Qrafit elektrodu, yoğurma, qəlibləmə, qovurma, hopdurma, qrafitləşdirmə və mexaniki emal kimi bir sıra proseslər vasitəsilə istehsal olunan neft yoğurma, aqreqat kimi iynə koksu və bağlayıcı kimi kömür bitumu ilə istehsal olunan yüksək temperatura davamlı qrafit keçirici materialdır.
Qrafit elektrodu elektrik polad istehsalı üçün vacib yüksək temperaturlu keçirici materialdır. Qrafit elektrodu elektrik sobasına elektrik enerjisi daxil etmək üçün istifadə olunur və elektrod ucu ilə yük arasındakı qövsün yaratdığı yüksək temperatur polad istehsalı üçün yükü əritmək üçün istilik mənbəyi kimi istifadə olunur. Sarı fosfor, sənaye silikonu və aşındırıcılar kimi materialları əridən digər filiz sobaları da qrafit elektrodlarından keçirici material kimi istifadə edir. Qrafit elektrodlarının əla və xüsusi fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri digər sənaye sektorlarında da geniş istifadə olunur.
Qrafit elektrodlarının istehsalı üçün xammal neft koksu, iynə koksu və kömür qətranıdır.
Neft koksu, kokslaşdırma kömür qalığı və neft qatranı ilə əldə edilən alovlanan bərk məhsuldur. Rəngi qara və məsaməlidir, əsas element karbondur və kül miqdarı çox aşağıdır, ümumiyyətlə 0,5%-dən aşağıdır. Neft koksu asanlıqla qrafitləşən karbon sinfinə aiddir. Neft koksu kimya və metallurgiya sənayesində geniş istifadə sahələrinə malikdir. Süni qrafit məhsulları və elektrolitik alüminium üçün karbon məhsulları istehsalı üçün əsas xammaldır.
Neft koksu istilik emalı temperaturuna görə iki növə bölünə bilər: xam koks və kalsine edilmiş koks. Gecikmiş kokslaşdırma yolu ilə əldə edilən əvvəlki neft koksu çox miqdarda uçucu maddələr ehtiva edir və mexaniki möhkəmliyi aşağıdır. Kalsine edilmiş koks xam koksun kalsine edilməsi yolu ilə əldə edilir. Çindəki əksər neftayırma zavodları yalnız koks istehsal edir və kalsine əməliyyatları əsasən karbon zavodlarında aparılır.
Neft koksu yüksək kükürdlü koksa (1,5%-dən çox kükürd tərkibli), orta kükürdlü koksa (0,5%-1,5% kükürd tərkibli) və aşağı kükürdlü koka (0,5%-dən az kükürd tərkibli) bölünə bilər. Qrafit elektrodlarının və digər süni qrafit məhsullarının istehsalı ümumiyyətlə aşağı kükürdlü koksadan istifadə edilməklə həyata keçirilir.
İynə koksu, açıq-aydın lifli teksturaya, çox aşağı istilik genişlənmə əmsalına və asan qrafitləşməyə malik yüksək keyfiyyətli bir koksu növüdür. Koksu parçaladıqda, teksturaya görə nazik zolaqlara bölmək olar (aspekt nisbəti ümumiyyətlə 1,75-dən yuxarıdır). Anizotrop lifli strukturu polyarizasiya mikroskopu altında müşahidə etmək olar və buna görə də iynə koksu adlanır.
İynə koksun fiziki-mexaniki xüsusiyyətlərinin anizotropiyası çox göz qabağındadır. Hissəciyin uzun ox istiqamətinə paralel olaraq yaxşı elektrik və istilik keçiriciliyinə malikdir və istilik genişlənmə əmsalı aşağıdır. Ekstruziya qəlibləmə zamanı əksər hissəciklərin uzun oxu ekstruziya istiqamətində yerləşdirilir. Buna görə də, iynə koksu yüksək güclü və ya ultra yüksək güclü qrafit elektrodlarının istehsalı üçün əsas xammaldır. İstehsal olunan qrafit elektrodu aşağı müqavimətə, kiçik istilik genişlənmə əmsalına və yaxşı istilik şokuna davamlılığa malikdir.
İynə koksu neft qalıqlarından istehsal olunan neft əsaslı iynə koksu və təmizlənmiş kömür qatranı xammalından istehsal olunan kömür əsaslı iynə koksu olmaqla iki yerə bölünür.
