Grafit elektrot, yoğurma, kalıplama, kavurma, emprenye etme, grafitleştirme ve mekanik işleme gibi bir dizi işlemle üretilen petrol yoğurdu, agrega olarak iğne kok ve bağlayıcı olarak kömür bitümünden üretilen yüksek sıcaklığa dayanıklı bir grafit iletken malzemedir. malzeme.
Grafit elektrot, elektrikli çelik üretimi için önemli bir yüksek sıcaklıkta iletken malzemedir. Grafit elektrot, elektrik fırınına elektrik enerjisi sağlamak için kullanılır ve elektrot ucu ile yük arasındaki ark tarafından üretilen yüksek sıcaklık, çelik yapımında yükü eritmek için bir ısı kaynağı olarak kullanılır. Sarı fosfor, endüstriyel silikon ve aşındırıcılar gibi malzemeleri eriten diğer cevher fırınları da iletken malzeme olarak grafit elektrotları kullanır. Grafit elektrotların mükemmel ve özel fiziksel ve kimyasal özellikleri diğer endüstriyel sektörlerde de yaygın olarak kullanılmaktadır.
Grafit elektrot üretimi için hammaddeler petrol kok, iğne kok ve kömür katranı ziftidir.
Petrol kok, koklaşabilir taş kömürü kalıntısı ve petrol ziftinden elde edilen yanıcı bir katı üründür. Rengi siyah ve gözeneklidir, ana element karbondur ve kül içeriği çok düşüktür, genellikle %0,5'in altındadır. Petrol kok, kolayca grafitleşen karbon sınıfına aittir. Petrol kok kimya ve metalurji endüstrilerinde geniş bir kullanım alanına sahiptir. Elektrolitik alüminyum için yapay grafit ürünleri ve karbon ürünleri üretmek için ana hammaddedir.
Petrol koku, ısıl işlem sıcaklığına göre ham kok ve kalsine kok olmak üzere iki türe ayrılabilir. Geciktirilmiş koklaştırma ile elde edilen eski petrol kok, büyük miktarda uçucu madde içerir ve mekanik mukavemeti düşüktür. Kalsine kok, ham kokun kalsine edilmesiyle elde edilir. Çin'deki rafinerilerin çoğu yalnızca kok üretiyor ve kalsinasyon işlemleri çoğunlukla karbon tesislerinde gerçekleştiriliyor.
Petrol kok, yüksek kükürtlü kok (%1,5'ten fazla kükürt içeren), orta kükürtlü kok (%0,5-%1,5 kükürt içeren) ve düşük kükürtlü kok (%0,5'ten az kükürt içeren) olarak ayrılabilir. Grafit elektrotların ve diğer yapay grafit ürünlerinin üretimi genellikle düşük kükürtlü kok kullanılarak üretilir.
İğne kok, belirgin lifli dokuya, çok düşük termal genleşme katsayısına ve kolay grafitleşmeye sahip, yüksek kaliteli bir kok türüdür. Kok kırıldığında dokusuna göre ince şeritlere ayrılabilir (en boy oranı genellikle 1,75'in üzerindedir). Anizotropik bir lifli yapı, polarizasyon mikroskobu altında gözlemlenebilir ve bu nedenle iğne koku olarak anılır.
İğne kokunun fiziko-mekanik özelliklerinin anizotropisi çok açıktır. Parçacığın uzun eksen yönüne paralel olarak iyi elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptir ve termal genleşme katsayısı düşüktür. Ekstrüzyon kalıplama sırasında çoğu parçacığın uzun ekseni ekstrüzyon yönünde düzenlenir. Bu nedenle iğne kok, yüksek güçlü veya ultra yüksek güçlü grafit elektrotların üretiminde temel hammaddedir. Üretilen grafit elektrot düşük dirençliliğe, küçük termal genleşme katsayısına ve iyi termal şok direncine sahiptir.
İğne kok, petrol kalıntısından üretilen yağ bazlı iğne kok ve rafine edilmiş kömür zift hammaddelerinden üretilen kömür bazlı iğne kok olarak ikiye ayrılır.
