Grafittelektrode er et høytemperaturbestandig grafittledende materiale produsert ved petroleumsknaing, nålkoks som tilslag og kullbitumen som bindemiddel, som produseres gjennom en rekke prosesser som elting, støping, steking, impregnering, grafitisering og mekanisk prosessering. materiale.
Grafittelektroden er et viktig høytemperaturledende materiale for elektrisk stålproduksjon. Grafittelektroden brukes til å tilføre elektrisk energi til den elektriske ovnen, og den høye temperaturen som genereres av buen mellom elektrodeenden og ladningen, brukes som varmekilde for å smelte ladningen for stålfremstilling. Andre malmovner som smelter materialer som gult fosfor, industriell silisium og slipemidler bruker også grafittelektroder som ledende materialer. De utmerkede og spesielle fysiske og kjemiske egenskapene til grafittelektroder er også mye brukt i andre industrisektorer.
Råvarene for produksjon av grafittelektroder er petroleumskoks, nålkoks og kulltjærebek.
Petroleumskoks er et brennbart fast produkt som oppnås ved koksing av kullrester og petroleumsbek. Fargen er svart og porøs, hovedelementet er karbon, og askeinnholdet er svært lavt, generelt under 0,5 %. Petroleumskoks tilhører klassen av lett grafitisert karbon. Petroleumskoks har et bredt spekter av bruksområder i kjemisk og metallurgisk industri. Det er hovedråstoffet for produksjon av kunstige grafittprodukter og karbonprodukter for elektrolytisk aluminium.
Petroleumskoksen kan deles inn i to typer: råkoks og kalsinert koks i henhold til varmebehandlingstemperaturen. Den tidligere petroleumskoksen oppnådd ved forsinket koksing inneholder en stor mengde flyktige stoffer, og den mekaniske styrken er lav. Den kalsinerte koks oppnås ved kalsinering av råkoks. De fleste raffinerier i Kina produserer kun koks, og kalsineringsoperasjoner utføres for det meste i karbonanlegg.
Petroleumskoks kan deles inn i koks med høyt svovelinnhold (som inneholder mer enn 1,5 % svovel), middels svovelkoks (inneholder 0,5 %-1,5 % svovel) og koks med lavt svovelinnhold (inneholder mindre enn 0,5 % svovel). Produksjonen av grafittelektroder og andre kunstige grafittprodukter produseres vanligvis ved bruk av koks med lavt svovelinnhold.
Nålkoks er en slags høykvalitetskoks med åpenbar fibrøs tekstur, svært lav termisk ekspansjonskoeffisient og enkel grafitisering. Når koksen er knust, kan den deles i slanke strimler i henhold til tekstur (sideforholdet er vanligvis over 1,75). En anisotrop fibrøs struktur kan observeres under et polariserende mikroskop, og blir derfor referert til som nålkoks.
Anisotropien til fysisk-mekaniske egenskaper til nålkoks er veldig åpenbar. Den har god elektrisk og termisk ledningsevne parallelt med partikkelens langakseretning, og termisk utvidelseskoeffisient er lav. Ved ekstruderingsstøping er langaksen til de fleste partikler anordnet i ekstruderingsretningen. Derfor er nålkoks nøkkelråmaterialet for produksjon av høyeffekts- eller ultra-høyeffekts grafittelektroder. Den produserte grafittelektroden har lav resistivitet, liten termisk ekspansjonskoeffisient og god termisk støtmotstand.
Nålkoks er delt inn i oljebasert nålkoks produsert av petroleumsrester og kullbasert nålkoks produsert av raffinerte kullbekråvarer.
Kulltjære er et av hovedproduktene for dypbehandling av kulltjære. Det er en blanding av forskjellige hydrokarboner, svart ved høy temperatur, halvfast eller fast ved høy temperatur, uten fast smeltepunkt, myknet etter oppvarming og deretter smeltet, med en tetthet på 1,25-1,35 g/cm3. I henhold til mykningspunktet er den delt inn i lav temperatur, middels temperatur og høy temperatur asfalt. Middels temperatur asfaltutbytte er 54-56 % steinkulltjære. Sammensetningen av kulltjære er ekstremt komplisert, noe som er relatert til egenskapene til kulltjære og innholdet av heteroatomer, og påvirkes også av koksprosesssystemet og kulltjæreprosesseringsforholdene. Det er mange indikatorer for karakterisering av kulltjærebek, som bitumenmykningspunkt, toluen-uløselige stoffer (TI), kinolin-uløselige stoffer (QI), koksverdier og kullbek-reologi.
