תהליך ייצור אלקטרודות גרפיט

אלקטרודת גרפיט היא חומר מוליך גרפיט עמיד לטמפרטורה גבוהה המיוצר על ידי לישה נפט, קוקה מחט כאגרגט וביטומן פחם כחומר מקשר, המיוצרים באמצעות סדרה של תהליכים כגון לישה, יציקה, קלייה, הספגה, גרפיטציה ועיבוד מכני. חוֹמֶר.

אלקטרודת הגרפיט היא חומר מוליך חשוב בטמפרטורה גבוהה לייצור פלדה חשמלית. אלקטרודת הגרפיט משמשת להזנת אנרגיה חשמלית לתנור החשמלי, והטמפרטורה הגבוהה שנוצרת על ידי הקשת בין קצה האלקטרודה למטען משמשת כמקור חום להמסת המטען לייצור פלדה. תנורי עפרות אחרים הממיסים חומרים כמו זרחן צהוב, סיליקון תעשייתי וחומרי שוחקים משתמשים גם באלקטרודות גרפיט כחומרים מוליכים. התכונות הפיזיקליות והכימיות המצוינות והמיוחדות של אלקטרודות גרפיט נמצאות בשימוש נרחב גם במגזרים תעשייתיים אחרים.
חומרי הגלם לייצור אלקטרודות גרפיט הם קולה נפט, קוק מחט וזפת זפת פחם.

קולה נפט הוא מוצר מוצק דליק המתקבל על ידי בישול שאריות פחם וזפת נפט. הצבע שחור ונקבובי, היסוד העיקרי הוא פחמן, ותכולת האפר נמוכה מאוד, בדרך כלל מתחת ל-0.5%. קולה נפט שייך למעמד של פחמן שניתן לגרפיט בקלות. לקוק נפט יש מגוון רחב של שימושים בתעשיות כימיות ומתכות. זהו חומר הגלם העיקרי לייצור מוצרי גרפיט מלאכותיים ומוצרי פחמן לאלומיניום אלקטרוליטי.

ניתן לחלק את הקוקס הנפט לשני סוגים: קוקה גולמית וקולה קלצינה לפי טמפרטורת הטיפול בחום. הקוקס הנפט לשעבר שהושג על ידי קוקינג מושהה מכיל כמות גדולה של חומרים נדיפים, והחוזק המכני נמוך. הקוקס המבושל מתקבל על ידי סידוד של קוק גולמי. רוב בתי הזיקוק בסין מייצרים קולה בלבד, ופעולות ההסתייד מתבצעות בעיקר במפעלי פחמן.

ניתן לחלק קוקה נפט לקוקה עם רמת גופרית גבוהה (המכילה יותר מ-1.5% גופרית), קוקה גופרית בינונית (המכילה 0.5%-1.5% גופרית), וקולה דלת גופרית (המכילה פחות מ-0.5% גופרית). הייצור של אלקטרודות גרפיט ומוצרי גרפיט מלאכותיים אחרים מיוצר בדרך כלל באמצעות קולה דל גופרית.

קוקה מחט היא סוג של קולה באיכות גבוהה עם מרקם סיבי ברור, מקדם התפשטות תרמית נמוך מאוד וגרפיטיזציה קלה. כאשר הקולה נשבר, ניתן לפצל אותו לרצועות דקות לפי המרקם (יחס הגובה-רוחב הוא בדרך כלל מעל 1.75). ניתן לראות מבנה סיבי אנזוטרופי תחת מיקרוסקופ מקטב, ולכן מכונה קוקי מחט.

האניזוטרופיה של תכונות פיזיקו-מכניות של קוקה מחט ברורה מאוד. יש לו מוליכות חשמלית ותרמית טובה במקביל לכיוון הציר הארוך של החלקיק, ומקדם ההתפשטות התרמית נמוך. בעת יציקת שחול, הציר הארוך של רוב החלקיקים מסודר בכיוון האקסטרוזיה. לכן, קולה מחט הוא חומר הגלם העיקרי לייצור אלקטרודות גרפיט בעלות הספק גבוה או אולטרה-גבוה. לאלקטרודת הגרפיט המיוצרת התנגדות נמוכה, מקדם התפשטות תרמית קטן ועמידות בפני זעזועים תרמית טובה.

