Ang graphite electrode ay isang high temperature resistant graphite conductive material na ginawa ng petroleum knead, needle coke bilang aggregate at coal bitumen bilang binder, na ginawa sa pamamagitan ng serye ng mga proseso tulad ng kneading, molding, roasting, impregnation, graphitization at mechanical processing. materyal.
Ang graphite electrode ay isang mahalagang high-temperature conductive material para sa electric steelmaking. Ang graphite electrode ay ginagamit upang mag-input ng electric energy sa electric furnace, at ang mataas na temperatura na nabuo ng arko sa pagitan ng dulo ng electrode at ang singil ay ginagamit bilang pinagmumulan ng init upang matunaw ang singil para sa paggawa ng bakal. Ang ibang mga ore furnace na nag-aamoy ng mga materyales tulad ng yellow phosphorus, industrial silicon, at abrasives ay gumagamit din ng graphite electrodes bilang conductive material. Ang mahusay at espesyal na pisikal at kemikal na mga katangian ng graphite electrodes ay malawakang ginagamit din sa iba pang mga sektor ng industriya.
Ang mga hilaw na materyales para sa paggawa ng mga graphite electrodes ay petrolyo coke, needle coke at coal tar pitch.
Ang petrolyo coke ay isang nasusunog na solidong produkto na nakuha sa pamamagitan ng coking coal residue at petroleum pitch. Ang kulay ay itim at buhaghag, ang pangunahing elemento ay carbon, at ang nilalaman ng abo ay napakababa, sa pangkalahatan ay mas mababa sa 0.5%. Ang petrolyo coke ay kabilang sa klase ng madaling graphitized na carbon. Ang petrolyo coke ay may malawak na hanay ng mga gamit sa kemikal at metalurhiko na mga industriya. Ito ang pangunahing hilaw na materyal para sa paggawa ng mga artipisyal na produkto ng grapayt at mga produktong carbon para sa electrolytic aluminum.
Ang petroleum coke ay maaaring nahahati sa dalawang uri: raw coke at calcined coke ayon sa temperatura ng heat treatment. Ang dating petrolyo coke na nakuha sa pamamagitan ng delayed coking ay naglalaman ng isang malaking halaga ng volatiles, at ang mekanikal na lakas ay mababa. Ang calcined coke ay nakuha sa pamamagitan ng calcination ng raw coke. Karamihan sa mga refinery sa China ay gumagawa lamang ng coke, at ang mga pagpapatakbo ng calcination ay kadalasang isinasagawa sa mga planta ng carbon.
Maaaring hatiin ang petrolyo coke sa high sulfur coke (naglalaman ng higit sa 1.5% sulfur), medium sulfur coke (naglalaman ng 0.5%-1.5% sulfur), at low sulfur coke (naglalaman ng mas mababa sa 0.5% sulfur). Ang produksyon ng mga graphite electrodes at iba pang artipisyal na mga produkto ng grapayt ay karaniwang ginawa gamit ang mababang sulfur coke.
Ang Needle coke ay isang uri ng mataas na kalidad na coke na may halatang fibrous texture, napakababang thermal expansion coefficient at madaling graphitization. Kapag nasira ang coke, maaari itong hatiin sa mga payat na piraso ayon sa texture (ang aspect ratio ay karaniwang nasa itaas ng 1.75). Ang isang anisotropic fibrous na istraktura ay maaaring maobserbahan sa ilalim ng isang polarizing microscope, at samakatuwid ay tinutukoy bilang needle coke.
Ang anisotropy ng physico-mechanical properties ng needle coke ay napakalinaw. Ito ay may mahusay na electrical at thermal conductivity na kahanay sa mahabang direksyon ng axis ng particle, at ang koepisyent ng thermal expansion ay mababa. Kapag ang extrusion molding, ang mahabang axis ng karamihan sa mga particle ay nakaayos sa direksyon ng extrusion. Samakatuwid, ang needle coke ay ang pangunahing hilaw na materyal para sa paggawa ng high-power o ultra-high-power graphite electrodes. Ang graphite electrode na ginawa ay may mababang resistivity, maliit na thermal expansion coefficient at magandang thermal shock resistance.
Ang needle coke ay nahahati sa oil-based needle coke na ginawa mula sa petrolyo residue at coal-based needle coke na ginawa mula sa pinong coal pitch raw na materyales.
