Grafīta elektrods ir augstas temperatūras izturīgs grafīta vadošs materiāls, ko ražo, mīcot naftu, adatu koksu kā pildvielu un ogļu bitumenu kā saistvielu, ko ražo, izmantojot virkni procesu, piemēram, mīcīšanu, formēšanu, grauzdēšanu, impregnēšanu, grafitizāciju un mehānisku apstrādi. materiāls.
Grafīta elektrods ir svarīgs augstas temperatūras vadošs materiāls elektriskā tērauda ražošanai. Grafīta elektrodu izmanto, lai ievadītu elektrisko enerģiju elektriskajā krāsnī, un augsto temperatūru, ko rada loks starp elektroda galu un lādiņu, izmanto kā siltuma avotu, lai izkausētu lādiņu tērauda ražošanai. Citās rūdas krāsnīs, kas kausē tādus materiālus kā dzeltenais fosfors, rūpnieciskais silīcijs un abrazīvie materiāli, arī izmanto grafīta elektrodus kā vadošus materiālus. Grafīta elektrodu lieliskās un īpašās fizikālās un ķīmiskās īpašības tiek plaši izmantotas arī citās rūpniecības nozarēs.
Grafīta elektrodu ražošanas izejvielas ir naftas kokss, adatu kokss un akmeņogļu darvas piķis.
Naftas kokss ir viegli uzliesmojošs ciets produkts, ko iegūst, koksējot ogļu atlikumus un naftas piķi. Krāsa ir melna un poraina, galvenais elements ir ogleklis, un pelnu saturs ir ļoti zems, parasti zem 0,5%. Naftas kokss pieder pie viegli grafitizēta oglekļa klases. Naftas koksu plaši izmanto ķīmiskajā un metalurģiskajā rūpniecībā. Tā ir galvenā izejviela mākslīgā grafīta izstrādājumu un oglekļa izstrādājumu ražošanai elektrolītiskajam alumīnijam.
Naftas koksu var iedalīt divos veidos: neapstrādāts kokss un kalcinēts kokss atbilstoši termiskās apstrādes temperatūrai. Bijušais naftas kokss, kas iegūts ar aizkavētu koksēšanu, satur lielu daudzumu gaistošo vielu, un mehāniskā izturība ir zema. Kalcinēto koksu iegūst, kalcinējot neapstrādātu koksu. Lielākā daļa Ķīnas pārstrādes rūpnīcu ražo tikai koksu, un kalcinēšanas darbības galvenokārt tiek veiktas oglekļa rūpnīcās.
Naftas koksu var iedalīt koksā ar augstu sēra saturu (satur vairāk nekā 1,5% sēra), vidēja sēra satura koksā (satur 0,5–1,5% sēra) un koksā ar zemu sēra saturu (satur mazāk nekā 0,5% sēra). Grafīta elektrodu un citu mākslīgā grafīta izstrādājumu ražošanā parasti izmanto koksu ar zemu sēra saturu.
Adatu kokss ir augstas kvalitātes kokss ar acīmredzamu šķiedru tekstūru, ļoti zemu termiskās izplešanās koeficientu un vieglu grafitizāciju. Kad kokss ir saplīsis, to var sadalīt slaidās sloksnēs atbilstoši tekstūrai (malu attiecība parasti ir lielāka par 1,75). Anizotropu šķiedru struktūru var novērot polarizējošā mikroskopā, un tāpēc to sauc par adatu koksu.
Adatu koksa fizikāli mehānisko īpašību anizotropija ir ļoti acīmredzama. Tam ir laba elektriskā un siltuma vadītspēja paralēli daļiņas garās ass virzienam, un siltuma izplešanās koeficients ir zems. Ekstrūzijas formēšanas laikā vairuma daļiņu garā ass ir izvietota ekstrūzijas virzienā. Tāpēc adatu kokss ir galvenā izejviela lieljaudas vai īpaši lieljaudas grafīta elektrodu ražošanai. Izgatavotajam grafīta elektrodam ir zema pretestība, neliels termiskās izplešanās koeficients un laba termiskā trieciena izturība.
Adatu kokss ir sadalīts uz naftas bāzes ražotā adatu koksā, kas ražots no naftas atlikumiem, un adatu koksā uz ogļu bāzes, kas ražots no rafinētām akmeņogļu piķa izejvielām.
