Grafitelektrodproduktionsprocess

Grafitelektrod är ett högtemperaturbeständigt grafitledande material framställt av petroleumknådning, nålkoks som ballast och kolbitumen som bindemedel, som produceras genom en rad processer såsom knådning, formning, rostning, impregnering, grafitisering och mekanisk bearbetning. material.

Grafitelektroden är ett viktigt högtemperaturledande material för elektrisk ståltillverkning. Grafitelektroden används för att mata in elektrisk energi till den elektriska ugnen, och den höga temperaturen som genereras av bågen mellan elektrodänden och laddningen används som en värmekälla för att smälta laddningen för ståltillverkning. Andra malmugnar som smälter material som gul fosfor, industriellt kisel och slipmedel använder också grafitelektroder som ledande material. De utmärkta och speciella fysikaliska och kemiska egenskaperna hos grafitelektroder används också i stor utsträckning inom andra industrisektorer.
Råvarorna för tillverkning av grafitelektroder är petroleumkoks, nålkoks och stenkolstjärabeck.

Petroleumkoks är en brandfarlig fast produkt som erhålls genom koksning av kolrester och petroleumbeck. Färgen är svart och porös, huvudelementet är kol, och askhalten är mycket låg, vanligtvis under 0,5%. Petroleumkoks tillhör klassen av lätt grafitiserat kol. Petroleumkoks har ett brett användningsområde inom kemisk och metallurgisk industri. Det är det huvudsakliga råmaterialet för att producera konstgjorda grafitprodukter och kolprodukter för elektrolytiskt aluminium.

Petroleumkoksen kan delas in i två typer: råkoks och bränd koks enligt värmebehandlingstemperaturen. Den tidigare petroleumkoksen som erhålls genom fördröjd koksning innehåller en stor mängd flyktiga ämnen och den mekaniska hållfastheten är låg. Den brända koksen erhålls genom kalcinering av råkoks. De flesta raffinaderier i Kina producerar endast koks, och förbränningsoperationer utförs mestadels i kolanläggningar.

Petroleumkoks kan delas in i koks med hög svavelhalt (innehåller mer än 1,5 % svavel), medelsvavelkoks (innehåller 0,5 %-1,5 % svavel) och koks med låg svavelhalt (innehåller mindre än 0,5 % svavel). Produktionen av grafitelektroder och andra konstgjorda grafitprodukter tillverkas i allmänhet med lågsvavlig koks.

Nålkoks är en sorts högkvalitativ koks med tydlig fibrös textur, mycket låg värmeutvidgningskoefficient och enkel grafitisering. När koksen är bruten kan den delas upp i smala remsor enligt textur (bildförhållandet är i allmänhet över 1,75). En anisotrop fibrös struktur kan observeras under ett polariserande mikroskop och kallas därför nålkoks.

Anisotropin av fysikalisk-mekaniska egenskaper hos nålkoks är mycket uppenbar. Den har god elektrisk och termisk ledningsförmåga parallellt med partikelns långa axelriktning, och värmeutvidgningskoefficienten är låg. Vid extrudering är den långa axeln för de flesta partiklar anordnad i extruderingsriktningen. Därför är nålkoks det viktigaste råmaterialet för tillverkning av högeffekts- eller ultrahögeffektgrafitelektroder. Den producerade grafitelektroden har låg resistivitet, liten värmeutvidgningskoefficient och bra motstånd mot värmechock.

Nålkoks delas in i oljebaserad nålkoks framställd av petroleumrester och kolbaserad nålkoks framställd av raffinerad kolbecksråvara.

Stenkolstjära är en av huvudprodukterna vid djupbearbetning av stenkolstjära. Det är en blandning av olika kolväten, svart vid hög temperatur, halvfast eller fast vid hög temperatur, ingen fast smältpunkt, mjukat efter uppvärmning och sedan smält, med en densitet på 1,25-1,35 g/cm3. Beroende på dess mjukningspunkt är den uppdelad i lågtemperatur-, medeltemperatur- och högtemperaturasfalt. Asfaltutbytet med medeltemperatur är 54-56 % stenkolstjära. Sammansättningen av stenkolstjära är extremt komplicerad, vilket är relaterat till stenkolstjärans egenskaper och innehållet av heteroatomer, och påverkas även av koksprocesssystemet och stenkolstjärans bearbetningsförhållanden. Det finns många indikatorer för att karakterisera koltjärabeck, såsom bitumenmjukningspunkt, toluenolösliga ämnen (TI), kinolinolösliga ämnen (QI), koksvärden och kolbecks reologi.

