흑연전극 생산공정

흑연 전극은 반죽, 성형, 로스팅, 함침, 흑연화 및 기계 가공과 같은 일련의 공정을 통해 생산되는 석유 반죽, 골재로서의 침상 코크스 및 바인더로서의 석탄 역청으로 생산되는 고온 내성 흑연 전도성 재료입니다. 재료.

흑연 전극은 전기 제강에 중요한 고온 전도성 재료입니다. 흑연전극은 전기로에 전기에너지를 투입하기 위해 사용되며, 전극단과 장입물 사이의 아크에 의해 발생하는 고온은 제강용 장입물을 녹이는 열원으로 사용됩니다. 황인, 공업용 실리콘, 연마재 등의 재료를 제련하는 다른 광석로에서도 흑연 전극을 전도성 재료로 사용합니다. 흑연 전극의 우수하고 특별한 물리적, 화학적 특성은 다른 산업 분야에서도 널리 사용됩니다.
흑연 전극 생산의 원료는 석유 코크스, 침상 코크스, 콜타르 피치입니다.

석유 코크스는 석탄 잔류물과 석유 피치를 원료로 만들어 얻은 가연성 고체 제품입니다. 색상은 검은색이며 다공성이며 주원소는 탄소이며 회분 함량은 일반적으로 0.5% 미만으로 매우 낮습니다. 석유 코크스는 쉽게 흑연화되는 탄소 종류에 속합니다. 석유 코크스는 화학 및 야금 산업에서 다양한 용도로 사용됩니다. 인조흑연제품과 전해알루미늄용 탄소제품을 생산하는 주요 원료입니다.

석유코크스는 열처리 온도에 따라 생코크스와 소성코크스의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 지연 코크스화에 의해 얻어지는 구석유 코크스는 휘발성 물질이 다량 함유되어 있어 기계적 강도가 낮다. 하소 코크스는 생 코크스를 하소하여 얻습니다. 중국의 대부분의 정유소에서는 코크스만 생산하며 하소 작업은 대부분 탄소 공장에서 수행됩니다.

석유 코크스는 고유황 코크스(유황 함유량이 1.5% 이상), 중유황 코크스(유황 함유량이 0.5~1.5%), 저유황 코크스(유황 함유량이 0.5% 미만)로 나눌 수 있습니다. 흑연 전극 및 기타 인조 흑연 제품의 생산은 일반적으로 저유황 코크스를 사용하여 생산됩니다.

니들 코크스는 섬유질 질감이 뚜렷하고 열팽창 계수가 매우 낮으며 흑연화가 쉬운 고품질 코크스입니다. 코크스가 부서지면 질감에 따라 가는 조각으로 분할될 수 있습니다(종횡비는 일반적으로 1.75 이상입니다). 이방성 섬유구조는 편광현미경으로 관찰할 수 있으므로 니들코크스라고도 한다.

침상 코크스의 물리-기계적 특성의 이방성은 매우 명백합니다. 입자의 장축 방향과 평행한 전기 전도성과 열 전도성이 좋고 열팽창 계수가 낮습니다. 압출 성형 시 대부분의 입자의 장축은 압출 방향으로 배열됩니다. 따라서 침상코크스는 고출력 또는 초고출력 흑연 전극을 제조하는 핵심 원료이다. 생산된 흑연 전극은 저항률이 낮고 열팽창 계수가 작으며 열충격 저항성이 우수합니다.

니들코크스는 석유잔사유를 원료로 한 유성침상코크스와 석탄피치 원료를 정제하여 생산한 석탄계 침상코크스로 구분된다.

콜타르는 콜타르 심층 가공의 주요 제품 중 하나입니다. 이는 다양한 탄화수소의 혼합물로 고온에서 흑색, 반고체 또는 고온에서 고체이며 고정된 융점이 없으며 가열 후 연화되고 용융되며 밀도는 1.25-1.35g/cm3입니다. 연화점에 따라 저온, 중온, 고온 아스팔트로 구분됩니다. 중온 아스팔트 생산량은 콜타르의 54~56%입니다. 콜타르의 조성은 매우 복잡하며 이는 콜타르의 특성 및 헤테로원자 함량과 관련이 있으며 코크스 공정 시스템 및 콜타르 가공 조건에도 영향을 받습니다. 역청 연화점, 톨루엔 불용성 물질(TI), 퀴놀린 불용성 물질(QI), 코킹 값, 석탄 피치 유변학 등 콜타르 피치를 특성화하는 많은 지표가 있습니다.

