Графітовий електрод — це стійкий до високих температур графітовий провідний матеріал, виготовлений за допомогою нафтового змішування, голчастого коксу як заповнювача та вугільного бітуму як сполучного, які виробляються за допомогою серії процесів, таких як замішування, формування, випалювання, просочення, графітизація та механічна обробка. матеріал.
Графітовий електрод є важливим високотемпературним провідним матеріалом для виробництва електросталі. Графітовий електрод використовується для введення електричної енергії в електричну піч, а висока температура, що створюється дугою між кінцем електрода та шихтою, використовується як джерело тепла для плавлення шихти для виробництва сталі. Інші рудні печі, які виплавляють такі матеріали, як жовтий фосфор, промисловий кремній і абразиви, також використовують графітові електроди як провідні матеріали. Чудові та особливі фізико-хімічні властивості графітових електродів також широко використовуються в інших галузях промисловості.
Сировиною для виробництва графітових електродів є нафтовий кокс, голчастий кокс і кам'яновугільний пек.
Нафтовий кокс — легкозаймистий твердий продукт, який отримують коксуванням вугільних залишків і нафтового пеку. Колір чорний і пористий, основним елементом є вуглець, а вміст золи дуже низький, зазвичай нижче 0,5%. Нафтовий кокс відноситься до класу вуглецю, що легко графітується. Нафтовий кокс має широкий спектр застосування в хімічній і металургійній промисловості. Це основна сировина для виробництва виробів зі штучного графіту та вуглецевих виробів для електролітичного алюмінію.
Залежно від температури термічної обробки нафтовий кокс можна розділити на два типи: сирий кокс і кальцинований кокс. Колишній нафтовий кокс, отриманий уповільненим коксуванням, містить велику кількість летких речовин і має низьку механічну міцність. Кальцинований кокс отримують прожарюванням сирого коксу. Більшість нафтопереробних заводів у Китаї виробляють лише кокс, а операції кальцинації в основному проводяться на вуглецевих заводах.
Нафтовий кокс можна розділити на кокс з високим вмістом сірки (містить понад 1,5% сірки), кокс із середнім вмістом сірки (містить 0,5%-1,5% сірки) і кокс з низьким вмістом сірки (містить менше 0,5% сірки). Виробництво графітових електродів та інших виробів зі штучного графіту зазвичай здійснюється з використанням коксу з низьким вмістом сірки.
Голчастий кокс - це різновид високоякісного коксу з очевидною волокнистою структурою, дуже низьким коефіцієнтом теплового розширення та легкою графітизацією. Коли кокс розбитий, його можна розділити на тонкі смужки відповідно до текстури (співвідношення сторін, як правило, вище 1,75). Анізотропну волокнисту структуру можна спостерігати під поляризаційним мікроскопом, тому її називають голчастим коксом.
Анізотропія фізико-механічних властивостей голчастого коксу дуже очевидна. Він має хорошу електро- та теплопровідність паралельно напрямку довгої осі частинки, а також низький коефіцієнт теплового розширення. При екструзійному формуванні довга вісь більшості частинок розташована в напрямку екструзії. Тому голчастий кокс є основною сировиною для виготовлення потужних або надпотужних графітових електродів. Виготовлений графітовий електрод має низький питомий опір, малий коефіцієнт теплового розширення та гарну стійкість до теплового удару.
Голчастий кокс поділяється на голчастий кокс на основі нафти, виготовлений із нафтових залишків, і голчастий кокс на основі вугілля, виготовлений із очищеної сировини кам’яновугільного пеку.
Кам'яновугільна смола є одним з основних продуктів глибокої переробки кам'яновугільної смоли. Це суміш різних вуглеводнів, чорних при високій температурі, напівтвердих або твердих при високій температурі, без фіксованої точки плавлення, розм’якшених після нагрівання, а потім розплавлених, з щільністю 1,25-1,35 г/см3. За температурою розм'якшення він поділяється на низькотемпературний, середньотемпературний і високотемпературний асфальт. Вихід середньотемпературного асфальту становить 54-56% кам'яновугільної смоли. Склад кам’яновугільної смоли надзвичайно складний, що пов’язано з властивостями кам’яновугільної смоли та вмістом гетероатомів, а також залежить від системи процесу коксування та умов переробки кам’яновугільної смоли. Існує багато показників для характеристики кам’яновугільного пеку, таких як температура розм’якшення бітуму, нерозчинні речовини в толуолі (TI), нерозчинні речовини в хіноліні (QI), коксівність і реологія вугільного пеку.
