Quy trình sản xuất điện cực than chì

Điện cực than chì là vật liệu dẫn điện than chì chịu nhiệt độ cao được sản xuất bằng phương pháp nhào trộn dầu mỏ, than cốc làm cốt liệu và bitum than làm chất kết dính, được sản xuất thông qua một loạt các quy trình như nhào, đúc, rang, ngâm tẩm, đồ họa hóa và gia công cơ khí. vật liệu.

Điện cực than chì là vật liệu dẫn nhiệt độ cao quan trọng để sản xuất thép điện. Điện cực than chì được sử dụng để cung cấp năng lượng điện cho lò điện và nhiệt độ cao được tạo ra bởi hồ quang giữa đầu điện cực và điện tích được sử dụng làm nguồn nhiệt để làm nóng chảy điện tích để chế tạo thép. Các lò quặng khác nấu chảy các vật liệu như phốt pho vàng, silicon công nghiệp và chất mài mòn cũng sử dụng điện cực than chì làm vật liệu dẫn điện. Các tính chất vật lý và hóa học tuyệt vời và đặc biệt của điện cực than chì cũng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp khác.
Nguyên liệu thô để sản xuất điện cực than chì là than cốc dầu mỏ, than cốc kim và hắc ín than đá.

Than cốc dầu mỏ là sản phẩm rắn dễ cháy thu được từ cặn than cốc và hắc ín dầu mỏ. Màu đen và xốp, thành phần chính là carbon và hàm lượng tro rất thấp, thường dưới 0,5%. Than cốc dầu mỏ thuộc loại carbon dễ bị graphit hóa. Than cốc dầu mỏ có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp hóa chất và luyện kim. Nó là nguyên liệu chính để sản xuất các sản phẩm than chì nhân tạo và các sản phẩm carbon cho nhôm điện phân.

Than cốc dầu mỏ có thể được chia thành hai loại: than cốc thô và than cốc nung theo nhiệt độ xử lý nhiệt. Than cốc dầu mỏ trước đây thu được bằng quá trình luyện cốc chậm chứa một lượng lớn chất dễ bay hơi và độ bền cơ học thấp. Than cốc nung thu được bằng cách nung than cốc thô. Hầu hết các nhà máy lọc dầu ở Trung Quốc chỉ sản xuất than cốc và hoạt động nung hầu hết được thực hiện trong các nhà máy cacbon.

Than cốc dầu mỏ có thể được chia thành than cốc có hàm lượng lưu huỳnh cao (chứa hơn 1,5% lưu huỳnh), than cốc có hàm lượng lưu huỳnh trung bình (chứa 0,5% -1,5% lưu huỳnh) và than cốc có hàm lượng lưu huỳnh thấp (chứa ít hơn 0,5% lưu huỳnh). Việc sản xuất điện cực than chì và các sản phẩm than chì nhân tạo khác thường được sản xuất bằng than cốc có hàm lượng lưu huỳnh thấp.

Than cốc kim là một loại than cốc chất lượng cao với kết cấu dạng sợi rõ ràng, hệ số giãn nở nhiệt rất thấp và dễ bị đồ họa hóa. Khi than cốc bị vỡ, nó có thể được chia thành các dải mảnh mai theo kết cấu (tỷ lệ khung hình thường trên 1,75). Cấu trúc sợi dị hướng có thể được quan sát dưới kính hiển vi phân cực và do đó được gọi là than cốc hình kim.

Tính dị hướng của các tính chất cơ lý của than cốc hình kim là rất rõ ràng. Nó có độ dẫn điện và nhiệt tốt song song với hướng trục dài của hạt và hệ số giãn nở nhiệt thấp. Khi ép đùn, trục dài của hầu hết các hạt được sắp xếp theo hướng ép đùn. Vì vậy, than cốc kim là nguyên liệu thô chính để sản xuất điện cực than chì công suất cao hoặc cực cao. Điện cực than chì được sản xuất có điện trở suất thấp, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ và khả năng chống sốc nhiệt tốt.

Than cốc kim được chia thành than cốc kim gốc dầu được sản xuất từ ​​​​cặn dầu mỏ và than cốc kim gốc than được sản xuất từ ​​​​nguyên liệu thô than tinh chế.

