Electrodul de grafit este un material conductiv de grafit rezistent la temperaturi ridicate, produs prin frământare petrol, cocs de ace ca agregat și bitum de cărbune ca liant, care sunt produse printr-o serie de procese precum frământare, turnare, prăjire, impregnare, grafitizare și prelucrare mecanică. material.
Electrodul de grafit este un material conductiv de temperatură ridicată important pentru fabricarea oțelului electric. Electrodul de grafit este folosit pentru a introduce energie electrică în cuptorul electric, iar temperatura ridicată generată de arcul dintre capătul electrodului și sarcină este folosită ca sursă de căldură pentru a topi sarcina pentru fabricarea oțelului. Alte cuptoare de minereu care topesc materiale precum fosfor galben, siliciu industrial și abrazivi folosesc, de asemenea, electrozi de grafit ca materiale conductoare. Proprietățile fizice și chimice excelente și speciale ale electrozilor de grafit sunt utilizate pe scară largă și în alte sectoare industriale.
Materiile prime pentru producerea electrozilor de grafit sunt cocsul de petrol, cocsul de ac și smoala de gudron de cărbune.
Cocsul de petrol este un produs solid inflamabil obținut din reziduurile de cărbune de cocsificare și smoală de petrol. Culoarea este neagră și poroasă, elementul principal este carbonul, iar conținutul de cenușă este foarte scăzut, în general sub 0,5%. Cocsul de petrol aparține clasei de carbon ușor grafitizat. Cocsul de petrol are o gamă largă de utilizări în industria chimică și metalurgică. Este principala materie primă pentru producerea produselor din grafit artificial și a produselor din carbon pentru aluminiu electrolitic.
Cocsul de petrol poate fi împărțit în două tipuri: cocs brut și cocs calcinat în funcție de temperatura tratamentului termic. Fostul cocs de petrol obținut prin cocsificare întârziată conține o cantitate mare de substanțe volatile, iar rezistența mecanică este scăzută. Cocsul calcinat este obţinut prin calcinarea cocsului brut. Majoritatea rafinăriilor din China produc doar cocs, iar operațiunile de calcinare se desfășoară în mare parte în fabrici de carbon.
Cocsul de petrol poate fi împărțit în cocs cu conținut ridicat de sulf (conținând mai mult de 1,5% sulf), cocs cu sulf mediu (conținând 0,5%-1,5% sulf) și cocs cu conținut scăzut de sulf (conținând mai puțin de 0,5% sulf). Producția de electrozi de grafit și alte produse din grafit artificial este în general produsă folosind cocs cu conținut scăzut de sulf.
Cocs cu ac este un fel de cocs de înaltă calitate, cu textură fibroasă evidentă, coeficient de dilatare termică foarte scăzut și grafitizare ușoară. Când cocsul este spart, acesta poate fi împărțit în benzi subțiri în funcție de textură (raportul de aspect este în general peste 1,75). O structură fibroasă anizotropă poate fi observată la microscop polarizant și, prin urmare, este denumită cocs de ac.
Anizotropia proprietăților fizico-mecanice ale cocsului de ac este foarte evidentă. Are o conductivitate electrică și termică bună paralelă cu direcția axei lungi a particulei, iar coeficientul de dilatare termică este scăzut. La turnarea prin extrudare, axa lungă a majorității particulelor este dispusă în direcția de extrudare. Prin urmare, cocsul de ac este materia primă cheie pentru fabricarea electrozilor de grafit de mare putere sau ultra-înaltă putere. Electrodul de grafit produs are rezistivitate scăzută, coeficient mic de dilatare termică și rezistență bună la șoc termic.
Cocs de ac este împărțit în cocs de ac pe bază de ulei produs din reziduuri de petrol și cocs de ac pe bază de cărbune produs din materii prime rafinate de smoală de cărbune.
Gudronul de cărbune este unul dintre principalele produse ale procesării în adâncime a gudronului de cărbune. Este un amestec de diverse hidrocarburi, negre la temperatura ridicata, semisolide sau solide la temperatura ridicata, fara punct de topire fix, inmuiate dupa incalzire, si apoi topite, cu o densitate de 1,25-1,35 g/cm3. În funcție de punctul său de înmuiere, este împărțit în asfalt de temperatură scăzută, temperatură medie și asfalt de temperatură ridicată. Randamentul de asfalt la temperatură medie este de 54-56% din gudron de cărbune. Compoziția gudronului de cărbune este extrem de complicată, ceea ce este legat de proprietățile gudronului de cărbune și conținutul de heteroatomi și este, de asemenea, afectată de sistemul de procesare de cocsificare și de condițiile de prelucrare a gudronului de cărbune. Există mulți indicatori pentru caracterizarea smoală de gudron de cărbune, cum ar fi punctul de înmuiere a bitumului, insolubilele în toluen (TI), insolubilele de chinolină (QI), valorile cocsării și reologia smoală de cărbune.
