Procesi i prodhimit të elektrodës grafit

Elektroda e grafitit është një material përçues grafiti rezistent ndaj temperaturës së lartë i prodhuar nga brumosja me naftë, koksi me gjilpërë si agregat dhe bitumi i qymyrit si lidhës, të cilat prodhohen përmes një sërë procesesh si brumosja, derdhja, pjekja, impregnimi, grafitizimi dhe përpunimi mekanik. material.

Elektroda e grafitit është një material i rëndësishëm përçues me temperaturë të lartë për prodhimin e çelikut elektrik. Elektroda e grafitit përdoret për të futur energji elektrike në furrën elektrike, dhe temperatura e lartë e krijuar nga harku midis skajit të elektrodës dhe ngarkesës përdoret si një burim nxehtësie për të shkrirë ngarkesën për prodhimin e çelikut. Furrat e tjera të xeheve që shkrijnë materiale të tilla si fosfori i verdhë, silikoni industrial dhe gërryes përdorin gjithashtu elektroda grafiti si materiale përçuese. Vetitë e shkëlqyera dhe të veçanta fizike dhe kimike të elektrodave të grafitit përdoren gjerësisht edhe në sektorë të tjerë industrialë.
Lëndët e para për prodhimin e elektrodave të grafitit janë koksi i naftës, koksi i gjilpërës dhe katrani i qymyrit.

Koksi i naftës është një produkt i ngurtë i ndezshëm i marrë nga koksimi i mbetjeve të qymyrit dhe katranit të naftës. Ngjyra është e zezë dhe poroze, elementi kryesor është karboni dhe përmbajtja e hirit është shumë e ulët, përgjithësisht nën 0.5%. Koksi i naftës i përket klasës së karbonit lehtësisht të grafitizuar. Koksi i naftës ka një gamë të gjerë përdorimesh në industritë kimike dhe metalurgjike. Është lënda e parë kryesore për prodhimin e produkteve artificiale të grafitit dhe produkteve të karbonit për aluminin elektrolitik.

Koksi i naftës mund të ndahet në dy lloje: koks i papërpunuar dhe koks i kalcinuar sipas temperaturës së trajtimit të nxehtësisë. Koksi i mëparshëm i naftës i përftuar nga koksimi i vonuar përmban një sasi të madhe substancash të paqëndrueshme dhe forca mekanike është e ulët. Koksi i kalcinuar përftohet nga kalcinimi i koksit të papërpunuar. Shumica e rafinerive në Kinë prodhojnë vetëm koks dhe operacionet e kalcinimit kryhen kryesisht në fabrikat e karbonit.

Koksi i naftës mund të ndahet në koks me squfur të lartë (që përmban më shumë se 1,5% squfur), koks me squfur mesatar (që përmban 0,5%-1,5% squfur) dhe koks me squfur të ulët (që përmban më pak se 0,5% squfur). Prodhimi i elektrodave të grafitit dhe produkteve të tjera artificiale të grafitit në përgjithësi prodhohet duke përdorur koks me squfur të ulët.

Koksi me gjilpërë është një lloj koksi me cilësi të lartë me strukturë fibroze të dukshme, koeficient shumë të ulët të zgjerimit termik dhe grafitizim të lehtë. Kur koksi prishet, ai mund të ndahet në shirita të hollë sipas strukturës (raporti i pamjes është përgjithësisht mbi 1.75). Një strukturë fibroze anizotropike mund të vërehet nën një mikroskop polarizues, dhe për këtë arsye quhet koks me gjilpërë.

Anizotropia e vetive fiziko-mekanike të koksit të gjilpërës është shumë e dukshme. Ka përçueshmëri të mirë elektrike dhe termike paralelisht me drejtimin e boshtit të gjatë të grimcave, dhe koeficienti i zgjerimit termik është i ulët. Kur formohet me nxjerrje, boshti i gjatë i shumicës së grimcave është rregulluar në drejtimin e nxjerrjes. Prandaj, koksi i gjilpërës është lënda e parë kryesore për prodhimin e elektrodave grafit me fuqi të lartë ose ultra të lartë. Elektroda e grafitit e prodhuar ka rezistencë të ulët, koeficient të vogël të zgjerimit termik dhe rezistencë të mirë ndaj goditjes termike.

Koksi i gjilpërës ndahet në koks gjilpërash me bazë vaji të prodhuar nga mbetjet e naftës dhe koks me bazë qymyri i prodhuar nga lëndët e para të rafinuara të qymyrit.