Kulltjære brukes som bindemiddel og impregneringsmiddel i karbonindustrien, og ytelsen har stor innvirkning på produksjonsprosessen og produktkvaliteten til karbonprodukter. Bindeasfalten bruker generelt en middels temperatur eller middels temperatur modifisert asfalt med et moderat mykningspunkt, en høy forkoksingsverdi og en høy β-harpiks. Impregneringsmidlet er en middels temperatur asfalt med lavt mykningspunkt, lav QI og gode reologiske egenskaper.
Følgende bilde viser produksjonsprosessen for grafittelektrode i karbonbedrift.
Kalsinering: Det karbonholdige råmaterialet varmebehandles ved høy temperatur for å slippe ut fuktigheten og det flyktige materialet som finnes deri, og produksjonsprosessen som tilsvarer forbedringen av den opprinnelige kokeytelsen kalles kalsinering. Generelt kalsineres det karbonholdige råmaterialet ved å bruke gass og egne flyktige stoffer som varmekilde, og maksimal temperatur er 1250-1350 °C.
Kalsinering gjør dyptgripende endringer i strukturen og de fysisk-kjemiske egenskapene til karbonholdige råvarer, hovedsakelig for å forbedre tettheten, den mekaniske styrken og den elektriske ledningsevnen til koks, forbedre den kjemiske stabiliteten og oksidasjonsmotstanden til koks, og legger grunnlaget for den påfølgende prosessen. .
Kalsinert utstyr omfatter hovedsakelig tankkalsiner, roterovn og elektrisk kalsinering. Kvalitetskontrollindeksen for kalsinering er at den sanne tettheten til petroleumskoks ikke er mindre enn 2,07 g/cm3, resistiviteten er ikke mer enn 550 μΩ.m, den sanne tettheten til nålkoks er ikke mindre enn 2,12 g/cm3, og resistivitet er ikke mer enn 500μΩ.m.
Råstoffknusing og ingredienser
Før batchingen må den bulkkalsinerte petroleumskoksen og nålkoksen knuses, males og siktes.
Middelknusingen utføres vanligvis ved å knuse utstyr på ca. 50 mm gjennom en kjeveknuser, en hammerknuser, en valseknuser og lignende for ytterligere å knuse 0,5-20 mm størrelse materialet som kreves for satsingen.
Fresing er en prosess for å male et karbonholdig materiale til en pulveraktig liten partikkel på 0,15 mm eller mindre og en partikkelstørrelse på 0,075 mm eller mindre ved hjelp av en ringvalsemølle av suspensjon (Raymond-mølle), en kulemølle eller lignende .
Siling er en prosess der et bredt spekter av materialer etter en knusing deles inn i flere partikkelstørrelsesområder med et smalt spekter av størrelser gjennom en serie sikter med jevne åpninger. Gjeldende elektrodeproduksjon krever vanligvis 4-5 pellets og 1-2 pulverkvaliteter.
Ingredienser er produksjonsprosessene for å beregne, veie og fokusere de ulike aggregatene av aggregater og pulvere og bindemidler i henhold til formuleringskravene. Den vitenskapelige egnetheten til formuleringen og stabiliteten til batchoperasjonen er blant de viktigste faktorene som påvirker kvalitetsindeksen og ytelsen til produktet.
Formelen må bestemme 5 aspekter:
1Velg type råvarer;
2 bestemme andelen av ulike typer råvarer;
3 bestemme partikkelstørrelsessammensetningen til det faste råmaterialet;
4 bestemme mengden av bindemiddel;
5 Bestem type og mengde tilsetningsstoffer.
Elting: Blanding og kvantifisering av ulike partikkelstørrelser karbonholdige granuler og pulver med en viss mengde bindemiddel ved en viss temperatur, og elting av plastisitetspastaen til en prosess som kalles elting.
Elteprosess: tørrblanding (20-35 min) våtblanding (40-55 min)
Rollen til elting:
1 Ved tørrblanding blandes de forskjellige råmaterialene jevnt, og de faste karbonholdige materialene med forskjellige partikkelstørrelser blir jevnt blandet og fylt for å forbedre kompaktheten til blandingen;
2 Etter tilsetning av kulltjærebek blandes det tørre materialet og asfalten jevnt. Den flytende asfalten dekker og fukter overflaten av granulene jevnt for å danne et lag med asfaltbindende lag, og alle materialene bindes til hverandre for å danne et homogent plastutstryk. Bidrar til støping;
3 deler kulltjærebek trenger inn i det indre rommet av det karbonholdige materialet, og øker tettheten og kohesiviteten til pastaen ytterligere.
