Grafitová elektróda je vysokoteplotne odolný grafitový vodivý materiál vyrábaný ropným hnetením, ihličkovým koksom ako kamenivo a uhoľným bitúmenom ako spojivom, ktoré sa vyrábajú sériou procesov, ako je hnetenie, formovanie, praženie, impregnácia, grafitizácia a mechanické spracovanie. materiál.
Grafitová elektróda je dôležitým vysokoteplotným vodivým materiálom pre výrobu elektrickej ocele. Grafitová elektróda sa používa na privádzanie elektrickej energie do elektrickej pece a vysoká teplota generovaná oblúkom medzi koncom elektródy a vsádzkou sa používa ako zdroj tepla na roztavenie vsádzky na výrobu ocele. Iné pece na rudy, ktoré tavia materiály, ako je žltý fosfor, priemyselný kremík a abrazíva, tiež používajú grafitové elektródy ako vodivé materiály. Vynikajúce a špeciálne fyzikálne a chemické vlastnosti grafitových elektród sú široko používané aj v iných priemyselných odvetviach.
Surovinou na výrobu grafitových elektród sú ropný koks, ihlový koks a uhoľnodechtová smola.
Ropný koks je horľavý pevný produkt získaný koksovaním zvyškov uhlia a ropnej smoly. Farba je čierna a porézna, hlavným prvkom je uhlík a obsah popola je veľmi nízky, zvyčajne pod 0,5 %. Ropný koks patrí do triedy ľahko grafitizovaného uhlíka. Ropný koks má široké využitie v chemickom a hutníckom priemysle. Je hlavnou surovinou na výrobu produktov z umelého grafitu a uhlíkových produktov pre elektrolytický hliník.
Ropný koks možno rozdeliť na dva druhy: surový koks a kalcinovaný koks podľa teploty tepelného spracovania. Bývalý ropný koks získaný oneskoreným koksovaním obsahuje veľké množstvo prchavých látok a mechanická pevnosť je nízka. Kalcinovaný koks sa získava kalcináciou surového koksu. Väčšina rafinérií v Číne vyrába iba koks a kalcinačné operácie sa väčšinou vykonávajú v uhlíkových závodoch.
Ropný koks možno rozdeliť na koks s vysokým obsahom síry (obsahujúci viac ako 1,5 % síry), koks so strednou sírou (obsahujúci 0,5 % - 1,5 % síry) a koks s nízkym obsahom síry (obsahujúci menej ako 0,5 % síry). Výroba grafitových elektród a iných produktov z umelého grafitu sa vo všeobecnosti vyrába pomocou koksu s nízkym obsahom síry.
Ihlový koks je druh vysokokvalitného koksu so zreteľnou vláknitou textúrou, veľmi nízkym koeficientom tepelnej rozťažnosti a ľahkou grafitizáciou. Keď sa koks rozbije, môže sa rozdeliť na tenké prúžky podľa textúry (pomer strán je všeobecne vyšší ako 1,75). Anizotropnú vláknitú štruktúru možno pozorovať pod polarizačným mikroskopom, a preto sa označuje ako ihličkový koks.
Anizotropia fyzikálno-mechanických vlastností ihlového koksu je veľmi zrejmá. Má dobrú elektrickú a tepelnú vodivosť rovnobežnú so smerom dlhej osi častice a koeficient tepelnej rozťažnosti je nízky. Pri extrúznom lisovaní je dlhá os väčšiny častíc usporiadaná v smere extrúzie. Preto je ihličkový koks kľúčovou surovinou na výrobu vysokovýkonných alebo ultravýkonných grafitových elektród. Vyrobená grafitová elektróda má nízky odpor, malý koeficient tepelnej rozťažnosti a dobrú odolnosť proti tepelným šokom.
Ihlový koks sa delí na ihličkový koks na báze oleja vyrobený z ropných zvyškov a ihličkový koks na báze uhlia vyrobený z rafinovaných surovín uhoľnej smoly.