Ang coal tar ay isa sa mga pangunahing produkto ng coal tar deep processing. Ito ay isang halo ng iba't ibang mga hydrocarbon, itim sa mataas na temperatura, semi-solid o solid sa mataas na temperatura, walang nakapirming punto ng pagkatunaw, pinalambot pagkatapos ng pag-init, at pagkatapos ay natunaw, na may density na 1.25-1.35 g/cm3. Ayon sa punto ng paglambot nito, nahahati ito sa mababang temperatura, katamtamang temperatura at mataas na temperatura na aspalto. Ang katamtamang temperatura na ani ng aspalto ay 54-56% ng coal tar. Ang komposisyon ng coal tar ay lubhang kumplikado, na nauugnay sa mga katangian ng coal tar at ang nilalaman ng heteroatoms, at apektado din ng sistema ng proseso ng coking at mga kondisyon ng pagproseso ng coal tar. Maraming indicator para sa pagkilala sa coal tar pitch, gaya ng bitumen softening point, toluene insolubles (TI), quinoline insolubles (QI), coking values, at coal pitch rheology.
Ang coal tar ay ginagamit bilang isang binder at impregnant sa industriya ng carbon, at ang pagganap nito ay may malaking epekto sa proseso ng produksyon at kalidad ng produkto ng mga produktong carbon. Ang binder asphalt ay karaniwang gumagamit ng medium-temperature o medium-temperature modified asphalt na may katamtamang softening point, mataas na coking value, at mataas na β resin. Ang impregnating agent ay isang medium temperature na aspalto na mayroong mababang softening point, mababang QI, at magandang rheological properties.
Ang sumusunod na larawan ay nagpapakita ng proseso ng produksyon ng graphite electrode sa carbon enterprise.
Calcination: Ang carbonaceous raw material ay heat-treated sa isang mataas na temperatura upang mapalabas ang moisture at volatile matter na nilalaman nito, at ang proseso ng produksyon na tumutugma sa pagpapabuti ng orihinal na pagganap ng pagluluto ay tinatawag na calcination. Sa pangkalahatan, ang carbonaceous na hilaw na materyal ay na-calcine sa pamamagitan ng paggamit ng gas at sarili nitong volatiles bilang pinagmumulan ng init, at ang pinakamataas na temperatura ay 1250-1350 °C.
Ang calcination ay gumagawa ng malalim na pagbabago sa istraktura at physicochemical properties ng carbonaceous raw na materyales, pangunahin sa pagpapabuti ng density, mekanikal na lakas at electrical conductivity ng coke, pagpapabuti ng chemical stability at oxidation resistance ng coke, paglalagay ng pundasyon para sa kasunod na proseso. .
Pangunahing kasama sa calcined equipment ang tank calciner, rotary kiln at electric calciner. Ang quality control index ng calcination ay ang tunay na density ng petroleum coke ay hindi bababa sa 2.07g/cm3, ang resistivity ay hindi hihigit sa 550μΩ.m, ang tunay na density ng needle coke ay hindi bababa sa 2.12g/cm3, at ang ang resistivity ay hindi hihigit sa 500μΩ.m.
Pagdurog ng hilaw na materyal at mga sangkap
Bago ang batching, ang bulk calcined petroleum coke at needle coke ay dapat durugin, lupa, at salain.
Ang daluyan na pagdurog ay kadalasang isinasagawa sa pamamagitan ng pagdurog ng mga kagamitan na humigit-kumulang 50 mm sa pamamagitan ng isang jaw crusher, isang hammer crusher, isang roll crusher at mga katulad nito upang lalo pang durugin ang 0.5-20 mm size na materyal na kinakailangan para sa batching.
Ang paggiling ay isang proseso ng paggiling ng isang carbonaceous na materyal sa isang pulbos na maliit na particle na 0.15 mm o mas mababa at isang particle na laki ng 0.075 mm o mas mababa sa pamamagitan ng isang suspension-type ring roll mill (Raymond mill), isang ball mill, o katulad nito .