Kömür katranı, kömür katranının derin işlenmesinin ana ürünlerinden biridir. Yüksek sıcaklıkta siyah, yüksek sıcaklıkta yarı katı veya katı, sabit bir erime noktası olmayan, ısıtıldıktan sonra yumuşatılan ve daha sonra eritilen, 1,25-1,35 g/cm3 yoğunlukta çeşitli hidrokarbonların bir karışımıdır. Yumuşama noktasına göre düşük sıcaklık, orta sıcaklık ve yüksek sıcaklık asfalt olarak ayrılır. Orta sıcaklıkta asfalt verimi %54-56 oranında kömür katranıdır. Kömür katranının bileşimi son derece karmaşıktır; bu, kömür katranının özellikleri ve heteroatomların içeriği ile ilgilidir ve ayrıca koklaştırma proses sistemi ve kömür katranı işleme koşullarından da etkilenir. Kömür katranı ziftini karakterize etmek için bitümün yumuşama noktası, toluen çözünmeyenleri (TI), kinolin çözünmeyenleri (QI), koklaşma değerleri ve kömür zift reolojisi gibi birçok gösterge vardır.
Kömür katranı, karbon endüstrisinde bağlayıcı ve emprenye maddesi olarak kullanılır ve performansı, karbon ürünlerinin üretim süreci ve ürün kalitesi üzerinde büyük etkiye sahiptir. Bağlayıcı asfalt genellikle orta derecede yumuşama noktasına, yüksek koklaşma değerine ve yüksek β reçineye sahip orta sıcaklıkta veya orta sıcaklıkta modifiye edilmiş asfalt kullanır. Emdirme maddesi, düşük yumuşama noktasına, düşük QI'ye ve iyi reolojik özelliklere sahip, orta sıcaklıktaki bir asfalttır.
Aşağıdaki resim karbon işletmesindeki grafit elektrotun üretim sürecini göstermektedir.
Kalsinasyon: Karbonlu hammadde, içindeki nemi ve uçucu maddeyi boşaltmak için yüksek sıcaklıkta ısıl işleme tabi tutulur ve orijinal pişirme performansının iyileştirilmesine karşılık gelen üretim sürecine kalsinasyon denir. Genellikle karbonlu hammadde, ısı kaynağı olarak gaz ve kendi uçucuları kullanılarak kalsine edilir ve maksimum sıcaklık 1250-1350 °C'dir.
Kalsinasyon, karbonlu hammaddelerin yapısında ve fizikokimyasal özelliklerinde derin değişiklikler yapar; esas olarak kok yoğunluğunu, mekanik mukavemetini ve elektriksel iletkenliğini iyileştirir, kok kimyasal stabilitesini ve oksidasyon direncini geliştirir ve sonraki proses için temel oluşturur. .
Kalsine ekipmanı esas olarak tank kalsinatörü, döner fırın ve elektrikli kalsinatörü içerir. Kalsinasyonun kalite kontrol indeksi, petrol kokunun gerçek yoğunluğunun 2,07g/cm3'ten az olmaması, direncin 550μΩ.m'den fazla olmaması, iğne kokunun gerçek yoğunluğunun 2,12g/cm3'ten az olmaması ve direnç 500μΩ.m'den fazla değildir.
Hammadde kırma ve malzemeler
Harmanlamadan önce, toplu kalsine edilmiş petrol kok ve iğne kok ezilmeli, öğütülmeli ve elenmelidir.
Orta düzeyde kırma genellikle harmanlama için gereken 0,5-20 mm boyutundaki malzemeyi daha da kırmak için çeneli kırıcı, çekiçli kırıcı, silindirli kırıcı ve benzeri aracılığıyla yaklaşık 50 mm'lik kırma ekipmanıyla gerçekleştirilir.
Öğütme, karbonlu bir malzemenin, süspansiyon tipi bir halkalı değirmen (Raymond değirmeni), bir bilyeli değirmen veya benzeri vasıtasıyla 0,15 mm veya daha az toz halinde küçük bir parçacık ve 0,075 mm veya daha küçük bir parçacık boyutuna kadar öğütülmesi işlemidir. .
Eleme, geniş bir yelpazedeki malzemelerin, kırma işleminden sonra, tekdüze açıklıklara sahip bir dizi elek aracılığıyla, dar bir boyut aralığına sahip çeşitli parçacık boyutu aralıklarına bölündüğü bir işlemdir. Mevcut elektrot üretimi genellikle 4-5 pelet ve 1-2 toz sınıfı gerektirir.