Akmeņogļu darva ir viens no galvenajiem akmeņogļu darvas dziļās apstrādes produktiem. Tas ir dažādu ogļūdeņražu maisījums, melns augstā temperatūrā, pusciets vai ciets augstā temperatūrā, bez fiksētas kušanas temperatūras, pēc karsēšanas mīkstināts un pēc tam izkusis, ar blīvumu 1,25–1,35 g/cm3. Pēc tā mīkstināšanas punkta to iedala zemas temperatūras, vidējas temperatūras un augstas temperatūras asfaltā. Vidējas temperatūras asfalta iznākums ir 54-56% no akmeņogļu darvas. Akmeņogļu darvas sastāvs ir ārkārtīgi sarežģīts, kas saistīts ar akmeņogļu darvas īpašībām un heteroatomu saturu, kā arī ietekmē koksēšanas procesa sistēma un akmeņogļu darvas apstrādes apstākļi. Akmeņogļu darvas piķa raksturošanai ir daudz rādītāju, piemēram, bitumena mīkstināšanas punkts, toluola nešķīstošās vielas (TI), hinolīna nešķīstošās vielas (QI), koksēšanas vērtības un akmeņogļu piķa reoloģija.
Akmeņogļu darva tiek izmantota kā saistviela un impregnants oglekļa rūpniecībā, un tās darbībai ir liela ietekme uz oglekļa produktu ražošanas procesu un produktu kvalitāti. Saistvielas asfaltam parasti izmanto vidējas vai vidējas temperatūras modificētu asfaltu ar mērenu mīkstināšanas temperatūru, augstu koksēšanas vērtību un augstu β sveķu saturu. Impregnēšanas līdzeklis ir vidējas temperatūras asfalts ar zemu mīkstināšanas punktu, zemu QI un labām reoloģiskām īpašībām.
Nākamajā attēlā parādīts grafīta elektrodu ražošanas process oglekļa uzņēmumā.
Kalcinēšana: oglekli saturošu izejvielu termiski apstrādā augstā temperatūrā, lai izvadītu tajā esošo mitrumu un gaistošās vielas, un ražošanas procesu, kas atbilst sākotnējās gatavošanas veiktspējas uzlabošanai, sauc par kalcinēšanu. Parasti oglekli saturošu izejvielu kalcinē, kā siltuma avotu izmantojot gāzi un tās pašas gaistošas vielas, un maksimālā temperatūra ir 1250–1350 °C.
Kalcinēšana rada pamatīgas izmaiņas oglekli saturošu izejvielu struktūrā un fizikāli ķīmiskajās īpašībās, galvenokārt uzlabojot koksa blīvumu, mehānisko izturību un elektrovadītspēju, uzlabojot koksa ķīmisko stabilitāti un oksidācijas izturību, liekot pamatu turpmākajam procesam. .
Kalcinētajās iekārtās galvenokārt ietilpst tvertnes kalcinēšanas iekārta, rotācijas krāsns un elektriskā kalcinēšanas iekārta. Kalcinēšanas kvalitātes kontroles indekss ir tāds, ka patiesais naftas koksa blīvums nav mazāks par 2,07 g/cm3, pretestība nav lielāka par 550 μΩ.m, adatas koksa patiesais blīvums nav mazāks par 2,12 g/cm3, un pretestība nav lielāka par 500μΩ.m.
Izejvielu smalcināšana un sastāvdaļas
Pirms iesaiņošanas lielapjoma kalcinētais naftas kokss un adatu kokss jāsadrupina, jāsasmalcina un jāizsijā.
Vidējo drupināšanu parasti veic ar aptuveni 50 mm lielu drupināšanas iekārtu caur žokļu drupinātāju, āmuru drupinātāju, ruļļu drupinātāju un tamlīdzīgi, lai tālāk sasmalcinātu 0,5-20 mm izmēru, kas nepieciešams partijai.
Frēzēšana ir process, kurā oglekli saturošu materiālu sasmalcina līdz pulverveida sīkām daļiņām, kuru izmērs ir 0,15 mm vai mazāks un daļiņu izmērs ir 0,075 mm vai mazāks, izmantojot suspensijas tipa gredzenveida velmēšanas dzirnavas (Raymond mill), lodīšu dzirnavas vai līdzīgus .