Kömür qətranı kömür qətranı dərin emalının əsas məhsullarından biridir. Yüksək temperaturda qara, yüksək temperaturda yarı bərk və ya bərk, sabit ərimə nöqtəsi olmayan, qızdırıldıqdan sonra yumşaldılan və sonra əridilmiş, sıxlığı 1,25-1,35 q/sm3 olan müxtəlif karbohidrogenlərin qarışığıdır. Yumşalma nöqtəsinə görə, o, aşağı temperatur, orta temperatur və yüksək temperaturlu asfalta bölünür. Orta temperaturlu asfalta çıxımı kömür qətranın 54-56%-ni təşkil edir. Kömür qətranın tərkibi olduqca mürəkkəbdir ki, bu da kömür qətranın xüsusiyyətləri və heteroatomların tərkibi ilə əlaqədardır və kokslama prosesi sistemi və kömür qətranı emalı şəraitindən də təsirlənir. Kömür qətranın qatranını xarakterizə etmək üçün bitum yumşalma nöqtəsi, toluol həll olunmayan maddələr (TI), xinolin həll olunmayan maddələr (QI), kokslama dəyərləri və kömür qatranının reologiyası kimi bir çox göstərici mövcuddur.
Kömür qətranı karbon sənayesində bağlayıcı və hopdurucu kimi istifadə olunur və onun performansı karbon məhsullarının istehsal prosesinə və məhsul keyfiyyətinə böyük təsir göstərir. Bağlayıcı asfalt ümumiyyətlə orta yumşalma nöqtəsinə, yüksək kokslaşma dəyərinə və yüksək β qətranına malik orta temperaturlu və ya orta temperaturlu modifikasiya olunmuş asfaltdan istifadə edir. Hopdurucu maddə aşağı yumşalma nöqtəsinə, aşağı QI-yə və yaxşı reoloji xüsusiyyətlərə malik orta temperaturlu asfaltdır.
Aşağıdakı şəkil karbon müəssisəsində qrafit elektrodunun istehsal prosesini göstərir.
Kalsinasiya: Karbonlu xammal, tərkibindəki nəm və uçucu maddələri xaric etmək üçün yüksək temperaturda istiliklə işlənir və orijinal bişirmə performansının yaxşılaşdırılmasına uyğun istehsal prosesi kalsinasiya adlanır. Ümumiyyətlə, karbonlu xammal istilik mənbəyi kimi qaz və öz uçucu maddələrindən istifadə etməklə kalsinasiya edilir və maksimum temperatur 1250-1350 °C-dir.
Kalsinasiya karbonlu xammalın strukturunda və fiziki-kimyəvi xüsusiyyətlərində dərin dəyişikliklər edir, əsasən koksun sıxlığını, mexaniki möhkəmliyini və elektrik keçiriciliyini artırır, koksun kimyəvi stabilliyini və oksidləşməyə davamlılığını artırır və sonrakı proses üçün təməl qoyur.
Kalsine edilmiş avadanlıqlar əsasən çən kalsineri, fırlanan soba və elektrik kalsinerini əhatə edir. Kalsinenin keyfiyyətə nəzarət indeksi neft koksunun həqiqi sıxlığının 2,07 q/sm3-dən az olmaması, müqavimətinin 550 μΩ.m-dən çox olmaması, iynə koksunun həqiqi sıxlığının 2,12 q/sm3-dən az olmaması və müqavimətinin 500 μΩ.m-dən çox olmamasıdır.
Xammalın əzilməsi və tərkib hissələri
Partiyalaşdırmadan əvvəl, kalsine edilmiş neft koksu və iynə koksu əzilməli, üyüdülməli və ələkdən keçirilməlidir.
Orta hissənin sarsıdılması, adətən, çənə əzici, çəkic əzici, rulon əzici və digər vasitələr vasitəsilə təxminən 50 mm-lik sarsıdıcı avadanlıqla həyata keçirilir ki, bu da partiyalaşdırma üçün tələb olunan 0,5-20 mm ölçülü materialı daha da əzmək üçündür.
Frezeleme, karbonlu materialın asma tipli halqalı diyircəkli dəyirman (Raymond dəyirmanı), top dəyirmanı və ya oxşar vasitələrlə 0,15 mm və ya daha kiçik və 0,075 mm və ya daha kiçik hissəcik ölçüsündə toz halına gətirilməsi prosesidir.
Elmə, geniş çeşidli materialların əzildikdən sonra vahid açılışları olan bir sıra ələklər vasitəsilə dar ölçü diapazonu ilə bir neçə hissəcik ölçüsü diapazonuna bölündüyü bir prosesdir. Cari elektrod istehsalı üçün adətən 4-5 qranul və 1-2 toz növü tələb olunur.
