O eletrodo de grafite é um material condutor de grafite resistente a altas temperaturas produzido por amassamento de petróleo, coque agulhado como agregado e betume de carvão como aglutinante, que são produzidos por meio de uma série de processos como amassamento, moldagem, torrefação, impregnação, grafitização e processamento mecânico. material.
O eletrodo de grafite é um importante material condutor de alta temperatura para a siderurgia elétrica. O eletrodo de grafite é usado para fornecer energia elétrica ao forno elétrico, e a alta temperatura gerada pelo arco entre a extremidade do eletrodo e a carga é usada como fonte de calor para derreter a carga para a fabricação de aço. Outros fornos de minério que fundem materiais como fósforo amarelo, silício industrial e abrasivos também usam eletrodos de grafite como materiais condutores. As excelentes e especiais propriedades físicas e químicas dos eletrodos de grafite também são amplamente utilizadas em outros setores industriais.
As matérias-primas para a produção de eletrodos de grafite são coque de petróleo, coque agulha e piche de alcatrão de carvão.
O coque de petróleo é um produto sólido inflamável obtido a partir de resíduos de carvão metalúrgico e piche de petróleo. A cor é preta e porosa, o elemento principal é o carbono e o teor de cinzas é muito baixo, geralmente abaixo de 0,5%. O coque de petróleo pertence à classe dos carbonos facilmente grafitados. O coque de petróleo tem uma ampla gama de utilizações nas indústrias química e metalúrgica. É a principal matéria-prima para a produção de produtos artificiais de grafite e produtos de carbono para alumínio eletrolítico.
O coque de petróleo pode ser dividido em dois tipos: coque bruto e coque calcinado de acordo com a temperatura de tratamento térmico. O antigo coque de petróleo obtido por coqueamento retardado contém grande quantidade de voláteis e a resistência mecânica é baixa. O coque calcinado é obtido pela calcinação do coque bruto. A maioria das refinarias na China produz apenas coque e as operações de calcinação são realizadas principalmente em fábricas de carbono.
O coque de petróleo pode ser dividido em coque com alto teor de enxofre (contendo mais de 1,5% de enxofre), coque com médio teor de enxofre (contendo 0,5% -1,5% de enxofre) e coque com baixo teor de enxofre (contendo menos de 0,5% de enxofre). A produção de eletrodos de grafite e outros produtos artificiais de grafite é geralmente produzida com coque com baixo teor de enxofre.
O coque agulha é um tipo de coque de alta qualidade com textura fibrosa óbvia, coeficiente de expansão térmica muito baixo e fácil grafitização. Quando o coque é quebrado, ele pode ser dividido em tiras delgadas de acordo com a textura (a proporção geralmente é superior a 1,75). Uma estrutura fibrosa anisotrópica pode ser observada sob um microscópio polarizador e, portanto, é chamada de coque de agulha.
A anisotropia das propriedades físico-mecânicas do coque agulha é muito óbvia. Possui boa condutividade elétrica e térmica paralela à direção do eixo longo da partícula e o coeficiente de expansão térmica é baixo. Na moldagem por extrusão, o longo eixo da maioria das partículas é disposto na direção da extrusão. Portanto, o coque agulha é a principal matéria-prima para a fabricação de eletrodos de grafite de alta ou ultra-alta potência. O eletrodo de grafite produzido possui baixa resistividade, pequeno coeficiente de expansão térmica e boa resistência ao choque térmico.
O coque agulha é dividido em coque agulha à base de óleo produzido a partir de resíduos de petróleo e coque agulha à base de carvão produzido a partir de matérias-primas de breu de carvão refinado.
O alcatrão de carvão é um dos principais produtos do processamento profundo do alcatrão de carvão. É uma mistura de vários hidrocarbonetos, pretos em alta temperatura, semissólidos ou sólidos em alta temperatura, sem ponto de fusão fixo, amolecidos após aquecimento e depois derretidos, com densidade de 1,25-1,35 g/cm3. De acordo com seu ponto de amolecimento, é dividido em asfalto de baixa temperatura, média temperatura e alta temperatura. O rendimento do asfalto em média temperatura é de 54-56% de alcatrão de carvão. A composição do alcatrão de carvão é extremamente complicada, o que está relacionado às propriedades do alcatrão de carvão e ao conteúdo de heteroátomos, e também é afetado pelo sistema de processo de coqueamento e pelas condições de processamento do alcatrão de carvão. Existem muitos indicadores para caracterizar o piche de alcatrão de carvão, como ponto de amolecimento do betume, insolúveis em tolueno (TI), insolúveis em quinolina (QI), valores de coque e reologia do piche de carvão.