Gudronul de cărbune este folosit ca liant și impregnant în industria carbonului, iar performanța acestuia are un impact mare asupra procesului de producție și asupra calității produselor din carbon. Liantul asfaltic utilizează în general un asfalt modificat la temperatură medie sau medie având un punct de înmuiere moderat, o valoare ridicată de cocsificare și o rășină β ridicată. Agentul de impregnare este un asfalt de temperatură medie cu un punct de înmuiere scăzut, un QI scăzut și proprietăți reologice bune.
Următoarea imagine arată procesul de producție a electrodului de grafit într-o întreprindere de carbon.
Calcinare: Materia primă carbonică este tratată termic la o temperatură ridicată pentru a elimina umiditatea și materia volatilă conținute în ea, iar procesul de producție corespunzător îmbunătățirii performanței inițiale de gătit se numește calcinare. În general, materia primă carbonică este calcinată prin utilizarea gazului și a propriilor volatili ca sursă de căldură, iar temperatura maximă este de 1250-1350 °C.
Calcinarea produce modificări profunde în structura și proprietățile fizico-chimice ale materiilor prime carbonice, în principal în îmbunătățirea densității, rezistenței mecanice și conductivității electrice a cocsului, îmbunătățirea stabilității chimice și a rezistenței la oxidare a cocsului, punând bazele procesului ulterior. .
Echipamentele calcinate includ în principal calcinarea rezervorului, cuptorul rotativ și calcinerul electric. Indicele de control al calității al calcinării este că densitatea reală a cocsului de petrol nu este mai mică de 2,07 g/cm3, rezistivitatea nu este mai mare de 550μΩ.m, densitatea reală a cocsului de ac nu este mai mică de 2,12 g/cm3 și rezistivitatea nu este mai mare de 500μΩ.m.
Mărunțirea materiei prime și ingrediente
Înainte de dozare, cocsul de petrol calcinat în vrac și cocsul de ac trebuie zdrobiți, măcinați și cernuți.
Zdrobirea medie este de obicei efectuată cu un echipament de zdrobire de aproximativ 50 mm printr-un concasor cu falci, un concasor cu ciocan, un concasor cu role și altele asemenea, pentru a zdrobi în continuare materialul de dimensiune de 0,5-20 mm necesar pentru dozare.
Măcinarea este un proces de măcinare a unui material carbonic până la o particule mică sub formă de pulbere de 0,15 mm sau mai puțin și o dimensiune a particulei de 0,075 mm sau mai puțin prin intermediul unei moară cu rulouri de tip suspensie (moara Raymond), o moară cu bile sau altele asemenea. .
Cererea este un proces în care o gamă largă de materiale după o zdrobire este împărțită în mai multe game de dimensiuni ale particulelor cu o gamă restrânsă de dimensiuni printr-o serie de site cu deschideri uniforme. Producția curentă de electrozi necesită de obicei 4-5 pelete și 1-2 grade de pulbere.
Ingredientele sunt procesele de producție pentru calcularea, cântărirea și concentrarea diferitelor agregate de agregate și pulberi și lianți conform cerințelor formulării. Adecvarea științifică a formulării și stabilitatea operațiunii de dozare sunt printre cei mai importanți factori care afectează indicele de calitate și performanța produsului.
Formula trebuie să determine 5 aspecte:
1Selectați tipul de materii prime;
2 determinați proporția diferitelor tipuri de materii prime;
3 determinarea compoziției granulometrice a materiei prime solide;
4 determinați cantitatea de liant;
5 Determinați tipul și cantitatea de aditivi.
Frământare: Amestecarea și cuantificarea granulelor și pulberilor carbonice de diferite dimensiuni ale particulelor cu o anumită cantitate de liant la o anumită temperatură și frământarea pastei de plasticitate într-un proces numit frământare.
Proces de framantare: amestecare uscata (20-35 min) amestecare umeda (40-55 min)
Rolul frământării:
1 La amestecarea uscată, diferitele materii prime sunt amestecate uniform, iar materialele carbonice solide de diferite dimensiuni ale particulelor sunt amestecate și umplute uniform pentru a îmbunătăți compactitatea amestecului;
2 După adăugarea smoală de gudron de cărbune, materialul uscat și asfaltul sunt amestecate uniform. Asfaltul lichid acoperă și udă uniform suprafața granulelor pentru a forma un strat de strat de lipire de asfalt, iar toate materialele sunt lipite între ele pentru a forma un frotiu omogen de plastic. Favorabil pentru turnare;
3 părți de smoală de gudron de cărbune pătrund în spațiul interior al materialului carbonic, crescând și mai mult densitatea și coeziunea pastei.