קוק מחט מחולק לקוק מחט על בסיס שמן המופק משאריות נפט וקוק מחט על בסיס פחם המופק מחומרי גלם מזוקקים של זפת פחם.

זפת פחם היא אחד המוצרים העיקריים של עיבוד עמוק של זפת פחם. זוהי תערובת של פחמימנים שונים, שחורים בטמפרטורה גבוהה, מוצקים למחצה או מוצקים בטמפרטורה גבוהה, ללא נקודת התכה קבועה, מתרככת לאחר חימום, ולאחר מכן נמסה, בצפיפות של 1.25-1.35 גרם/סמ"ק. לפי נקודת הריכוך שלו, הוא מחולק לטמפרטורה נמוכה, טמפרטורה בינונית ואספלט בטמפרטורה גבוהה. תפוקת האספלט בטמפרטורה בינונית היא 54-56% מזפת פחם. ההרכב של זפת הפחם הוא מסובך ביותר, הקשור לתכונות של זפת פחם ולתכולת ההטרואטומים, ומושפע גם ממערכת תהליך הקוקינג ומתנאי עיבוד זפת הפחם. ישנם אינדיקטורים רבים לאפיון זפת זפת פחם, כגון נקודת ריכוך ביטומן, בלתי מסיסים בטולואן (TI), בלתי מסיסים בקינולין (QI), ערכי קוקינג וריאולוגיה של זפת פחם.

זפת פחם משמשת כחומר מקשר וכספג בתעשיית הפחמן, ולביצועיה יש השפעה רבה על תהליך הייצור ואיכות המוצר של מוצרי פחמן. אספלט הקלסר משתמש בדרך כלל באספלט שונה בטמפרטורה בינונית או בטמפרטורה בינונית בעל נקודת ריכוך בינונית, ערך קוקוס גבוה ושרף β גבוה. חומר ההספגה הוא אספלט בטמפרטורה בינונית בעל נקודת ריכוך נמוכה, QI נמוך ותכונות ריאולוגיות טובות.

התמונה הבאה מציגה את תהליך הייצור של אלקטרודת גרפיט במפעל פחמן.
סידוד: חומר הגלם הפחמי עובר טיפול בחום בטמפרטורה גבוהה כדי לפרוק את הלחות והחומר הנדיף הכלולים בו, ותהליך הייצור המתאים לשיפור ביצועי הבישול המקורי נקרא סילון. בדרך כלל, חומר הגלם הפחמי מבודד באמצעות גז וחומרים נדיפים משלו כמקור חום, והטמפרטורה המקסימלית היא 1250-1350 מעלות צלזיוס.

סידוד גורם לשינויים עמוקים במבנה ובתכונות הפיזיקליות-כימיות של חומרי גלם פחמניים, בעיקר בשיפור הצפיפות, החוזק המכני והמוליכות החשמלית של הקוקס, שיפור היציבות הכימית ועמידות החמצון של הקוקס, הנחת בסיס לתהליך הבא. .

ציוד מסולסל כולל בעיקר מבער טנקים, כבשן סיבובי ומבער חשמלי. מדד בקרת האיכות של סידוד הוא שהצפיפות האמיתית של קוקה נפט היא לא פחות מ-2.07 גרם/ס"מ3, ההתנגדות היא לא יותר מ-550 μΩ.מ, הצפיפות האמיתית של קוקה מחט היא לא פחות מ-2.12 גרם/סמ"ק, וה התנגדות אינה עולה על 500μΩ.m.
ריסוק חומרי גלם ומרכיבים

לפני האצווה, יש לכתוש, לטחון ולסנן את הקוקס הנפט המבורך בתפזורת וקולה המחט.

הריסוק הבינוני מתבצע בדרך כלל על ידי ריסוק ציוד של כ-50 מ"מ דרך מגרסה לסתות, מגרסה פטישים, מגרסה גליל וכדומה לריסוק נוסף של החומר בגודל 0.5-20 מ"מ הנדרש להאצווה.

כרסום הוא תהליך של טחינה של חומר פחמני לחלקיק קטן אבקתי של 0.15 מ"מ או פחות וגודל חלקיקים של 0.075 מ"מ או פחות באמצעות טחנת גליל טבעת מסוג תרחיף (Raymond Mill), טחנת כדורים וכדומה. .

