Графітавы электрод — гэта высокатэмпературны графітавы праводзячы матэрыял, які вырабляецца з нафтавага міксу, ігольчастага коксу ў якасці запаўняльніка і вугальнага бітуму ў якасці звязальнага рэчыва, і які вырабляецца з дапамогай шэрагу працэсаў, такіх як міксаванне, фармаванне, абпал, прапітканне, графітызацыя і механічная апрацоўка.
Графітавы электрод — важны высокатэмпературны праводзячы матэрыял для электрасталеплавільнай вытворчасці. Графітавы электрод выкарыстоўваецца для падачы электрычнай энергіі ў электрычную печ, а высокая тэмпература, якая ўтвараецца дугой паміж канцом электрода і шихтай, выкарыстоўваецца ў якасці крыніцы цяпла для плаўлення шихты пры вытворчасці сталі. Іншыя рудаплавыя печы, якія плавяць такія матэрыялы, як жоўты фосфар, прамысловы крэмній і абразівы, таксама выкарыстоўваюць графітавыя электроды ў якасці праводзячых матэрыялаў. Выдатныя і асаблівыя фізічныя і хімічныя ўласцівасці графітавых электродаў таксама шырока выкарыстоўваюцца ў іншых прамысловых сектарах.
Сыравінай для вытворчасці графітавых электродаў з'яўляюцца нафтавы кокс, ігольчасты кокс і каменнавугальны пек.
Нафтавы кокс — гэта лёгкаўзгаральны цвёрды прадукт, які атрымліваецца шляхам каксавання вугальных рэшткаў і нафтавага пеку. Колер чорны і сітаваты, асноўным элементам з'яўляецца вуглярод, а ўтрыманне попелу вельмі нізкае, звычайна ніжэй за 0,5%. Нафтавы кокс адносіцца да класа лёгкаграфітызаванага вугляроду. Нафтавы кокс мае шырокі спектр прымянення ў хімічнай і металургічнай прамысловасці. Ён з'яўляецца асноўнай сыравінай для вытворчасці вырабаў са штучнага графіту і вугляроду для электралітычнага алюмінію.
Нафтавы кокс можна падзяліць на два тыпы: сыры кокс і кальцынаваны кокс у залежнасці ад тэмпературы тэрмічнай апрацоўкі. Першы нафтавы кокс, атрыманы шляхам запаволенага каксавання, утрымлівае вялікую колькасць лятучых рэчываў і мае нізкую механічную трываласць. Кальцынаваны кокс атрымліваецца шляхам кальцынацыі сырога коксу. Большасць нафтаперапрацоўчых заводаў у Кітаі вырабляюць толькі кокс, і аперацыі па кальцынацыі ў асноўным праводзяцца на вугляродных заводах.
Нафтавы кокс можна падзяліць на высокасерністы (які змяшчае больш за 1,5% серы), сярэднесерністы (які змяшчае 0,5%-1,5% серы) і нізкасерністы (які змяшчае менш за 0,5% серы). Графітавыя электроды і іншыя вырабы са штучнага графіту звычайна вырабляюцца з нізкасерністага коксу.
Ігольчасты кокс — гэта від высакаякаснага коксу з выразнай валакністай тэкстурай, вельмі нізкім каэфіцыентам цеплавога пашырэння і лёгкай графітызацыяй. Пры разбурэнні кокс можна падзяліць на тонкія палоскі ў залежнасці ад тэкстуры (суадносіны бакоў звычайна перавышае 1,75). Анізатропную валакністую структуру можна назіраць пад палярызацыйным мікраскопам, таму яе называюць ігольчастым коксам.
Анізатрапія фізіка-механічных уласцівасцей ігольчастага коксу вельмі відавочная. Ён мае добрую электра- і цеплаправоднасць, паралельную кірунку доўгай восі часціц, і нізкі каэфіцыент цеплавога пашырэння. Пры экструзійным фармаванні доўгая вось большасці часціц размешчана ў кірунку экструзіі. Такім чынам, ігольчасты кокс з'яўляецца ключавой сыравінай для вырабу магутных або звышмагутных графітавых электродаў. Атрыманы графітавы электрод мае нізкае супраціўленне, малы каэфіцыент цеплавога пашырэння і добрую ўстойлівасць да цеплавых удараў.
Ігольчасты кокс падзяляецца на ігольчасты кокс на аснове нафты, які вырабляецца з нафтавых рэшткаў, і ігольчасты кокс на аснове вугалю, які вырабляецца з перапрацаванай сыравіны вугальнага пеку.
