Графитовый электрод представляет собой устойчивый к высоким температурам графитовый проводящий материал, получаемый путем смешивания нефти, игольчатого кокса в качестве заполнителя и угольного битума в качестве связующего, которые производятся посредством ряда процессов, таких как замешивание, формование, обжиг, пропитка, графитация и механическая обработка. материал.
Графитовый электрод является важным высокотемпературным проводящим материалом для электросталеплавильного производства. Графитовый электрод используется для подачи электрической энергии в электрическую печь, а высокая температура, создаваемая дугой между концом электрода и шихтой, используется в качестве источника тепла для плавления шихты при выплавке стали. В других рудных печах, плавящих такие материалы, как желтый фосфор, технический кремний и абразивы, в качестве проводящих материалов также используются графитовые электроды. Отличные и особые физические и химические свойства графитовых электродов широко используются и в других отраслях промышленности.
Сырьем для производства графитовых электродов служат нефтяной кокс, игольчатый кокс и каменноугольный пек.
Нефтяной кокс — горючий твердый продукт, получаемый путем коксования остатков каменного угля и нефтяного пека. Цвет черный и пористый, основной элемент — углерод, зольность очень низкая, обычно ниже 0,5%. Нефтяной кокс относится к классу легкографитируемых углей. Нефтяной кокс имеет широкий спектр применения в химической и металлургической промышленности. Это основное сырье для производства изделий из искусственного графита и углеродных изделий для электролитического алюминия.
В зависимости от температуры термообработки нефтяной кокс можно разделить на два типа: сырой кокс и прокаленный кокс. Бывший нефтяной кокс, полученный замедленным коксованием, содержит большое количество летучих веществ, а механическая прочность низкая. Прокаленный кокс получают прокаливанием сырого кокса. Большинство нефтеперерабатывающих заводов в Китае производят только кокс, а операции по обжигу в основном проводятся на углеродных заводах.
Нефтяной кокс можно разделить на высокосернистый кокс (содержащий более 1,5% серы), среднесернистый кокс (содержащий 0,5–1,5% серы) и низкосернистый кокс (содержащий менее 0,5% серы). Производство графитовых электродов и других изделий из искусственного графита обычно производится с использованием кокса с низким содержанием серы.
Игольчатый кокс – это разновидность высококачественного кокса с явной волокнистой текстурой, очень низким коэффициентом теплового расширения и легкой графитацией. Когда кокс раздроблен, его можно разделить на тонкие полоски в зависимости от текстуры (соотношение сторон обычно превышает 1,75). Анизотропную волокнистую структуру можно наблюдать под поляризационным микроскопом, поэтому ее называют игольчатым коксом.
Анизотропия физико-механических свойств игольчатого кокса весьма очевидна. Он имеет хорошую электро- и теплопроводность, параллельную направлению длинной оси частицы, а коэффициент теплового расширения низкий. При экструзионном формовании длинная ось большинства частиц расположена в направлении экструзии. Поэтому игольчатый кокс является ключевым сырьем для изготовления графитовых электродов большой или сверхмощной мощности. Произведенный графитовый электрод имеет низкое удельное сопротивление, небольшой коэффициент теплового расширения и хорошую стойкость к термическому удару.
Игольчатый кокс подразделяется на нефтяной игольчатый кокс, получаемый из нефтяных остатков, и угольный игольчатый кокс, получаемый из рафинированного каменноугольного пека.
Каменноугольная смола является одним из основных продуктов глубокой переработки каменноугольной смолы. Это смесь различных углеводородов, черных при высокой температуре, полутвердых или твердых при высокой температуре, без фиксированной температуры плавления, размягчающихся после нагревания, а затем плавящихся, с плотностью 1,25-1,35 г/см3. По температуре размягчения его делят на низкотемпературный, среднетемпературный и высокотемпературный асфальт. Выход среднетемпературного асфальта составляет 54-56% каменноугольной смолы. Состав каменноугольной смолы чрезвычайно сложен, что связано со свойствами каменноугольной смолы и содержанием гетероатомов, а также зависит от технологической системы коксования и условий переработки каменноугольной смолы. Существует множество показателей для характеристики каменноугольного пека, таких как температура размягчения битума, нерастворимость в толуоле (TI), нерастворимость в хинолине (QI), степень коксования и реология каменноугольного пека.