콜타르는 탄소산업에서 바인더 및 함침제로 사용되며, 그 성능은 탄소제품의 생산공정 및 제품 품질에 큰 영향을 미칩니다. 바인더 아스팔트는 일반적으로 연화점이 적당하고 코킹가가 높으며 β 수지가 높은 중온 또는 중온 개질 아스팔트를 사용한다. 함침제는 연화점이 낮고 QI가 낮으며 유변학적 특성이 우수한 중온 아스팔트이다.

다음 그림은 탄소 기업의 흑연 전극 생산 공정을 보여줍니다.
소성 : 탄소질 원료를 고온에서 열처리하여 그 안에 함유되어 있는 수분과 휘발분을 배출시키며, 본래의 조리성능 향상에 해당하는 생산공정을 소성이라 한다. 일반적으로 탄소질 원료는 가스와 그 자체의 휘발성 물질을 열원으로 사용하여 소성되며, 최고 온도는 1250~1350℃이다.

하소는 주로 코크스의 밀도, 기계적 강도 및 전기 전도성을 향상시키고, 코크스의 화학적 안정성과 내산화성을 향상시켜 후속 공정의 기반을 마련하는 등 탄소질 원료의 구조 및 물리화학적 특성에 중대한 변화를 가져옵니다. .

소성 장비에는 주로 탱크 소성로, 회전식 가마 및 전기 소성로가 포함됩니다. 하소의 품질 관리 지표는 석유 코크스의 실제 밀도가 2.07g/cm3 이상, 저항률이 550μΩ.m 이하, 침상 코크스의 실제 밀도가 2.12g/cm3 이상이며, 저항률은 500μΩ.m 이하입니다.
원료파쇄 및 성분

일괄 처리 전에 벌크 소성 석유 코크스와 침상 코크스를 파쇄, 분쇄 및 체질해야 합니다.

중분쇄는 일반적으로 조 크러셔, 해머 크러셔, 롤 크러셔 등을 거쳐 50mm 정도의 파쇄장비로 이루어지며, 배칭에 필요한 0.5~20mm 크기의 소재를 추가로 파쇄한다.

밀링이란 탄소질 재료를 현탁형 링롤밀(Raymond mill), 볼밀 등을 사용하여 0.15mm 이하, 입도 0.075mm 이하의 분말상의 소립자로 분쇄하는 공정이다. .

스크리닝은 분쇄 후 광범위한 물질을 균일한 구멍이 있는 일련의 체를 통해 좁은 범위의 크기로 여러 입자 크기 범위로 나누는 프로세스입니다. 현재 전극 생산에는 일반적으로 4~5개의 펠릿과 1~2개의 분말 등급이 필요합니다.

성분은 제제 요구 사항에 따라 다양한 골재와 분말 및 결합제의 집합체를 계산, 계량 및 집중시키는 생산 공정입니다. 배합의 과학적 적합성과 배치 작업의 안정성은 제품의 품질 지수와 성능에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나입니다.

공식은 5가지 측면을 결정해야 합니다.
1원료 종류를 선택하세요.
2 다양한 유형의 원료 비율을 결정합니다.
3 고체 원료의 입자 크기 조성을 결정하는 단계;
4 바인더의 양을 결정합니다.
5 첨가제의 종류와 양을 결정합니다.

반죽 : 다양한 입도의 탄소질 과립 및 분말을 일정량의 바인더와 함께 일정 온도에서 혼합, 정량화하고, 가소성 페이스트를 반죽하여 반죽이라는 공정을 거칩니다.

반죽과정 : 건식혼합(20~35분), 습식혼합(40~55분)

반죽의 역할:
1 건식 혼합시 다양한 원료가 균일하게 혼합되고 입자 크기가 다른 고체 탄소질 재료가 균일하게 혼합 충전되어 혼합물의 치밀성을 향상시킵니다.
2 콜타르 피치를 첨가한 후 건조재료와 아스팔트를 균일하게 혼합합니다. 액상 아스팔트는 과립의 표면을 균일하게 코팅하고 적셔 아스팔트 접착층을 형성하며, 모든 재료가 서로 결합되어 균질한 플라스틱 도말을 형성합니다. 성형에 도움이 됨;
콜타르 피치 3부가 탄소재 내부 공간까지 침투하여 페이스트의 밀도와 응집력을 더욱 높여줍니다.