O alcatrão de carvão é utilizado como aglutinante e impregnante na indústria de carbono e seu desempenho tem grande impacto no processo de produção e na qualidade dos produtos de carbono. O asfalto aglutinante geralmente utiliza um asfalto modificado de média temperatura ou média temperatura tendo um ponto de amolecimento moderado, um alto valor de coqueamento e uma resina β alta. O agente impregnante é um asfalto de média temperatura com baixo ponto de amolecimento, baixo QI e boas propriedades reológicas.
A imagem a seguir mostra o processo de produção do eletrodo de grafite na empresa de carbono.
Calcinação: A matéria-prima carbonácea é tratada termicamente em alta temperatura para descarregar a umidade e a matéria volátil nela contida, e o processo de produção correspondente à melhoria do desempenho original do cozimento é denominado calcinação. Geralmente, a matéria-prima carbonácea é calcinada utilizando gás e seus próprios voláteis como fonte de calor, e a temperatura máxima é de 1250-1350 °C.
A calcinação provoca mudanças profundas na estrutura e nas propriedades físico-químicas das matérias-primas carbonáceas, principalmente na melhoria da densidade, resistência mecânica e condutividade elétrica do coque, melhorando a estabilidade química e a resistência à oxidação do coque, estabelecendo as bases para o processo subsequente. .
O equipamento calcinado inclui principalmente calcinador de tanque, forno rotativo e calcinador elétrico. O índice de controle de qualidade da calcinação é que a densidade real do coque de petróleo não é inferior a 2,07g/cm3, a resistividade não é superior a 550μΩ.m, a densidade real do coque agulha não é inferior a 2,12g/cm3, e o a resistividade não é superior a 500μΩ.m.
Trituração de matérias-primas e ingredientes
Antes da dosagem, o coque de petróleo calcinado a granel e o coque agulha devem ser triturados, moídos e peneirados.
A britagem média é geralmente realizada por equipamento de britagem de cerca de 50 mm através de um britador de mandíbula, um britador de martelo, um britador de rolo e similares para esmagar ainda mais o material de tamanho de 0,5-20 mm necessário para a dosagem.
A moagem é um processo de moagem de um material carbonáceo até uma pequena partícula pulverulenta de 0,15 mm ou menos e um tamanho de partícula de 0,075 mm ou menos por meio de um moinho de rolos de anel do tipo suspensão (moinho Raymond), um moinho de bolas ou semelhante .
A peneiração é um processo no qual uma ampla gama de materiais após a britagem é dividida em diversas faixas de tamanho de partícula com uma estreita faixa de tamanhos através de uma série de peneiras com aberturas uniformes. A produção atual de eletrodos geralmente requer 4-5 pellets e 1-2 tipos de pó.
Ingredientes são os processos de produção para calcular, pesar e concentrar os diversos agregados de agregados e pós e ligantes de acordo com os requisitos da formulação. A adequação científica da formulação e a estabilidade da operação de dosagem estão entre os fatores mais importantes que afetam o índice de qualidade e o desempenho do produto.
A fórmula precisa determinar 5 aspectos:
1Selecione o tipo de matéria-prima;
2 determinar a proporção de diferentes tipos de matérias-primas;
3 determinação da composição granulométrica da matéria-prima sólida;
4 determinar a quantidade de ligante;
5 Determine o tipo e a quantidade de aditivos.
Amassar: Misturar e quantificar grânulos e pós carbonáceos de vários tamanhos de partículas com uma certa quantidade de aglutinante a uma determinada temperatura e amassar a pasta de plasticidade em um processo chamado amassamento.
Processo de amassamento: mistura seca (20-35 min) mistura úmida (40-55 min)
O papel de amassar:
1 Ao misturar a seco, as várias matérias-primas são misturadas uniformemente, e os materiais carbonáceos sólidos de diferentes tamanhos de partículas são misturados e preenchidos uniformemente para melhorar a compactação da mistura;
2 Após a adição de piche de alcatrão de carvão, o material seco e o asfalto são misturados uniformemente. O asfalto líquido reveste e molha uniformemente a superfície dos grânulos para formar uma camada de ligação asfáltica, e todos os materiais são ligados uns aos outros para formar uma mancha plástica homogênea. Propício à moldagem;
3 partes de piche de carvão penetram no espaço interno do material carbonáceo, aumentando ainda mais a densidade e a coesão da pasta.