Ang screening ay isang proseso kung saan ang isang malawak na hanay ng mga materyales pagkatapos ng pagdurog ay nahahati sa ilang hanay ng laki ng butil na may makitid na hanay ng mga sukat sa pamamagitan ng isang serye ng mga salaan na may pare-parehong bukas. Ang kasalukuyang produksyon ng elektrod ay karaniwang nangangailangan ng 4-5 pellets at 1-2 powder grades.
Ang mga sangkap ay ang mga proseso ng produksyon para sa pagkalkula, pagtimbang at pagtutok sa iba't ibang pinagsama-samang mga pinagsama-samang at pulbos at mga binder ayon sa mga kinakailangan sa pagbabalangkas. Ang pang-agham na kaangkupan ng pagbabalangkas at ang katatagan ng batching operation ay kabilang sa pinakamahalagang salik na nakakaapekto sa index ng kalidad at pagganap ng produkto.
Kailangang matukoy ng formula ang 5 aspeto:
1Piliin ang uri ng hilaw na materyales;
2 matukoy ang proporsyon ng iba't ibang uri ng hilaw na materyales;
3 pagtukoy sa laki ng butil na komposisyon ng solid na hilaw na materyal;
4 matukoy ang dami ng panali;
5 Tukuyin ang uri at dami ng mga additives.
Pagmamasa: Paghahalo at pagbibilang ng iba't ibang laki ng butil ng carbonaceous na mga butil at pulbos na may tiyak na dami ng binder sa isang tiyak na temperatura, at pagmamasa ng plasticity paste sa isang prosesong tinatawag na pagmamasa.
Proseso ng pagmamasa: dry mixing (20-35 min) wet mixing (40-55 min)
Ang papel ng pagmamasa:
1 Kapag tuyo ang paghahalo, ang iba't ibang mga hilaw na materyales ay pantay na pinaghalo, at ang mga solidong carbonaceous na materyales na may iba't ibang laki ng butil ay pantay na pinaghalo at pinupunan upang mapabuti ang compactness ng pinaghalong;
2 Pagkatapos magdagdag ng coal tar pitch, pantay na pinaghalo ang tuyong materyal at ang aspalto. Ang likidong aspalto ay pantay na nababalot at binabasa ang ibabaw ng mga butil upang bumuo ng isang layer ng asphalt bonding layer, at ang lahat ng mga materyales ay pinagsama sa isa't isa upang bumuo ng isang homogenous na plastic smear. Nakatutulong sa paghubog;
Ang 3 bahagi ng coal tar pitch ay tumagos sa panloob na espasyo ng carbonaceous na materyal, na lalong nagpapataas ng density at pagkakaisa ng paste.
Molding: Ang paghubog ng carbon material ay tumutukoy sa proseso ng plastic na pagpapapangit ng kneaded carbon paste sa ilalim ng panlabas na puwersa na inilapat ng molding equipment upang tuluyang makabuo ng berdeng katawan (o hilaw na produkto) na may tiyak na hugis, sukat, density at lakas. proseso.
Mga uri ng paghubog, kagamitan at produktong ginawa:
Paraan ng paghubog
Karaniwang kagamitan
pangunahing produkto
Paghuhulma
Vertical hydraulic press
Electric carbon, mababang-grade fine structure graphite
Pisil
Pahalang na hydraulic extruder
Screw extruder
Graphite electrode, square electrode
Paghubog ng panginginig ng boses
Vibration molding machine
Aluminum carbon brick, blast furnace carbon brick
Isostatic pressing
Isostatic molding machine
Isotropic graphite, anisotropic graphite
Pagpisil ng operasyon
1 cool na materyal: disc cooling material, cylinder cooling material, paghahalo at pagmamasa ng cooling materials, atbp.
I-discharge ang volatiles, bawasan sa isang angkop na temperatura (90-120 ° C) upang madagdagan ang pagdirikit, upang ang blockiness ng paste ay pare-pareho sa loob ng 20-30 min
2 Naglo-load: press lift baffle —– 2-3 beses na pagputol—-4-10MPa compaction
3 pre-pressure: presyon 20-25MPa, oras 3-5min, habang nagva-vacuum
4 extrusion: pindutin pababa ang baffle —5-15MPa extrusion — cut — sa cooling sink
Mga teknikal na parameter ng extrusion: compression ratio, press chamber at nozzle temperature, cooling temperature, preload pressure time, extrusion pressure, extrusion speed, cooling water temperature
Green body inspection: bulk density, pag-tap sa hitsura, pagsusuri
Calcination: Ito ay isang proseso kung saan ang carbon product green body ay pinupuno sa isang espesyal na idinisenyong heating furnace sa ilalim ng proteksyon ng filler upang magsagawa ng high-temperature heat treatment upang gawing carbonize ang coal pitch sa green body. Ang bitumen coke na nabuo pagkatapos ng carbonization ng coal bitumen ay nagpapatibay sa carbonaceous aggregate at mga powder particle na magkasama, at ang calcined carbon na produkto ay may mataas na mekanikal na lakas, mababang electrical resistivity, magandang thermal stability at chemical stability. .