Uhoľný decht je jedným z hlavných produktov hĺbkového spracovania uhoľného dechtu. Je to zmes rôznych uhľovodíkov, čierna pri vysokej teplote, polotuhá alebo pevná pri vysokej teplote, bez pevnej teploty topenia, po zahriatí zmäknutá a potom roztavená, s hustotou 1,25-1,35 g/cm3. Podľa bodu mäknutia sa delí na nízkoteplotný, strednoteplotný a vysokoteplotný asfalt. Výťažnosť asfaltu pri strednej teplote je 54 – 56 % uhoľného dechtu. Zloženie uhoľného dechtu je mimoriadne komplikované, čo súvisí s vlastnosťami uhoľného dechtu a obsahom heteroatómov a je ovplyvnené aj systémom procesu koksovania a podmienkami spracovania uhoľného dechtu. Existuje mnoho ukazovateľov na charakterizáciu smoly uhoľného dechtu, ako je teplota mäknutia bitúmenu, nerozpustné látky v toluéne (TI), nerozpustné látky v chinolíne (QI), hodnoty koksovania a reológia uhoľnej smoly.
Uhoľný decht sa používa ako spojivo a impregnant v uhlíkovom priemysle a jeho výkonnosť má veľký vplyv na výrobný proces a kvalitu produktov uhlíkových produktov. Asfaltový spojivo vo všeobecnosti používa stredne teplotný alebo stredne teplotný modifikovaný asfalt, ktorý má stredný bod mäknutia, vysokú hodnotu koksovania a vysokú p živicu. Impregnačným činidlom je stredne teplotný asfalt s nízkym bodom mäknutia, nízkym QI a dobrými reologickými vlastnosťami.
Nasledujúci obrázok ukazuje proces výroby grafitovej elektródy v uhlíkovom podniku.
Kalcinácia: Uhlíkatá surovina sa tepelne spracuje pri vysokej teplote, aby sa vypustila vlhkosť a prchavé látky v nej obsiahnuté, a výrobný proces zodpovedajúci zlepšeniu pôvodného varného výkonu sa nazýva kalcinácia. Vo všeobecnosti sa uhlíkatá surovina kalcinuje s použitím plynu a vlastných prchavých látok ako zdroja tepla a maximálna teplota je 1250-1350 °C.
Kalcinácia spôsobuje zásadné zmeny v štruktúre a fyzikálno-chemických vlastnostiach uhlíkatých surovín, najmä v zlepšení hustoty, mechanickej pevnosti a elektrickej vodivosti koksu, zlepšení chemickej stability a odolnosti koksu voči oxidácii, čím sa položí základ pre nasledujúci proces. .
Kalcinované zariadenia zahŕňajú najmä nádržovú kalcinátor, rotačnú pec a elektrický kalcinátor. Index kontroly kvality kalcinácie je taký, že skutočná hustota ropného koksu nie je menšia ako 2,07 g/cm3, merný odpor nie je väčší ako 550 μΩ.m, skutočná hustota ihlového koksu nie je menšia ako 2,12 g/cm3 a odpor nie je väčší ako 500μΩ.m.
Drvenie surovín a prísad
Pred dávkovaním sa musí objemný kalcinovaný ropný koks a ihličkový koks rozdrviť, pomlieť a preosiať.
Stredné drvenie sa zvyčajne vykonáva drviacim zariadením s veľkosťou približne 50 mm cez čeľusťový drvič, kladivový drvič, valcový drvič a podobne, aby sa ďalej rozdrvil materiál s veľkosťou 0,5 až 20 mm, ktorý je potrebný na dávkovanie.
Mletie je proces mletia uhlíkatého materiálu na práškové malé častice s veľkosťou 0,15 mm alebo menej a veľkosťou častíc 0,075 mm alebo menej pomocou kruhového valcového mlyna suspenzného typu (Raymondov mlyn), guľového mlyna alebo podobne. .
Preosievanie je proces, pri ktorom sa široká škála materiálov po drvení rozdelí na niekoľko veľkostí častíc s úzkym rozsahom veľkostí prostredníctvom série sít s rovnomernými otvormi. Súčasná výroba elektród zvyčajne vyžaduje 4-5 peliet a 1-2 druhy prášku.