Вугальная смалу з'яўляецца адным з асноўных прадуктаў глыбокай перапрацоўкі вугальнай смалы. Яна ўяўляе сабой сумесь розных вуглевадародаў, чорных пры высокай тэмпературы, напаўцвёрдых або цвёрдых пры высокай тэмпературы, без фіксаванай тэмпературы плаўлення, размякчаецца пасля награвання, а затым плавіцца, з шчыльнасцю 1,25-1,35 г/см3. Па тэмпературы размякчэння яна падзяляецца на нізкатэмпературную, сярэднетэмпературную і высокатэмпературную асфальты. Выхад асфальту пры сярэдняй тэмпературы складае 54-56% ад агульнай колькасці вугальнай смалы. Склад вугальнай смалы надзвычай складаны, што звязана з уласцівасцямі вугальнай смалы і ўтрыманнем гетэраатамаў, а таксама залежыць ад сістэмы працэсу каксавання і ўмоў перапрацоўкі вугальнай смалы. Існуе мноства паказчыкаў для характарыстыкі вугальнай смалы, такіх як тэмпература размякчэння бітуму, нерастваральныя ў талуоле (TI), нерастваральныя ў хіналіне (QI), паказчыкі коксавання і рэалогія вугальнай смалы.
Вугальная смала выкарыстоўваецца ў якасці звязальнага рэчыва і насычальнага агента ў вугляроднай прамысловасці, і яе характарыстыкі аказваюць вялікі ўплыў на вытворчы працэс і якасць вугляроднай прадукцыі. У якасці звязальнага асфальту звычайна выкарыстоўваецца сярэднетэмпературны або сярэднетэмпературна-мадыфікаваны асфальт з умеранай тэмпературай размякчэння, высокім каэфіцыентам коксавання і высокім утрыманнем β-смалы. У якасці насычальнага агента выкарыстоўваецца сярэднетэмпературны асфальт з нізкай тэмпературай размякчэння, нізкім каэфіцыентам якасці і добрымі рэалагічнымі ўласцівасцямі.
На наступным малюнку паказаны працэс вытворчасці графітавага электрода на вугляродным прадпрыемстве.
Кальцынацыя: вугляродная сыравіна падвяргаецца тэрмічнай апрацоўцы пры высокай тэмпературы для выдалення вільгаці і лятучых рэчываў, якія ў ёй утрымліваюцца, і вытворчы працэс, які адпавядае паляпшэнню першапачатковых кулінарных характарыстык, называецца кальцынацыяй. Звычайна вугляродная сыравіна кальцынуецца з выкарыстаннем газу і яго ўласных лятучых рэчываў у якасці крыніцы цяпла, а максімальная тэмпература складае 1250-1350 °C.
Кальцынацыя ўносіць глыбокія змены ў структуру і фізіка-хімічныя ўласцівасці вугляродзістай сыравіны, галоўным чынам паляпшаючы шчыльнасць, механічную трываласць і электраправоднасць коксу, паляпшаючы хімічную стабільнасць і ўстойлівасць да акіслення коксу, закладваючы аснову для наступнага працэсу.
Абсталяванне для кальцынацыі ў асноўным уключае ў сябе рэзервуарны кальцынатар, ратацыйную печ і электрычны кальцынатар. Паказчык кантролю якасці кальцынацыі заключаецца ў тым, што сапраўдная шчыльнасць нафтавага коксу не менш за 2,07 г/см3, удзельнае супраціўленне не больш за 550 мкОм·м, сапраўдная шчыльнасць ігольчастага коксу не менш за 2,12 г/см3, а ўдзельнае супраціўленне не больш за 500 мкОм·м.
Драбненне сыравіны і інгрэдыенты
Перад пачаткам дазавання кальцынаваны нафтавы кокс і ігольчасты кокс павінны быць здрабнёны, здрабнёны і прасеяны.
Сярэдняе драбненне звычайна ажыццяўляецца з дапамогай драбільнага абсталявання памерам каля 50 мм праз шчэкавую драбнілку, малатковую драбнілку, валковую драбнілку і падобныя машыны для далейшага драбнення матэрыялу памерам 0,5-20 мм, неабходнага для дазавання.
Дробленне — гэта працэс драбнення вугляроднага матэрыялу да дробных парашкападобных часціц памерам 0,15 мм або менш і памерам часціц 0,075 мм або менш з дапамогай кольцавага млына суспензійнага тыпу (млын Рэйманда), шаровага млына або падобнага.
