Grafitna elektroda je visokotemperaturno odporen grafitni prevodni material, proizveden z gnetenjem nafte, igelnega koksa kot agregata in premogovega bitumna kot veziva, ki se proizvajajo z nizom postopkov, kot so gnetenje, oblikovanje, praženje, impregnacija, grafitizacija in mehanska obdelava. material.
Grafitna elektroda je pomemben visokotemperaturni prevodni material za proizvodnjo električnega jekla. Grafitna elektroda se uporablja za vnos električne energije v električno peč, visoka temperatura, ki jo ustvari oblok med koncem elektrode in nabojem, pa se uporablja kot vir toplote za taljenje naboja za izdelavo jekla. Druge rudne peči, ki talijo materiale, kot so rumeni fosfor, industrijski silicij in abrazivi, prav tako uporabljajo grafitne elektrode kot prevodne materiale. Odlične in posebne fizikalne in kemijske lastnosti grafitnih elektrod se pogosto uporabljajo tudi v drugih industrijskih sektorjih.
Surovine za proizvodnjo grafitnih elektrod so naftni koks, iglasti koks in katranska smola.
Naftni koks je vnetljiv trden produkt, pridobljen s koksanjem ostankov premoga in naftne smole. Barva je črna in porozna, glavni element je ogljik, vsebnost pepela pa je zelo nizka, običajno pod 0,5 %. Petrolkoks spada v razred lahko grafitiziranega ogljika. Naftni koks ima širok spekter uporabe v kemični in metalurški industriji. Je glavna surovina za proizvodnjo izdelkov iz umetnega grafita in izdelkov iz ogljika za elektrolitski aluminij.
Naftni koks lahko glede na temperaturo toplotne obdelave razdelimo na dve vrsti: surovi koks in kalcinirani koks. Nekdanji naftni koks, pridobljen z zapoznelim koksanjem, vsebuje veliko količino hlapnih snovi, mehanska trdnost pa je nizka. Žgani koks se pridobiva z žganjem surovega koksa. Večina rafinerij na Kitajskem proizvaja samo koks, postopki kalcinacije pa se večinoma izvajajo v obratih za ogljik.
Naftni koks lahko razdelimo na koks z visoko vsebnostjo žvepla (ki vsebuje več kot 1,5 % žvepla), koks s srednjo vsebnostjo žvepla (ki vsebuje 0,5 %-1,5 % žvepla) in koks z nizko vsebnostjo žvepla (ki vsebuje manj kot 0,5 % žvepla). Proizvodnja grafitnih elektrod in drugih izdelkov iz umetnega grafita se na splošno proizvaja z uporabo koksa z nizko vsebnostjo žvepla.
Igelni koks je vrsta visokokakovostnega koksa z očitno vlaknato teksturo, zelo nizkim koeficientom toplotnega raztezanja in enostavno grafitizacijo. Ko je koks razlomljen, ga je mogoče razdeliti na tanke trakove glede na teksturo (razmerje stranic je običajno nad 1,75). Pod polarizacijskim mikroskopom je mogoče opazovati anizotropno vlaknasto strukturo, zato jo imenujemo igelni koks.
Anizotropija fizikalno-mehanskih lastnosti igelnega koksa je zelo očitna. Ima dobro električno in toplotno prevodnost vzporedno s smerjo dolge osi delca, koeficient toplotnega raztezanja pa je nizek. Pri iztiskanju je dolga os večine delcev razporejena v smeri iztiskanja. Zato je igličasti koks ključna surovina za izdelavo visokozmogljivih ali ultrazmogljivih grafitnih elektrod. Proizvedena grafitna elektroda ima nizko upornost, majhen koeficient toplotnega raztezanja in dobro odpornost na toplotni udar.
Iglasti koks se deli na iglasti koks na osnovi nafte, proizveden iz naftnih ostankov, in iglasti koks na osnovi premoga, proizveden iz surovin rafinirane smole.
Premogov katran je eden glavnih produktov globoke predelave premogovega katrana. Je mešanica različnih ogljikovodikov, črna pri visoki temperaturi, poltrdna ali trdna pri visoki temperaturi, brez fiksnega tališča, po segrevanju se zmehča in nato stopi, z gostoto 1,25-1,35 g/cm3. Glede na zmehčišče ga delimo na nizkotemperaturni, srednjetemperaturni in visokotemperaturni asfalt. Srednjetemperaturni izkoristek asfalta je 54-56% premogovega katrana. Sestava premogovega katrana je izjemno zapletena, kar je povezano z lastnostmi premogovega katrana in vsebnostjo heteroatomov, nanjo pa vplivajo tudi procesni sistem koksanja in pogoji predelave premogovega katrana. Obstaja veliko indikatorjev za karakterizacijo katranske smole, kot so zmehčišče bitumna, netopne snovi v toluenu (TI), netopne snovi v kinolinu (QI), vrednosti koksiranja in reologija smole.