Кам'яновугільна смола використовується як сполучна речовина та імпрегнант у вуглецевій промисловості, і її продуктивність має великий вплив на виробничий процес і якість продукту з вуглецевої продукції. В’яжучий асфальт зазвичай використовує середньотемпературний або середньотемпературний модифікований асфальт із помірною точкою розм’якшення, високою коксівністю та високим вмістом β смоли. Просочувач являє собою середньотемпературний асфальт з низькою температурою розм'якшення, низьким QI і хорошими реологічними властивостями.
На наступному малюнку показано процес виробництва графітового електрода на вуглецевому підприємстві.
Кальцинація: вуглецевий сировинний матеріал піддається термічній обробці при високій температурі для видалення вологи та летких речовин, що містяться в ньому, а виробничий процес, що відповідає покращенню початкових характеристик приготування, називається кальцинуванням. Як правило, вуглецеву сировину кальцинують з використанням газу та власних летких речовин як джерела тепла, а максимальна температура становить 1250-1350 °C.
Кальцинація вносить глибокі зміни в структуру та фізико-хімічні властивості вуглецевої сировини, головним чином у покращенні щільності, механічної міцності та електропровідності коксу, покращенні хімічної стабільності та стійкості до окислення коксу, закладаючи основу для подальшого процесу. .
Обладнання для кальцинування в основному включає резервуар кальцинатора, обертову піч та електричний кальцинатор. Індекс контролю якості прожарювання полягає в тому, що справжня щільність нафтового коксу не менше 2,07 г/см3, питомий опір не більше 550 мкОм.м, справжня щільність голчастого коксу не менше 2,12 г/см3, а питомий опір не більше 500мкОм.м.
Подрібнення сировини та інгредієнтів
Перед дозуванням кальцинований нафтовий та голчастий кокс необхідно подрібнити, подрібнити та просіяти.
Середнє дроблення зазвичай здійснюється за допомогою обладнання для дроблення приблизно 50 мм через щокову дробарку, молоткову дробарку, валкову дробарку тощо для подальшого дроблення матеріалу розміром 0,5-20 мм, необхідного для дозування.
Помел — це процес подрібнення вуглецевого матеріалу до дрібних порошкоподібних частинок розміром 0,15 мм або менше та розміром частинок 0,075 мм або менше за допомогою кільцевого млина підвісного типу (млина Раймонда), кульового млина або подібного. .
Просіювання — це процес, у якому широкий спектр матеріалів після дроблення поділяється на кілька діапазонів розмірів частинок із вузьким діапазоном розмірів через низку сит із однаковими отворами. Для поточного виробництва електродів зазвичай потрібно 4-5 гранул і 1-2 сорти порошку.
Інгредієнти – це виробничі процеси для розрахунку, зважування та фокусування різних заповнювачів, порошків і в’яжучих речовин відповідно до вимог рецептури. Наукова придатність рецептури та стабільність процесу дозування є одними з найважливіших факторів, що впливають на індекс якості та продуктивність продукту.
Формула повинна визначити 5 аспектів:
1 Виберіть вид сировини;
2 визначити пропорції різних видів сировини;
3 визначення гранулометричного складу твердої сировини;
4 визначити кількість в'яжучого;
5 Визначте тип і кількість добавок.
Замішування: змішування та кількісне визначення вуглецевих гранул і порошків різного розміру з певною кількістю сполучної речовини при певній температурі та замішування пластичної пасти в процесі, який називається замішуванням.
Процес замішування: сухе змішування (20-35 хв) вологе змішування (40-55 хв)
Роль замісу:
1 Під час сухого змішування різноманітна сировина рівномірно змішується, а тверді вуглецеві матеріали з різними розмірами частинок рівномірно змішуються та наповнюються для покращення компактності суміші;
2 Після додавання кам’яновугільного пеку сухий матеріал і асфальт однорідно змішуються. Рідкий асфальт рівномірно покриває та змочує поверхню гранул, утворюючи шар зв’язуючого шару асфальту, і всі матеріали з’єднуються один з одним, утворюючи однорідний пластичний мазок. Сприяє формуванню;
3 частини кам'яновугільного пеку проникають у внутрішній простір вуглецевого матеріалу, ще більше збільшуючи щільність і когезійність пасти.