Прасейванне — гэта працэс, пры якім шырокі спектр матэрыялаў пасля драбнення падзяляецца на некалькі дыяпазонаў памераў часціц з вузкім дыяпазонам памераў праз серыю сіт з аднастайнымі адтулінамі. Для вытворчасці сучасных электродаў звычайна патрабуецца 4-5 гранул і 1-2 маркі парашка.
Інгрэдыенты - гэта вытворчыя працэсы разліку, узважвання і факусавання розных агрэгатаў, парашкоў і звязальных рэчываў у адпаведнасці з патрабаваннямі да рэцэптуры. Навуковая прыдатнасць рэцэптуры і стабільнасць аперацыі дазавання з'яўляюцца аднымі з найважнейшых фактараў, якія ўплываюць на паказчык якасці і характарыстыкі прадукту.
Формула павінна вызначаць 5 аспектаў:
1 Выберыце тып сыравіны;
2 вызначыць прапорцыю розных відаў сыравіны;
3 вызначэнне грануляцыйнага складу цвёрдай сыравіны;
4 вызначыць колькасць злучнага рэчыва;
5 Вызначце тып і колькасць дабавак.
Замешванне: змешванне і колькаснае вызначэнне вугляродных гранул і парашкоў рознага памеру з пэўнай колькасцю звязальнага рэчыва пры пэўнай тэмпературы і замешванне пластычнай пасты ў працэсе, які называецца замешваннем.
Працэс замешвання: сухое замешванне (20-35 хвілін), вільготнае замешванне (40-55 хвілін)
Роля замешвання:
1 Пры сухім змешванні розныя сыравінныя матэрыялы раўнамерна змешваюцца, а цвёрдыя вугляродныя матэрыялы рознага памеру часціц раўнамерна змешваюцца і запаўняюцца для паляпшэння шчыльнасці сумесі;
2 Пасля дадання каменнавугальнага пека сухі матэрыял і асфальт раўнамерна змешваюцца. Вадкі асфальт раўнамерна пакрывае і змочвае паверхню гранул, утвараючы пласт асфальтавага злучнага пласта, і ўсе матэрыялы злучаюцца адзін з адным, утвараючы аднастайную пластычную мазку. Спрыяе фармаванню;
3 часткі каменнавугальнага пека пранікаюць ва ўнутраную прастору вугляроднага матэрыялу, яшчэ больш павялічваючы шчыльнасць і згуртаванасць пасты.
Ліццё: ліццё вугляроднага матэрыялу — гэта працэс пластычнай дэфармацыі замешанай вугляроднай пасты пад уздзеяннем знешняй сілы, якая прыкладаецца ліцейным абсталяваннем, для канчатковага ўтварэння неапрацаванага цела (або сыравіны) пэўнай формы, памеру, шчыльнасці і трываласці.
Віды ліцця, абсталяванне і вырабы, якія вырабляюцца:
Спосаб фармавання
Агульнае абсталяванне
асноўныя прадукты
Ліццё
Вертыкальны гідраўлічны прэс
Электравугаль, нізкагатунковы графіт з дробнай структурай
Сцісніце
Гарызантальны гідраўлічны экструдар
Шнекавы экструдар
Графітавы электрод, квадратны электрод
Вібрацыйнае ліццё
Вібрацыйная фармовачная машына
Алюмініевая вугляродзістая цэгла, вугляродзістая цэгла даменнай печы
Ізастатычнае прэсаванне
Ізастатычная фармовачная машына
Ізатропны графіт, анізатропны графіт
Аперацыя сціскання
1 астуджальны матэрыял: дыскавы астуджальны матэрыял, цыліндравы астуджальны матэрыял, астуджальныя матэрыялы для змешвання і замешвання і г.д.
Выдаліце лятучыя рэчывы, знізіце тэмпературу да адпаведнай (90-120°C) для павышэння адгезіі, каб блакітнасць пасты была раўнамернай на працягу 20-30 хвілін.
2 Загрузка: прэс-пад'ёмнік, перагародка —– 2-3 разы рэзка —-4-10 МПа ўшчыльненне
3 папярэдні ціск: ціск 20-25 МПа, час 3-5 хвілін, падчас вакуумавання
4 экструзія: прыцісніце перагародку — экструзія 5-15 МПа — разрэжце — у астуджальную ракавіну
Тэхнічныя параметры экструзіі: ступень сціску, тэмпература прэс-камеры і сопла, тэмпература астуджэння, час папярэдняга націску, ціск экструзіі, хуткасць экструзіі, тэмпература астуджальнай вады.