Sijāšana ir process, kurā plašs materiālu klāsts pēc sasmalcināšanas tiek sadalīts vairākos daļiņu izmēru diapazonos ar šauru izmēru diapazonu caur sietu sēriju ar vienādām atverēm. Pašreizējai elektrodu ražošanai parasti ir vajadzīgas 4-5 granulas un 1-2 pulvera kategorijas.
Sastāvdaļas ir ražošanas procesi dažādu pildvielu, pulveru un saistvielu aprēķināšanai, svēršanai un fokusēšanai atbilstoši formulēšanas prasībām. Formulas zinātniskā piemērotība un partiju darbības stabilitāte ir vieni no svarīgākajiem faktoriem, kas ietekmē produkta kvalitātes indeksu un veiktspēju.
Formulai ir jānosaka 5 aspekti:
1 Izvēlieties izejvielu veidu;
2 nosaka dažāda veida izejvielu īpatsvaru;
3 cietās izejvielas daļiņu izmēra sastāva noteikšana;
4 nosaka saistvielas daudzumu;
5 Nosakiet piedevu veidu un daudzumu.
Mīcīšana: dažādu daļiņu izmēra oglekli saturošu granulu un pulveru sajaukšana un kvantitatīva noteikšana ar noteiktu saistvielas daudzumu noteiktā temperatūrā un plastiskuma pastas mīcīšana procesā, ko sauc par mīcīšanu.
Mīcīšanas process: sausā maisīšana (20-35 min) mitrā maisīšana (40-55 min)
Mīcīšanas loma:
1 Sausu sajaucot, dažādas izejvielas tiek vienmērīgi sajauktas, un dažāda izmēra cietie oglekli saturoši materiāli tiek vienmērīgi sajaukti un piepildīti, lai uzlabotu maisījuma kompaktumu;
2 Pēc akmeņogļu darvas piķa pievienošanas vienmērīgi sajauc sauso materiālu un asfaltu. Šķidrais asfalts vienmērīgi pārklāj un samitrina granulu virsmu, veidojot asfalta savienojošā slāņa slāni, un visi materiāli tiek savienoti viens ar otru, veidojot viendabīgu plastmasas smērējumu. Veicina formēšanu;
3 daļas akmeņogļu darvas piķa iekļūst oglekli saturošā materiāla iekšējā telpā, vēl vairāk palielinot pastas blīvumu un kohēziju.
Formēšana: oglekļa materiāla formēšana attiecas uz mīcītas oglekļa pastas plastiskas deformācijas procesu formēšanas iekārtas pieliktā ārējā spēka ietekmē, lai beidzot izveidotu zaļu ķermeni (vai neapstrādātu produktu), kam ir noteikta forma, izmērs, blīvums un izturība. process.
Liešanas veidi, aprīkojums un ražotie izstrādājumi:
Formēšanas metode
Kopējais aprīkojums
galvenie produkti
Cilnis
Vertikālā hidrauliskā prese
Elektriskais ogleklis, zemas kvalitātes smalkas struktūras grafīts
Saspiediet
Horizontālais hidrauliskais ekstrūderis
Skrūves ekstrūderis
Grafīta elektrods, kvadrātveida elektrods
Vibrācijas formēšana
Vibrācijas formēšanas mašīna
Alumīnija oglekļa ķieģelis, domnas oglekļa ķieģelis
Izostatiskā presēšana
Izostatiskā formēšanas mašīna
Izotropais grafīts, anizotropais grafīts
Saspiešanas darbība
1 vēss materiāls: disku dzesēšanas materiāls, cilindru dzesēšanas materiāls, dzesēšanas materiālu sajaukšana un mīcīšana utt.
Iztukšojiet gaistošās vielas, samaziniet līdz piemērotai temperatūrai (90-120 °C), lai palielinātu adhēziju, lai pastas bloķēšana būtu vienmērīga 20-30 minūtes.