Støping: Støping av karbonmateriale refererer til prosessen med å plastisk deformere den eltede karbonpastaen under den ytre kraften som påføres av støpeutstyret for til slutt å danne en grønn kropp (eller råprodukt) med en viss form, størrelse, tetthet og styrke. behandle.
Typer støping, utstyr og produkter produsert:
Støpemetode
Felles utstyr
hovedprodukter
Støping
Vertikal hydraulisk presse
Elektrisk karbon, lavgradig finstrukturgrafitt
Klemme
Horisontal hydraulisk ekstruder
Skrueekstruder
Grafittelektrode, firkantet elektrode
Vibrasjonsstøping
Vibrasjonsstøpemaskin
Aluminium karbon murstein, masovn karbon murstein
Isostatisk pressing
Isostatisk støpemaskin
Isotrop grafitt, anisotrop grafitt
Klemoperasjon
1 kjølig materiale: skivekjølemateriale, sylinderkjølemateriale, blanding og elting av kjølematerialer, etc.
Tøm ut de flyktige stoffene, reduser til en passende temperatur (90-120 ° C) for å øke vedheften, slik at blokkigheten til pastaen er jevn i 20-30 min.
2 Lasting: trykk løft baffel —– 2-3 ganger kutting—-4-10MPa komprimering
3 fortrykk: trykk 20-25MPa, tid 3-5min, under støvsuging
4 ekstrudering: trykk ned ledeplaten —5-15MPa ekstrudering — kutt — inn i kjølevasken
Tekniske parametere for ekstrudering: kompresjonsforhold, trykkkammer og dysetemperatur, kjøletemperatur, forspenningstrykktid, ekstruderingstrykk, ekstruderingshastighet, kjølevannstemperatur
Inspeksjon av grønn kropp: massetetthet, tapping av utseende, analyse
Kalsinering: Det er en prosess der karbonproduktets grønne kropp fylles i en spesialdesignet varmeovn under beskyttelse av fyllstoffet for å utføre høytemperatur varmebehandling for å karbonisere kullbeken i den grønne kroppen. Bitumenkoksen dannet etter karboniseringen av kullbitumenet størkner karbontilslaget og pulverpartiklene sammen, og det kalsinerte karbonproduktet har høy mekanisk styrke, lav elektrisk resistivitet, god termisk stabilitet og kjemisk stabilitet. .
Kalsinering er en av hovedprosessene i produksjonen av karbonprodukter, og er også en viktig del av de tre store varmebehandlingsprosessene ved produksjon av grafittelektroder. Kalsineringsproduksjonssyklusen er lang (22-30 dager for baking, 5-20 dager for ovner for 2 baking), og høyere energiforbruk. Kvaliteten på grønn steking har innvirkning på kvaliteten på det ferdige produktet og kostnadene ved produksjon.
Grønnkullbeken i det grønne legemet kokes under brenneprosessen, og ca. 10% av det flyktige materialet slippes ut, og volumet produseres ved 2-3% krymping, og massetapet er 8-10%. De fysiske og kjemiske egenskapene til karbonemnet endret seg også betydelig. Porøsiteten sank fra 1,70 g/cm3 til 1,60 g/cm3 og resistiviteten sank fra 10000 μΩ·m til 40-50 μΩ·m på grunn av økningen av porøsiteten. Den mekaniske styrken til det kalsinerte emnet var også stor. For forbedring.
Den sekundære bakingen er en prosess der det kalsinerte produktet neddykkes og deretter kalsineres for å karbonisere beget nedsenket i porene til det kalsinerte produktet. Elektroder som krever høyere bulktetthet (alle varianter unntatt RP) og skjøteemner må bibakes, og skjøteemnene utsettes også for three-dip four-bake eller two-dip three-bake.
Hovedovnstype stekeovn:
Kontinuerlig drift—-ringovn (med deksel, uten deksel), tunnelovn
Intermitterende drift—-omvendt ovn, stekeovn under gulv, bokssteker
Kalsineringskurve og maksimal temperatur:
Engangssteking—-320, 360, 422, 480 timer, 1250 °C
Sekundær steking—-125, 240, 280 timer, 700-800 °C
Inspeksjon av bakte produkter: utseendetapping, elektrisk resistivitet, bulkdensitet, trykkfasthet, intern strukturanalyse
Impregnering er en prosess der et karbonmateriale plasseres i en trykkbeholder og det flytende impregneringsbek nedsenkes i porene på produktelektroden under visse temperatur- og trykkforhold. Hensikten er å redusere porøsiteten til produktet, øke bulkdensiteten og den mekaniske styrken til produktet, og forbedre produktets elektriske og termiske ledningsevne.