성형: 탄소 재료의 성형은 성형 장비에서 가해지는 외력에 따라 반죽된 탄소 페이스트를 소성 변형시켜 최종적으로 특정 모양, 크기, 밀도 및 강도를 갖는 성형체(또는 원료 제품)를 형성하는 공정을 말합니다. 프로세스.

생산되는 성형품, 장비 및 제품 유형:
성형방법
공통장비
주요 제품
조형
수직유압프레스
전기탄소, 저급 미세구조 흑연
짜내다
수평 유압 압출기
스크류 압출기
흑연 전극, 사각 전극
진동성형
진동성형기
알루미늄 탄소 벽돌, 용광로 탄소 벽돌
등방압 프레싱
등방성 성형기
등방성 흑연, 이방성 흑연

스퀴즈 작동
1. 냉각 재료 : 디스크 냉각 재료, 실린더 냉각 재료, 냉각 재료 혼합 및 반죽 등
휘발성 물질을 배출하고 적절한 온도(90~120°C)로 낮추어 접착력을 높여 페이스트의 블록성이 20~30분 동안 균일하도록 합니다.
2 로딩: 프레스 리프트 배플 —– 2-3회 절단 —-4-10MPa 압축
3 사전 압력: 압력 20-25MPa, 시간 3-5min, 진공 청소기로 청소하는 동안
4 압출: 배플을 아래로 누르십시오 —5-15MPa 압출 — 절단 — 냉각 싱크에

압출 기술 매개변수: 압축비, 프레스 챔버 및 노즐 온도, 냉각 온도, 예압 시간, 압출 압력, 압출 속도, 냉각수 온도

그린바디 검사 : 부피밀도, 외관 태핑, 분석

하소 : 탄소제품 성형체를 충진재의 보호 하에 특별히 설계된 가열로에 충전하여 고온 열처리를 실시하여 성형체 내의 석탄 피치를 탄화시키는 공정이다. 석탄 역청의 탄화 후에 형성된 역청 코크스는 탄소질 골재와 분말 입자를 함께 응고시키고 소성 탄소 제품은 기계적 강도가 높고 전기 저항이 낮으며 열 안정성 및 화학적 안정성이 좋습니다. .

소성은 탄소 제품 생산의 주요 공정 중 하나이며 흑연 전극 생산의 3대 열처리 공정에서도 중요한 부분입니다. 하소 생산 주기는 길고(베이킹의 경우 22~30일, 2차 베이킹의 경우 5~20일) 에너지 소비가 더 높습니다. 그린 로스팅의 품질은 완제품의 품질과 생산 비용에 영향을 미칩니다.

생소지 중의 생석탄 피치는 배소과정에서 코크스화되어 휘발분의 약 10%가 배출되며, 부피는 2~3% 수축하여 생성되고, 질량감소는 8~10%이다. 탄소 빌렛의 물리적, 화학적 특성도 크게 변했습니다. 기공률은 1.70g/cm3에서 1.60g/cm3으로 감소하였고, 기공률의 증가로 인해 비저항은 10000μΩ·m에서 40~50μΩ·m으로 감소하였다. 소성 빌렛의 기계적 강도도 컸다. 개선을 위해.

2차 소성은 소성제품을 침지시킨 후 소성하여 소성제품의 기공에 침지된 피치를 탄화시키는 공정이다. 더 높은 부피밀도를 요구하는 전극(RP를 제외한 모든 기종)과 조인트 블랭크는 비베이크가 필수이며, 조인트 블랭크 역시 쓰리딥 포베이크 또는 투딥 쓰리베이크를 거친다.

로스터의 주요 용광로 유형:
연속 운전 - 링 퍼니스(뚜껑 있음, 없음), 터널 가마
간헐 작동 - 역가마, 바닥 로스터, 박스 로스터

하소 곡선 및 최대 온도:
1회 로스팅—-320, 360, 422, 480시간, 1250°C
2차 로스팅—-125, 240, 280시간, 700-800 °C

베이킹 제품 검사: 외관 태핑, 전기 저항률, 부피 밀도, 압축 강도, 내부 구조 분석

함침은 탄소재료를 압력용기에 넣고 액체 함침 피치를 일정한 온도와 압력 조건에서 제품 전극의 기공에 담그는 공정이다. 그 목적은 제품의 다공성을 줄이고, 제품의 부피밀도와 기계적 강도를 높이며, 제품의 전기 및 열 전도성을 향상시키는 것입니다.