2 Iekraušana: nospiediet pacelšanas deflektoru —– 2–3 reizes griežot––4–10 MPa blīvēšana
3 priekšspiediens: spiediens 20-25MPa, laiks 3-5min, sūkšanas laikā
4 ekstrūzija: nospiediet deflektoru — 5-15 MPa ekstrūzija — sagriež — dzesēšanas izlietnē
Ekstrūzijas tehniskie parametri: saspiešanas pakāpe, presēšanas kameras un sprauslas temperatūra, dzesēšanas temperatūra, priekšslodzes spiediena laiks, ekstrūzijas spiediens, ekstrūzijas ātrums, dzesēšanas ūdens temperatūra
Zaļā ķermeņa pārbaude: tilpuma blīvums, izskata pieskāriens, analīze
Kalcinēšana: tas ir process, kurā oglekļa produkta zaļais ķermenis tiek iepildīts speciāli izstrādātā apkures krāsnī pildvielas aizsardzībā, lai veiktu augstas temperatūras termisko apstrādi, lai karbonizētu ogļu piķi zaļajā korpusā. Bitumena kokss, kas veidojas pēc ogļu bitumena karbonizācijas, kopā sacietē oglekli saturošu agregātu un pulvera daļiņas, un kalcinētajam oglekļa produktam ir augsta mehāniskā izturība, zema elektriskā pretestība, laba termiskā stabilitāte un ķīmiskā stabilitāte. .
Kalcinēšana ir viens no galvenajiem procesiem oglekļa produktu ražošanā, kā arī svarīga daļa no trim galvenajiem grafīta elektrodu ražošanas termiskās apstrādes procesiem. Kalcinēšanas ražošanas cikls ir garš (22-30 dienas cepšanai, 5-20 dienas krāsnīs 2 cepšanai), un lielāks enerģijas patēriņš. Zaļās grauzdēšanas kvalitāte ietekmē gatavā produkta kvalitāti un ražošanas izmaksas.
Zaļo ogļu piķis zaļajā korpusā apgrauzdēšanas procesā tiek koksēts, un tiek izvadīti apmēram 10% gaistošo vielu, un tilpumu rada 2-3% saraušanās, un masas zudums ir 8-10%. Būtiski mainījās arī oglekļa sagataves fizikālās un ķīmiskās īpašības. Porainība samazinājās no 1,70 g/cm3 līdz 1,60 g/cm3 un pretestība samazinājās no 10000 μΩ·m līdz 40-50 μΩ·m porainības pieauguma dēļ. Arī kalcinētās sagataves mehāniskā izturība bija liela. Uzlabošanai.
Sekundārā cepšana ir process, kurā kalcinētais produkts tiek iegremdēts un pēc tam kalcinēts, lai karbonizētu piķi, kas iegremdēts kalcinētā produkta porās. Elektrodi, kuriem nepieciešams lielāks tilpuma blīvums (visas šķirnes, izņemot RP), un savienojuma sagataves ir jācep, un savienojuma sagataves tiek pakļautas arī trīs iegremdēšanas četrcepšanai vai divkāršai trīs cepšanai.
Galvenā cepeškrāsns tips:
Nepārtraukta darbība - gredzenu krāsns (ar vāku, bez vāka), tuneļkrāsnis
Darbība ar pārtraukumiem — apgrieztā krāsns, zemgrīdas grauzdētājs, kastes grauzdētājs
Kalcinācijas līkne un maksimālā temperatūra:
Vienreizēja grauzdēšana — -320, 360, 422, 480 stundas, 1250 °C
Sekundārā grauzdēšana - -125, 240, 280 stundas, 700-800 °C
Ceptu izstrādājumu pārbaude: izskats, elektriskā pretestība, tilpuma blīvums, spiedes izturība, iekšējās struktūras analīze
Impregnēšana ir process, kurā oglekļa materiāls tiek ievietots spiedtvertnē un šķidrā impregnētāja piķis tiek iegremdēts produkta elektroda porās noteiktos temperatūras un spiediena apstākļos. Mērķis ir samazināt izstrādājuma porainību, palielināt izstrādājuma tilpuma blīvumu un mehānisko izturību, kā arī uzlabot izstrādājuma elektrisko un siltumvadītspēju.
Impregnēšanas process un ar to saistītie tehniskie parametri ir: sagataves apdedzināšana – virsmas tīrīšana – priekšsildīšana (260-380 °C, 6-10 stundas) – impregnēšanas tvertnes iekraušana – vakuumēšana (8-9KPa, 40-50min) – Bitumena iesmidzināšana (180). -200 °C) – Spiediens (1,2–1,5 MPa, 3–4 stundas) – Atgriešanās uz asfalta – dzesēšana (tvertnes iekšpusē vai ārpusē)
Impregnēto izstrādājumu pārbaude: impregnēšanas svara pieauguma koeficients G=(W2-W1)/W1×100%
Viena iegremdēšanas svara pieauguma rādītājs ≥14%
Sekundārā impregnēta produkta svara pieauguma ātrums ≥ 9%
Trīs iegremdēšanas produkti svara pieauguma koeficients ≥ 5%
Grafitizācija attiecas uz augstas temperatūras termiskās apstrādes procesu, kurā oglekļa produkts tiek uzkarsēts līdz 2300 ° C vai augstākai temperatūrai aizsargājošā vidē augstas temperatūras elektriskā krāsnī, lai pārvērstu amorfu slāņveida struktūras oglekli trīsdimensiju sakārtotā veidā. grafīta kristāla struktūra.