Каменноугольная смола используется в качестве связующего и пропитки в углеродной промышленности, и ее характеристики оказывают большое влияние на производственный процесс и качество углеродной продукции. В качестве связующего асфальта обычно используется среднетемпературный или среднетемпературный модифицированный асфальт, имеющий умеренную температуру размягчения, высокую степень коксования и смолу с высоким содержанием β. Пропиточным агентом является среднетемпературный асфальт, имеющий низкую температуру размягчения, низкий QI и хорошие реологические свойства.
На следующем рисунке показан процесс производства графитового электрода на углеродном предприятии.
Кальцинирование: углеродистое сырье подвергается термической обработке при высокой температуре для удаления содержащейся в нем влаги и летучих веществ, а производственный процесс, соответствующий улучшению первоначальных характеристик кулинарной обработки, называется кальцинированием. Обычно углеродистое сырье прокаливают с использованием газа и собственных летучих веществ в качестве источника тепла, а максимальная температура составляет 1250-1350 °С.
Прокаливание вносит глубокие изменения в структуру и физико-химические свойства углеродистого сырья, главным образом в сторону повышения плотности, механической прочности и электропроводности кокса, повышения химической стабильности и окислительной стойкости кокса, закладывая основу для последующего процесса. .
Оборудование для обжига в основном включает в себя резервуарную обжиговую печь, вращающуюся печь и электрическую обжиговую печь. Показателем контроля качества прокаливания является то, что истинная плотность нефтяного кокса не менее 2,07 г/см3, удельное сопротивление не более 550мкОм·м, истинная плотность игольчатого кокса не менее 2,12 г/см3, а удельное сопротивление не более 500мкОм.м.
Дробление сырья и ингредиентов
Перед дозированием сыпучий прокаленный нефтяной и игольчатый кокс необходимо измельчить, измельчить и просеять.
Среднее дробление обычно осуществляется с помощью дробильного оборудования размером около 50 мм с помощью щековой дробилки, молотковой дробилки, валковой дробилки и т.п. для дальнейшего дробления материала размером 0,5-20 мм, необходимого для пакетирования.
Помол представляет собой процесс измельчения углеродистого материала до порошкообразных мелких частиц размером 0,15 мм или менее и размером частиц 0,075 мм или менее с помощью кольцевой валковой мельницы подвесного типа (мельница Раймонда), шаровой мельницы или тому подобного. .
Просеивание — это процесс, при котором широкий спектр материалов после дробления разделяется на несколько диапазонов размеров частиц с узким диапазоном размеров через ряд сит с одинаковыми отверстиями. Для современного производства электродов обычно требуется 4-5 таблеток и 1-2 марки порошка.
Ингредиенты — это производственные процессы для расчета, взвешивания и фокусировки различных агрегатов заполнителей, а также порошков и связующих в соответствии с требованиями рецептуры. Научная пригодность рецептуры и стабильность процесса дозирования являются одними из наиболее важных факторов, влияющих на показатель качества и производительность продукта.
Формула должна определить 5 аспектов:
1Выберите тип сырья;
2 определить пропорции разных видов сырья;
3 определение гранулометрического состава твердого сырья;
4 определяют количество связующего;
5 Определить тип и количество добавок.
Замешивание: смешивание и количественный анализ углеродистых гранул и порошков различного размера с определенным количеством связующего при определенной температуре и замешивание пластичной пасты в процессе, называемом замешиванием.
Процесс замешивания: сухое замешивание (20-35 мин), влажное замешивание (40-55 мин).
Роль разминания:
1. При сухом смешивании различные сырьевые материалы равномерно перемешиваются, а твердые углеродистые материалы с частицами разного размера равномерно смешиваются и заполняются для улучшения компактности смеси;
2 После добавления каменноугольного пека сухой материал и асфальт равномерно перемешиваются. Жидкий асфальт равномерно покрывает и смачивает поверхность гранул, образуя связующий слой асфальта, и все материалы связываются друг с другом, образуя однородную пластичную мазку. Благоприятен для формования;
3 части каменноугольного пека проникают во внутреннее пространство углеродистого материала, дополнительно увеличивая плотность и связность пасты.