Формування: Формування вуглецевого матеріалу відноситься до процесу пластичної деформації замішаної вуглецевої пасти під дією зовнішньої сили, прикладеної формовочним обладнанням, для остаточного формування необробленого тіла (або сирого продукту), що має певну форму, розмір, щільність і міцність. процес.
Види лиття, обладнання та виробів, що випускаються:
Метод формування
Загальне обладнання
основні продукти
Формування
Вертикальний гідравлічний прес
Електровуглець, низькосортний графіт тонкої структури
Стиснути
Горизонтальний гідравлічний екструдер
Шнековий екструдер
Графітовий електрод, квадратний електрод
Вібраційне формування
Вібраційна формувальна машина
Алюмінієва вуглецева цегла, доменна вуглецева цегла
Ізостатичне пресування
Ізостатична формувальна машина
Ізотропний графіт, анізотропний графіт
Операція віджимання
1 холодний матеріал: дисковий охолоджуючий матеріал, охолоджуючий матеріал циліндра, охолоджувальні матеріали для змішування та замішування тощо.
Вивільніть леткі речовини, зменшіть до відповідної температури (90-120 ° C), щоб підвищити адгезію, щоб блокованість пасти була однорідною протягом 20-30 хв.
2 Навантаження: прес-підйомник —– 2-3 рази різання—-4-10MPa ущільнення
3 попередній тиск: тиск 20-25 МПа, час 3-5 хв, під час вакуумування
4 екструзія: притисніть перегородку — 5-15 МПа екструзія — виріз — у раковину охолодження
Технічні параметри екструзії: ступінь стиснення, температура пресової камери та сопла, температура охолодження, час попереднього тиску, тиск екструзії, швидкість екструзії, температура охолоджуючої води
Огляд зеленого кузова: об'ємна щільність, прослуховування зовнішнього вигляду, аналіз
Кальцинація: це процес, під час якого вуглецевий продукт заповнюється в спеціально розробленій нагрівальній печі під захистом наповнювача для виконання високотемпературної термічної обробки для карбонізації вугільного пеку в необробленому тілі. Бітумний кокс, утворений після карбонізації вугільного бітуму, твердне вуглецевий агрегат і частинки порошку разом, а кальцинований вуглецевий продукт має високу механічну міцність, низький питомий електричний опір, хорошу термічну та хімічну стабільність. .
Кальцинування є одним із основних процесів у виробництві вуглецевих виробів, а також є важливою частиною трьох основних процесів термічної обробки виробництва графітового електрода. Виробничий цикл кальцинації тривалий (22-30 днів для випікання, 5-20 днів для печей на 2 випічки), і високе енергоспоживання. Якість зеленого обсмажування впливає на якість готового продукту і собівартість продукції.
Зелений вугільний пек у зеленому тілі коксується під час процесу випалу, і виділяється близько 10% летких речовин, а обсяг утворюється за рахунок усадки 2-3%, а втрата маси становить 8-10%. Істотно змінилися також фізико-хімічні властивості вуглецевої заготовки. Через збільшення пористості пористість зменшилася з 1,70 г/см3 до 1,60 г/см3, а питомий опір зменшився з 10000 мкОм·м до 40-50 мкОм·м. Механічна міцність прожареної заготовки також була великою. Для покращення.
Вторинний випал — це процес, у якому кальцинований продукт занурюють, а потім кальцинують, щоб карбонізувати пек, занурений у пори кальцинованого продукту. Електроди, які потребують більш високої об’ємної щільності (всі різновиди, крім RP), і заготовки для з’єднань повинні бути подвійно випечені, а заготовки для з’єднань також піддаються три-зануренню-чотири-обпіканню або двозануренню-потрійному випіканню.
Тип основної печі жаровні:
Безперервна робота—кільцева піч (з кришкою, без кришки), тунельна піч
Переривчастий режим роботи — реверсивна піч, жаровня під підлогою, жаровня в ящику
Крива прожарювання та максимальна температура:
Одноразова смаження — -320, 360, 422, 480 годин, 1250 °C
Вторинне обсмажування—-125, 240, 280 годин, 700-800 °C
Перевірка хлібобулочних виробів: різьблення зовнішнього вигляду, питомий електричний опір, насипна щільність, міцність на стиск, аналіз внутрішньої структури
Просочення — це процес, у якому вуглецевий матеріал поміщають у посудину під тиском, а рідкий просочувальний пек занурюють у пори електрода продукту за певних умов температури та тиску. Мета полягає в тому, щоб зменшити пористість продукту, збільшити об'ємну щільність і механічну міцність продукту, а також поліпшити електро- і теплопровідність продукту.
