Grafietelektrode is een hittebestendig grafietgeleidend materiaal dat wordt geproduceerd door aardoliekneden, naaldcokes als aggregaat en steenkoolbitumen als bindmiddel, dat wordt geproduceerd door een reeks processen zoals kneden, gieten, roosteren, impregneren, grafitiseren en mechanische verwerking. materiaal.
De grafietelektrode is een belangrijk geleidend materiaal bij hoge temperaturen voor de elektrische staalproductie. De grafietelektrode wordt gebruikt om elektrische energie in de elektrische oven te voeren, en de hoge temperatuur die wordt gegenereerd door de boog tussen het elektrode-uiteinde en de lading wordt gebruikt als warmtebron om de lading te smelten voor de staalproductie. Andere ertsovens die materialen zoals gele fosfor, industrieel silicium en schuurmiddelen smelten, gebruiken ook grafietelektroden als geleidende materialen. De uitstekende en bijzondere fysische en chemische eigenschappen van grafietelektroden worden ook veel gebruikt in andere industriële sectoren.
De grondstoffen voor de productie van grafietelektroden zijn petroleumcokes, naaldcokes en koolteerpek.
Petroleumcokes is een brandbaar vast product dat wordt verkregen door steenkoolresidu en petroleumpek te vercooksen. De kleur is zwart en poreus, het belangrijkste element is koolstof en het asgehalte is zeer laag, doorgaans minder dan 0,5%. Petroleumcokes behoort tot de klasse van gemakkelijk te grafitiseren koolstof. Petroleumcokes heeft een breed scala aan toepassingen in de chemische en metallurgische industrie. Het is de belangrijkste grondstof voor de productie van kunstmatige grafietproducten en koolstofproducten voor elektrolytisch aluminium.
De petroleumcokes kan worden onderverdeeld in twee soorten: ruwe cokes en gecalcineerde cokes, afhankelijk van de warmtebehandelingstemperatuur. De voormalige petroleumcokes, verkregen door vertraagde cokesvorming, bevat een grote hoeveelheid vluchtige stoffen en de mechanische sterkte is laag. De gecalcineerde cokes wordt verkregen door het calcineren van ruwe cokes. De meeste raffinaderijen in China produceren alleen cokes, en calcineringsoperaties worden meestal uitgevoerd in koolstoffabrieken.
Petroleumcokes kan worden onderverdeeld in cokes met een hoog zwavelgehalte (die meer dan 1,5% zwavel bevat), cokes met een gemiddeld zwavelgehalte (die 0,5% -1,5% zwavel bevat) en cokes met een laag zwavelgehalte (die minder dan 0,5% zwavel bevat). Bij de productie van grafietelektroden en andere kunstmatige grafietproducten wordt doorgaans gebruik gemaakt van cokes met een laag zwavelgehalte.
Naaldcokes is een soort cokes van hoge kwaliteit met een duidelijke vezelachtige textuur, een zeer lage thermische uitzettingscoëfficiënt en gemakkelijke grafitisering. Wanneer de cokes gebroken is, kan deze op basis van de textuur in dunne stroken worden gesplitst (de aspectverhouding ligt doorgaans boven de 1,75). Een anisotrope vezelstructuur kan worden waargenomen onder een polariserende microscoop en wordt daarom naaldcokes genoemd.
De anisotropie van de fysisch-mechanische eigenschappen van naaldcokes is zeer duidelijk. Het heeft een goede elektrische en thermische geleidbaarheid evenwijdig aan de lange asrichting van het deeltje, en de thermische uitzettingscoëfficiënt is laag. Bij extrusiegieten wordt de lange as van de meeste deeltjes in de extrusierichting gerangschikt. Daarom is naaldcokes de belangrijkste grondstof voor de productie van grafietelektroden met hoog of ultrahoog vermogen. De geproduceerde grafietelektrode heeft een lage soortelijke weerstand, een kleine thermische uitzettingscoëfficiënt en een goede thermische schokbestendigheid.
Naaldcokes wordt onderverdeeld in op olie gebaseerde naaldcokes geproduceerd uit aardolieresidu en op steenkool gebaseerde naaldcokes geproduceerd uit geraffineerde steenkoolpekgrondstoffen.