İçerik maddeleri, formülasyon gerekliliklerine göre çeşitli agrega, toz ve bağlayıcı agregatlarının hesaplanması, tartılması ve odaklanmasına yönelik üretim süreçleridir. Formülasyonun bilimsel uygunluğu ve harmanlama işleminin stabilitesi, ürünün kalite indeksini ve performansını etkileyen en önemli faktörler arasındadır.
Formülün 5 hususu belirlemesi gerekiyor:
1Hammadde türünü seçin;
2 farklı hammadde türlerinin oranını belirlemek;
3 katı ham maddenin parçacık boyutu bileşiminin belirlenmesi;
4 bağlayıcı miktarını belirlemek;
5 Katkı maddelerinin cinsini ve miktarını belirleyin.
Yoğurma: Çeşitli parçacık boyutlarındaki karbonlu granüllerin ve tozların belirli miktarda bağlayıcıyla belirli bir sıcaklıkta karıştırılması ve miktarının belirlenmesi ve plastiklik macununun yoğurma adı verilen bir işlemle yoğrulması.
Yoğurma işlemi: kuru karıştırma (20-35 dk) ıslak karıştırma (40-55 dk)
Yoğurmanın rolü:
1 Kuru karıştırırken, çeşitli hammaddeler eşit şekilde karıştırılır ve karışımın kompaktlığını arttırmak için farklı parçacık boyutlarındaki katı karbonlu malzemeler eşit şekilde karıştırılır ve doldurulur;
2 Kömür katranı ziftinin eklenmesinden sonra kuru malzeme ve asfalt eşit şekilde karıştırılır. Sıvı asfalt, bir asfalt bağlama tabakası tabakası oluşturmak için granüllerin yüzeyini eşit şekilde kaplar ve ıslatır ve tüm malzemeler homojen bir plastik leke oluşturacak şekilde birbirine bağlanır. Kalıplamaya elverişli;
3 kısım kömür katranı zifti, karbonlu malzemenin iç boşluğuna nüfuz ederek macunun yoğunluğunu ve yapışkanlığını daha da arttırır.
Kalıplama: Karbon malzemenin kalıplanması, sonunda belirli bir şekle, boyuta, yoğunluğa ve dayanıklılığa sahip yeşil bir gövde (veya ham ürün) oluşturmak için kalıplama ekipmanı tarafından uygulanan dış kuvvet altında yoğrulmuş karbon hamurunun plastik olarak deforme edilmesi işlemini ifade eder. işlem.
Üretilen kalıplama, ekipman ve ürün türleri:
Kalıplama yöntemi
Ortak ekipman
ana ürünler
Kalıplama
Dikey hidrolik pres
Elektrik karbonu, düşük dereceli ince yapılı grafit
Sıkmak
Yatay hidrolik ekstruder
Vidalı ekstruder
Grafit elektrot, kare elektrot
Titreşimle kalıplama
Titreşim kalıplama makinesi
Alüminyum karbon tuğlası, yüksek fırın karbon tuğlası
İzostatik presleme
İzostatik kalıplama makinesi
İzotropik grafit, anizotropik grafit
Sıkma işlemi
1 soğuk malzeme: disk soğutma malzemesi, silindir soğutma malzemesi, soğutma malzemelerinin karıştırılması ve yoğurulması vb.
Uçucu maddeleri boşaltın, yapışmayı arttırmak için uygun bir sıcaklığa (90-120 ° C) düşürün, böylece macunun blokajı 20-30 dakika boyunca tekdüze olacaktır.
2 Yükleme: kaldırma bölmesine basın —– 2-3 kez kesme —-4-10MPa sıkıştırma
3 ön basınç: basınç 20-25MPa, süre 3-5 dakika, vakumlama sırasında
4 ekstrüzyon: bölmeyi aşağı bastırın —5-15MPa ekstrüzyon — kesin — soğutma havuzuna doğru
Ekstrüzyonun teknik parametreleri: sıkıştırma oranı, pres odası ve meme sıcaklığı, soğutma sıcaklığı, ön yükleme basınç süresi, ekstrüzyon basıncı, ekstrüzyon hızı, soğutma suyu sıcaklığı
Yeşil gövde denetimi: yığın yoğunluğu, görünüm ölçümü, analiz
Kalsinasyon: Karbon ürünü yeşil gövdenin, dolgu koruması altında özel tasarlanmış bir ısıtma fırınına doldurularak, yüksek sıcaklıkta ısıl işlem yapılarak, yeşil gövdedeki kömür ziftinin karbonlaştırılması işlemidir. Kömür bitümünün karbonizasyonundan sonra oluşan bitüm koku, karbonlu agregayı ve toz parçacıklarını birlikte katılaştırır ve kalsine edilmiş karbon ürünü, yüksek mekanik mukavemete, düşük elektriksel dirence, iyi termal stabiliteye ve kimyasal stabiliteye sahiptir. .