Katrani i qymyrit është një nga produktet kryesore të përpunimit të thellë të katranit të qymyrit. Është një përzierje hidrokarburesh të ndryshme, të zeza në temperaturë të lartë, gjysmë të ngurtë ose të ngurtë në temperaturë të lartë, pa pikë shkrirjeje fikse, të zbutur pas ngrohjes dhe më pas të shkrirë, me dendësi 1,25-1,35 g/cm3. Sipas pikës së zbutjes ndahet në asfalt me ​​temperaturë të ulët, me temperaturë mesatare dhe në temperaturë të lartë. Rendimenti i asfaltit me temperaturë mesatare është 54-56% e katranit të qymyrit. Përbërja e katranit të qymyrit është jashtëzakonisht e ndërlikuar, e cila lidhet me vetitë e katranit të qymyrit dhe përmbajtjen e heteroatomeve, dhe gjithashtu ndikohet nga sistemi i procesit të koksimit dhe kushtet e përpunimit të katranit të qymyrit. Ka shumë tregues për karakterizimin e katranit të qymyrit, të tilla si pika e zbutjes së bitumit, të patretshmet e toluenit (TI), të patretshmet e kinolinës (QI), vlerat e koksit dhe reologjia e katranit të qymyrit.

Katrani i qymyrit përdoret si lidhës dhe ngopëse në industrinë e karbonit dhe performanca e tij ka një ndikim të madh në procesin e prodhimit dhe cilësinë e produktit të produkteve të karbonit. Asfalti lidhës zakonisht përdor një asfalt të modifikuar me temperaturë të mesme ose temperaturë mesatare që ka një pikë zbutjeje të moderuar, një vlerë të lartë koksimi dhe një rrëshirë β të lartë. Agjenti impregnues është një asfalt me ​​temperaturë mesatare që ka një pikë zbutjeje të ulët, një QI të ulët dhe veti të mira reologjike.

Fotografia e mëposhtme tregon procesin e prodhimit të elektrodës grafit në ndërmarrjen e karbonit.
Kalcinimi: Lënda e parë karbonike trajtohet me nxehtësi në një temperaturë të lartë për të shkarkuar lagështinë dhe lëndën e paqëndrueshme që përmban, dhe procesi i prodhimit që korrespondon me përmirësimin e performancës origjinale të gatimit quhet kalcinim. Në përgjithësi, lënda e parë karbonike kalcinohet duke përdorur gaz dhe avullues të vet si burim nxehtësie dhe temperatura maksimale është 1250-1350 °C.

Kalcinimi bën ndryshime të thella në strukturën dhe vetitë fiziko-kimike të lëndëve të para karbonike, kryesisht në përmirësimin e densitetit, forcës mekanike dhe përçueshmërisë elektrike të koksit, përmirësimit të qëndrueshmërisë kimike dhe rezistencës ndaj oksidimit të koksit, duke hedhur një themel për procesin e mëpasshëm. .

Pajisjet e kalcinuara përfshijnë kryesisht kalcinatorin e rezervuarit, furrën rrotulluese dhe kalcinatorin elektrik. Indeksi i kontrollit të cilësisë së kalcinimit është se dendësia e vërtetë e koksit të naftës nuk është më pak se 2.07 g/cm3, rezistenca nuk është më shumë se 550μΩ.m, dendësia e vërtetë e koksit të gjilpërës është jo më pak se 2.12 g/cm3, dhe rezistenca nuk është më shumë se 500μΩ.m.
Thërrmimi i lëndës së parë dhe përbërësit

Përpara grumbullimit, koksi i naftës i kalcinuar dhe koksi me gjilpërë duhet të grimcohen, bluhen dhe sitet.

Thërrmimi mesatar zakonisht kryhet duke shtypur pajisje rreth 50 mm përmes një polic me nofulla, një polic me çekiç, një polic me rrotull dhe të ngjashme për të shtypur më tej materialin me madhësi 0,5-20 mm të kërkuar për grumbullimin.

Mulliri është një proces i bluarjes së një materiali karbonik në një grimcë të vogël pluhuri prej 0,15 mm ose më pak dhe një madhësi grimcash prej 0,075 mm ose më pak me anë të një mulli unazor të tipit pezullues (mulli Raymond), një mulli me top, ose të ngjashme. .