Premogov katran se uporablja kot vezivo in impregnant v industriji ogljika, njegova učinkovitost pa ima velik vpliv na proizvodni proces in kakovost izdelkov iz ogljika. Vezivni asfalt na splošno uporablja srednjetemperaturni ali srednjetemperaturni modificirani asfalt z zmerno točko zmehčanja, visoko vrednostjo koksiranja in visoko vsebnostjo β smole. Impregnacijsko sredstvo je srednjetemperaturni asfalt z nizkim zmehčiščem, nizkim QI in dobrimi reološkimi lastnostmi.
Naslednja slika prikazuje proizvodni proces grafitne elektrode v karbonskem podjetju.
Žganje: surovina, ki vsebuje ogljik, je toplotno obdelana pri visoki temperaturi, da se izločijo vlaga in hlapne snovi, ki jih vsebuje, proizvodni proces, ki ustreza izboljšanju prvotne učinkovitosti kuhanja, pa se imenuje kalcinacija. Na splošno se surovina, ki vsebuje ogljik, kalcinira z uporabo plina in lastnih hlapnih snovi kot vira toplote, najvišja temperatura pa je 1250-1350 °C.
Žganje povzroči globoke spremembe v strukturi in fizikalno-kemijskih lastnostih surovin, ki vsebujejo ogljik, predvsem pri izboljšanju gostote, mehanske trdnosti in električne prevodnosti koksa, izboljšanju kemične stabilnosti in odpornosti proti oksidaciji koksa ter postavitvi temeljev za nadaljnji postopek. .
Oprema za žganje vključuje predvsem kalcinator v rezervoarju, rotacijsko peč in električni kalcinator. Indeks nadzora kakovosti kalcinacije je, da prava gostota naftnega koksa ni manjša od 2,07 g/cm3, upornost ni večja od 550 μΩ.m, prava gostota igelnega koksa ni manjša od 2,12 g/cm3, in upornost ni večja od 500μΩ.m.
Drobljenje surovin in sestavin
Žgani naftni koks in iglani koks je treba pred šaržiranjem zdrobiti, zmleti in presejati.
Srednje drobljenje se običajno izvaja z opremo za drobljenje približno 50 mm prek čeljustnega drobilnika, drobilnika s kladivom, drobilnika z valji in podobno za nadaljnje drobljenje materiala velikosti 0,5-20 mm, potrebnega za doziranje.
Mletje je postopek mletja ogljikovega materiala v praškaste majhne delce 0,15 mm ali manj in z velikostjo delcev 0,075 mm ali manj s pomočjo suspenzijskega obročastega valjčnega mlina (Raymondov mlin), krogelnega mlina ali podobnega. .
Sejanje je postopek, pri katerem se široka paleta materialov po drobljenju razdeli na več razponov velikosti delcev z ozkim razponom velikosti skozi niz sit z enakomernimi odprtinami. Trenutna proizvodnja elektrod običajno zahteva 4-5 pelet in 1-2 razreda prahu.
Sestavine so proizvodni procesi za izračunavanje, tehtanje in fokusiranje različnih agregatov agregatov ter praškov in veziv v skladu z zahtevami formulacije. Znanstvena primernost formulacije in stabilnost postopka doziranja sta med najpomembnejšimi dejavniki, ki vplivajo na indeks kakovosti in učinkovitost izdelka.
Formula mora določiti 5 vidikov:
1Izberite vrsto surovin;
2 določiti delež različnih vrst surovin;
3 določanje sestave velikosti delcev trdne surovine;
4 določi količino veziva;
5 Določite vrsto in količino dodatkov.
Gnetenje: Mešanje in kvantificiranje različnih velikosti delcev ogljikovih granul in praškov z določeno količino veziva pri določeni temperaturi in gnetenje plastične paste v postopek, imenovan gnetenje.
Postopek gnetenja: suho mešanje (20-35 min) mokro mešanje (40-55 min)
Vloga gnetenja:
1 Pri suhem mešanju se različne surovine enakomerno pomešajo, trdni ogljikovi materiali različnih velikosti delcev pa se enakomerno pomešajo in napolnijo, da se izboljša kompaktnost mešanice;
2 Po dodajanju katranske smole se suh material in asfalt enakomerno zmešata. Tekoči asfalt enakomerno prevleče in zmoči površino granul, da nastane plast asfaltne vezivne plasti, vsi materiali pa se povežejo med seboj v homogeno plastično plast. Spodbuja plesen;
3 deli smole premogovega katrana prodrejo v notranji prostor ogljikovega materiala, kar dodatno poveča gostoto in kohezivnost paste.