Ang calcination ay isa sa mga pangunahing proseso sa paggawa ng mga produktong carbon, at isa ring mahalagang bahagi ng tatlong pangunahing proseso ng heat treatment ng graphite electrode production. Mahaba ang cycle ng produksyon ng calcination (22-30 araw para sa baking, 5-20 araw para sa furnaces para sa 2 baking), at Mas mataas na pagkonsumo ng enerhiya. Ang kalidad ng berdeng litson ay may epekto sa kalidad ng tapos na produkto at sa gastos ng produksyon.
Ang green coal pitch sa berdeng katawan ay na-coked sa panahon ng proseso ng pag-ihaw, at humigit-kumulang 10% ng pabagu-bago ng isip ay pinalabas, at ang dami ay ginawa ng 2-3% na pag-urong, at ang pagkawala ng masa ay 8-10%. Malaki rin ang pagbabago ng pisikal at kemikal na katangian ng carbon billet. Bumaba ang porosity mula 1.70 g/cm3 hanggang 1.60 g/cm3 at bumaba ang resistivity mula 10000 μΩ·m hanggang 40-50 μΩ·m dahil sa pagtaas ng porosity. Malaki rin ang mekanikal na lakas ng calcined billet. Para sa improvement.
Ang pangalawang baking ay isang proseso kung saan ang calcined na produkto ay inilulubog at pagkatapos ay calcined upang carbonize ang pitch sa ilalim ng tubig sa mga pores ng calcined produkto. Ang mga electrodes na nangangailangan ng mas mataas na bulk density (lahat ng mga varieties maliban sa RP) at magkasanib na mga blangko ay kinakailangang i-bibaked, at ang magkasanib na mga blangko ay sasailalim din sa three-dip four-bake o two-dip three-bake.
Pangunahing uri ng pugon ng roaster:
Tuloy-tuloy na operasyon—-ring furnace (may takip, walang takip), tunnel kiln
Paputol-putol na operasyon—-reverse kiln, under-floor roaster, box roaster
Calcination curve at maximum na temperatura:
Isang beses na pag-ihaw—-320, 360, 422, 480 na oras, 1250 °C
Pangalawang pag-ihaw—-125, 240, 280 oras, 700-800 °C
Inspeksyon ng mga inihurnong produkto: pag-tap sa hitsura, resistivity ng kuryente, bulk density, lakas ng compressive, pagsusuri ng panloob na istraktura
Ang impregnation ay isang proseso kung saan ang isang carbon material ay inilalagay sa isang pressure vessel at ang likidong impregnant pitch ay inilulubog sa mga pores ng electrode ng produkto sa ilalim ng ilang mga kondisyon ng temperatura at presyon. Ang layunin ay upang bawasan ang porosity ng produkto, pataasin ang bulk density at mekanikal na lakas ng produkto, at pagbutihin ang electrical at thermal conductivity ng produkto.
Ang proseso ng impregnation at mga kaugnay na teknikal na parameter ay: roasting billet – paglilinis sa ibabaw – preheating (260-380 °C, 6-10 oras) – loading ang impregnation tank – vacuuming (8-9KPa, 40-50min) – Injection ng bitumen (180 -200 °C) – Pressurization (1.2-1.5 MPa, 3-4 na oras) – Bumalik sa aspalto – Paglamig (sa loob o labas ng tangke)
Inspeksyon ng mga produktong pinapagbinhi: rate ng pagtaas ng timbang ng impregnation G=(W2-W1)/W1×100%
Isang paglubog ng rate ng pagtaas ng timbang ≥14%
Pangalawang pinapagbinhi na produkto rate ng pagtaas ng timbang ≥ 9%
Tatlong produkto sa paglubog ng rate ng pagtaas ng timbang ≥ 5%
Ang graphitization ay tumutukoy sa isang high-temperature heat treatment process kung saan ang isang carbon product ay pinainit sa temperatura na 2300 ° C o higit pa sa isang protective medium sa isang high-temperature na electric furnace upang i-convert ang isang amorphous layered structure na carbon sa isang three-dimensional na ordered istraktura ng kristal ng grapayt.