Pastrimi është një proces në të cilin një gamë e gjerë materialesh pas një shtypjeje ndahet në disa diapazon të madhësisë së grimcave me një gamë të ngushtë madhësish përmes një serie sitësh me hapje uniforme. Prodhimi aktual i elektrodës zakonisht kërkon 4-5 fishekë dhe 1-2 klasa pluhuri.

Përbërësit janë proceset e prodhimit për llogaritjen, peshimin dhe fokusimin e agregateve të ndryshme të agregateve dhe pluhurave dhe lidhësve sipas kërkesave të formulimit. Përshtatshmëria shkencore e formulimit dhe qëndrueshmëria e operacionit të grumbullimit janë ndër faktorët më të rëndësishëm që ndikojnë në indeksin e cilësisë dhe performancën e produktit.

Formula duhet të përcaktojë 5 aspekte:
1Zgjidhni llojin e lëndëve të para;
2 përcaktojnë proporcionin e llojeve të ndryshme të lëndëve të para;
3 përcaktimi i përbërjes së madhësisë së grimcave të lëndës së parë të ngurtë;
4 përcaktoni sasinë e lidhësit;
5 Përcaktoni llojin dhe sasinë e aditivëve.

Zierje: Përzierja dhe përcaktimi sasior i kokrrizave dhe pluhurave të karbonit me madhësi të ndryshme grimcash me një sasi të caktuar lidhësi në një temperaturë të caktuar dhe zierja e pastës së plasticitetit në një proces të quajtur brumosje.

Procesi i zierjes: përzierja e thatë (20-35 min) përzierja e lagësht (40-55 min)

Roli i zierjes:
1 Gjatë përzierjes së thatë, lëndët e para të ndryshme përzihen në mënyrë uniforme dhe materialet e ngurta karbonike të madhësive të grimcave të ndryshme përzihen dhe mbushen në mënyrë uniforme për të përmirësuar kompaktësinë e përzierjes;
2 Pas shtimit të katranit të qymyrit, materiali i thatë dhe asfalti përzihen në mënyrë uniforme. Asfalti i lëngshëm vesh dhe lag në mënyrë të njëtrajtshme sipërfaqen e kokrrizave për të formuar një shtresë të shtresës ngjitëse të asfaltit dhe të gjitha materialet lidhen me njëri-tjetrin për të formuar një njollë plastike homogjene. Të favorshme për formimin;
3 pjesë të katranit të qymyrit depërtojnë në hapësirën e brendshme të materialit karbonik, duke rritur më tej dendësinë dhe kohezivitetin e pastës.

Formimi: Formimi i materialit të karbonit i referohet procesit të deformimit plastik të pastës së karbonit të brumosur nën forcën e jashtme të aplikuar nga pajisjet e formimit për të formuar përfundimisht një trup të gjelbër (ose produkt të papërpunuar) që ka një formë, madhësi, densitet dhe forcë të caktuar. procesi.

Llojet e formimit, pajisjeve dhe produkteve të prodhuara:
Metoda e derdhjes
Pajisjet e zakonshme
produktet kryesore
Derdhja
Presë vertikale hidraulike
Karboni elektrik, grafit me strukturë të mirë të shkallës së ulët
Shtrydhni
Ekstruder hidraulik horizontal
Ekstruder me vidë
Elektrodë grafiti, elektrodë katrore
Formimi me dridhje
Makinë formimi me dridhje
Tulla karboni alumini, tulla karboni furre shpërthyese
Presioni izostatik
Makinë formimi izostatik
Grafit izotropik, grafit anizotrop

Operacioni i shtrydhjes
1 material i ftohtë: materiali ftohës i diskut, materiali ftohës i cilindrave, përzierja dhe zierja e materialeve ftohëse, etj.
Shkarkoni substancat e paqëndrueshme, zvogëloni në një temperaturë të përshtatshme (90-120 ° C) për të rritur ngjitjen, në mënyrë që bllokimi i pastës të jetë uniform për 20-30 min.
2 Ngarkimi: shtypni kapësin e ngritjes —– 2-3 herë prerje—-4-10 MPa ngjeshje
3 para-presion: presion 20-25MPa, koha 3-5min, gjatë fshesë me korrent
4 ekstrudim: shtypni zgavrën -5-15MPa nxjerrje - prerë - në lavamanin ftohës

Parametrat teknikë të nxjerrjes: raporti i kompresimit, temperatura e dhomës së shtypjes dhe e grykës, temperatura e ftohjes, koha e presionit të parangarkesës, presioni i nxjerrjes, shpejtësia e nxjerrjes, temperatura e ujit të ftohjes