Kalsinasyon, karbon ürünlerinin üretimindeki ana proseslerden biridir ve aynı zamanda grafit elektrot üretiminin üç ana ısıl işlem prosesinin de önemli bir parçasıdır. Kalsinasyon üretim döngüsü uzundur (pişirme için 22-30 gün, 2 pişirme için fırınlar için 5-20 gün) ve Daha yüksek enerji tüketimi. Yeşil kavurmanın kalitesi, bitmiş ürünün kalitesi ve üretim maliyeti üzerinde etkiye sahiptir.
Yaş gövdedeki yeşil kömür zifti kavurma işlemi sırasında koklaşarak uçucu maddenin yaklaşık %10'u dışarı atılır ve %2-3 oranında büzülme ile hacim üretilir, kütle kaybı ise %8-10 olur. Karbon kütüğünün fiziksel ve kimyasal özellikleri de önemli ölçüde değişti. Gözenekliliğin artması nedeniyle gözeneklilik 1,70 g/cm3'ten 1,60 g/cm3'e, direnç ise 10000 μΩ·m'den 40-50 μΩ·m'ye düşmüştür. Kalsine edilmiş kütüğün mekanik mukavemeti de büyüktü. İyileştirme için.
İkincil pişirme, kalsine edilmiş ürünün daldırıldığı ve daha sonra kalsine edilmiş ürünün gözeneklerine batırılan ziftin karbonize edilmesi için kalsine edildiği bir işlemdir. Daha yüksek kütle yoğunluğu gerektiren elektrotların (RP hariç tüm çeşitler) ve bağlantı boşluklarının iki kez pişirilmesi gerekir ve bağlantı boşluklarının da üç daldırmalı dört fırında veya iki daldırmalı üç fırında pişirmeye tabi tutulması gerekir.
Ana fırın tipi kavurma:
Sürekli çalışma - halka fırın (kapaklı, kapaksız), tünel fırın
Aralıklı çalışma - ters fırın, yer altı kavurma makinesi, kutu kavurma makinesi
Kalsinasyon eğrisi ve maksimum sıcaklık:
Tek seferlik kavurma—-320, 360, 422, 480 saat, 1250 °C
İkincil kavurma—-125, 240, 280 saat, 700-800 °C
Pişmiş ürünlerin muayenesi: görünüm dökümü, elektriksel direnç, kütle yoğunluğu, basınç dayanımı, iç yapı analizi
Emdirme, bir karbon malzemenin basınçlı bir kaba yerleştirildiği ve sıvı emprenye ziftinin belirli sıcaklık ve basınç koşulları altında ürün elektrotunun gözeneklerine daldırıldığı bir işlemdir. Amaç, ürünün gözenekliliğini azaltmak, ürünün yığın yoğunluğunu ve mekanik mukavemetini arttırmak, ürünün elektriksel ve termal iletkenliğini iyileştirmektir.
Emdirme işlemi ve ilgili teknik parametreler şunlardır: kütüğün kavrulması – yüzey temizliği – ön ısıtma (260-380 °C, 6-10 saat) – emprenye tankının doldurulması – vakumlama (8-9KPa, 40-50 dk) – Bitümün enjeksiyonu (180 -200 °C) – Basınçlandırma (1,2-1,5 MPa, 3-4 saat) – Asfalta dönüş – Soğutma (içeride) veya tankın dışında)
Emprenyeli ürünlerin muayenesi: emprenye ağırlık artış oranı G=(W2-W1)/W1×100%
Bir dalışta kilo alma oranı ≥%14
İkincil emprenye ürün ağırlık artış oranı ≥ %9
Üç daldırma ürünün ağırlık artışı oranı ≥ %5
Grafitleştirme, amorf katmanlı bir yapıdaki karbonu üç boyutlu düzenli bir yapıya dönüştürmek için bir karbon ürününün yüksek sıcaklıktaki bir elektrikli fırında koruyucu bir ortamda 2300 ° C veya daha yüksek bir sıcaklığa ısıtıldığı yüksek sıcaklıkta bir ısıl işlem sürecini ifade eder. Grafit kristal yapısı.