Ang layunin at epekto ng graphitization:
1 mapabuti ang conductivity at thermal conductivity ng carbon material (ang resistivity ay nabawasan ng 4-5 beses, at ang thermal conductivity ay nadagdagan ng halos 10 beses);
2 mapabuti ang thermal shock resistance at kemikal na katatagan ng carbon material (linear expansion coefficient nabawasan ng 50-80%);
3 upang gawing lubricity ang materyal ng carbon at paglaban sa hadhad;
4 Exhaust impurities, mapabuti ang kadalisayan ng carbon materyal (ang abo nilalaman ng produkto ay nabawasan mula sa 0.5-0.8% sa tungkol sa 0.3%).
Ang pagsasakatuparan ng proseso ng graphitization:
Ang graphitization ng carbon material ay isinasagawa sa isang mataas na temperatura ng 2300-3000 °C, kaya maaari lamang itong maisakatuparan sa pamamagitan ng electric heating sa industriya, iyon ay, ang kasalukuyang direktang dumadaan sa pinainit na calcined na produkto, at ang calcined na produkto ay sinisingil. sa pugon ay nabuo sa pamamagitan ng electric current sa isang mataas na temperatura. Ang konduktor ay muli isang bagay na pinainit sa isang mataas na temperatura.
Kabilang sa mga furnace na kasalukuyang malawakang ginagamit ang Acheson graphitization furnace at internal heat cascade (LWG) furnace. Ang dating ay may malaking output, isang malaking pagkakaiba sa temperatura, at isang mataas na pagkonsumo ng kuryente. Ang huli ay may maikling oras ng pag-init, mababang pagkonsumo ng kuryente, pare-parehong resistivity ng kuryente, at hindi angkop para sa angkop.
Ang kontrol ng proseso ng graphitization ay kinokontrol sa pamamagitan ng pagsukat ng electric power curve na angkop para sa kondisyon ng pagtaas ng temperatura. Ang oras ng supply ng kuryente ay 50-80 oras para sa Acheson furnace at 9-15 oras para sa LWG furnace.
Ang konsumo ng kuryente ng graphitization ay napakalaki, sa pangkalahatan ay 3200-4800KWh, at ang gastos sa proseso ay humigit-kumulang 20-35% ng kabuuang gastos sa produksyon.
Inspeksyon ng mga graphitized na produkto: pag-tap sa hitsura, pagsubok sa resistivity
Machining: Ang layunin ng mechanical machining ng carbon graphite materials ay upang makamit ang kinakailangang laki, hugis, katumpakan, atbp. sa pamamagitan ng pagputol upang gawin ang electrode body at joints alinsunod sa mga kinakailangan ng paggamit.
Ang pagpoproseso ng graphite electrode ay nahahati sa dalawang independiyenteng proseso ng pagproseso: katawan ng elektrod at magkasanib na bahagi.
Kasama sa pagproseso ng katawan ang tatlong hakbang ng boring at magaspang na flat end face, outer circle at flat end face at milling thread. Ang pagproseso ng conical joint ay maaaring nahahati sa 6 na proseso: cutting, flat end face, car cone face, milling thread, drilling bolt At slotting.
Koneksyon ng electrode joints: conical joint connection (tatlong buckles at isang buckle), cylindrical joint connection, bump connection (lalaki at babaeng koneksyon)
Kontrol ng katumpakan ng machining: thread taper deviation, thread pitch, joint (hole) large diameter deviation, joint hole coaxiality, joint hole verticality, electrode end face flatness, joint four-point deviation. Suriin gamit ang mga espesyal na ring gauge at plate gauge.
Inspeksyon ng mga natapos na electrodes: katumpakan, timbang, haba, diameter, bulk density, resistivity, pre-assembly tolerance, atbp.
Oras ng post: Okt-31-2019