Turnarea: turnarea materialului de carbon se referă la procesul de deformare plastică a pastei de carbon frământată sub forța externă aplicată de echipamentul de turnare pentru a forma în final un corp verde (sau produs brut) având o anumită formă, dimensiune, densitate și rezistență. proces.
Tipuri de turnare, echipamente și produse produse:
Metoda de turnare
Echipament comun
principalele produse
Turnare
Presă hidraulică verticală
Carbon electric, grafit cu structură fină de calitate scăzută
Stoarce
Extruder hidraulic orizontal
Extruder cu șurub
Electrod de grafit, electrod pătrat
Turnare prin vibrații
Mașină de turnat prin vibrații
Caramida de carbon din aluminiu, caramida de carbon de furnal
Presare izostatică
Mașină de turnat izostatică
Grafit izotrop, grafit anizotrop
Operația de strângere
1 material rece: material de răcire cu disc, material de răcire cilindric, amestecare și frământare materiale de răcire etc.
Descărcați substanțele volatile, reduceți la o temperatură adecvată (90-120 ° C) pentru a crește aderența, astfel încât blocarea pastei să fie uniformă timp de 20-30 min.
2 Încărcare: apăsați deflector de ridicare —– de 2-3 ori tăiere — -4-10MPa compactare
3 pre-presiune: presiune 20-25MPa, timp 3-5min, în timpul aspirarii
4 extrudare: apăsați în jos deflectorul —extrudare 5-15MPa — tăiat — în chiuveta de răcire
Parametrii tehnici ai extrudarii: raportul de compresie, temperatura camerei de presare și a duzei, temperatura de răcire, timpul presiunii de preîncărcare, presiunea de extrudare, viteza de extrudare, temperatura apei de răcire
Inspecția corpului verde: densitatea în vrac, atingerea aspectului, analiză
Calcinarea: Este un proces în care corpul verde de produs de carbon este umplut într-un cuptor de încălzire special conceput sub protecția umpluturii pentru a efectua un tratament termic la temperatură înaltă pentru a carboniza smoala de cărbune din corpul verde. Cocsul de bitum format după carbonizarea bitumului de cărbune solidifică agregatul carbonic și particulele de pulbere împreună, iar produsul de carbon calcinat are rezistență mecanică ridicată, rezistivitate electrică scăzută, stabilitate termică bună și stabilitate chimică. .
Calcinarea este unul dintre principalele procese în producția de produse din carbon și este, de asemenea, o parte importantă a celor trei procese majore de tratament termic ale producției de electrozi de grafit. Ciclul de producție de calcinare este lung (22-30 de zile pentru coacere, 5-20 de zile pentru cuptoare pentru 2 coacere) și consum mai mare de energie. Calitatea prăjirii verde are un impact asupra calității produsului finit și asupra costului de producție.
Smul de cărbune verde din corpul verde este cocsat în timpul procesului de prăjire și aproximativ 10% din materia volatilă este descărcată, iar volumul este produs de o contracție de 2-3%, iar pierderea de masă este de 8-10%. Proprietățile fizice și chimice ale țaglei de carbon s-au schimbat, de asemenea, semnificativ. Porozitatea a scăzut de la 1,70 g/cm3 la 1,60 g/cm3 și rezistivitatea a scăzut de la 10000 μΩ·m la 40-50 μΩ·m datorită creșterii porozității. Rezistența mecanică a țaglei calcinate a fost de asemenea mare. Pentru îmbunătățire.
Coacerea secundară este un proces în care produsul calcinat este scufundat și apoi calcinat pentru a carboniza smoala scufundată în porii produsului calcinat. Electrozii care necesită o densitate în vrac mai mare (toate soiurile, cu excepția RP) și semifabricatele de îmbinare trebuie să fie bi-coapte, iar semifabricatele de îmbinare sunt, de asemenea, supuse la trei scufundare, patru coacere, sau două cu trei coacere.
Tipul principal de prăjitor al cuptorului:
Funcționare continuă—-cuptor cu inel (cu capac, fără capac), cuptor tunel
Funcționare intermitentă - cuptor inversat, prăjitor sub podea, prăjitor cu casetă
Curba de calcinare și temperatura maximă:
Prăjire o singură dată—-320, 360, 422, 480 ore, 1250 °C
Prăjirea secundară—-125, 240, 280 ore, 700-800 °C
Inspecția produselor coapte: atingerea aspectului, rezistivitatea electrică, densitatea în vrac, rezistența la compresiune, analiza structurii interne
Impregnarea este un proces în care un material carbonic este plasat într-un vas sub presiune și smoala de impregnare lichidă este scufundată în porii electrodului produsului în anumite condiții de temperatură și presiune. Scopul este de a reduce porozitatea produsului, de a crește densitatea în vrac și rezistența mecanică a produsului și de a îmbunătăți conductivitatea electrică și termică a produsului.