הקרנה היא תהליך שבו מגוון רחב של חומרים לאחר ריסוק מתחלק למספר טווחי גודל חלקיקים עם טווח גדלים צר באמצעות סדרת מסננות בעלות פתחים אחידים. ייצור אלקטרודות נוכחיות דורש בדרך כלל 4-5 כדורים ו-1-2 דרגות אבקה.

מרכיבים הם תהליכי הייצור לחישוב, שקילה ומיקוד האגרגטים השונים של אגרגטים ואבקות וקשרים לפי דרישות הפורמולה. ההתאמה המדעית של הפורמולה ויציבות פעולת האצווה הם בין הגורמים החשובים ביותר המשפיעים על מדד האיכות והביצועים של המוצר.

הנוסחה צריכה לקבוע 5 היבטים:
1בחר את סוג חומרי הגלם;
2 לקבוע את הפרופורציה של סוגים שונים של חומרי גלם;
3 קביעת הרכב גודל החלקיקים של חומר הגלם המוצק;
4 לקבוע את כמות הקלסר;
5 קבע את סוג וכמות התוספים.

לישה: ערבוב וכימות של גרגירים ואבקות פחמניות בגדלים שונים של חלקיקים עם כמות מסוימת של קלסר בטמפרטורה מסוימת, ולישה של משחת הפלסטיות לתהליך הנקרא לישה.

תהליך לישה: ערבוב יבש (20-35 דקות) ערבוב רטוב (40-55 דקות)

תפקיד הלישה:
1 בעת ערבוב יבש, חומרי הגלם השונים מעורבבים באופן אחיד, והחומרים הפחמניים המוצקים בגדלים שונים של חלקיקים מעורבבים וממלאים באופן אחיד כדי לשפר את הקומפקטיות של התערובת;
2 לאחר הוספת זפת פחם, החומר היבש והאספלט מתערבבים באופן אחיד. האספלט הנוזלי מצפה באופן אחיד ומרטיב את פני הגרגירים ליצירת שכבת שכבת מליטה של ​​אספלט, וכל החומרים מחוברים זה לזה ליצירת מריחה פלסטית הומוגנית. תורם ליציקה;
3 חלקים של זפת זפת פחם חודרים לתוך החלל הפנימי של החומר הפחמני, ומגדילים עוד יותר את הצפיפות והלכידות של העיסה.

דפוס: דפוס של חומר פחמן מתייחס לתהליך של עיוות פלסטי של משחת הפחמן הלישה תחת הכוח החיצוני המופעל על ידי ציוד הדפוס כדי ליצור סוף סוף גוף ירוק (או מוצר גלם) בעל צורה, גודל, צפיפות וחוזק מסוימים. תַהֲלִיך.

סוגי דפוס, ציוד ומוצרים המיוצרים:
שיטת דפוס
ציוד נפוץ
מוצרים עיקריים
דְפוּס
מכבש הידראולי אנכי
פחמן חשמלי, גרפיט מבנה עדין בדרגה נמוכה
לִסְחוֹט
מכבש הידראולי אופקי
מכבש בורג
אלקטרודה גרפיט, אלקטרודה מרובעת
יציקת רטט
מכונת דפוס רטט
לבני פחמן אלומיניום, לבני פחמן תנור פיצוץ
לחיצה איזוסטטית
מכונת דפוס איזוסטטית
גרפיט איזוטרופי, גרפיט אנזוטרופי

פעולת לחיצה
חומר מגניב אחד: חומר קירור דיסק, חומר קירור גליל, ערבוב ולישה של חומרי קירור וכו'.
יש לפרוק את החומרים הנדיפים, להפחית לטמפרטורה מתאימה (90-120 מעלות צלזיוס) כדי להגביר את ההדבקה, כך שהחוסם של המשחה תהיה אחידה למשך 20-30 דקות
2 טעינה: לחיצה על הרמה - - חיתוך פי 2-3 - דחיסה של 4-10MPa
3 לחץ קדם: לחץ 20-25MPa, זמן 3-5 דקות, בזמן שאיבת אבק
4 שחול: לחץ כלפי מטה את הבלאט - 5-15MPa שחול - חתוך - לתוך כיור הקירור

פרמטרים טכניים של שחול: יחס דחיסה, טמפרטורת תא העיתונות והזרבובית, טמפרטורת קירור, זמן לחץ טעינה מראש, לחץ שחול, מהירות שחול, טמפרטורת מי קירור