Koolteer is een van de belangrijkste producten van de diepe verwerking van koolteer. Het is een mengsel van verschillende koolwaterstoffen, zwart bij hoge temperatuur, halfvast of vast bij hoge temperatuur, geen vast smeltpunt, verzacht na verwarming en vervolgens gesmolten, met een dichtheid van 1,25-1,35 g/cm3. Afhankelijk van het verwekingspunt is het verdeeld in asfalt op lage temperatuur, gemiddelde temperatuur en asfalt op hoge temperatuur. De asfaltopbrengst bij gemiddelde temperatuur bedraagt 54-56% van koolteer. De samenstelling van koolteer is uiterst gecompliceerd, wat verband houdt met de eigenschappen van koolteer en het gehalte aan heteroatomen, en wordt ook beïnvloed door het verkooksingsprocessysteem en de verwerkingsomstandigheden van koolteer. Er zijn veel indicatoren voor het karakteriseren van koolteerpek, zoals het verwekingspunt van bitumen, onoplosbare stoffen in tolueen (TI), onoplosbare stoffen uit chinoline (QI), verkooksingswaarden en reologie van steenkoolpek.
Koolteer wordt gebruikt als bindmiddel en impregneermiddel in de koolstofindustrie en de prestaties ervan hebben een grote invloed op het productieproces en de productkwaliteit van koolstofproducten. Voor het bindasfalt wordt in het algemeen een gemodificeerd asfalt op gemiddelde temperatuur of gemiddelde temperatuur gebruikt met een gematigd verwekingspunt, een hoge verkooksingswaarde en een hoge β-hars. Het impregneermiddel is asfalt op gemiddelde temperatuur met een laag verwekingspunt, een lage QI en goede reologische eigenschappen.
De volgende afbeelding toont het productieproces van grafietelektroden in koolstofondernemingen.
Calcineren: De koolstofhoudende grondstof wordt bij hoge temperatuur met hitte behandeld om het daarin aanwezige vocht en vluchtige materiaal af te voeren, en het productieproces dat overeenkomt met de verbetering van de oorspronkelijke kookprestaties wordt calcineren genoemd. Over het algemeen wordt de koolstofhoudende grondstof gecalcineerd door gas en zijn eigen vluchtige stoffen als warmtebron te gebruiken, en de maximale temperatuur is 1250-1350 °C.
Calcineren brengt diepgaande veranderingen teweeg in de structuur en fysisch-chemische eigenschappen van koolstofhoudende grondstoffen, voornamelijk in het verbeteren van de dichtheid, mechanische sterkte en elektrische geleidbaarheid van cokes, het verbeteren van de chemische stabiliteit en oxidatieweerstand van cokes, waardoor een basis wordt gelegd voor het daaropvolgende proces. .
Gecalcineerde apparatuur omvat hoofdzakelijk een tankcalciner, een roterende oven en een elektrische calciner. De kwaliteitscontrole-index van calcineren is dat de werkelijke dichtheid van petroleumcokes niet minder is dan 2,07 g/cm3, de soortelijke weerstand niet meer is dan 550 μΩ.m, de werkelijke dichtheid van naaldcokes niet minder is dan 2,12 g/cm3, en de soortelijke weerstand is niet meer dan 500μΩ.m.
Vermalen van grondstoffen en ingrediënten
Vóór het batchen moeten de in bulk gecalcineerde petroleumcokes en naaldcokes worden vermalen, gemalen en gezeefd.
Het medium vermalen wordt gewoonlijk uitgevoerd door breekapparatuur van ongeveer 50 mm door middel van een kaakbreker, een hamerbreker, een rollenbreker en dergelijke om het materiaal met een afmeting van 0,5-20 mm dat nodig is voor het batchen verder te vermalen.
Malen is een proces waarbij een koolstofhoudend materiaal wordt vermalen tot een poedervormig klein deeltje van 0,15 mm of minder en een deeltjesgrootte van 0,075 mm of minder door middel van een ringwalsmolen van het suspensietype (Raymond-molen), een kogelmolen of iets dergelijks. .