Than đá là một trong những sản phẩm chính của quá trình chế biến sâu nhựa than. Nó là hỗn hợp của nhiều hydrocacbon khác nhau, có màu đen ở nhiệt độ cao, bán rắn hoặc rắn ở nhiệt độ cao, không có nhiệt độ nóng chảy cố định, làm mềm sau khi đun nóng và sau đó nóng chảy, với mật độ 1,25-1,35 g/cm3. Theo điểm làm mềm của nó, nó được chia thành nhựa đường nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao. Sản lượng nhựa đường ở nhiệt độ trung bình là 54-56% nhựa than. Thành phần của nhựa than cực kỳ phức tạp, liên quan đến tính chất của nhựa than và hàm lượng các nguyên tử dị hợp, đồng thời cũng bị ảnh hưởng bởi hệ thống quá trình luyện cốc và điều kiện chế biến nhựa than. Có nhiều chỉ số để mô tả đặc tính của hắc ín than đá, chẳng hạn như điểm làm mềm bitum, chất không hòa tan toluene (TI), chất không hòa tan quinoline (QI), giá trị cốc hóa và lưu biến của hắc ín than.

Than đá được sử dụng làm chất kết dính và chất chống thấm trong ngành công nghiệp carbon, hiệu quả của nó có ảnh hưởng lớn đến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm của các sản phẩm carbon. Nhựa đường kết dính thường sử dụng nhựa đường biến tính ở nhiệt độ trung bình hoặc nhiệt độ trung bình có điểm làm mềm vừa phải, giá trị cốc hóa cao và nhựa β cao. Chất ngâm tẩm là nhựa đường ở nhiệt độ trung bình, có điểm hóa mềm thấp, QI thấp và đặc tính lưu biến tốt.

Hình ảnh sau đây cho thấy quy trình sản xuất điện cực than chì trong doanh nghiệp carbon.
Quá trình nung: Nguyên liệu cacbonat thô được xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao để xả hơi ẩm và chất dễ bay hơi có trong đó, và quy trình sản xuất tương ứng với việc cải thiện hiệu suất nấu ban đầu được gọi là nung. Thông thường, nguyên liệu cacbonat được nung bằng cách sử dụng khí và các chất bay hơi của chính nó làm nguồn nhiệt và nhiệt độ tối đa là 1250-1350 ° C.

Quá trình nung tạo ra những thay đổi sâu sắc về cấu trúc và tính chất hóa lý của nguyên liệu cacbon, chủ yếu là cải thiện mật độ, độ bền cơ học và độ dẫn điện của than cốc, cải thiện độ ổn định hóa học và khả năng chống oxy hóa của than cốc, tạo nền tảng cho quá trình tiếp theo. .

Thiết bị nung chủ yếu bao gồm máy nung bể, lò quay và máy nung điện. Chỉ số kiểm soát chất lượng nung là mật độ thực của than cốc dầu mỏ không nhỏ hơn 2,07g/cm3, điện trở suất không quá 550μΩ.m, mật độ thực của than cốc không nhỏ hơn 2,12g/cm3 và điện trở suất không quá 500μΩ.m.
Nghiền nguyên liệu và thành phần

Trước khi trộn, than cốc dầu mỏ nung số lượng lớn và than cốc kim phải được nghiền, nghiền và sàng.

Việc nghiền trung bình thường được thực hiện bằng thiết bị nghiền có đường kính khoảng 50 mm thông qua máy nghiền hàm, máy nghiền búa, máy nghiền cuộn và các loại tương tự để nghiền thêm vật liệu có kích thước 0,5-20 mm cần thiết cho việc trộn.

Nghiền là quá trình nghiền vật liệu chứa cacbon thành hạt bột nhỏ có kích thước từ 0,15 mm trở xuống và kích thước hạt từ 0,075 mm trở xuống bằng máy nghiền vòng kiểu treo (máy nghiền Raymond), máy nghiền bi hoặc tương tự. .