בדיקת גוף ירוק: צפיפות בתפזורת, הקשה על המראה, ניתוח

קלצינציה: זהו תהליך שבו הגוף הירוק של תוצר הפחמן ממולא בכבשן חימום שתוכנן במיוחד תחת הגנת חומר המילוי כדי לבצע טיפול בחום בטמפרטורה גבוהה כדי לפחמם את זפת הפחם בגוף הירוק. הקוקס הביטומן הנוצר לאחר הפחממה של ביטומן הפחם ממצק את הצבר הפחמיני ואת חלקיקי האבקה יחדיו, ולתוצר הפחמן המבורך חוזק מכני גבוה, התנגדות חשמלית נמוכה, יציבות תרמית טובה ויציבות כימית. .

סידוד הוא אחד התהליכים העיקריים בייצור מוצרי פחמן, והוא גם חלק חשוב משלושת תהליכי טיפול החום העיקריים של ייצור אלקטרודות גרפיט. מחזור הייצור של השרשור ארוך (22-30 ימים לאפייה, 5-20 ימים עבור תנורים ל-2 אפייה), וצריכת אנרגיה גבוהה יותר. לאיכות הצלייה הירוקה יש השפעה על איכות המוצר המוגמר ועלות הייצור.

זפת הפחם הירוקה בגוף הירוק מבושלת בתהליך הצלייה, ונפלטים כ-10% מהחומר הנדיף, והנפח מופק בהתכווצות של 2-3%, ואיבוד המסה הוא 8-10%. גם התכונות הפיזיקליות והכימיות של בילט הפחמן השתנו באופן משמעותי. הנקבוביות ירדה מ-1.70 גרם/סמ"ק ל-1.60 גרם/סמ"ק וההתנגדות ירדה מ-10000 מיקרומטר ל-40-50 מיקרומטר עקב עליית הנקבוביות. החוזק המכני של הבילט המבורך היה גם גדול. לשיפור.

האפייה המשנית היא תהליך שבו המוצר המושרט נטבל ולאחר מכן מבורך כדי להפחיד את המגרש הטבול בנקבוביות המוצר המבורך. אלקטרודות הדורשות צפיפות תפזורת גבוהה יותר (כל הזנים למעט RP) וחסרי מפרקים נדרשים להיות ביבאקים, והחסרים המשותפים נתונים גם לשלושה טבילות ארבע אפייה או שתי טבילות שלוש אפייה.

סוג תנור ראשי של מכונת צלייה:
פעולה רציפה - תנור טבעת (עם מכסה, ללא מכסה), כבשן מנהרה
פעולה לסירוגין - כבשן הפוך, צלייה מתחת לרצפה, צלייה בקופסה

עקומת חידוד וטמפרטורה מקסימלית:
צלייה חד פעמית - 320, 360, 422, 480 שעות, 1250 מעלות צלזיוס
צלייה משנית--125, 240, 280 שעות, 700-800 מעלות צלזיוס

בדיקת מוצרים אפויים: הקשה במראה, התנגדות חשמלית, צפיפות בתפזורת, חוזק לחיצה, ניתוח מבנה פנימי

הספגה היא תהליך שבו מניחים חומר פחמן במיכל לחץ וזפת ההספגה הנוזלית נטבלת בנקבוביות של אלקטרודת המוצר בתנאי טמפרטורה ולחץ מסוימים. המטרה היא להפחית את נקבוביות המוצר, להגדיל את צפיפות התפזורת והחוזק המכני של המוצר, ולשפר את המוליכות החשמלית והתרמית של המוצר.

תהליך ההספגה ופרמטרים טכניים נלווים הם: בילט צלייה - ניקוי פני השטח - חימום מוקדם (260-380 מעלות צלזיוס, 6-10 שעות) - העמסת מיכל ההספגה - שאיבת אבק (8-9KPa, 40-50 דקות) - הזרקת ביטומן (180). -200 מעלות צלזיוס) - לחץ (1.2-1.5 MPa, 3-4 שעות) - חזרה לאספלט - קירור (בתוך המיכל או מחוצה לו)

בדיקת מוצרים מוספגים: שיעור עלייה במשקל בהספגה G=(W2-W1)/W1×100%
קצב עלייה במשקל של טבילה אחת ≥14%
שיעור עלייה במשקל של מוצר ספוג משני ≥ 9%
שלושה מוצרי טבילה קצב עלייה במשקל ≥ 5%

גרפיטיזציה מתייחסת לתהליך טיפול בחום בטמפרטורה גבוהה, שבו מוצר פחמן מחומם לטמפרטורה של 2300 מעלות צלזיוס או יותר במדיום מגן בכבשן חשמלי בטמפרטורה גבוהה כדי להמיר פחמן בעל שכבות אמורפיות לפחמן מסדר תלת מימדי מבנה גביש גרפיט.

