveri e leganti secondo i requisiti formulativi. L'idoneità scientifica della formulazione e la stabilità dell'operazione di dosaggio sono tra i fattori più importanti che influenzano l'indice di qualità e le prestazioni del prodotto.
La formula deve determinare 5 aspetti:
1Seleziona la tipologia delle materie prime;
2 determinare la proporzione dei diversi tipi di materie prime;
3 determinare la composizione granulometrica della materia prima solida;
4 determinare la quantità di legante;
5 Determinare il tipo e la quantità di additivi.
Impastamento: miscelazione e quantificazione di granuli e polveri carboniosi di varie dimensioni delle particelle con una certa quantità di legante a una determinata temperatura e impasto della pasta di plasticità in un processo chiamato impasto.
Processo di impasto: impasto a secco (20-35 min) impasto a umido (40-55 min)
Il ruolo dell'impasto:
1 Quando si miscela a secco, le varie materie prime vengono miscelate uniformemente e i materiali solidi carboniosi di diverse dimensioni delle particelle vengono miscelati e riempiti uniformemente per migliorare la compattezza della miscela;
2 Dopo l'aggiunta della pece di catrame di carbone, il materiale secco e l'asfalto vengono miscelati uniformemente. L'asfalto liquido riveste e bagna uniformemente la superficie dei granuli per formare uno strato di asfalto adesivo e tutti i materiali sono legati tra loro per formare uno striscio plastico omogeneo. Favorevole allo stampaggio;
3 parti di pece di catrame di carbone penetrano nello spazio interno del materiale carbonioso, aumentando ulteriormente la densità e la coesione della pasta.
Stampaggio: Lo stampaggio di materiale di carbonio si riferisce al processo di deformazione plastica della pasta di carbonio impastata sotto la forza esterna applicata dall'attrezzatura di stampaggio per formare infine un corpo verde (o prodotto grezzo) avente una determinata forma, dimensione, densità e resistenza. processo.
Tipologie di stampaggi, attrezzature e prodotti realizzati:
Metodo di stampaggio
Attrezzatura comune
prodotti principali
Stampaggio
Pressa idraulica verticale
Carbonio elettrico, grafite a struttura fine di bassa qualità
Stretta
Estrusore idraulico orizzontale
Estrusore a vite
Elettrodo di grafite, elettrodo quadrato
Stampaggio a vibrazione
Macchina per lo stampaggio a vibrazione
Mattone di carbonio di alluminio, mattone di carbonio di altoforno
Pressatura isostatica
Macchina per lo stampaggio isostatico
Grafite isotropa, grafite anisotropa
Operazione di compressione
1 materiale freddo: materiale di raffreddamento del disco, materiale di raffreddamento del cilindro, materiali di raffreddamento per miscelazione e impasto, ecc.
Scaricare le sostanze volatili, ridurre ad una temperatura adeguata (90-120°C) per aumentare l'adesione, in modo che la bloccabilità della pasta sia uniforme per 20-30 min
2 Caricamento: deflettore di sollevamento della pressa —– taglio 2-3 volte — compattazione 4-10 MPa
3 pre-pressione: pressione 20-25 MPa, tempo 3-5 minuti, durante l'aspirazione
4 estrusione: premere verso il basso il deflettore — estrusione da 5-15 MPa — tagliare — nel dissipatore di raffreddamento
Parametri tecnici di estrusione: rapporto di compressione, temperatura della camera di stampa e dell'ugello, temperatura di raffreddamento, tempo di pressione di precarico, pressione di estrusione, velocità di estrusione, temperatura dell'acqua di raffreddamento
Ispezione del corpo verde: densità apparente, maschiatura dell'aspetto, analisi
Calcinazione: è un processo in cui il corpo verde del prodotto a base di carbonio viene riempito in un forno di riscaldamento appositamente progettato sotto la protezione del riempitivo per eseguire un trattamento termico ad alta temperatura per carbonizzare la pece di carbone nel corpo verde. Il coke di bitume formato dopo la carbonizzazione del bitume di carbone solidifica insieme l'aggregato carbonioso e le particelle di polvere e il prodotto di carbone calcinato ha un'elevata resistenza meccanica, bassa resistività elettrica, buona stabilità termica e stabilità chimica. .
La calcinazione è uno dei processi principali nella produzione di prodotti in carbonio ed è anche una parte importante dei tre principali processi di trattamento termico della produzione di elettrodi di grafite. Il ciclo di produzione della calcinazione è lungo (22-30 giorni per la cottura, 5-20 giorni per i forni a 2 cotture) e un consumo energetico maggiore. La qualità della tostatura verde ha un impatto sulla qualità del prodotto finito e sul costo di produzione.
La pece di carbone verde nel corpo verde viene cokizzata durante il processo di tostatura e circa il 10% della materia volatile viene scaricata, il volume viene prodotto con un restringimento del 2-3% e la perdita di massa è dell'8-10%. Anche le proprietà fisiche e chimiche della billetta di carbonio sono cambiate in modo significativo. La porosità è diminuita da 1,70 g/cm3 a 1,60 g/cm3 e la resistività è diminuita da 10000 μΩ·m a 40-50 μΩ·m a causa dell'aumento della porosità. Anche la resistenza meccanica della billetta calcinata era elevata. Per migliorare.
La cottura secondaria è un processo in cui il prodotto calcinato viene immerso e poi calcinato per carbonizzare la pece immersa nei pori del prodotto calcinato. Gli elettrodi che richiedono una densità apparente maggiore (tutte le varietà tranne RP) e i pezzi grezzi dei giunti devono essere sottoposti a doppia cottura, e anche i pezzi grezzi dei giunti sono sottoposti a quattro cotture a tre immersioni o a tre cotture a due immersioni.