Sàng lọc là một quá trình trong đó nhiều loại vật liệu sau khi nghiền được chia thành nhiều phạm vi kích thước hạt với phạm vi kích thước hẹp thông qua một loạt các sàng có lỗ mở đồng đều. Sản xuất điện cực hiện tại thường yêu cầu 4-5 viên và 1-2 loại bột.

Thành phần là các quy trình sản xuất để tính toán, cân và tập trung các cốt liệu, bột và chất kết dính khác nhau theo yêu cầu về công thức. Sự phù hợp về mặt khoa học của công thức và tính ổn định của hoạt động trộn là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chỉ số chất lượng và hiệu suất của sản phẩm.

Công thức cần xác định được 5 khía cạnh:
1Chọn loại nguyên liệu thô;
2 xác định tỷ lệ các loại nguyên liệu thô;
3 xác định thành phần kích thước hạt của nguyên liệu rắn;
4 xác định lượng chất kết dính;
5 Xác định loại và lượng phụ gia.

Nhào: Trộn và định lượng các hạt và bột có kích thước hạt khác nhau với một lượng chất kết dính nhất định ở nhiệt độ nhất định, và nhào bột dẻo vào một quá trình gọi là nhào.

Quá trình nhào: trộn khô (20-35 phút) trộn ướt (40-55 phút)

Vai trò của nhào trộn:
1 Khi trộn khô, các nguyên liệu thô khác nhau được trộn đều và các vật liệu cacbon rắn có kích thước hạt khác nhau được trộn và đổ đầy đồng đều để cải thiện độ nén của hỗn hợp;
2 Sau khi thêm hắc ín than đá, vật liệu khô và nhựa đường được trộn đều. Nhựa đường lỏng phủ đều và làm ướt bề mặt của hạt để tạo thành một lớp liên kết nhựa đường, và tất cả các vật liệu được liên kết với nhau để tạo thành một lớp nhựa đồng nhất. Có lợi cho việc đúc khuôn;
3 phần hắc ín than thâm nhập vào không gian bên trong của vật liệu cacbon, làm tăng thêm mật độ và độ kết dính của bột nhão.

Đúc: Việc đúc vật liệu carbon đề cập đến quá trình biến dạng dẻo của bột carbon nhào dưới tác dụng của ngoại lực bởi thiết bị đúc để cuối cùng tạo thành một thân xanh (hoặc sản phẩm thô) có hình dạng, kích thước, mật độ và độ bền nhất định. quá trình.

Các loại khuôn mẫu, thiết bị và sản phẩm sản xuất:
Phương pháp đúc
Thiết bị thông dụng
sản phẩm chính
đúc
Máy ép thủy lực dọc
Carbon điện, than chì cấu trúc mịn cấp thấp
Vắt kiệt
Máy đùn thủy lực ngang
Máy đùn trục vít
Điện cực than chì, điện cực vuông
Đúc rung
Máy đúc rung
Gạch nhôm carbon, gạch carbon lò cao
Ép đẳng tĩnh
Máy đúc đẳng tĩnh
Than chì đẳng hướng, than chì dị hướng

Thao tác ép
1 vật liệu mát: vật liệu làm mát đĩa, vật liệu làm mát xi lanh, vật liệu làm mát trộn và nhào, v.v.
Loại bỏ chất bay hơi, giảm nhiệt độ thích hợp (90-120°C) để tăng độ bám dính, sao cho độ vón cục của miếng dán đồng đều trong 20-30 phút
2 Đang tải: nhấn vách ngăn nâng —– cắt 2-3 lần—- độ nén 4-10MPa
3 áp suất trước: áp suất 20-25MPa, thời gian 3-5 phút, trong khi hút bụi
4 đùn: nhấn xuống vách ngăn —5-15MPa đùn — cắt — vào bồn làm mát

Các thông số kỹ thuật của quá trình ép đùn: tỷ số nén, nhiệt độ buồng ép và vòi phun, nhiệt độ làm mát, thời gian áp suất nạp trước, áp suất ép đùn, tốc độ ép đùn, nhiệt độ nước làm mát

Kiểm tra thân xanh: mật độ khối, khai thác bề ngoài, phân tích

Quá trình nung: Đó là quá trình trong đó sản phẩm than xanh được đổ vào lò gia nhiệt được thiết kế đặc biệt dưới sự bảo vệ của chất độn để thực hiện xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao nhằm cacbon hóa hắc ín than trong than xanh. Than cốc bitum được hình thành sau quá trình cacbon hóa bitum than làm cứng cốt liệu cacbon và các hạt bột lại với nhau, và sản phẩm cacbon nung có độ bền cơ học cao, điện trở suất thấp, ổn định nhiệt tốt và ổn định hóa học. .