Grafitizācijas mērķis un efekts:
1 uzlabo oglekļa materiāla vadītspēju un siltumvadītspēju (pretestība tiek samazināta 4-5 reizes, un siltumvadītspēja tiek palielināta apmēram 10 reizes);
2 uzlabot oglekļa materiāla termisko triecienizturību un ķīmisko stabilitāti (lineārās izplešanās koeficients samazināts par 50-80%);
3 padarīt oglekļa materiāla eļļošanu un nodilumizturību;
4 Izplūdes piemaisījumi, uzlabo oglekļa materiāla tīrību (pelnu saturs produktā tiek samazināts no 0,5-0,8% līdz aptuveni 0,3%).
Grafitizācijas procesa realizācija:
Oglekļa materiāla grafitizāciju veic augstā temperatūrā 2300-3000 °C, tāpēc rūpniecībā to var realizēt tikai ar elektrisko apkuri, tas ir, strāva tieši iet caur uzkarsētu kalcinētu produktu, un kalcinētais produkts tiek uzlādēts. krāsnī tiek ģenerēts ar elektrisko strāvu augstā temperatūrā. Vadītājs atkal ir objekts, kas tiek uzkarsēts līdz augstai temperatūrai.
Pašlaik plaši izmantotās krāsnis ietver Acheson grafitizācijas krāsnis un iekšējās siltuma kaskādes (LWG) krāsnis. Pirmajam ir liela jauda, liela temperatūras starpība un liels enerģijas patēriņš. Pēdējam ir īss sildīšanas laiks, zems enerģijas patēriņš, vienmērīga elektriskā pretestība, un tā nav piemērota uzstādīšanai.
Grafitizācijas procesa kontrole tiek kontrolēta, mērot elektriskās jaudas līkni, kas ir piemērota temperatūras paaugstināšanās apstākļiem. Strāvas padeves laiks ir 50-80 stundas Acheson krāsnī un 9-15 stundas LWG krāsnī.
Grafitizācijas enerģijas patēriņš ir ļoti liels, parasti 3200–4800 kWh, un procesa izmaksas veido aptuveni 20–35% no kopējām ražošanas izmaksām.
Grafitizēto izstrādājumu pārbaude: izskata pieskāriens, pretestības pārbaude
Apstrāde: Oglekļa grafīta materiālu mehāniskās apstrādes mērķis ir sasniegt nepieciešamo izmēru, formu, precizitāti utt., griežot, lai elektroda korpuss un savienojumi atbilstu lietošanas prasībām.
Grafīta elektrodu apstrāde ir sadalīta divos neatkarīgos apstrādes procesos: elektroda korpuss un savienojums.
Korpusa apstrāde ietver trīs soļus: urbšana un raupja plakana gala virsma, ārējais aplis un plakana gala virsma un frēzēšanas vītne. Koniskā savienojuma apstrādi var iedalīt 6 procesos: griešana, plakana gala virsma, automašīnas konusa virsma, frēzēšanas vītne, urbšanas skrūve un rievošana.
Elektrodu savienojumu savienojums: koniskā savienojuma savienojums (trīs sprādzes un viena sprādze), cilindrisks savienojuma savienojums, trieciensavienojums (vīriešu un sieviešu savienojums)
Apstrādes precizitātes kontrole: vītnes konusa novirze, vītnes solis, savienojuma (cauruma) liela diametra novirze, savienojuma cauruma koaksialitāte, savienojuma atveres vertikālums, elektroda gala virsmas plakanums, savienojuma četru punktu novirze. Pārbaudiet ar speciāliem gredzenveida mērinstrumentiem un plākšņu mērierīcēm.
Gatavo elektrodu pārbaude: precizitāte, svars, garums, diametrs, tilpuma blīvums, pretestība, pirmsmontāžas pielaide utt.
Izsūtīšanas laiks: 31. okt. 2019