Tərkib hissələri, formulasiya tələblərinə uyğun olaraq müxtəlif aqreqatların, tozların və bağlayıcıların hesablanması, çəkilməsi və fokuslanması üçün istehsal prosesləridir. Formulasiyanın elmi uyğunluğu və partiya əməliyyatının sabitliyi məhsulun keyfiyyət indeksinə və performansına təsir edən ən vacib amillərdəndir.
Düstur 5 aspekti müəyyən etməlidir:
1 Xammalın növünü seçin;
2 müxtəlif növ xammalın nisbətini müəyyən etmək;
3 bərk xammalın hissəcik ölçüsü tərkibinin təyini;
4 bağlayıcının miqdarını təyin edin;
5 Əlavələrin növünü və miqdarını təyin edin.
Yoğurma: Müxtəlif hissəcik ölçülü karbonlu qranullar və tozların müəyyən miqdarda bağlayıcı ilə müəyyən temperaturda qarışdırılması və miqdarının ölçülməsi, həmçinin plastiklik pastasının yoğurma adlanan bir prosesə çevrilməsi.
Yoğurma prosesi: quru qarışdırma (20-35 dəq) yaş qarışdırma (40-55 dəq)
Yoğurmanın rolu:
1 Quru qarışdırıldıqda, müxtəlif xammallar bərabər şəkildə qarışdırılır və müxtəlif hissəcik ölçülü bərk karbonlu materiallar bərabər şəkildə qarışdırılır və qarışığın kompaktlığını artırmaq üçün doldurulur;
2 Daş kömür qatranı əlavə edildikdən sonra quru material və asfalt bərabər şəkildə qarışdırılır. Maye asfalt qranulların səthini bərabər şəkildə örtərək isladır və asfalt yapışdırıcı təbəqəsi əmələ gətirir və bütün materiallar bir-birinə yapışaraq homojen plastik ləkə əmələ gətirir. Qəlibləmə üçün əlverişlidir;
3 hissə kömür qətran qatranı karbon materialının daxili boşluğuna nüfuz edərək pastanın sıxlığını və yapışqanlığını daha da artırır.
Qəlibləmə: Karbon materialının qəliblənməsi, qəlibləmə avadanlığı tərəfindən tətbiq olunan xarici qüvvə altında yoğrulmuş karbon pastasının plastik şəkildə deformasiya edilməsi və nəticədə müəyyən bir forma, ölçü, sıxlıq və möhkəmliyə malik yaşıl bir gövdə (və ya xam məhsul) əmələ gətirilməsi prosesinə aiddir.
Qəlibləmə növləri, avadanlıq və istehsal olunan məhsullar:
Qəlibləmə üsulu
Ümumi avadanlıq
əsas məhsullar
Qəlibləmə
Şaquli hidravlik pres
Elektrikli karbon, aşağı dərəcəli incə strukturlu qrafit
Sıxın
Üfüqi hidravlik ekstruder
Vintli ekstruder
Qrafit elektrod, kvadrat elektrod
Vibrasiya qəlibləmə
Vibrasiya qəlibləmə maşını
Alüminium karbon kərpic, partlayıcı soba karbon kərpic
İzostatik presləmə
İzostatik qəlibləmə maşını
İzotrop qrafit, anizotrop qrafit
Sıxma əməliyyatı
1 sərin material: disk soyutma materialı, silindr soyutma materialı, qarışdırma və yoğurma soyutma materialları və s.
Uçucu maddələri boşaldın, yapışmanı artırmaq üçün uyğun bir temperatura (90-120 ° C) endirin ki, pastanın yapışqanlığı 20-30 dəqiqə ərzində vahid olsun.
2 Yükləmə: pres qaldırıcı maneə —– 2-3 dəfə kəsmə—-4-10MPa sıxılma
3 əvvəlcədən təzyiq: təzyiq 20-25MPa, vaxt 3-5 dəq, tozsoranla işləyərkən
4 ekstruziya: deflektoru —5-15MPa ekstruziya — kəs — soyutma lavabosuna basın
Ekstruziya texniki parametrləri: sıxılma nisbəti, pres kamerası və burun temperaturu, soyutma temperaturu, əvvəlcədən yükləmə təzyiqi müddəti, ekstruziya təzyiqi, ekstruziya sürəti, soyutma suyunun temperaturu
Yaşıl gövdə müayinəsi: həcm sıxlığı, görünüş tapması, analiz
Kalsinasiya: Bu, karbon məhsulunun yaşıl gövdəsinin doldurucunun qorunması altında xüsusi hazırlanmış istilik sobasına doldurulması və yaşıl gövdədəki kömür qatranını karbonlaşdırmaq üçün yüksək temperaturlu istilik emalı həyata keçirilməsi prosesidir. Kömür bitumunun karbonlaşdırılmasından sonra əmələ gələn bitum koksu karbonlu aqreqatı və toz hissəciklərini birlikdə bərkidir və kalsinləşdirilmiş karbon məhsulu yüksək mexaniki möhkəmliyə, aşağı elektrik müqavimətinə, yaxşı istilik stabilliyinə və kimyəvi stabilliyə malikdir.