Prísady sú výrobné procesy na výpočet, váženie a zameranie rôznych agregátov kameniva a práškov a spojív podľa požiadaviek na zloženie. Vedecká vhodnosť formulácie a stabilita dávkovania patria medzi najdôležitejšie faktory ovplyvňujúce index kvality a výkonnosť produktu.
Vzorec musí určiť 5 aspektov:
1Vyberte druh surovín;
2 určiť podiel rôznych druhov surovín;
3 určenie zloženia veľkosti častíc tuhej suroviny;
4 určiť množstvo spojiva;
5 Určite druh a množstvo prísad.
Miesenie: Miešanie a kvantifikácia rôznych veľkostí častíc uhlíkatých granúl a práškov s určitým množstvom spojiva pri určitej teplote a miesenie plastickej pasty do procesu nazývaného miesenie.
Proces miesenia: suché miešanie (20-35 min) mokré miešanie (40-55 min)
Úloha miesenia:
1 Pri suchom miešaní sa rôzne suroviny rovnomerne premiešajú a pevné uhlíkaté materiály rôznych veľkostí častíc sa rovnomerne zmiešajú a plnia, aby sa zlepšila kompaktnosť zmesi;
2 Po pridaní smoly uhoľného dechtu sa suchý materiál a asfalt rovnomerne premiešajú. Tekutý asfalt rovnomerne pokrýva a zmáča povrch granúl, aby vytvoril vrstvu asfaltovej spojovacej vrstvy a všetky materiály sú navzájom spojené, aby vytvorili homogénny plastický náter. Prispieva k formovaniu;
3 diely uhoľného dechtu prenikajú do vnútorného priestoru uhlíkatého materiálu, čím sa ďalej zvyšuje hustota a súdržnosť pasty.
Lisovanie: Lisovanie uhlíkového materiálu sa vzťahuje na proces plastickej deformácie vymiesenej uhlíkovej pasty pod vonkajšou silou vyvíjanou formovacím zariadením, aby sa nakoniec vytvorilo zelené telo (alebo surový produkt) s určitým tvarom, veľkosťou, hustotou a pevnosťou. proces.
Typy výliskov, zariadení a vyrábaných výrobkov:
Metóda formovania
Spoločné vybavenie
hlavné produkty
Lisovanie
Vertikálny hydraulický lis
Elektrický uhlík, grafit nízkej kvality s jemnou štruktúrou
Stlačte
Horizontálny hydraulický extrudér
Skrutkový extrudér
Grafitová elektróda, štvorcová elektróda
Vibračné lisovanie
Vibračný lisovací stroj
Hliníková uhlíková tehla, uhlíková tehla z vysokej pece
Izostatické lisovanie
Izostatický formovací stroj
Izotropný grafit, anizotropný grafit
Operácia stláčania
1 chladný materiál: chladiaci materiál disku, chladiaci materiál valca, chladiace materiály na miešanie a miesenie atď.
Vypustite prchavé látky, znížte na vhodnú teplotu (90-120 °C), aby sa zvýšila priľnavosť, aby bola blokovitosť pasty rovnomerná po dobu 20-30 minút
2 Nakladanie: prepážka s lisovacím zdvihom —– 2-3 krát rezanie —-4-10MPa zhutnenie
3 predtlak: tlak 20-25MPa, čas 3-5min, pri vysávaní
4 extrúzia: zatlačte prepážku – 5-15MPa extrúzia – rez – do chladiaceho drezu
Technické parametre extrúzie: kompresný pomer, teplota lisovacej komory a dýzy, teplota chladenia, čas predpätia, extrúzny tlak, rýchlosť extrúzie, teplota chladiacej vody
Kontrola zelenej karosérie: objemová hmotnosť, oklepávanie vzhľadu, analýza
Kalcinácia: Je to proces, pri ktorom sa surové teleso uhlíkového produktu plní v špeciálne navrhnutej ohrievacej peci pod ochranou plniva, aby sa vykonalo vysokoteplotné tepelné spracovanie na karbonizáciu uhoľnej smoly v surovom telese. Bitúmenový koks, ktorý vzniká po karbonizácii uhoľného bitúmenu, spolu tuhne uhlíkatý agregát a práškové častice a kalcinovaný uhlíkový produkt má vysokú mechanickú pevnosť, nízky elektrický odpor, dobrú tepelnú stabilitu a chemickú stabilitu. .