Формование: Формование углеродного материала относится к процессу пластической деформации замешанной углеродной пасты под действием внешней силы, приложенной формовочным оборудованием, с целью окончательного формирования сырого тела (или необработанного продукта), имеющего определенную форму, размер, плотность и прочность. процесс.
Виды литья, оборудования и выпускаемой продукции:
Метод формования
Общее оборудование
основная продукция
Молдинг
Вертикальный гидравлический пресс
Электрический уголь, низкосортный графит с тонкой структурой.
Сжимать
Горизонтальный гидравлический экструдер
Шнековый экструдер
Графитовый электрод, квадратный электрод
Вибрационное формование
Вибрационная формовочная машина
Алюминиевый углеродистый кирпич, доменный углеродистый кирпич
Изостатическое прессование
Изостатическая формовочная машина
Изотропный графит, анизотропный графит
Операция сжатия
1 крутой материал: охлаждающий материал для дисков, охлаждающий материал для цилиндров, охлаждающие материалы для смешивания и замешивания и т. д.
Удалить летучие вещества, снизить температуру до подходящей температуры (90–120 °C) для увеличения адгезии, чтобы кусковость пасты была однородной в течение 20–30 мин.
2 Загрузка: пресс-подъемная перегородка — 2-3 раза резка — уплотнение 4-10 МПа.
3 предварительное давление: давление 20-25МПа, время 3-5мин, при вакуумировании
4 экструзия: прижать перегородку — экструзия 5-15 МПа — разрезать — в охлаждающую раковину
Технические параметры экструзии: степень сжатия, температура камеры пресса и сопла, температура охлаждения, время давления предварительной нагрузки, давление экструзии, скорость экструзии, температура охлаждающей воды.
Проверка сырого кузова: объемная плотность, внешний вид, анализ.
Кальцинирование: это процесс, при котором сырое тело углеродного продукта загружается в специально разработанную нагревательную печь под защитой наполнителя для проведения высокотемпературной термической обработки с целью карбонизации угольного пека в сыром теле. Битумный кокс, образующийся после карбонизации угольного битума, отверждает углеродистый заполнитель и частицы порошка вместе, а прокаленный углеродный продукт обладает высокой механической прочностью, низким электрическим сопротивлением, хорошей термической стабильностью и химической стабильностью. .
Кальцинирование является одним из основных процессов производства углеродных продуктов, а также важной частью трех основных процессов термообработки при производстве графитовых электродов. Производственный цикл обжига длительный (22-30 дней на обжиг, 5-20 дней на печи на 2 обжига) и более высокие энергозатраты. Качество зеленой обжарки оказывает влияние на качество готового продукта и себестоимость продукции.
Зеленый пек в сыром теле в процессе обжига закоксовывается, при этом выделяется около 10% летучих веществ, при этом в объеме образуется усадка 2-3%, потеря массы составляет 8-10%. Физические и химические свойства углеродной заготовки также существенно изменились. Пористость снизилась с 1,70 г/см3 до 1,60 г/см3, а удельное сопротивление снизилось с 10000 мкОм·м до 40-50 мкОм·м за счет увеличения пористости. Механическая прочность прокаленной заготовки также была велика. Для улучшения.
Вторичный обжиг представляет собой процесс, при котором обожженный продукт погружают, а затем обжигают для карбонизации пека, погруженного в поры обожженного продукта. Электроды, требующие более высокой насыпной плотности (все разновидности, кроме РП), и соединительные заготовки подлежат двухкратному обжигу, а также шовные заготовки подвергаются трехкратному четырехкратному или двухпогружному трехкратному обжигу.
Тип основной печи жаровни:
Непрерывный режим работы — кольцевая печь (с крышкой, без крышки), туннельная печь.
Прерывистый режим работы — реверсивная печь, жаровня под полом, жаровня с ящиком.
Кривая прокаливания и максимальная температура:
Однократная обжарка — -320, 360, 422, 480 часов, 1250 °С.
Вторичная обжарка — -125, 240, 280 часов, 700-800 °С.
Проверка хлебобулочных изделий: внешний вид, электросопротивление, объемная плотность, прочность на сжатие, анализ внутренней структуры.