Kalsinasiya karbon məhsullarının istehsalında əsas proseslərdən biridir və eyni zamanda qrafit elektrod istehsalının üç əsas istilik emalı prosesinin vacib hissəsidir. Kalsinasiya istehsal dövrü uzundur (bişirmə üçün 22-30 gün, 2 bişirmə üçün sobalar üçün 5-20 gün) və daha yüksək enerji istehlakıdır. Yaşıl qovurmanın keyfiyyəti hazır məhsulun keyfiyyətinə və istehsal dəyərinə təsir göstərir.
Yaşıl gövdədəki yaşıl kömür qatranı qovurma prosesi zamanı kokslanır və uçucu maddənin təxminən 10%-i xaric olur və həcm 2-3% büzülmə ilə əmələ gəlir və kütlə itkisi 8-10% təşkil edir. Karbon kütükünün fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri də əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdi. Məsaməliliyin artması səbəbindən məsaməlilik 1,70 q/sm3-dən 1,60 q/sm3-ə, müqavimət isə 10000 μΩ·m-dən 40-50 μΩ·m-ə qədər azalıb. Kalsine edilmiş kütükün mexaniki möhkəmliyi də böyük idi. Təkmilləşdirmə üçün.
İkinci dərəcəli bişirmə, kalsine edilmiş məhsulun batırıldığı və sonra kalsine edilmiş məhsulun məsamələrinə batırılmış qatranı karbonlaşdırmaq üçün kalsine edildiyi bir prosesdir. Daha yüksək həcm sıxlığı tələb edən elektrodlar (RP istisna olmaqla bütün növlər) və birləşmə boşluqları ikiqat bişirilməlidir və birləşmə boşluqları da üçqat dördqat bişirmə və ya ikiqat üçqat bişirmə prosesinə məruz qalır.
Əsas soba növü:
Davamlı işləmə — halqalı soba (qapaqlı, qapaqsız), tunel sobası
Aralıqlı əməliyyat — tərs soba, döşəməaltı qızartma maşını, qutulu qızartma maşını
Kalsinasiya əyrisi və maksimum temperatur:
Birdəfəlik qovurma—-320, 360, 422, 480 saat, 1250 °C
İkinci dərəcəli qovurma—-125, 240, 280 saat, 700-800 °C
Bişmiş məhsulların yoxlanılması: görünüşünün döyülməsi, elektrik müqaviməti, həcm sıxlığı, sıxılma möhkəmliyi, daxili struktur təhlili
Emprenye, karbon materialının təzyiq qabına yerləşdirildiyi və maye hopdurucu qatının müəyyən temperatur və təzyiq şəraitində məhsul elektrodunun məsamələrinə batırıldığı bir prosesdir. Məqsəd məhsulun məsaməliliyini azaltmaq, məhsulun həcm sıxlığını və mexaniki möhkəmliyini artırmaq, həmçinin məhsulun elektrik və istilik keçiriciliyini yaxşılaşdırmaqdır.
Hopdurma prosesi və əlaqəli texniki parametrlər bunlardır: çəlləyin yandırılması – səthin təmizlənməsi – əvvəlcədən qızdırılma (260-380 °C, 6-10 saat) – hopdurma çəninin doldurulması – tozsoranla təmizləmə (8-9KPa, 40-50 dəq) – Bitumun yeridilməsi (180-200 °C) – Təzyiqin artırılması (1.2-1.5 MPa, 3-4 saat) – Asfalta qaytarılması – Soyutma (çənin içərisində və ya xaricində)
Emprenye edilmiş məhsulların yoxlanılması: emprenye edilmiş çəki artımı nisbəti G=(W2-W1)/W1×100%
Bir dəfə çəkili çəki artımı ≥14%
İkinci dərəcəli hopdurulmuş məhsulun çəki artımı nisbəti ≥ 9%
Üç batırma məhsulunun çəki artımı nisbəti ≥ 5%
Qrafitləşmə, amorf təbəqəli strukturlu karbonu üçölçülü nizamlı qrafit kristal quruluşuna çevirmək üçün karbon məhsulunun yüksək temperaturlu elektrik sobasında qoruyucu mühitdə 2300 ° C və ya daha çox temperatura qədər qızdırıldığı yüksək temperaturlu istilik emalı prosesinə aiddir.