Procesul de impregnare și parametrii tehnici aferenti sunt: prăjirea țaglei – curățarea suprafețelor – preîncălzirea (260-380 °C, 6-10 ore) – încărcarea rezervorului de impregnare – aspirarea (8-9KPa, 40-50min) – injectarea bitumului (180 -200 °C) – Presurizare (1,2-1,5 MPa, 3-4 ore) – Revenire pe asfalt – Răcire (în interiorul sau în exteriorul rezervorului)
Inspecția produselor impregnate: rata de creștere în greutate de impregnare G=(W2-W1)/W1×100%
Rata de creștere în greutate cu o singură scufundare ≥14%
Rata de creștere în greutate a produsului impregnat secundar ≥ 9%
Rata de creștere în greutate a trei produse de scufundare ≥ 5%
Grafitizarea se referă la un proces de tratament termic la temperatură înaltă în care un produs de carbon este încălzit la o temperatură de 2300 ° C sau mai mult într-un mediu de protecție într-un cuptor electric de înaltă temperatură pentru a transforma carbonul cu structură stratificată amorfă într-o structură tridimensională ordonată. structură cristalină de grafit.
Scopul și efectul grafitizării:
1 îmbunătățește conductivitatea și conductibilitatea termică a materialului de carbon (rezistivitatea este redusă de 4-5 ori, iar conductivitatea termică este crescută de aproximativ 10 ori);
2 îmbunătățește rezistența la șoc termic și stabilitatea chimică a materialului de carbon (coeficientul de dilatare liniar redus cu 50-80%);
3 pentru a face materialul de carbon lubrifiant și rezistență la abraziune;
4 Impuritățile de evacuare, îmbunătățiți puritatea materialului de carbon (conținutul de cenușă al produsului este redus de la 0,5-0,8% la aproximativ 0,3%).
Realizarea procesului de grafitizare:
Grafitizarea materialului de carbon se realizează la o temperatură ridicată de 2300-3000 °C, deci poate fi realizată numai prin încălzire electrică în industrie, adică curentul trece direct prin produsul calcinat încălzit, iar produsul calcinat încărcat. în cuptor este generată de curentul electric la o temperatură ridicată. Conductorul este din nou un obiect care este încălzit la o temperatură ridicată.
Cuptoarele utilizate pe scară largă în prezent includ cuptoarele de grafitizare Acheson și cuptoarele cu cascadă de căldură internă (LWG). Primul are o putere mare, o diferență mare de temperatură și un consum mare de energie. Acesta din urmă are un timp de încălzire scurt, consum redus de energie, rezistivitate electrică uniformă și nu este potrivit pentru montare.
Controlul procesului de grafitizare este controlat prin măsurarea curbei de putere electrică potrivită pentru condiția de creștere a temperaturii. Timpul de alimentare este de 50-80 ore pentru cuptorul Acheson și 9-15 ore pentru cuptorul LWG.
Consumul de energie al grafitizării este foarte mare, în general 3200-4800KWh, iar costul procesului reprezintă aproximativ 20-35% din costul total de producție.
Inspecția produselor grafitizate: atingerea aspectului, testul de rezistivitate
Prelucrare: Scopul prelucrării mecanice a materialelor din grafit de carbon este de a obține dimensiunea, forma, precizia etc. necesare prin tăiere pentru a face corpul electrodului și îmbinările în conformitate cu cerințele de utilizare.
Prelucrarea electrodului de grafit este împărțită în două procese de prelucrare independente: corpul electrodului și îmbinarea.
Prelucrarea corpului include trei etape de alezarea și suprafața de capăt plată, cerc exterior și față de capăt plat și filet de frezare. Prelucrarea îmbinării conice poate fi împărțită în 6 procese: tăiere, față de capăt plată, față conică a mașinii, filet de frezare, șurub de foraj și crestare.
Conexiunea articulațiilor electrozilor: conexiune conică (trei catarame și o cataramă), conexiune cilindric, conexiune cu denivelare (conexiune tată și mamă)
Controlul preciziei de prelucrare: abaterea conică a filetului, pasul filetului, abaterea diametrului mare a îmbinării (găurii), coaxialitatea găurii îmbinării, verticalitatea găurii îmbinării, planeitatea feței capătului electrodului, abaterea în patru puncte a îmbinării. Verificați cu calibre inelare și calibre speciale cu plăci.
Inspecția electrozilor finiți: precizie, greutate, lungime, diametru, densitate în vrac, rezistivitate, toleranță de pre-asamblare etc.
Ora postării: 31-oct-2019