Oblikovanje: Oblikovanje ogljikovega materiala se nanaša na postopek plastičnega deformiranja zgnetene ogljikove paste pod zunanjo silo, ki jo uporablja oprema za oblikovanje, da se končno oblikuje zeleno telo (ali surov izdelek), ki ima določeno obliko, velikost, gostoto in trdnost. postopek.
Vrste oblikovanja, opreme in proizvedenih izdelkov:
Metoda oblikovanja
Skupna oprema
glavni izdelki
Oblikovanje
Vertikalna hidravlična stiskalnica
Električni ogljik, grafit nizke stopnje fine strukture
Stisnite
Horizontalni hidravlični ekstruder
Vijačni ekstruder
Grafitna elektroda, kvadratna elektroda
Vibracijsko oblikovanje
Vibracijski stroj za oblikovanje
Aluminijasta ogljikova opeka, ogljikova opeka za plavže
Izostatično stiskanje
Izostatični stroj za oblikovanje
Izotropni grafit, anizotropni grafit
Operacija stiskanja
1 hladen material: material za hlajenje diska, material za hlajenje valja, hladilni material za mešanje in gnetenje itd.
Izpraznite hlapne snovi, znižajte na primerno temperaturo (90-120 °C), da povečate oprijem, tako da je blok paste enakomerna 20-30 minut
2 Obremenitev: pregrada za stiskanje —– 2-3-kratno rezanje—-4-10MPa stiskanje
3 predtlak: tlak 20-25MPa, čas 3-5min, med vakuumiranjem
4 ekstrudiranje: potisnite pregrado —5-15MPa ekstrudiranje — rez — v hladilno korito
Tehnični parametri ekstrudiranja: kompresijsko razmerje, stiskalna komora in temperatura šob, temperatura hlajenja, čas prednapetosti, tlak ekstrudiranja, hitrost ekstrudiranja, temperatura hladilne vode
Pregled zelenega telesa: nasipna gostota, točenje videza, analiza
Žganje: je postopek, pri katerem se surovo telo ogljikovega produkta napolni v posebej zasnovano grelno peč pod zaščito polnila, da se izvede visokotemperaturna toplotna obdelava za karbonizacijo smole premoga v sirovem telesu. Bitumenski koks, ki nastane po karbonizaciji premogovega bitumna, strdi ogljikov agregat in praškaste delce skupaj, žgani ogljikov produkt pa ima visoko mehansko trdnost, nizko električno upornost, dobro toplotno stabilnost in kemično stabilnost. .
Žganje je eden od glavnih procesov v proizvodnji izdelkov iz ogljika in je tudi pomemben del treh glavnih postopkov toplotne obdelave pri proizvodnji grafitnih elektrod. Proizvodni cikel kalcinacije je dolg (22-30 dni za peko, 5-20 dni za peči za 2 peki) in večja poraba energije. Kakovost zelenega praženja vpliva na kakovost končnega izdelka in stroške proizvodnje.
Zelena smola premoga v zelenem telesu se med postopkom praženja koksira in približno 10% hlapnih snovi se izprazni, prostornina pa nastane zaradi 2-3% krčenja, izguba mase pa je 8-10%. Bistveno so se spremenile tudi fizikalne in kemijske lastnosti ogljikove gredice. Poroznost se je zaradi povečanja poroznosti zmanjšala z 1,70 g/cm3 na 1,60 g/cm3, upornost pa s 10000 μΩ·m na 40-50 μΩ·m. Velika je bila tudi mehanska trdnost žgane gredice. Za izboljšanje.
Sekundarno pečenje je postopek, pri katerem se kalciniran izdelek potopi in nato kalcinira, da karbonizira smolo, potopljeno v pore kalciniranega izdelka. Elektrode, ki zahtevajo višjo nasipno gostoto (vse različice razen RP) in surovci spojev morajo biti dvakrat pečeni, surovci spojev pa so tudi podvrženi tri-potopitvi štiri-pečenju ali dvema potopitvam tri-pečenju.
Vrsta glavne peči pražarnice:
Kontinuirano delovanje—- obročna peč (s pokrovom, brez pokrova), tunelska peč
Občasno delovanje—-obrnjena peč, podtalna pražilna naprava, škatlasta pražarna
Krivulja žganja in najvišja temperatura:
Enkratno praženje—-320, 360, 422, 480 ur, 1250 °C
Sekundarno praženje—-125, 240, 280 ur, 700-800 °C
Kontrola pečenih izdelkov: točenje videza, električna upornost, nasipna gostota, tlačna trdnost, analiza notranje strukture
Impregnacija je postopek, pri katerem se ogljikov material postavi v tlačno posodo, tekoča impregnirana smola pa se pod določenimi temperaturnimi in tlačnimi pogoji potopi v pore elektrode izdelka. Namen je zmanjšati poroznost izdelka, povečati prostorninsko težo in mehansko trdnost izdelka ter izboljšati električno in toplotno prevodnost izdelka.