Zeven is een proces waarbij een breed scala aan materialen na het breken wordt verdeeld in verschillende deeltjesgroottebereiken met een smal bereik aan groottes door een reeks zeven met uniforme openingen. Voor de huidige productie van elektroden zijn doorgaans 4-5 pellets en 1-2 poederkwaliteiten nodig.
Ingrediënten zijn de productieprocessen voor het berekenen, wegen en focusseren van de verschillende aggregaten van aggregaten, poeders en bindmiddelen volgens de formuleringsvereisten. De wetenschappelijke geschiktheid van de formulering en de stabiliteit van de batchverwerking behoren tot de belangrijkste factoren die de kwaliteitsindex en de prestaties van het product beïnvloeden.
De formule moet 5 aspecten bepalen:
1Selecteer het type grondstoffen;
2 het aandeel van verschillende soorten grondstoffen bepalen;
3 het bepalen van de deeltjesgroottesamenstelling van de vaste grondstof;
4 bepaal de hoeveelheid bindmiddel;
5 Bepaal het type en de hoeveelheid additieven.
Kneden: het mengen en kwantificeren van koolstofhoudende korrels en poeders van verschillende deeltjesgrootte met een bepaalde hoeveelheid bindmiddel bij een bepaalde temperatuur, en het kneden van de plasticiteitspasta in een proces dat kneden wordt genoemd.
Kneedproces: droog mengen (20-35 min) nat mengen (40-55 min)
De rol van kneden:
1 Bij droog mengen worden de verschillende grondstoffen gelijkmatig gemengd en worden de vaste koolstofhoudende materialen met verschillende deeltjesgroottes gelijkmatig gemengd en gevuld om de compactheid van het mengsel te verbeteren;
2 Na toevoeging van koolteerpek worden het droge materiaal en het asfalt gelijkmatig gemengd. Het vloeibare asfalt bedekt en bevochtigt het oppervlak van de korrels gelijkmatig om een laag asfalthechtlaag te vormen, en alle materialen worden aan elkaar gebonden om een homogene plastic vlek te vormen. Bevorderlijk voor het vormen;
Drie delen koolteerpek dringen door in de binnenruimte van het koolstofhoudende materiaal, waardoor de dichtheid en cohesie van de pasta verder toenemen.
Vormen: Het vormen van koolstofmateriaal verwijst naar het proces van het plastisch vervormen van de geknede koolstofpasta onder de externe kracht die door de vormapparatuur wordt uitgeoefend om uiteindelijk een groen lichaam (of ruw product) te vormen met een bepaalde vorm, grootte, dichtheid en sterkte. proces.
Soorten vormen, apparatuur en geproduceerde producten:
Vormmethode
Gemeenschappelijke uitrusting
belangrijkste producten
Vormen
Verticale hydraulische pers
Elektrische koolstof, laagwaardig grafiet met fijne structuur
Knijpen
Horizontale hydraulische extruder
Schroefextruder
Grafietelektrode, vierkante elektrode
Trillingsgieten
Trilvormmachine
Aluminium koolstofsteen, hoogovenkoolstofsteen
Isostatisch persen
Isostatische vormmachine
Isotroop grafiet, anisotroop grafiet
Knijpbediening
1 koel materiaal: schijfkoelmateriaal, cilinderkoelmateriaal, meng- en kneedkoelmaterialen, enz.