Quá trình nung là một trong những quá trình chính trong sản xuất các sản phẩm cacbon và cũng là một phần quan trọng trong ba quá trình xử lý nhiệt chính của sản xuất điện cực than chì. Chu kỳ sản xuất nung dài (22-30 ngày đối với nướng, 5-20 ngày đối với lò nung cho 2 lần nướng) và tiêu thụ năng lượng cao hơn. Chất lượng rang xanh có ảnh hưởng đến chất lượng thành phẩm và giá thành sản xuất.

Than xanh trong thân xanh được tạo thành cốc trong quá trình rang, khoảng 10% chất dễ bay hơi được thải ra, và thể tích được tạo ra do co rút 2-3% và tổn thất khối lượng là 8-10%. Tính chất vật lý và hóa học của phôi cacbon cũng thay đổi đáng kể. Độ xốp giảm từ 1,70 g/cm3 xuống 1,60 g/cm3 và điện trở suất giảm từ 10000 μΩ·m xuống 40-50 μΩ·m do độ xốp tăng lên. Độ bền cơ học của phôi nung cũng lớn. Để cải thiện.

Quá trình nung thứ cấp là một quá trình trong đó sản phẩm nung được ngâm và sau đó được nung để cacbon hóa hắc ín được ngâm trong các lỗ của sản phẩm nung. Các điện cực yêu cầu mật độ khối lớn hơn (tất cả các loại ngoại trừ RP) và các khoảng trống mối nối bắt buộc phải được nung hai lớp, và các khoảng trống mối nối cũng phải chịu ba lần nướng bốn lần hoặc hai lần nướng ba lần nhúng.

Loại lò rang chính:
Vận hành liên tục—-lò vòng (có nắp, không nắp), lò tuynel
Hoạt động không liên tục—-lò đảo ngược, máy rang dưới sàn, máy rang hộp

Đường cong nung và nhiệt độ tối đa:
Rang một lần—-320, 360, 422, 480 giờ, 1250 °C
Rang thứ cấp—-125, 240, 280 giờ, 700-800 °C

Kiểm tra sản phẩm nướng: bề ngoài, điện trở suất, mật độ khối, cường độ nén, phân tích cấu trúc bên trong

Ngâm tẩm là một quá trình trong đó vật liệu cacbon được đặt trong bình áp suất và chất thấm lỏng được ngâm trong các lỗ của điện cực sản phẩm trong các điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định. Mục đích là để giảm độ xốp của sản phẩm, tăng mật độ khối và độ bền cơ học của sản phẩm, đồng thời cải thiện tính dẫn điện và nhiệt của sản phẩm.

Quá trình ngâm tẩm và các thông số kỹ thuật liên quan là: rang phôi – làm sạch bề mặt – gia nhiệt trước (260-380 °C, 6-10 giờ) – nạp vào bể ngâm tẩm – hút bụi (8-9KPa, 40-50 phút) – Phun nhựa đường (180 -200 °C) – Điều áp (1,2-1,5 MPa, 3-4 giờ) – Trở lại nhựa đường – Làm mát (bên trong hoặc bên ngoài bể)

Kiểm tra sản phẩm ngâm tẩm: tỷ lệ tăng trọng khi ngâm tẩm G=(W2-W1)/W1×100%
Tỷ lệ tăng cân sau 1 lần giảm ≥14%
Tỷ lệ tăng trọng của sản phẩm tẩm thứ cấp ≥ 9%
Tỷ lệ tăng cân của sản phẩm nhúng ba lần ≥ 5%

Than chì hóa đề cập đến quá trình xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao, trong đó sản phẩm carbon được nung nóng đến nhiệt độ 2300 ° C trở lên trong môi trường bảo vệ trong lò điện nhiệt độ cao để chuyển carbon cấu trúc lớp vô định hình thành cấu trúc ba chiều có trật tự. cấu trúc tinh thể grafit.