Процес просочення та пов’язані з ним технічні параметри: випалювання заготовки – очищення поверхні – попереднє нагрівання (260-380 °C, 6-10 годин) – завантаження резервуара для просочування – вакуумування (8-9 кПа, 40-50 хв) – ін’єкція бітуму (180 -200 °C) – тиск (1,2-1,5 МПа, 3-4 години) – Повернення на асфальт – Охолодження (всередині або зовні бака)
Перевірка просочених виробів: швидкість збільшення маси просочення G=(W2-W1)/W1×100%
Швидкість збільшення ваги за одне занурення ≥14%
Швидкість приросту маси продукту з вторинним просоченням ≥ 9%
Швидкість збільшення ваги трьох продуктів для занурення ≥ 5%
Графітізація відноситься до процесу високотемпературної термічної обробки, під час якого вуглецевий продукт нагрівається до температури 2300 °C або вище в захисному середовищі у високотемпературній електричній печі для перетворення аморфної шаруватої структури вуглецю в тривимірну впорядковану кристалічна структура графіту.
Призначення та ефект графітизації:
1 покращити провідність і теплопровідність вуглецевого матеріалу (питомий опір зменшується в 4-5 разів, а теплопровідність збільшується приблизно в 10 разів);
2 покращити стійкість до термічного удару та хімічну стабільність вуглецевого матеріалу (коефіцієнт лінійного розширення зменшений на 50-80%);
3, щоб зробити вуглецевий матеріал змащувальним і стійким до стирання;
4 Вихлопні домішки, покращують чистоту вуглецевого матеріалу (вміст золи в продукті знижується з 0,5-0,8% до приблизно 0,3%).
Реалізація процесу графітизації:
Графітизація вуглецевого матеріалу здійснюється при високій температурі 2300-3000 °C, тому вона може бути реалізована лише за допомогою електричного нагріву в промисловості, тобто струм безпосередньо проходить через нагрітий кальцинований продукт, а кальцинований продукт заряджається в піч генерується електричним струмом при високій температурі. Провідником знову є об’єкт, який нагрівається до високої температури.
Печі, які зараз широко використовуються, включають печі графітизації Acheson і печі внутрішнього теплового каскаду (LWG). Перший має велику продуктивність, велику різницю температур і високе енергоспоживання. Останній має короткий час нагріву, низьку енергоємність, рівномірний питомий електричний опір і не підходить для монтажу.
Управління процесом графітизації контролюється шляхом вимірювання кривої електричної потужності, яка відповідає умовам підвищення температури. Час живлення становить 50-80 годин для печі Acheson і 9-15 годин для печі LWG.
Енергоспоживання графітизації дуже велике, як правило, 3200-4800 кВт/год, а вартість процесу становить близько 20-35% від загальної вартості виробництва.
Перевірка графітованих виробів: різьблення зовнішнього вигляду, випробування питомого опору
Механічна обробка: метою механічної обробки вуглеграфітових матеріалів є досягнення необхідного розміру, форми, точності тощо шляхом різання для виготовлення корпусу електрода та з’єднань відповідно до вимог використання.
Обробка графітового електрода поділяється на два незалежні процеси обробки: тіло електрода та з’єднання.
Обробка корпусу включає три етапи розточування та грубої плоскої торцевої поверхні, зовнішнього кола та плоскої торцевої поверхні та фрезерування різьби. Обробку конічного з'єднання можна розділити на 6 процесів: різання, плоска торцева поверхня, конічна поверхня автомобіля, фрезерування різьблення, свердління болта та різання.
З'єднання електродних з'єднань: конічне з'єднання (три пряжки і одна пряжка), циліндричне з'єднання, нерівне з'єднання (штекерне і жіноче з'єднання)
Контроль точності обробки: відхилення конусності різьби, кроку різьби, відхилення великого діаметра з'єднання (отвору), співвісності отвору з'єднання, вертикальності отвору з'єднання, площинності торця електрода, чотириточкового відхилення з'єднання. Перевіряйте за допомогою спеціальних кільцевих і пластинчастих калібрів.
Перевірка готових електродів: точність, вага, довжина, діаметр, насипна щільність, питомий опір, допуск перед монтажем тощо.
Час публікації: 31 жовтня 2019 р