Stenkolstjära används som bindemedel och impregneringsmedel i kolindustrin, och dess prestanda har stor inverkan på produktionsprocessen och produktkvaliteten för kolprodukter. Bindemasfalten använder i allmänhet en medeltemperatur- eller medeltemperaturmodifierad asfalt med en måttlig mjukningspunkt, ett högt koksvärde och ett högt p-harts. Impregneringsmedlet är en medeltemperaturasfalt med låg mjukningspunkt, låg QI och goda reologiska egenskaper.

Följande bild visar produktionsprocessen för grafitelektrod i kolföretag.
Kalcinering: Det kolhaltiga råmaterialet värmebehandlas vid en hög temperatur för att släppa ut fukten och flyktiga ämnen som finns däri, och produktionsprocessen som motsvarar förbättringen av den ursprungliga tillagningsprestandan kallas för kalcinering. I allmänhet kalcineras den kolhaltiga råvaran genom att använda gas och dess egna flyktiga ämnen som värmekälla, och den maximala temperaturen är 1250-1350 °C.

Kalcinering gör djupgående förändringar i strukturen och de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos kolhaltiga råvaror, främst för att förbättra densiteten, den mekaniska styrkan och den elektriska ledningsförmågan hos koks, förbättra den kemiska stabiliteten och oxidationsbeständigheten hos koks, vilket lägger grunden för den efterföljande processen. .

Bränd utrustning omfattar huvudsakligen tankbrännare, roterugn och elektrisk brännare. Kvalitetskontrollindexet för kalcinering är att den verkliga densiteten för petroleumkoks inte är mindre än 2,07 g/cm3, resistiviteten är inte mer än 550 μΩ.m, den sanna densiteten för nålkoks är inte mindre än 2,12 g/cm3, och resistiviteten är inte mer än 500μΩ.m.
Råvarukrossning och ingredienser

Före satsningen måste den bulkbrända petroleumkoksen och nålkoksen krossas, malas och siktas.

Mellankrossningen utförs vanligen genom att krossa utrustning på ca 50 mm genom en käftkross, en hammarkross, en rullkross och liknande för att ytterligare krossa det 0,5-20 mm storleksmaterial som krävs för satsningen.

Målning är en process för att mala ett kolhaltigt material till en pulverformig liten partikel på 0,15 mm eller mindre och en partikelstorlek på 0,075 mm eller mindre med hjälp av en ringvalskvarn av suspensionstyp (Raymond-kvarn), en kulkvarn eller liknande .

Silning är en process där ett brett spektrum av material efter en krossning delas upp i flera partikelstorleksintervall med ett smalt intervall av storlekar genom en serie siktar med enhetliga öppningar. Nuvarande elektrodproduktion kräver vanligtvis 4-5 pellets och 1-2 pulverkvaliteter.

Ingredienser är produktionsprocesserna för beräkning, vägning och fokusering av de olika aggregaten av ballast och pulver och bindemedel enligt formuleringskraven. Formuleringens vetenskapliga lämplighet och stabiliteten i doseringsoperationen är bland de viktigaste faktorerna som påverkar produktens kvalitetsindex och prestanda.

Formeln måste bestämma 5 aspekter:
1Välj typ av råvaror;
2 bestämma andelen olika typer av råvaror;
3 bestämning av partikelstorlekssammansättningen för det fasta råmaterialet;
4 bestämma mängden bindemedel;
5 Bestäm typen och mängden av tillsatser.

Knådning: Blanda och kvantifiera kolhaltiga granuler och pulver av olika partikelstorlekar med en viss mängd bindemedel vid en viss temperatur, och knådning av plasticitetspasta till en process som kallas knådning.

Knådningsprocess: torrblandning (20-35 min) våtblandning (40-55 min)

Knådningens roll:
1 Vid torr blandning blandas de olika råmaterialen likformigt, och de fasta kolhaltiga materialen med olika partikelstorlekar blandas och fylls likformigt för att förbättra blandningens kompakthet;
2 Efter tillsats av stenkolstjärabeck blandas det torra materialet och asfalten jämnt. Den flytande asfalten täcker och väter ytan av granulerna jämnt för att bilda ett skikt av asfaltbindande skikt, och alla material binds till varandra för att bilda ett homogent plastutstryk. Befrämjar gjutning;
3 delar koltjärabeck tränger in i det inre utrymmet av det kolhaltiga materialet, vilket ytterligare ökar pastans densitet och kohesivitet.