Inspektimi i trupit të gjelbër: dendësia e madhe, prekja e pamjes, analiza

Kalcinimi: Është një proces në të cilin trupi i gjelbër i produktit të karbonit mbushet në një furrë ngrohëse të projektuar posaçërisht nën mbrojtjen e mbushësit për të kryer trajtim termik në temperaturë të lartë për të karbonizuar sipërfaqen e qymyrit në trupin e gjelbër. Koksi i bitumit i formuar pas karbonizimit të bitumit të qymyrit ngurtëson agregatin karbonik dhe grimcat e pluhurit së bashku, dhe produkti i karbonit i kalcinuar ka forcë të lartë mekanike, rezistencë të ulët elektrike, stabilitet të mirë termik dhe stabilitet kimik. .

Kalcinimi është një nga proceset kryesore në prodhimin e produkteve të karbonit, dhe është gjithashtu një pjesë e rëndësishme e tre proceseve kryesore të trajtimit termik të prodhimit të elektrodës grafit. Cikli i prodhimit të kalcinimit është i gjatë (22-30 ditë për pjekje, 5-20 ditë për furrat për 2 pjekje) dhe Konsumi më i lartë i energjisë. Cilësia e pjekjes së gjelbër ka ndikim në cilësinë e produktit të përfunduar dhe në koston e prodhimit.

Katrani i qymyrit jeshil në trupin e gjelbër koksohet gjatë procesit të pjekjes, dhe rreth 10% e lëndës së paqëndrueshme shkarkohet, dhe vëllimi prodhohet nga tkurrja 2-3%, dhe humbja e masës është 8-10%. Vetitë fizike dhe kimike të biletës së karbonit gjithashtu ndryshuan ndjeshëm. Poroziteti u ul nga 1,70 g/cm3 në 1,60 g/cm3 dhe rezistenca u ul nga 10000 μΩ·m në 40-50 μΩ·m për shkak të rritjes së porozitetit. Forca mekanike e biletës së kalcinuar ishte gjithashtu e madhe. Për përmirësim.

Pjekja dytësore është një proces në të cilin produkti i kalcinuar zhytet dhe më pas kalcinohet për të karbonizuar katranin e zhytur në poret e produktit të kalcinuar. Elektrodat që kërkojnë densitet më të madh të madh (të gjitha varietetet përveç RP) dhe boshllëqet e nyjeve duhet të pjeken me dy pjekje, dhe boshllëqet e bashkimit i nënshtrohen gjithashtu pjekjes me tre zhytje me katër pjekje ose me dy zhytje me tre pjekje.

Lloji kryesor i pjekjes së furrës:
Funksionim i vazhdueshëm - furra unazore (me kapak, pa kapak), furrë tuneli
Funksionimi me ndërprerje - furrë e kundërt, pjekje nën dysheme, pjekje kutie

Kurba e kalcinimit dhe temperatura maksimale:
Pjekje një herë—-320, 360, 422, 480 orë, 1250 °C
Pjekje dytësore--125, 240, 280 orë, 700-800 °C

Inspektimi i produkteve të pjekura: prekja e pamjes, rezistenca elektrike, dendësia e madhe, qëndrueshmëria në shtypje, analiza e strukturës së brendshme

Impregnimi është një proces në të cilin një material karboni vendoset në një enë nën presion dhe katran i lëngshëm i ngopjes zhytet në poret e elektrodës së produktit në kushte të caktuara të temperaturës dhe presionit. Qëllimi është të zvogëlojë porozitetin e produktit, të rrisë densitetin e masës dhe forcën mekanike të produktit dhe të përmirësojë përçueshmërinë elektrike dhe termike të produktit.

Procesi i impregnimit dhe parametrat teknikë të lidhur janë: pjekja e biletës – pastrimi i sipërfaqes – ngrohja paraprake (260-380 °C, 6-10 orë) – ngarkimi i rezervuarit të ngopjes – fshesa me korrent (8-9 KPa, 40-50 min) – Injektimi i bitumit (180 -200 °C) – Presioni (1,2-1,5 MPa, 3-4 orë) – Kthimi në asfalt - Ftohje (brenda ose jashtë rezervuarit)

Inspektimi i produkteve të ngopura: shkalla e shtimit të peshës nga impregnimi G=(W2-W1)/W1×100%
Shkalla e shtimit në peshë me një rënie ≥14%
Shkalla e shtimit të peshës së produktit të ngopur dytësor ≥ 9%
Shkalla e shtimit të peshës me tre produkte zhytjeje ≥ 5%

Grafitizimi i referohet një procesi të trajtimit të nxehtësisë në temperaturë të lartë në të cilin një produkt karboni nxehet në një temperaturë prej 2300 ° C ose më shumë në një mjedis mbrojtës në një furre elektrike me temperaturë të lartë për të kthyer një strukturë karboni me shtresë amorfe në një strukturë tre-dimensionale të renditur. struktura kristalore e grafitit.