Laat de vluchtige stoffen ontsnappen, verlaag tot een geschikte temperatuur (90-120 ° C) om de hechting te vergroten, zodat de blokkerigheid van de pasta gedurende 20-30 minuten uniform is
2 Laden: pers-liftschot —– 2-3 keer snijden —-4-10 MPa verdichting
3 voordruk: druk 20-25 MPa, tijd 3-5 minuten, tijdens het stofzuigen
4 extrusie: druk het schot -5-15MPa extrusie - gesneden - in de koelgootsteen
Technische parameters van extrusie: compressieverhouding, perskamer- en mondstuktemperatuur, koeltemperatuur, voorspandruktijd, extrusiedruk, extrusiesnelheid, koelwatertemperatuur
Groene lichaamsinspectie: bulkdichtheid, uiterlijktappen, analyse
Calcineren: het is een proces waarbij het groene lichaam van het koolstofproduct wordt gevuld in een speciaal ontworpen verwarmingsoven onder de bescherming van de vulstof om een warmtebehandeling bij hoge temperatuur uit te voeren om het steenkoolpek in het groene lichaam te carboniseren. De bitumencokes die wordt gevormd na de carbonisatie van het steenkoolbitumen stolt het koolstofhoudende aggregaat en de poederdeeltjes samen, en het gecalcineerde koolstofproduct heeft een hoge mechanische sterkte, lage elektrische weerstand, goede thermische stabiliteit en chemische stabiliteit. .
Calcineren is een van de belangrijkste processen bij de productie van koolstofproducten en is ook een belangrijk onderdeel van de drie belangrijkste warmtebehandelingsprocessen bij de productie van grafietelektroden. De productiecyclus van het calcineren is lang (22-30 dagen voor bakken, 5-20 dagen voor ovens voor 2 bakken) en een hoger energieverbruik. De kwaliteit van het groenbranden heeft invloed op de kwaliteit van het eindproduct en de productiekosten.
Het groene steenkoolpek in het groene lichaam wordt tijdens het roostproces verkookst en ongeveer 10% van de vluchtige stoffen wordt afgevoerd, en het volume wordt geproduceerd door 2-3% krimp, en het massaverlies is 8-10%. De fysische en chemische eigenschappen van de koolstofstaaf veranderden ook aanzienlijk. De porositeit daalde van 1,70 g/cm3 naar 1,60 g/cm3 en de soortelijke weerstand daalde van 10.000 μΩ·m naar 40-50 μΩ·m als gevolg van de toename van de porositeit. De mechanische sterkte van de gecalcineerde knuppel was ook groot. Voor verbetering.
Het secundaire bakken is een proces waarbij het gecalcineerde product wordt ondergedompeld en vervolgens wordt gecalcineerd om de pek die is ondergedompeld in de poriën van het gecalcineerde product te carboniseren. Elektroden die een hogere bulkdichtheid vereisen (alle varianten behalve RP) en onbewerkte verbindingen moeten bibaked worden, en de onbewerkte verbindingen worden ook onderworpen aan drie-dip-vier-bak of twee-dip drie-bak.
Type hoofdoven van koffiebrander:
Continubedrijf - ringoven (met deksel, zonder deksel), tunneloven
Onderbroken werking - omgekeerde oven, braadpan onder de vloer, braadpan
Calcinatiecurve en maximale temperatuur:
Eenmalig braden – 320, 360, 422, 480 uur, 1250 °C
Secundair branden – 125, 240, 280 uur, 700-800 °C
Inspectie van gebakken producten: uiterlijktappen, elektrische weerstand, bulkdichtheid, druksterkte, analyse van de interne structuur
Impregneren is een proces waarbij een koolstofmateriaal in een drukvat wordt geplaatst en de vloeibare impregneerpek onder bepaalde temperatuur- en drukomstandigheden in de poriën van de productelektrode wordt ondergedompeld. Het doel is om de porositeit van het product te verminderen, de bulkdichtheid en mechanische sterkte van het product te vergroten en de elektrische en thermische geleidbaarheid van het product te verbeteren.
Het impregnatieproces en de bijbehorende technische parameters zijn: roosteren van knuppels – oppervlaktereiniging – voorverwarmen (260-380 °C, 6-10 uur) – laden van de impregneertank – stofzuigen (8-9KPa, 40-50min) – injectie van bitumen (180 -200 °C) – Drukverhoging (1,2-1,5 MPa, 3-4 uur) – Terugkeer naar asfalt – Koeling (binnen of buiten de tank)
Inspectie van geïmpregneerde producten: gewichtstoename door impregnatie G=(W2-W1)/W1×100%
Eén dip in gewichtstoename ≥14%
Gewichtstoename van secundair geïmpregneerd product ≥ 9%
Drie dompelproducten gewichtstoename ≥ 5%
Grafitisering verwijst naar een warmtebehandelingsproces bij hoge temperatuur waarbij een koolstofproduct wordt verwarmd tot een temperatuur van 2300 ° C of meer in een beschermend medium in een elektrische oven op hoge temperatuur om een amorfe gelaagde koolstofstructuur om te zetten in een driedimensionaal geordend koolstofproduct. grafietkristalstructuur.