Grafitleştirmenin amacı ve etkisi:
1 karbon malzemenin iletkenliğini ve termal iletkenliğini iyileştirir (direnç 4-5 kat azalır ve termal iletkenlik yaklaşık 10 kat artar);
2 karbon malzemenin termal şok direncini ve kimyasal stabilitesini iyileştirir (doğrusal genleşme katsayısı %50-80 oranında azaltılır);
3 karbon malzemenin kayganlığını ve aşınma direncini sağlamak;
4 Egzoz safsızlıkları, karbon malzemenin saflığını artırır (ürünün kül içeriği %0,5-0,8'den yaklaşık %0,3'e düşürülür).
Grafitleştirme işleminin gerçekleştirilmesi:
Karbon malzemenin grafitleştirilmesi 2300-3000 °C gibi yüksek bir sıcaklıkta gerçekleştirilir, bu nedenle endüstride yalnızca elektrikli ısıtma ile gerçekleştirilebilir, yani akım doğrudan ısıtılan kalsine üründen geçer ve kalsine ürün şarj edilir. fırına yüksek sıcaklıkta elektrik akımı üretilir. İletken yine yüksek sıcaklığa ısıtılan bir nesnedir.
Şu anda yaygın olarak kullanılan fırınlar arasında Acheson grafitizasyon fırınları ve dahili ısı kademeli (LWG) fırınlar bulunmaktadır. Birincisinin büyük bir çıkışı, büyük bir sıcaklık farkı ve yüksek bir güç tüketimi vardır. İkincisi kısa bir ısıtma süresine, düşük güç tüketimine, tekdüze elektrik direncine sahiptir ve montaj için uygun değildir.
Grafitizasyon işleminin kontrolü, sıcaklık artış durumuna uygun elektrik güç eğrisinin ölçülmesiyle kontrol edilir. Güç kaynağı süresi Acheson fırını için 50-80 saat, LWG fırını için ise 9-15 saattir.
Grafitleştirmenin güç tüketimi çok büyüktür, genellikle 3200-4800KWh'dir ve işlem maliyeti, toplam üretim maliyetinin yaklaşık %20-35'ini oluşturur.
Grafitlenmiş ürünlerin muayenesi: görünüm kılavuz çekme, direnç testi
İşleme: Karbon grafit malzemelerin mekanik olarak işlenmesinin amacı, elektrot gövdesini ve bağlantı noktalarını kullanım gereksinimlerine uygun hale getirmek için keserek gerekli boyut, şekil, hassasiyet vb.
Grafit elektrot işleme iki bağımsız işleme işlemine ayrılmıştır: elektrot gövdesi ve eklem.
Gövde işleme, delik işleme ve kaba düz uç yüz, dış daire ve düz uç yüz ve frezeleme dişinden oluşan üç adımı içerir. Konik bağlantının işlenmesi 6 işleme ayrılabilir: kesme, düz uç yüz, araba koni yüzü, freze dişi, delme cıvatası ve kanal açma.
Elektrot bağlantılarının bağlantısı: konik bağlantı bağlantısı (üç toka ve bir toka), silindirik bağlantı bağlantısı, çarpma bağlantısı (erkek ve dişi bağlantı)
İşleme doğruluğunun kontrolü: diş konik sapması, diş adımı, bağlantı (delik) büyük çap sapması, bağlantı deliği eşeksenliliği, bağlantı deliği dikeyliği, elektrot uç yüzü düzlüğü, bağlantı dört nokta sapması. Özel halka mastarları ve plaka mastarları ile kontrol edin.
Bitmiş elektrotların muayenesi: doğruluk, ağırlık, uzunluk, çap, kütle yoğunluğu, direnç, montaj öncesi tolerans vb.
Gönderim zamanı: 31 Ekim 2019