Qëllimi dhe efekti i grafitizimit:
1 përmirëson përçueshmërinë dhe përçueshmërinë termike të materialit të karbonit (rezistenca zvogëlohet me 4-5 herë, dhe përçueshmëria termike rritet me rreth 10 herë);
2 përmirëson rezistencën ndaj goditjes termike dhe stabilitetin kimik të materialit të karbonit (koeficienti linear i zgjerimit reduktohet me 50-80%);
3 për të bërë lubricitetin e materialit të karbonit dhe rezistencën ndaj konsumuarit;
4 Papastërtitë e shkarkimit, përmirësojnë pastërtinë e materialit të karbonit (përmbajtja e hirit të produktit zvogëlohet nga 0,5-0,8% në rreth 0,3%).

Realizimi i procesit të grafitizimit:

Graftizimi i materialit të karbonit kryhet në një temperaturë të lartë prej 2300-3000 °C, kështu që mund të realizohet vetëm me ngrohje elektrike në industri, domethënë, rryma kalon drejtpërdrejt përmes produktit të kalcinuar të nxehtë dhe produkti i kalcinuar ngarkohet. në furrë gjenerohet nga rryma elektrike në një temperaturë të lartë. Përçuesi është përsëri një objekt që nxehet në një temperaturë të lartë.

Furrat aktualisht të përdorura gjerësisht përfshijnë furrat e grafitizimit Acheson dhe furrat e kaskadës së brendshme të nxehtësisë (LWG). E para ka një prodhim të madh, një ndryshim të madh të temperaturës dhe një konsum të lartë të energjisë. Ky i fundit ka një kohë të shkurtër ngrohjeje, konsum të ulët të energjisë, rezistencë elektrike uniforme dhe nuk është i përshtatshëm për montim.

Kontrolli i procesit të grafitizimit kontrollohet duke matur lakoren e fuqisë elektrike që është e përshtatshme për gjendjen e rritjes së temperaturës. Koha e furnizimit me energji elektrike është 50-80 orë për furrën Acheson dhe 9-15 orë për furrën LWG.

Konsumi i energjisë i grafitizimit është shumë i madh, përgjithësisht 3200-4800 KWh, dhe kostoja e procesit përbën rreth 20-35% të kostos totale të prodhimit.

Inspektimi i produkteve të grafitizuara: përgjimi i pamjes, testi i rezistencës

Përpunimi: Qëllimi i përpunimit mekanik të materialeve grafit karbon është që të arrihet madhësia, forma, saktësia e kërkuar etj., duke prerë për të bërë trupin dhe nyjet e elektrodës në përputhje me kërkesat e përdorimit.

Përpunimi i elektrodës së grafitit ndahet në dy procese të pavarura të përpunimit: trupi i elektrodës dhe bashkimi.

Përpunimi i trupit përfshin tre hapa të faqes së rrafshët të mërzitshme dhe të përafërt, rrethit të jashtëm dhe faqes fundore të sheshtë dhe fillit të bluarjes. Përpunimi i bashkimit konik mund të ndahet në 6 procese: prerje, faqe me fund të sheshtë, fytyrë koni të makinës, fije freze, bulon e shpimit dhe çarje.

Lidhja e nyjeve të elektrodave: lidhja e bashkimit konik (tre kopsa dhe një shtrëngim), lidhje cilindrike, lidhja me gunga (lidhja mashkullore dhe femërore)

Kontrolli i saktësisë së përpunimit: devijimi i konit të fillit, hapi i fillit, devijimi i nyjës (vrimës) me diametër të madh, koaksialiteti i vrimës së bashkimit, vertikaliteti i vrimës së bashkimit, rrafshimi i faqes së skajit të elektrodës, devijimi me katër pika të bashkimit. Kontrolloni me matës të veçantë unazor dhe matës pllakash.

Inspektimi i elektrodave të përfunduara: saktësia, pesha, gjatësia, diametri, dendësia e madhe, rezistenca, toleranca para montimit, etj.