Moldagem: A moldagem de material de carbono refere-se ao processo de deformação plástica da pasta de carbono amassada sob a força externa aplicada pelo equipamento de moldagem para finalmente formar um corpo verde (ou produto bruto) com uma determinada forma, tamanho, densidade e resistência. processo.
Tipos de moldagem, equipamentos e produtos produzidos:
Método de moldagem
Equipamento comum
principais produtos
Moldagem
Prensa hidráulica vertical
Carbono elétrico, grafite de estrutura fina de baixo grau
Espremer
Extrusora hidráulica horizontal
Extrusora de parafuso
Eletrodo de grafite, eletrodo quadrado
Moldagem por vibração
Máquina de moldagem por vibração
Tijolo de carbono de alumínio, tijolo de carbono de alto-forno
Prensagem isostática
Máquina de moldagem isostática
Grafite isotrópica, grafite anisotrópica
Operação de compressão
1 material legal: material de resfriamento de disco, material de resfriamento de cilindro, mistura e amassamento de materiais de resfriamento, etc.
Descarregue os voláteis, reduza para uma temperatura adequada (90-120 ° C) para aumentar a adesão, de modo que o bloqueio da pasta seja uniforme por 20-30 min
2 Carregamento: defletor de elevação de pressão —– corte 2-3 vezes — compactação de 4-10MPa
3 pré-pressão: pressão 20-25MPa, tempo 3-5min, durante a aspiração
4 extrusão: pressione o defletor — extrusão de 5-15 MPa — corte — no dissipador de resfriamento
Parâmetros técnicos de extrusão: taxa de compressão, temperatura da câmara de prensagem e do bico, temperatura de resfriamento, tempo de pressão de pré-carga, pressão de extrusão, velocidade de extrusão, temperatura da água de resfriamento
Inspeção de corpo verde: densidade aparente, rosqueamento de aparência, análise
Calcinação: É um processo no qual o corpo verde do produto de carbono é preenchido em um forno de aquecimento especialmente projetado sob a proteção do enchimento para realizar tratamento térmico em alta temperatura para carbonizar o piche do carvão no corpo verde. O coque de betume formado após a carbonização do betume de carvão solidifica o agregado carbonáceo e as partículas de pó juntos, e o produto de carbono calcinado tem alta resistência mecânica, baixa resistividade elétrica, boa estabilidade térmica e estabilidade química. .
A calcinação é um dos principais processos na produção de produtos de carbono e também é uma parte importante dos três principais processos de tratamento térmico na produção de eletrodos de grafite. O ciclo de produção de calcinação é longo (22-30 dias para panificação, 5-20 dias para fornos para 2 panificação) e maior consumo de energia. A qualidade da torra verde tem impacto na qualidade do produto acabado e no custo de produção.
O piche de carvão verde no corpo verde é coqueado durante o processo de torrefação, e cerca de 10% da matéria volátil é descarregada, e o volume é produzido por encolhimento de 2-3% e a perda de massa é de 8-10%. As propriedades físicas e químicas do tarugo de carbono também mudaram significativamente. A porosidade diminuiu de 1,70 g/cm3 para 1,60 g/cm3 e a resistividade diminuiu de 10.000 μΩ·m para 40-50 μΩ·m devido ao aumento da porosidade. A resistência mecânica do tarugo calcinado também foi grande. Para melhorar.
O cozimento secundário é um processo no qual o produto calcinado é imerso e depois calcinado para carbonizar o piche imerso nos poros do produto calcinado. Eletrodos que exigem maior densidade aparente (todas as variedades, exceto RP) e peças em bruto de juntas devem ser bi-assados, e as peças em branco de juntas também são submetidas a três imersão em quatro cozimentos ou duas imersão em três cozimentos.
Tipo de forno principal do torrador:
Operação contínua — forno de anel (com tampa, sem tampa), forno de túnel
Operação intermitente - forno reverso, torrador sob o piso, torrador de caixa
Curva de calcinação e temperatura máxima:
Torrefação única - -320, 360, 422, 480 horas, 1250 °C
Torrefação secundária —-125, 240, 280 horas, 700-800 °C
Inspeção de produtos assados: rosqueamento de aparência, resistividade elétrica, densidade aparente, resistência à compressão, análise de estrutura interna
A impregnação é um processo no qual um material de carbono é colocado em um recipiente de pressão e o piche impregnante líquido é imerso nos poros do eletrodo do produto sob certas condições de temperatura e pressão. O objetivo é reduzir a porosidade do produto, aumentar a densidade aparente e a resistência mecânica do produto e melhorar a condutividade elétrica e térmica do produto.