Gjutning: Formningen av kolmaterial hänvisar till processen att plastiskt deformera den knådade kolpastan under den yttre kraften som appliceras av formningsutrustningen för att slutligen bilda en grön kropp (eller råprodukt) med en viss form, storlek, densitet och styrka. behandla.

Typer av formgjutning, utrustning och producerade produkter:
Formningsmetod
Gemensam utrustning
huvudprodukter
Gjutning
Vertikal hydraulpress
Elektriskt kol, låggradig finstrukturgrafit
Pressa
Horisontell hydraulisk extruder
Skruvextruder
Grafitelektrod, fyrkantig elektrod
Vibrationsgjutning
Vibrationsgjutmaskin
Koltegel av aluminium, koltegel i masugn
Isostatisk pressning
Isostatisk formningsmaskin
Isotrop grafit, anisotrop grafit

Klämoperation
1 kallt material: skivkylningsmaterial, cylinderkylningsmaterial, blandning och knådning av kylmaterial, etc.
Ta ur de flyktiga ämnena, reducera till en lämplig temperatur (90-120 ° C) för att öka vidhäftningen, så att pastans blockighet är enhetlig i 20-30 minuter
2 Lastning: presslyft baffel —– 2-3 gånger kapning—-4-10MPa packning
3 förtryck: tryck 20-25MPa, tid 3-5min, under dammsugning
4 extrudering: tryck ner baffeln —5-15MPa extrudering — skär — in i kyldisken

Tekniska parametrar för extrudering: kompressionsförhållande, presskammare och munstyckestemperatur, kyltemperatur, förspänningstrycktid, extruderingstryck, extruderingshastighet, kylvattentemperatur

Grön kroppsinspektion: bulkdensitet, utseendetappning, analys

Kalcinering: Det är en process där kolproduktens gröna kropp fylls i en specialdesignad värmeugn under skydd av fyllmedlet för att utföra högtemperaturvärmebehandling för att karbonaisera kolbecket i grönkroppen. Bitumenkoksen som bildas efter karboniseringen av kolbitumenet stelnar det kolhaltiga aggregatet och pulverpartiklarna tillsammans, och den brända kolprodukten har hög mekanisk hållfasthet, låg elektrisk resistivitet, god termisk stabilitet och kemisk stabilitet. .

Kalcinering är en av huvudprocesserna vid produktion av kolprodukter, och är också en viktig del av de tre stora värmebehandlingsprocesserna för grafitelektrodproduktion. Kalcineringsproduktionscykeln är lång (22-30 dagar för bakning, 5-20 dagar för ugnar för 2 gräddning) och högre energiförbrukning. Kvaliteten på grönrostning har en inverkan på kvaliteten på den färdiga produkten och produktionskostnaden.

Det gröna kolbecket i den gröna kroppen kokas under rostningsprocessen, och cirka 10% av det flyktiga materialet släpps ut, och volymen produceras av 2-3% krympning och massförlusten är 8-10%. De fysikaliska och kemiska egenskaperna hos kolämnet förändrades också avsevärt. Porositeten minskade från 1,70 g/cm3 till 1,60 g/cm3 och resistiviteten minskade från 10000 μΩ·m till 40-50 μΩ·m på grund av ökningen av porositeten. Den mekaniska hållfastheten hos det kalcinerade ämnet var också stor. För förbättring.

Den sekundära gräddningen är en process i vilken den kalcinerade produkten nedsänks och sedan kalcineras för att förkolna becket som är nedsänkt i den kalcinerade produktens porer. Elektroder som kräver högre bulkdensitet (alla varianter utom RP) och fogämnen måste bibakas, och fogämnena utsätts också för tredoppningsfyrbakning eller tvådoppning trebakning.

Huvudugnstyp av stekare:
Kontinuerlig drift—-ringugn (med lock, utan lock), tunnelugn
Intermittent drift—-omvänd ugn, ugn under golvet, ugnsstekare

Kalcineringskurva och maxtemperatur:
Engångsrostning—-320, 360, 422, 480 timmar, 1250 °C
Sekundär rostning—-125, 240, 280 timmar, 700-800 °C

Inspektion av bakade produkter: utseendetappning, elektrisk resistivitet, bulkdensitet, tryckhållfasthet, intern strukturanalys

Impregnering är en process där ett kolmaterial placeras i ett tryckkärl och det flytande impregneringsbecket nedsänks i produktelektrodens porer under vissa temperatur- och tryckförhållanden. Syftet är att minska produktens porositet, öka produktens skrymdensitet och mekaniska styrka och förbättra produktens elektriska och termiska ledningsförmåga.