Mục đích và tác dụng của quá trình đồ họa hóa:
1 cải thiện độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt của vật liệu carbon (điện trở suất giảm 4-5 lần và độ dẫn nhiệt tăng khoảng 10 lần);
2 cải thiện khả năng chống sốc nhiệt và độ ổn định hóa học của vật liệu carbon (hệ số giãn nở tuyến tính giảm 50-80%);
3 để làm cho vật liệu carbon bôi trơn và chống mài mòn;
4 Xả tạp chất, cải thiện độ tinh khiết của vật liệu carbon (hàm lượng tro của sản phẩm giảm từ 0,5-0,8% xuống còn khoảng 0,3%).

Việc thực hiện quá trình đồ họa hóa:

Quá trình than chì hóa vật liệu carbon được thực hiện ở nhiệt độ cao 2300-3000 ° C, do đó nó chỉ có thể được thực hiện bằng cách đốt nóng bằng điện trong công nghiệp, nghĩa là dòng điện trực tiếp đi qua sản phẩm nung được nung nóng và sản phẩm nung được tích điện. vào lò được tạo ra bởi dòng điện ở nhiệt độ cao. Dây dẫn lại là một vật được nung nóng đến nhiệt độ cao.

Các lò hiện đang được sử dụng rộng rãi bao gồm lò than chì hóa Acheson và lò nung tầng nhiệt bên trong (LWG). Cái trước có công suất lớn, chênh lệch nhiệt độ lớn và tiêu thụ điện năng cao. Loại thứ hai có thời gian gia nhiệt ngắn, tiêu thụ điện năng thấp, điện trở suất đồng đều và không thích hợp để lắp.

Việc điều khiển quá trình grafit hóa được điều khiển bằng cách đo đường cong công suất điện phù hợp với điều kiện tăng nhiệt độ. Thời gian cấp điện cho lò Acheson là 50-80 giờ và lò LWG là 9-15 giờ.

Mức tiêu thụ điện năng của quá trình đồ họa hóa rất lớn, thường là 3200-4800KWh và chi phí xử lý chiếm khoảng 20-35% tổng chi phí sản xuất.

Kiểm tra các sản phẩm đồ họa hóa: khai thác bề ngoài, kiểm tra điện trở suất

Gia công: Mục đích của gia công cơ học vật liệu than chì carbon là đạt được kích thước, hình dạng, độ chính xác cần thiết, v.v. bằng cách cắt để chế tạo thân điện cực và các mối nối phù hợp với yêu cầu sử dụng.

Xử lý điện cực than chì được chia thành hai quy trình xử lý độc lập: thân điện cực và khớp.

Quá trình xử lý thân máy bao gồm ba bước là mặt đầu phẳng doa và thô, vòng tròn bên ngoài và mặt đầu phẳng và ren phay. Quá trình xử lý khớp hình nón có thể được chia thành 6 quy trình: cắt, mặt đầu phẳng, mặt côn ô tô, ren phay, bu lông khoan và xẻ rãnh.

Kết nối các khớp điện cực: kết nối khớp hình nón (ba khóa và một khóa), kết nối khớp hình trụ, kết nối va đập (kết nối nam và nữ)

Kiểm soát độ chính xác gia công: độ lệch côn ren, bước ren, độ lệch đường kính lớn của khớp (lỗ), độ đồng trục của lỗ khớp, độ thẳng đứng của lỗ khớp, độ phẳng mặt đầu điện cực, độ lệch bốn điểm của khớp. Kiểm tra bằng đồng hồ đo vòng và đồng hồ đo dạng tấm đặc biệt.

Kiểm tra các điện cực đã hoàn thiện: độ chính xác, trọng lượng, chiều dài, đường kính, mật độ khối, điện trở suất, dung sai trước khi lắp ráp, v.v.