Пропитка — это процесс, при котором углеродный материал помещается в сосуд под давлением, а жидкий пропиточный пек погружается в поры электрода изделия при определенных условиях температуры и давления. Целью является уменьшение пористости изделия, увеличение объемной плотности и механической прочности изделия, а также улучшение электро- и теплопроводности изделия.
Процесс пропитки и соответствующие технические параметры: обжиг заготовки – очистка поверхности – предварительный нагрев (260–380 °C, 6–10 часов) – загрузка пропиточного бака – вакуумирование (8–9 кПа, 40–50 мин) – впрыск битума (180 -200 °C) – Наддув (1,2–1,5 МПа, 3–4 часа) – Возврат на асфальт – Охлаждение (внутри или снаружи резервуара)
Проверка пропитанных изделий: коэффициент прироста веса пропитки G=(W2-W1)/W1×100%.
Скорость набора веса при одном погружении ≥14%
Прирост веса продукта вторичной пропитки ≥ 9%
Прибавка в весе трех продуктов для окунания ≥ 5%
Графитизацией называют процесс высокотемпературной термообработки, при котором углеродное изделие нагревают до температуры 2300°С и более в защитной среде в высокотемпературной электропечи с целью преобразования аморфной слоистой структуры углерода в трехмерную упорядоченную структуру. кристаллическая структура графита.
Цель и эффект графитации:
1 улучшить электропроводность и теплопроводность углеродного материала (удельное сопротивление снижается в 4-5 раз, а теплопроводность увеличивается примерно в 10 раз);
2 повысить термостойкость и химическую стабильность углеродного материала (коэффициент линейного расширения снижается на 50-80%);
3, чтобы сделать углеродный материал смазывающим и устойчивым к истиранию;
4. Удаление примесей, повышение чистоты углеродного материала (зольность продукта снижается с 0,5-0,8% до примерно 0,3%).
Реализация процесса графитации:
Графитизация углеродного материала осуществляется при высокой температуре 2300-3000 °С, поэтому в промышленности ее можно реализовать только электрическим нагревом, то есть ток непосредственно проходит через нагретое прокаленное изделие, а прокаленное изделие заряжают. в печь генерируется электрический ток высокой температуры. Проводник снова представляет собой объект, нагретый до высокой температуры.
Широко используемые в настоящее время печи включают печи графитации Acheson и печи с внутренним тепловым каскадом (LWG). Первый имеет большую мощность, большую разницу температур и высокое энергопотребление. Последний имеет короткое время нагрева, малое энергопотребление, равномерное удельное электрическое сопротивление и не пригоден для монтажа.
Управление процессом графитации осуществляется путем измерения кривой электрической мощности, подходящей для условий повышения температуры. Время подачи электроэнергии составляет 50-80 часов для печи Ачесона и 9-15 часов для печи LWG.
Энергопотребление графитации очень велико, обычно 3200–4800 кВтч, а себестоимость процесса составляет около 20–35% от общей стоимости производства.
Контроль графитированных изделий: вскрытие внешнего вида, испытание на удельное сопротивление.
Механическая обработка. Целью механической обработки углеграфитовых материалов является достижение необходимого размера, формы, точности и т. д. путем резки для изготовления корпуса и соединений электрода в соответствии с требованиями использования.
Обработка графитового электрода разделена на два независимых процесса обработки: тело электрода и соединение.
Обработка корпуса включает в себя три этапа: расточку и черновую плоскую торцевую поверхность, наружную окружность, плоскую торцевую поверхность и фрезерование резьбы. Обработку конического соединения можно разделить на 6 процессов: резка, плоская торцевая поверхность, коническая поверхность автомобиля, фрезерная резьба, сверление болта и прорезание пазов.
Соединение соединений электродов: коническое соединение (три пряжки и одна пряжка), цилиндрическое соединение, выступающее соединение (папа и гнездо)
Контроль точности обработки: отклонение конусности резьбы, шаг резьбы, отклонение большого диаметра соединения (отверстия), соосность отверстия соединения, вертикальность отверстия соединения, плоскостность торца электрода, отклонение соединения по четырем точкам. Для проверки используйте специальные кольцевые и пластинчатые калибры.
Проверка готовых электродов: точность, вес, длина, диаметр, объемная плотность, удельное сопротивление, допуски предварительной сборки и т. д.
Время публикации: 31 октября 2019 г.