המטרה וההשפעה של גרפיטיזציה:
1 לשפר את המוליכות והמוליכות התרמית של חומר הפחמן (ההתנגדות מופחתת פי 4-5, והמוליכות התרמית גדלה בערך פי 10);
2 לשפר את עמידות בפני זעזועים תרמיים ואת היציבות הכימית של חומר הפחמן (מקדם התפשטות ליניארי מופחת ב-50-80%);
3 כדי להפוך את חומר הפחמן לסיכה ועמידות בפני שחיקה;
4 פליטת זיהומים, משפרים את טוהר חומר הפחמן (תכולת האפר של המוצר מופחתת מ-0.5-0.8% לכ-0.3%).

מימוש תהליך הגרפיטיזציה:

הגרפיטיזציה של חומר פחמן מתבצעת בטמפרטורה גבוהה של 2300-3000 מעלות צלזיוס, ולכן ניתן לממש אותה רק על ידי חימום חשמלי בתעשייה, כלומר, הזרם עובר ישירות דרך המוצר המחומם, והמוצר המבורך נטען לתוך הכבשן נוצר על ידי הזרם החשמלי בטמפרטורה גבוהה. המוליך הוא שוב אובייקט שמחומם לטמפרטורה גבוהה.

תנורים בשימוש נרחב כיום כוללים תנורי גרפיטיזציה של Acheson ותנור מפל חום פנימי (LWG). לראשון יש תפוקה גדולה, הפרש טמפרטורות גדול וצריכת חשמל גבוהה. זה האחרון בעל זמן חימום קצר, צריכת חשמל נמוכה, התנגדות חשמלית אחידה ואינו מתאים להתאמה.

השליטה בתהליך הגרפיטיזציה נשלטת על ידי מדידת עקומת ההספק החשמלי המתאימה למצב עליית הטמפרטורה. זמן אספקת החשמל הוא 50-80 שעות עבור תנור Acheson ו-9-15 שעות עבור תנור LWG.

צריכת החשמל של גרפיטיזציה גדולה מאוד, בדרך כלל 3200-4800KWh, ועלות התהליך מהווה כ-20-35% מסך עלות הייצור.

בדיקת מוצרים שעברו גרפיט: הקשה במראה, בדיקת התנגדות

עיבוד שבבי: מטרת עיבוד מכני של חומרי גרפיט פחמן היא להשיג את הגודל הנדרש, הצורה, הדיוק וכו' על ידי חיתוך ליצירת גוף האלקטרודה והמפרקים בהתאם לדרישות השימוש.

עיבוד אלקטרודות גרפיט מחולק לשני תהליכי עיבוד עצמאיים: גוף אלקטרודה ומפרק.

עיבוד הגוף כולל שלושה שלבים של פנים קצה שטוחים ומשעממים ומחוספסים, עיגול חיצוני ופנים קצה שטוחים וחוט כרסום. ניתן לחלק את העיבוד של מפרק חרוטי ל-6 תהליכים: חיתוך, פנים קצה שטוח, פנים חרוט רכב, חוט כרסום, בורג קידוח וחריץ.

חיבור מפרקי אלקטרודה: חיבור מפרק חרוטי (שלושה אבזמים ואבזם אחד), חיבור מפרק גלילי, חיבור בליטה (חיבור זכר ונקבה)

שליטה על דיוק העיבוד: סטיית הקצה של הברגה, גובה הברגה, סטיית קוטר גדול של המפרק (חור), קואקסיאליות חור המפרק, אנכיות חור המפרק, שטוחות קצה האלקטרודה, סטיית ארבע נקודות מפרק. בדוק עם מדי טבעת מיוחדים ומדדי לוחות.

בדיקת אלקטרודות מוגמרות: דיוק, משקל, אורך, קוטר, צפיפות בצובר, התנגדות, סובלנות לפני הרכבה וכו'.