Агляд сырога кузава: аб'ёмная шчыльнасць, пастукванне па вонкавым выглядзе, аналіз
Кальцынацыя: гэта працэс, пры якім вугляродны сырой прадукт запаўняецца ў спецыяльна распрацаваную награвальную печ пад абаронай напаўняльніка для правядзення высокатэмпературнай тэрмічнай апрацоўкі для карбанізацыі вугальнага пека ў сырым кузе. Бітумны кокс, які ўтвараецца пасля карбанізацыі вугальнага бітуму, зацвярдзее вугляродны агрэгат і часціцы парашка разам, і кальцынаваны вугляродны прадукт мае высокую механічную трываласць, нізкае электрычнае супраціўленне, добрую тэрмічную стабільнасць і хімічную стабільнасць.
Абпал з'яўляецца адным з асноўных працэсаў у вытворчасці вугляродных вырабаў, а таксама важнай часткай трох асноўных працэсаў тэрмічнай апрацоўкі графітавых электродаў. Вытворчы цыкл абпалу доўгі (22-30 дзён для абпалу, 5-20 дзён для печаў для 2 абпалаў) і мае больш высокае спажыванне энергіі. Якасць зялёнага абпалу ўплывае на якасць гатовай прадукцыі і сабекошт вытворчасці.
Зялёны вугальны пек у сырым целе коксуецца падчас працэсу абпалу, і каля 10% лятучых рэчываў вылучаецца, аб'ём павялічваецца за кошт ўсаджвання на 2-3%, а страта масы складае 8-10%. Фізічныя і хімічныя ўласцівасці вугляроднай нарыхтоўкі таксама значна змяніліся. Сітаватасць знізілася з 1,70 г/см3 да 1,60 г/см3, а ўдзельнае супраціўленне знізілася з 10000 мкОм·м да 40-50 мкОм·м з-за павелічэння сітаватасці. Механічная трываласць абпаленай нарыхтоўкі таксама была значнай. Для паляпшэння.
Другасны абпал — гэта працэс, пры якім абпалены прадукт апускаюць у ваду, а затым абпальваюць для карбанізацыі пека, пагружанага ў пары абпаленага прадукту. Электроды, якія патрабуюць больш высокай аб'ёмнай шчыльнасці (усе разнавіднасці, акрамя RP), і злучаныя нарыхтоўкі павінны падвяргацца падвойнаму абпалу, а злучаныя нарыхтоўкі таксама падвяргаюцца трох-чатырох- або двух-трох-абпалу.
Асноўны тып печы абпалювальнай камеры:
Бесперапынная праца — кальцавая печ (з вечкам, без вечка), тунэльная печ
Перарывісты рэжым працы — зваротная печ, падлогавая абпалювальная печ, скрынкавая абпалювальная печ
Крывая кальцынацыі і максімальная тэмпература:
Аднаразовая абпалка — -320, 360, 422, 480 гадзін, 1250 °C
Другасны абпал — 125, 240, 280 гадзін, 700-800 °C
Кантроль выпечаных вырабаў: знешні выгляд пры прастукванні, электрычнае супраціўленне, аб'ёмная шчыльнасць, трываласць на сціск, аналіз унутранай структуры
Прапітка — гэта працэс, пры якім вугляродны матэрыял змяшчаецца ў пасудзіну пад ціскам, а вадкі прапітачны пек апускаецца ў пары электрода прадукту пры пэўных умовах тэмпературы і ціску. Мэта складаецца ў тым, каб паменшыць парыстасць прадукту, павялічыць аб'ёмную шчыльнасць і механічную трываласць прадукту, а таксама палепшыць электра- і цеплаправоднасць прадукту.
Працэс прапіткі і звязаныя з ім тэхнічныя параметры: абпал загатоўкі – ачыстка паверхні – папярэдні нагрэў (260-380 °C, 6-10 гадзін) – загрузка прапітачнага рэзервуара – вакуумаванне (8-9 кПа, 40-50 хвілін) – ін'екцыя бітуму (180-200 °C) – ціск (1,2-1,5 МПа, 3-4 гадзіны) – вяртанне ў асфальт – астуджэнне (унутры або звонку рэзервуара)
Кантроль прасякнутых вырабаў: каэфіцыент павелічэння вагі прасякнутых вырабаў G=(W2-W1)/W1×100%
Хуткасць павелічэння вагі за адно апусканне ≥14%
Паказчык павелічэння вагі другасна прасякнутага прадукту ≥ 9%
Тры прадукты для апускання прывялі да павелічэння вагі ≥ 5%
Графітызацыя — гэта працэс высокатэмпературнай тэрмічнай апрацоўкі, пры якім вугляродны прадукт награваецца да тэмпературы 2300°C або больш у ахоўным асяроддзі ў высокатэмпературнай электрычнай печы для пераўтварэння аморфнай слаістай структуры вугляроду ў трохмерную ўпарадкаваную крышталічную структуру графіту.