Postopek impregnacije in s tem povezani tehnični parametri so: žganje gredice – površinsko čiščenje – predgretje (260-380 °C, 6-10 ur) – polnjenje impregnacijske posode – vakuumiranje (8-9KPa, 40-50min) – Vbrizgavanje bitumna (180 -200 °C) – tlak (1,2-1,5 MPa, 3-4 ure) – Vrnitev na asfalt – Hlajenje (znotraj ali zunaj rezervoarja)
Pregled impregniranih izdelkov: stopnja povečanja mase impregnacije G=(W2-W1)/W1×100%
Enkratna stopnja povečanja telesne mase ≥14 %
Stopnja povečanja mase sekundarno impregniranega izdelka ≥ 9 %
Stopnja povečanja telesne mase treh izdelkov za namakanje ≥ 5 %
Grafitizacija se nanaša na postopek visokotemperaturne toplotne obdelave, pri katerem se ogljikov produkt segreje na temperaturo 2300 °C ali več v zaščitnem mediju v visokotemperaturni električni peči, da pretvori amorfno plastno strukturo ogljika v tridimenzionalno urejeno kristalna struktura grafita.
Namen in učinek grafitizacije:
1 izboljša prevodnost in toplotno prevodnost ogljikovega materiala (upornost se zmanjša za 4-5 krat, toplotna prevodnost pa se poveča za približno 10-krat);
2 izboljša odpornost na toplotne udarce in kemično stabilnost ogljikovega materiala (koeficient linearne ekspanzije zmanjšan za 50-80 %);
3, da ogljikov material postane mazljiv in odporen proti obrabi;
4 Izpušne nečistoče, izboljšanje čistosti ogljikovega materiala (vsebnost pepela v izdelku se zmanjša z 0,5-0,8% na približno 0,3%).
Izvedba procesa grafitizacije:
Grafitizacija ogljikovega materiala se izvaja pri visoki temperaturi 2300-3000 °C, zato jo je mogoče izvesti le z električnim ogrevanjem v industriji, to je, da tok neposredno prehaja skozi segret kalciniran izdelek, kalciniran izdelek pa se napolni v peč ustvarja električni tok pri visoki temperaturi. Prevodnik je spet predmet, ki se segreje na visoko temperaturo.
Peči, ki se trenutno pogosto uporabljajo, vključujejo grafitizacijske peči Acheson in peči z notranjo toplotno kaskado (LWG). Prvi ima veliko moč, veliko temperaturno razliko in visoko porabo energije. Slednji ima kratek čas segrevanja, majhno porabo energije, enakomerno električno upornost in ni primeren za vgradnjo.
Krmiljenje procesa grafitizacije je nadzorovano z merjenjem krivulje električne moči, ki je primerna za pogoje dviga temperature. Čas napajanja je 50-80 ur za Acheson peč in 9-15 ur za LWG peč.
Poraba energije pri grafitizaciji je zelo velika, na splošno 3200-4800KWh, stroški postopka pa predstavljajo približno 20-35% celotnih stroškov proizvodnje.
Kontrola grafitiziranih izdelkov: vrezovanje videza, test upornosti
Strojna obdelava: Namen mehanske obdelave ogljikovih grafitnih materialov je doseči zahtevano velikost, obliko, natančnost itd. z rezanjem, da se telo elektrode in spoji izdelajo v skladu z zahtevami uporabe.
Obdelava grafitne elektrode je razdeljena na dva neodvisna procesa obdelave: telo elektrode in spoj.
Obdelava telesa vključuje tri korake vrtanja in hrapavosti ravne čelne ploskve, zunanjega kroga in ravne čelne ploskve ter rezkanje navoja. Obdelavo stožčastega spoja lahko razdelimo na 6 postopkov: rezanje, ravna čelna ploskev, ploska stožčasta ploskev, rezkanje navojev, vrtalni vijak in rezanje utorov.
Povezava elektrodnih spojev: konična spojna povezava (tri zaponke in ena zaponka), cilindrična spojna povezava, udarna povezava (moški in ženski priključek)
Kontrola natančnosti obdelave: odstopanje konusnosti navoja, korak navoja, odstopanje velikega premera spoja (luknje), koaksialnost luknje spoja, vertikalnost izvrtine spoja, ravnost čelne ploskve elektrode, štiritočkovno odstopanje spoja. Preverite s posebnimi obročnimi merilniki in ploščastimi merilniki.
Pregled končnih elektrod: natančnost, teža, dolžina, premer, nasipna gostota, upornost, toleranca pred montažo itd.
Čas objave: 31. oktober 2019