O processo de impregnação e os parâmetros técnicos relacionados são: torrefação do tarugo – limpeza da superfície – pré-aquecimento (260-380 °C, 6-10 horas) – carregamento do tanque de impregnação – aspiração (8-9KPa, 40-50min) – Injeção de betume (180 -200 °C) – Pressurização (1,2-1,5 MPa, 3-4 horas) – Retorno ao asfalto – Resfriamento (dentro ou fora do tanque)
Inspeção de produtos impregnados: taxa de ganho de peso de impregnação G=(W2-W1)/W1×100%
Taxa de ganho de peso de uma imersão ≥14%
Taxa de ganho de peso do produto impregnado secundário ≥ 9%
Taxa de ganho de peso de três produtos de imersão ≥ 5%
Grafitização refere-se a um processo de tratamento térmico de alta temperatura no qual um produto de carbono é aquecido a uma temperatura de 2300 ° C ou mais em um meio protetor em um forno elétrico de alta temperatura para converter uma estrutura de carbono em camadas amorfas em um tridimensional ordenado estrutura cristalina de grafite.
O propósito e efeito da grafitização:
1 melhorar a condutividade e condutividade térmica do material de carbono (a resistividade é reduzida em 4-5 vezes e a condutividade térmica é aumentada em cerca de 10 vezes);
2 melhorar a resistência ao choque térmico e a estabilidade química do material de carbono (coeficiente de expansão linear reduzido em 50-80%);
3 para tornar o material de carbono lubricidade e resistência à abrasão;
4 Esgote as impurezas, melhore a pureza do material de carbono (o teor de cinzas do produto é reduzido de 0,5-0,8% para cerca de 0,3%).
A realização do processo de grafitização:
A grafitização do material de carbono é realizada em alta temperatura de 2300-3000 °C, portanto só pode ser realizada por aquecimento elétrico na indústria, ou seja, a corrente passa diretamente pelo produto calcinado aquecido, e o produto calcinado carregado no forno é gerado pela corrente elétrica em alta temperatura. O condutor é novamente um objeto que é aquecido a alta temperatura.
Os fornos atualmente amplamente utilizados incluem fornos de grafitização Acheson e fornos de cascata de calor interna (LWG). O primeiro tem uma grande produção, uma grande diferença de temperatura e um alto consumo de energia. Este último tem curto tempo de aquecimento, baixo consumo de energia, resistividade elétrica uniforme e não é adequado para montagem.
O controle do processo de grafitização é controlado medindo a curva de potência elétrica adequada para a condição de aumento de temperatura. O tempo de fornecimento de energia é de 50 a 80 horas para o forno Acheson e de 9 a 15 horas para o forno LWG.
O consumo de energia da grafitização é muito grande, geralmente 3.200-4.800 kWh, e o custo do processo representa cerca de 20-35% do custo total de produção.
Inspeção de produtos grafitados: rosqueamento de aparência, teste de resistividade
Usinagem: O objetivo da usinagem mecânica de materiais de grafite de carbono é atingir o tamanho, formato, precisão necessários, etc., cortando para fazer o corpo do eletrodo e as juntas de acordo com os requisitos de uso.
O processamento do eletrodo de grafite é dividido em dois processos de processamento independentes: corpo do eletrodo e junta.
O processamento do corpo inclui três etapas de mandrilamento e face final plana áspera, círculo externo e face final plana e rosca de fresamento. O processamento da junta cônica pode ser dividido em 6 processos: corte, face final plana, face cônica do carro, rosca de fresagem, parafuso de perfuração e ranhura.
Conexão de juntas de eletrodo: conexão de junta cônica (três fivelas e uma fivela), conexão de junta cilíndrica, conexão de colisão (conexão macho e fêmea)
Controle da precisão da usinagem: desvio cônico da rosca, passo da rosca, desvio de grande diâmetro da junta (furo), coaxialidade do furo da junta, verticalidade do furo da junta, planicidade da face da extremidade do eletrodo, desvio de quatro pontos da junta. Verifique com medidores de anel e medidores de placa especiais.
Inspeção de eletrodos acabados: precisão, peso, comprimento, diâmetro, densidade aparente, resistividade, tolerância de pré-montagem, etc.
Horário da postagem: 31 de outubro de 2019