Мэта і эфект графітызацыі:
1 паляпшаюць праводнасць і цеплаправоднасць вугляроднага матэрыялу (супраціўленне зніжаецца ў 4-5 разоў, а цеплаправоднасць павялічваецца прыкладна ў 10 разоў);
2 паляпшаюць устойлівасць да тэрмічных удараў і хімічную стабільнасць вугляроднага матэрыялу (каэфіцыент лінейнага пашырэння зніжаецца на 50-80%);
3, каб вугляродны матэрыял меў змазвальныя ўласцівасці і ўстойлівасць да ізаляцыі;
4 Выдаленне прымешак з выхлапных газаў, паляпшэнне чысціні вугляроднага матэрыялу (утрыманне попелу ў прадукце зніжаецца з 0,5-0,8% да прыблізна 0,3%).
Рэалізацыя працэсу графітызацыі:
Графітызацыя вугляроднага матэрыялу праводзіцца пры высокай тэмпературы 2300-3000 °C, таму ў прамысловасці яна можа быць рэалізавана толькі з дапамогай электрычнага нагрэву, гэта значыць, ток праходзіць непасрэдна праз нагрэты абпалены прадукт, і абпалены прадукт, які загружаецца ў печ, генеруецца электрычным токам пры высокай тэмпературы. Правадыр - гэта зноў жа аб'ект, які награваецца да высокай тэмпературы.
Сярод шырока выкарыстоўваных у цяперашні час печаў — печы графітызацыі Ачэсана і печы з унутраным каскадам нагрэву (LWG). Першыя маюць вялікую прадукцыйнасць, вялікі перапад тэмператур і высокае спажыванне энергіі. Другія маюць кароткі час нагрэву, нізкае спажыванне энергіі, аднастайнае электрычнае супраціўленне і не падыходзяць для мантажу.
Кіраванне працэсам графітызацыі ажыццяўляецца шляхам вымярэння крывой электрычнай магутнасці, якая адпавядае ўмовам павышэння тэмпературы. Час падачы электраэнергіі складае 50-80 гадзін для печы Ачэсана і 9-15 гадзін для печы LWG.
Спажыванне энергіі пры графітызацыі вельмі вялікае, звычайна 3200-4800 кВт·г, а кошт працэсу складае каля 20-35% ад агульнага кошту вытворчасці.
Кантроль графітызаваных вырабаў: праверка знешняга выгляду, выпрабаванне на супраціўленне
Апрацоўка: Мэта механічнай апрацоўкі вуглярод-графітавых матэрыялаў - дасягнуць неабходных памераў, формы, дакладнасці і г.д. шляхам рэзкі, каб зрабіць корпус электрода і злучэнні ў адпаведнасці з патрабаваннямі выкарыстання.
Апрацоўка графітавага электрода падзяляецца на два незалежныя працэсы апрацоўкі: цела электрода і злучэнне.
Апрацоўка корпуса ўключае ў сябе тры этапы: расточванне і нанясенне чарнавой плоскай тарцавой паверхні, нанясенне вонкавага круга і плоскай тарцавой паверхні, а таксама фрэзераванне разьбы. Апрацоўка канічнага злучэння можа быць падзелена на 6 працэсаў: рэзанне, нанясенне плоскай тарцавой паверхні, нанясенне канічнай тарцавой паверхні аўтамабіля, фрэзераванне разьбы, свідраванне балтоў і нанясенне пазоў.
Злучэнне электродных злучэнняў: канічнае злучэнне (тры спражкі і адна спражка), цыліндрычнае злучэнне, раз'ёмнае злучэнне (мужчынскае і жаночае злучэнне).
Кантроль дакладнасці апрацоўкі: адхіленне канічнасці разьбы, крок разьбы, адхіленне вялікага дыяметра злучэння (адтуліны), сувосяснасць злучальнай адтуліны, вертыкальнасць злучальнай адтуліны, плоскасць тарца электрода, чатырохкропкавае адхіленне злучэння. Правяраецца спецыяльнымі кальцавымі і пласціністымі калібрамі.
Кантроль гатовых электродаў: дакладнасць, вага, даўжыня, дыяметр, аб'ёмная шчыльнасць, супраціўленне, дапушчальнасць папярэдняй зборкі і г.д.
Час публікацыі: 31 кастрычніка 2019 г.