Impregneringsprocessen och relaterade tekniska parametrar är: rostning av ämne – ytrengöring – förvärmning (260-380 °C, 6-10 timmar) – laddning av impregneringstanken – dammsugning (8-9KPa, 40-50min) – Injektion av bitumen (180) -200 °C) – Trycksättning (1,2-1,5 MPa, 3-4 timmar) – Återgå till asfalt – Kylning (inuti eller utanför tanken)

Inspektion av impregnerade produkter: viktökningsgrad för impregnering G=(W2-W1)/W1×100%
En viktökningshastighet ≥14 %
Sekundär impregnerad produkt viktökning ≥ 9 %
Tre doppprodukter viktökning ≥ 5 %

Grafitisering avser en högtemperaturvärmebehandlingsprocess där en kolprodukt värms upp till en temperatur av 2300 °C eller mer i ett skyddsmedium i en högtemperaturelektrisk ugn för att omvandla ett kol med amorft skiktad struktur till ett tredimensionellt ordnat kol. grafitkristallstruktur.

Syftet och effekten av grafitisering:
1 förbättra ledningsförmågan och värmeledningsförmågan hos kolmaterialet (resistiviteten minskas med 4-5 gånger och värmeledningsförmågan ökas med cirka 10 gånger);
2 förbättra kolmaterialets motståndskraft mot termisk chock och kemisk stabilitet (linjär expansionskoefficient reducerad med 50-80%);
3 för att göra kolmaterialet smörjande och nötningsbeständighet;
4 Avgas föroreningar, förbättra kolmaterialets renhet (askahalten i produkten reduceras från 0,5-0,8% till ca 0,3%).

Förverkligandet av grafitiseringsprocessen:

Grafitiseringen av kolmaterial utförs vid en hög temperatur på 2300-3000 °C, så den kan endast realiseras genom elektrisk uppvärmning i industrin, det vill säga strömmen passerar direkt genom den uppvärmda kalcinerade produkten och den kalcinerade produkten laddas in i ugnen genereras av den elektriska strömmen vid en hög temperatur. Ledaren är återigen ett föremål som värms upp till en hög temperatur.

Ugnar som för närvarande används i stor utsträckning inkluderar Acheson-grafiteringsugnar och intern värmekaskad (LWG) ugnar. Den förstnämnda har stor effekt, stor temperaturskillnad och hög strömförbrukning. Den senare har kort uppvärmningstid, låg strömförbrukning, enhetlig elektrisk resistivitet och är inte lämplig för montering.

Styrningen av grafitiseringsprocessen styrs genom att mäta den elektriska effektkurvan som är lämplig för temperaturökningsförhållandena. Strömförsörjningstiden är 50-80 timmar för Acheson-ugnen och 9-15 timmar för LWG-ugnen.

Effektförbrukningen vid grafitisering är mycket stor, i allmänhet 3200-4800KWh, och processkostnaden står för cirka 20-35% av den totala produktionskostnaden.

Inspektion av grafitiserade produkter: utseendetappning, resistivitetstest

Bearbetning: Syftet med mekanisk bearbetning av kolgrafitmaterial är att uppnå önskad storlek, form, precision etc. genom att skära för att göra elektrodkroppen och lederna i enlighet med användningskraven.

Grafitelektrodbearbetning är uppdelad i två oberoende bearbetningsprocesser: elektrodkropp och led.

Kroppsbearbetningen inkluderar tre steg med borrning och grov plan ändyta, yttre cirkel och platt ändyta och fräsgänga. Bearbetningen av konisk fog kan delas in i 6 processer: skärning, platt ändyta, bilkonyta, fräsgänga, borrbult och slitsning.

Anslutning av elektrodförband: konisk koppling (tre spännen och ett spänne), cylindrisk koppling, stötanslutning (han- och honanslutning)

Kontroll av bearbetningsnoggrannhet: gängavsmalnande avvikelse, gängstigning, skarv (hål) stor diameteravvikelse, foghåls koaxialitet, foghålets vertikalitet, elektrodändytas planhet, fogfyrapunktsavvikelse. Kontrollera med speciella ringmätare och plattmätare.

Inspektion av färdiga elektroder: noggrannhet, vikt, längd, diameter, bulkdensitet, resistivitet, tolerans före montering, etc.