Het doel en effect van grafitisering:
1 verbetering van de geleidbaarheid en thermische geleidbaarheid van het koolstofmateriaal (de soortelijke weerstand wordt 4-5 keer verminderd en de thermische geleidbaarheid wordt ongeveer 10 keer verhoogd);
2 verbetering van de thermische schokbestendigheid en chemische stabiliteit van het koolstofmateriaal (lineaire uitzettingscoëfficiënt verminderd met 50-80%);
3 om het koolstofmateriaal smerend en slijtvast te maken;
4 Uitlaatonzuiverheden, verbeteren de zuiverheid van het koolstofmateriaal (het asgehalte van het product wordt verlaagd van 0,5-0,8% tot ongeveer 0,3%).
De realisatie van het grafitiseringsproces:
De grafitisering van koolstofmateriaal wordt uitgevoerd bij een hoge temperatuur van 2300-3000 °C, dus dit kan alleen worden gerealiseerd door elektrische verwarming in de industrie, dat wil zeggen dat de stroom rechtstreeks door het verwarmde gecalcineerde product gaat en het gecalcineerde product wordt geladen in de oven wordt gegenereerd door de elektrische stroom bij een hoge temperatuur. De geleider is opnieuw een object dat tot een hoge temperatuur wordt verwarmd.
Ovens die momenteel veel worden gebruikt, zijn onder meer Acheson-grafietovens en interne warmtecascade-ovens (LWG-ovens). De eerste heeft een groot vermogen, een groot temperatuurverschil en een hoog stroomverbruik. Deze laatste heeft een korte opwarmtijd, een laag energieverbruik, een uniforme elektrische weerstand en is niet geschikt voor montage.
De controle van het grafitiseringsproces wordt gecontroleerd door het meten van de elektrische vermogenscurve die geschikt is voor de temperatuurstijging. De stroomtoevoertijd bedraagt 50-80 uur voor de Acheson-oven en 9-15 uur voor de LWG-oven.
Het stroomverbruik van grafitisering is erg groot, over het algemeen 3200-4800 kWh, en de proceskosten bedragen ongeveer 20-35% van de totale productiekosten.
Inspectie van gegrafitiseerde producten: tappen op uiterlijk, weerstandstest
Bewerking: Het doel van mechanische bewerking van koolstofgrafietmaterialen is het bereiken van de vereiste grootte, vorm, precisie, enz. door te snijden om het elektrodelichaam en de verbindingen te maken in overeenstemming met de gebruiksvereisten.
De verwerking van grafietelektroden is verdeeld in twee onafhankelijke verwerkingsprocessen: elektrodelichaam en gewricht.
De lichaamsverwerking omvat drie stappen: kotteren en ruw vlak kopvlak, buitencirkel en vlak kopvlak en freesdraad. De verwerking van conische verbindingen kan worden onderverdeeld in 6 processen: snijden, vlak uiteinde, autokegelvlak, freesdraad, boorbout en gleufsteken.
Verbinding van elektrodeverbindingen: conische verbindingsverbinding (drie gespen en één gesp), cilindrische verbindingsverbinding, bultverbinding (mannelijke en vrouwelijke verbinding)
Controle van de nauwkeurigheid van de bewerking: afwijking van de tapsheid van de draad, spoed van de draad, afwijking van de verbinding (gat) met grote diameter, coaxialiteit van het verbindingsgat, verticaliteit van het verbindingsgat, vlakheid van het uiteinde van de elektrode, vierpuntsafwijking van de verbinding. Controleer met speciale ringmaten en plaatmaten.
Inspectie van afgewerkte elektroden: nauwkeurigheid, gewicht, lengte, diameter, bulkdichtheid, weerstand, tolerantie voor montage, enz.
Posttijd: 31 oktober 2019