Kalcinácia je jedným z hlavných procesov pri výrobe uhlíkových produktov a je tiež dôležitou súčasťou troch hlavných procesov tepelného spracovania pri výrobe grafitových elektród. Výrobný cyklus kalcinácie je dlhý (22-30 dní na pečenie, 5-20 dní na pece na 2 pečenie) a vyššia spotreba energie. Kvalita zeleného praženia má vplyv na kvalitu hotového výrobku a výrobné náklady.
Smola zo zeleného uhlia v surovom tele sa koksuje počas procesu praženia a asi 10 % prchavých látok sa vypustí a objem sa vytvorí zmrštením o 2 až 3 % a strata hmoty je 8 až 10 %. Výrazne sa zmenili aj fyzikálne a chemické vlastnosti uhlíkového bloku. Pórovitosť sa znížila z 1,70 g/cm3 na 1,60 g/cm3 a rezistivita sa znížila z 10 000 μΩ·m na 40-50 μΩ·m v dôsledku zvýšenia pórovitosti. Mechanická pevnosť kalcinovaného predvalku bola tiež veľká. Na zlepšenie.
Sekundárne vypaľovanie je proces, pri ktorom je kalcinovaný produkt ponorený a potom kalcinovaný na karbonizáciu smoly ponorenej do pórov kalcinovaného produktu. Elektródy, ktoré vyžadujú vyššiu objemovú hustotu (všetky druhy okrem RP) a spojovacie polotovary sa vyžadujú bibake a spojovacie polotovary sa tiež podrobia troj-pomáčaniu, štyri-vypekaniu alebo dvojitému troj-pieceniu.
Typ pekáča hlavnej pece:
Nepretržitá prevádzka—-kruhová pec (s vekom, bez veka), tunelová pec
Prerušovaná prevádzka – reverzná pec, spodný pekáč, skriňový pekáč
Kalcinačná krivka a maximálna teplota:
Jednorazové praženie — -320, 360, 422, 480 hodín, 1250 °C
Sekundárne praženie — -125, 240, 280 hodín, 700-800 °C
Kontrola pečených výrobkov: poklepanie vzhľadu, elektrický odpor, objemová hmotnosť, pevnosť v tlaku, analýza vnútornej štruktúry
Impregnácia je proces, pri ktorom sa uhlíkový materiál umiestni do tlakovej nádoby a tekutá impregnačná smola sa ponorí do pórov elektródy produktu za určitých teplotných a tlakových podmienok. Účelom je znížiť pórovitosť produktu, zvýšiť objemovú hmotnosť a mechanickú pevnosť produktu a zlepšiť elektrickú a tepelnú vodivosť produktu.
Proces impregnácie a súvisiace technické parametre sú: praženie predliatku – čistenie povrchu – predohrev (260 – 380 °C, 6 – 10 hodín) – naplnenie impregnačnej nádrže – vysávanie (8 – 9KPa, 40 – 50 min) – injektáž bitúmenu (180 -200 °C) – Natlakovanie (1,2 – 1,5 MPa, 3 – 4 hodiny) – Návrat na asfalt – Chladenie (vo vnútri alebo mimo nádrže)
Kontrola impregnovaných výrobkov: miera prírastku hmotnosti impregnácie G=(W2-W1)/W1×100%
Rýchlosť prírastku hmotnosti po jednom ponorení ≥ 14 %
Miera prírastku hmotnosti sekundárne impregnovaného produktu ≥ 9 %
Miera prírastku hmotnosti troch máčacích produktov ≥ 5 %
Grafitizácia sa vzťahuje na proces tepelného spracovania pri vysokej teplote, pri ktorom sa uhlíkový produkt zahrieva na teplotu 2300 °C alebo viac v ochrannom médiu vo vysokoteplotnej elektrickej peci, aby sa premenil uhlík s amorfnou vrstvenou štruktúrou na trojrozmerný usporiadaný grafitová kryštálová štruktúra.