Qrafitləşmənin məqsədi və təsiri:
1. Karbon materialının keçiriciliyini və istilik keçiriciliyini artırmaq (müqavimət 4-5 dəfə azalır və istilik keçiriciliyi təxminən 10 dəfə artır);
2. Karbon materialının istilik şokuna davamlılığını və kimyəvi stabilliyini artırır (xətti genişlənmə əmsalı 50-80% azalır);
3 karbon materialının yağlama və aşınma müqavimətini təmin etmək;
4 Egzoz çirkləri, karbon materialının saflığını artırır (məhsulun kül tərkibi 0,5-0,8%-dən təxminən 0,3%-ə qədər azalır).
Qrafitləşmə prosesinin reallaşdırılması:
Karbon materialının qrafitləşməsi 2300-3000 °C yüksək temperaturda həyata keçirilir, buna görə də sənayedə bu, yalnız elektrikli isitmə yolu ilə həyata keçirilə bilər, yəni cərəyan birbaşa qızdırılan kalsine edilmiş məhsuldan keçir və sobaya yüklənmiş kalsine edilmiş məhsul yüksək temperaturda elektrik cərəyanı ilə yaranır. Keçirici yenə də yüksək temperatura qədər qızdırılan bir cisimdir.
Hal-hazırda geniş istifadə olunan sobalara Acheson qrafitləşmə sobaları və daxili istilik kaskad (LWG) sobaları daxildir. Birincisi böyük çıxış gücünə, böyük temperatur fərqinə və yüksək enerji istehlakına malikdir. İkincisi qısa qızdırma müddətinə, aşağı enerji istehlakına, vahid elektrik müqavimətinə malikdir və quraşdırma üçün uyğun deyil.
Qrafitləşmə prosesinin idarə olunması, temperaturun yüksəlməsi şəraitinə uyğun elektrik enerjisi əyrisinin ölçülməsi ilə idarə olunur. Acheson sobası üçün enerji təchizatı müddəti 50-80 saat, LWG sobası üçün isə 9-15 saatdır.
Qrafitləşmənin enerji istehlakı çox böyükdür, ümumiyyətlə 3200-4800 kVt/saat təşkil edir və proses dəyəri ümumi istehsal dəyərinin təxminən 20-35%-ni təşkil edir.
Qrafitləşdirilmiş məhsulların yoxlanılması: görünüş tıqqıltısı, müqavimət testi
Emal: Karbon qrafit materiallarının mexaniki emalının məqsədi, elektrod gövdəsini və birləşmələrini istifadə tələblərinə uyğun olaraq kəsməklə tələb olunan ölçüyə, formaya, dəqiqliyə və s. nail olmaqdır.
Qrafit elektrod emalı iki müstəqil emal prosesinə bölünür: elektrod gövdəsi və birləşmə.
Korpus emalı üç mərhələdən ibarətdir: qazma və kobud düz uclu üz, xarici dairə və düz uclu üz və frezerləmə yiv. Konik birləşmənin emalı 6 prosesə bölünə bilər: kəsmə, düz uclu üz, avtomobil konusunun üzü, frezerləmə yiv, qazma boltu və yarıq.
Elektrod birləşmələrinin birləşdirilməsi: konik birləşmə birləşməsi (üç toqqa və bir toqqa), silindrik birləşmə birləşməsi, qabarcıq birləşməsi (erkək və dişi birləşməsi)
Emal dəqiqliyinə nəzarət: yiv konusunun sapması, yiv meydançası, birləşmə (dəlik) böyük diametrli sapma, birləşmə dəliyinin koaksiallığı, birləşmə dəliyinin şaquliliyi, elektrodun uc səthinin düzlüyü, birləşmənin dörd nöqtəli sapması. Xüsusi halqa ölçü cihazları və lövhə ölçü cihazları ilə yoxlayın.
Hazır elektrodların yoxlanılması: dəqiqlik, çəki, uzunluq, diametr, həcm sıxlığı, müqavimət, yığılmadan əvvəl tolerantlıq və s.
Yayımlanma vaxtı: 31 oktyabr 2019