Impregneringsprosessen og relaterte tekniske parametere er: stekeemne – overflaterengjøring – forvarming (260-380 °C, 6-10 timer) – lasting av impregneringstanken – støvsuging (8-9KPa, 40-50min) – Injeksjon av bitumen (180) -200 °C) – Trykksetting (1,2-1,5 MPa, 3-4 timer) – Gå tilbake til asfalt – Kjøling (inne eller utenfor tanken)
Inspeksjon av impregnerte produkter: vektøkningsgrad for impregnering G=(W2-W1)/W1×100 %
Én dypping vektøkning ≥14 %
Sekundært impregnert produkt vektøkning ≥ 9 %
Tre dyppeprodukter vektøkningsrate ≥ 5 %
Grafitisering refererer til en høytemperatur varmebehandlingsprosess der et karbonprodukt varmes opp til en temperatur på 2300 ° C eller mer i et beskyttende medium i en høytemperatur elektrisk ovn for å konvertere en amorf lagdelt strukturkarbon til en tredimensjonal ordnet grafitt krystallstruktur.
Hensikten og effekten av grafitisering:
1 forbedre ledningsevnen og varmeledningsevnen til karbonmaterialet (resistiviteten reduseres med 4-5 ganger, og den termiske ledningsevnen økes med omtrent 10 ganger);
2 forbedre den termiske støtmotstanden og kjemiske stabiliteten til karbonmaterialet (lineær ekspansjonskoeffisient redusert med 50-80%);
3 for å gjøre karbonmaterialet smøreevne og slitestyrke;
4 Eksos urenheter, forbedre renheten til karbonmaterialet (askeinnholdet i produktet reduseres fra 0,5-0,8% til ca. 0,3%).
Realiseringen av grafitiseringsprosessen:
Grafitiseringen av karbonmateriale utføres ved en høy temperatur på 2300-3000 °C, så den kan bare realiseres ved elektrisk oppvarming i industrien, det vil si at strømmen går direkte gjennom det oppvarmede kalsinerte produktet, og det kalsinerte produktet lades inn i ovnen genereres av den elektriske strømmen ved høy temperatur. Lederen er igjen en gjenstand som varmes opp til høy temperatur.
Ovner som for tiden er mye brukt inkluderer Acheson grafitiseringsovner og intern varmekaskade (LWG) ovner. Førstnevnte har stor effekt, stor temperaturforskjell og høyt strømforbruk. Sistnevnte har kort oppvarmingstid, lavt strømforbruk, jevn elektrisk resistivitet, og er ikke egnet for montering.
Kontrollen av grafitiseringsprosessen styres ved å måle den elektriske effektkurven som er egnet for temperaturstigningstilstanden. Strømforsyningstiden er 50-80 timer for Acheson-ovnen og 9-15 timer for LWG-ovnen.
Strømforbruket ved grafitisering er veldig stort, generelt 3200-4800KWh, og prosesskostnadene utgjør omtrent 20-35% av den totale produksjonskostnaden.
Inspeksjon av grafittiserte produkter: utseendetapping, resistivitetstest
Maskinering: Formålet med mekanisk bearbeiding av karbongrafittmaterialer er å oppnå den nødvendige størrelsen, formen, presisjonen osv. ved å kutte for å lage elektrodekroppen og leddene i samsvar med brukskravene.
Grafittelektrodebehandling er delt inn i to uavhengige prosesseringsprosesser: elektrodekropp og ledd.
Kroppsbehandlingen inkluderer tre trinn med kjedelig og grov flat endeflate, ytre sirkel og flat endeflate og fresetråd. Behandlingen av konisk skjøt kan deles inn i 6 prosesser: skjæring, flat endeflate, bilkjegleflate, fresegjenger, borebolt og slisse.
Tilkobling av elektrodeforbindelser: konisk skjøtforbindelse (tre spenner og en spenne), sylindrisk skjøtkobling, bumpforbindelse (hann- og hunnkobling)
Kontroll av maskineringsnøyaktighet: gjengeavvik, gjengestigning, skjøt (hull) stor diameteravvik, skjøthulls koaksialitet, skjøtehullets vertikalitet, flathet på elektrodeendeflaten, skjøt firepunktsavvik. Sjekk med spesielle ringmålere og platemålere.
Inspeksjon av ferdige elektroder: nøyaktighet, vekt, lengde, diameter, bulkdensitet, resistivitet, toleranse før montering, etc.
Innleggstid: 31. oktober 2019