Účel a účinok grafitizácie:
1 zlepšiť vodivosť a tepelnú vodivosť uhlíkového materiálu (rezistivita sa zníži 4-5 krát a tepelná vodivosť sa zvýši asi 10 krát);
2 zlepšuje odolnosť uhlíkového materiálu proti tepelným šokom a chemickú stabilitu (koeficient lineárnej rozťažnosti znížený o 50-80%);
3, aby bol uhlíkový materiál mazaný a odolný proti oderu;
4 Nečistoty z výfuku zlepšujú čistotu uhlíkového materiálu (obsah popola v produkte sa zníži z 0,5-0,8 % na približne 0,3 %).
Realizácia procesu grafitizácie:
Grafitizácia uhlíkového materiálu sa uskutočňuje pri vysokej teplote 2300 – 3000 °C, takže sa dá v priemysle realizovať iba elektrickým ohrevom, to znamená, že prúd prechádza priamo cez zahriaty kalcinovaný produkt a kalcinovaný produkt sa nabíja do pece je generovaný elektrickým prúdom pri vysokej teplote. Vodič je opäť predmet, ktorý sa zahrieva na vysokú teplotu.
V súčasnosti široko používané pece zahŕňajú Achesonove grafitizačné pece a pece s internou tepelnou kaskádou (LWG). Prvý z nich má veľký výkon, veľký teplotný rozdiel a vysokú spotrebu energie. Ten má krátky čas ohrevu, nízku spotrebu energie, jednotný elektrický odpor a nie je vhodný na montáž.
Riadenie procesu grafitizácie je riadené meraním krivky elektrického výkonu, ktorá je vhodná pre podmienky nárastu teploty. Doba napájania je 50-80 hodín pre pec Acheson a 9-15 hodín pre pec LWG.
Spotreba energie grafitizácie je veľmi veľká, vo všeobecnosti 3200-4800 kWh, a procesné náklady predstavujú asi 20-35% celkových výrobných nákladov.
Kontrola grafitizovaných výrobkov: poklepanie vzhľadu, skúška odporu
Opracovanie: Účelom mechanického opracovania uhlíkových grafitových materiálov je dosiahnuť požadovaný rozmer, tvar, presnosť atď. rezaním tak, aby telo elektródy a spoje boli v súlade s požiadavkami použitia.
Spracovanie grafitových elektród je rozdelené do dvoch nezávislých procesov spracovania: telo elektródy a spoj.
Spracovanie tela zahŕňa tri kroky vyvŕtania a hrubého plochého čelného povrchu, vonkajšieho kruhu a plochého čelného povrchu a frézovacieho závitu. Spracovanie kužeľového spoja možno rozdeliť do 6 procesov: rezanie, plochá čelná plocha, čelná plocha kužeľa automobilu, frézovací závit, vŕtacia skrutka a drážkovanie.
Spojenie elektródových spojov: kužeľové kĺbové spojenie (tri spony a jedna spona), valcové kĺbové spojenie, nárazové spojenie (samčie a samičie spojenie)
Kontrola presnosti obrábania: odchýlka kužeľa závitu, stúpanie závitu, odchýlka veľkého priemeru spoja (otvoru), koaxiálnosť otvoru spoja, zvislosť otvoru spoja, rovinnosť čelnej plochy elektródy, štvorbodová odchýlka spoja. Skontrolujte pomocou špeciálnych prstencových a tanierových mierok.
Kontrola hotových elektród: presnosť, hmotnosť, dĺžka, priemer, objemová hmotnosť, rezistivita, tolerancia pred montážou atď.
Čas odoslania: 31. októbra 2019