함침 공정 및 관련 기술 매개변수는 다음과 같습니다: 빌렛 로스팅 – 표면 청소 – 예열(260-380°C, 6-10시간) – 함침 탱크 로딩 – 진공 청소(8-9KPa, 40-50분) – 역청 주입(180 -200°C) – 가압(1.2-1.5MPa, 3-4시간) – 아스팔트로 복귀 – 냉각(탱크 내부 또는 외부)

함침제품 검사 : 함침체중증가율 G=(W2-W1)/W1×100%
한 번의 담그기 체중 증가율 ≥14%
2차 함침 제품 중량 증가율 ≥ 9%
세 가지 침지 제품 체중 증가율 ≥ 5%

흑연화란 탄소제품을 고온 전기로 내의 보호매체 속에서 2300℃ 이상의 온도로 가열하여 비정질의 층상구조의 탄소를 3차원 질서 있는 탄소로 변환시키는 고온열처리 공정을 말한다. 흑연 결정 구조.

흑연화의 목적과 효과:
1 탄소 재료의 전도성과 열 전도성을 향상시킵니다 (저항률은 4-5 배 감소하고 열 전도성은 약 10 배 증가합니다).
2. 탄소 재료의 내열충격성과 화학적 안정성을 향상시킵니다(선팽창 계수가 50-80% 감소).
3 탄소 재료의 윤활성과 내마모성을 향상시킵니다.
4 불순물을 배출하여 탄소 재료의 순도를 향상시킵니다(제품의 회분 함량이 0.5-0.8%에서 약 0.3%로 감소됨).

흑연화 공정의 실현:

탄소 재료의 흑연화는 2300-3000°C의 고온에서 수행되므로 업계에서 전기 가열을 통해서만 실현할 수 있습니다. 즉, 전류가 가열된 소성 제품을 직접 통과하고 소성 제품이 충전됩니다. 용광로 안으로는 고온의 전류에 의해 생성됩니다. 도체는 다시 고온으로 가열되는 물체입니다.

현재 널리 사용되는 용해로는 Acheson 흑연화로와 내부 열 연속(LWG)로가 있습니다. 전자는 출력이 크고 온도차가 크며 전력 소모도 크다. 후자는 가열 시간이 짧고 전력 소비가 낮으며 전기 저항률이 균일하고 피팅에 적합하지 않습니다.

흑연화 공정의 제어는 온도 상승 조건에 적합한 전력 곡선을 측정하여 제어됩니다. 전원 공급 시간은 Acheson Furnace의 경우 50~80시간, LWG Furnace의 경우 9~15시간입니다.

흑연화의 전력 소비는 일반적으로 3200~4800KWh로 매우 크며, 공정 비용은 전체 생산 비용의 약 20~35%를 차지합니다.

흑연화 제품 검사 : 외관 태핑, 저항력 테스트

가공 : 탄소흑연재료를 기계가공하는 목적은 사용요구에 따라 전극본체와 접합부를 절단하여 필요한 크기, 형상, 정밀도 등을 달성하는데 있다.

흑연 전극 가공은 전극 본체와 접합부라는 두 가지 독립적인 가공 공정으로 구분됩니다.

몸체 가공에는 보링 및 거친 평면 단면, 외부 원형 및 평면 단면 및 밀링 나사의 3단계가 포함됩니다. 원추형 조인트의 가공은 절단, 편평한 끝면, 자동차 콘면, 밀링 스레드, 드릴링 볼트 및 슬로팅의 6가지 프로세스로 나눌 수 있습니다.

전극 조인트 연결: 원추형 조인트 연결(버클 3개 및 버클 1개), 원통형 조인트 연결, 범프 연결(수 및 암 연결)

가공 정확도 제어: 나사 테이퍼 편차, 나사 피치, 조인트(구멍) 큰 직경 편차, 조인트 구멍 동축성, 조인트 구멍 수직성, 전극 단면 평탄도, 조인트 4점 편차. 특수 링 게이지와 플레이트 게이지로 점검하십시오.

완성된 전극 검사: 정확도, 무게, 길이, 직경, 부피 밀도, 저항률, 조립 전 공차 등