Tipo di forno principale della tostatrice:
Funzionamento continuo: forno ad anello (con coperchio, senza coperchio), forno a tunnel
Funzionamento intermittente: forno inverso, torrefazione sotto pavimento, torrefazione in scatola
Curva di calcinazione e temperatura massima:
Arrostimento una tantum: -320, 360, 422, 480 ore, 1250 °C
Tostatura secondaria—-125, 240, 280 ore, 700-800 °C
Ispezione dei prodotti da forno: aspetto visivo, resistività elettrica, densità apparente, resistenza a compressione, analisi della struttura interna
L'impregnazione è un processo in cui un materiale di carbonio viene posto in un recipiente a pressione e la pece impregnante liquida viene immersa nei pori dell'elettrodo del prodotto in determinate condizioni di temperatura e pressione. Lo scopo è ridurre la porosità del prodotto, aumentare la densità apparente e la resistenza meccanica del prodotto e migliorare la conduttività elettrica e termica del prodotto.
Il processo di impregnazione e i relativi parametri tecnici sono: tostatura della billetta – pulizia della superficie – preriscaldamento (260-380 °C, 6-10 ore) – caricamento del serbatoio di impregnazione – aspirazione (8-9KPa, 40-50min) – Iniezione di bitume (180 -200 °C) – Pressurizzazione (1,2-1,5 MPa, 3-4 ore) – Ritorno sull'asfalto – Raffreddamento (all'interno o all'esterno del serbatoio)
Ispezione dei prodotti impregnati: tasso di aumento di peso dell'impregnazione G=(W2-W1)/W1×100%
Un tasso di aumento di peso in calo ≥ 14%
Tasso di aumento di peso del prodotto impregnato secondario ≥ 9%
Tasso di aumento di peso di tre prodotti per immersione ≥ 5%
La grafitizzazione si riferisce ad un processo di trattamento termico ad alta temperatura in cui un prodotto di carbonio viene riscaldato ad una temperatura di 2300 ° C o più in un mezzo protettivo in un forno elettrico ad alta temperatura per convertire una struttura di carbonio a strati amorfa in un carbonio ordinato tridimensionale struttura cristallina di grafite.
Lo scopo e l'effetto della grafitizzazione:
1 migliorare la conduttività e la conduttività termica del materiale in carbonio (la resistività è ridotta di 4-5 volte e la conduttività termica è aumentata di circa 10 volte);
2 migliorare la resistenza allo shock termico e la stabilità chimica del materiale di carbonio (coefficiente di dilatazione lineare ridotto del 50-80%);
3 per rendere il materiale di carbonio untuosità e resistenza all'abrasione;
4 Le impurità di scarico migliorano la purezza del materiale di carbonio (il contenuto di ceneri del prodotto è ridotto dallo 0,5-0,8% a circa lo 0,3%).
La realizzazione del processo di grafitizzazione:
La grafitizzazione del materiale di carbonio viene effettuata ad alta temperatura di 2300-3000 °C, quindi può essere realizzata solo mediante riscaldamento elettrico nell'industria, ovvero la corrente passa direttamente attraverso il prodotto calcinato riscaldato e il prodotto calcinato viene caricato nel forno viene generata dalla corrente elettrica ad alta temperatura. Il conduttore è ancora una volta un oggetto riscaldato ad alta temperatura.
I forni attualmente ampiamente utilizzati includono forni di grafitizzazione Acheson e forni a cascata di calore interno (LWG). Il primo ha una grande potenza, una grande differenza di temperatura e un elevato consumo energetico. Quest'ultimo ha un tempo di riscaldamento breve, un basso consumo energetico, una resistività elettrica uniforme e non è adatto al montaggio.
Il controllo del processo di grafitizzazione viene controllato misurando la curva di potenza elettrica adatta alle condizioni di aumento della temperatura. Il tempo di alimentazione è di 50-80 ore per il forno Acheson e di 9-15 ore per il forno LWG.
Il consumo energetico della grafitizzazione è molto elevato, generalmente 3200-4800 KWh, e il costo del processo rappresenta circa il 20-35% del costo di produzione totale.
Ispezione dei prodotti grafitati: maschiatura estetica, test di resistività
Lavorazione: lo scopo della lavorazione meccanica dei materiali in grafite di carbonio è quello di ottenere le dimensioni, la forma, la precisione, ecc. richieste mediante taglio per realizzare il corpo dell'elettrodo e i giunti in conformità con i requisiti di utilizzo.
La lavorazione dell'elettrodo di grafite è divisa in due processi di lavorazione indipendenti: corpo dell'elettrodo e giunto.
La lavorazione del corpo comprende tre fasi di alesatura e sgrossatura della faccia piatta, del cerchio esterno, della faccia piatta e della filettatura di fresatura. La lavorazione del giunto conico può essere suddivisa in 6 processi: taglio, faccia piana, faccia cono dell'auto, filettatura di fresatura, bullone di foratura e scanalatura.
Collegamento dei giunti degli elettrodi: collegamento del giunto conico (tre fibbie e una fibbia), collegamento del giunto cilindrico, collegamento a urto (collegamento maschio e femmina)
Controllo della precisione della lavorazione: deviazione della conicità della filettatura, passo della filettatura, deviazione del diametro grande del giunto (foro), coassialità del foro del giunto, verticalità del foro del giunto, planarità della faccia dell'estremità dell'elettrodo, deviazione a quattro punti del giunto. Controllare con appositi calibri ad anello e calibri a piastra.
Ispezione degli elettrodi finiti: precisione, peso, lunghezza, diametro, densità apparente, resistività, tolleranza di preassemblaggio, ecc.
Orario di pubblicazione: 31 ottobre 2019