Графитният електрод е устойчив на висока температура графитен проводим материал, произведен от нефтено тесто, игловиден кокс като агрегат и въглищен битум като свързващо вещество, които се произвеждат чрез серия от процеси като месене, формоване, печене, импрегниране, графитизация и механична обработка.
Графитният електрод е важен високотемпературен проводим материал за електрическо производство на стомана. Графитният електрод се използва за подаване на електрическа енергия към електрическата пещ, а високата температура, генерирана от дъгата между края на електрода и шихтата, се използва като източник на топлина за топене на шихтата за производство на стомана. Други рудни пещи, които топят материали като жълт фосфор, индустриален силиций и абразиви, също използват графитни електроди като проводими материали. Отличните и специални физични и химични свойства на графитните електроди се използват широко и в други промишлени сектори.
Суровините за производството на графитни електроди са нефтен кокс, игловиден кокс и каменовъглен катран.
Нефтеният кокс е запалим твърд продукт, получен чрез коксуване на въглищни остатъци и нефтена смола. Цветът е черен и порест, основният елемент е въглерод, а съдържанието на пепел е много ниско, обикновено под 0,5%. Нефтеният кокс принадлежи към класа на лесно графитизиращия се въглерод. Нефтеният кокс има широк спектър от приложения в химическата и металургичната промишленост. Той е основната суровина за производство на изкуствени графитни продукти и въглеродни продукти за електролитен алуминий.
Нефтеният кокс може да се раздели на два вида: суров кокс и калциниран кокс според температурата на термична обработка. Първият нефтен кокс, получен чрез забавено коксуване, съдържа голямо количество летливи вещества и има ниска механична якост. Калцинираният кокс се получава чрез калциниране на суров кокс. Повечето рафинерии в Китай произвеждат само кокс, а калцинирането се извършва предимно във въглеродни инсталации.
Нефтеният кокс може да се раздели на кокс с високо съдържание на сяра (съдържащ повече от 1,5% сяра), кокс със средно съдържание на сяра (съдържащ 0,5%-1,5% сяра) и кокс с ниско съдържание на сяра (съдържащ по-малко от 0,5% сяра). Производството на графитни електроди и други изкуствени графитни продукти обикновено се извършва с използване на кокс с ниско съдържание на сяра.
Игловидният кокс е вид висококачествен кокс с ясно изразена влакнеста текстура, много нисък коефициент на термично разширение и лесна графитизация. Когато коксът се раздроби, той може да се раздели на тънки ленти според текстурата (съотношението на страните обикновено е над 1,75). Анизотропната влакнеста структура може да се наблюдава под поляризационен микроскоп и затова се нарича игловиден кокс.
Анизотропията на физико-механичните свойства на игловидния кокс е много очевидна. Той има добра електрическа и топлопроводимост, успоредна на посоката на дългата ос на частицата, и коефициентът на термично разширение е нисък. При екструдиране, дългата ос на повечето частици е разположена в посока на екструдиране. Следователно, игловидният кокс е ключова суровина за производството на високомощни или ултрависокомощни графитни електроди. Произведеният графитен електрод има ниско съпротивление, малък коефициент на термично разширение и добра устойчивост на термичен удар.
Игловидният кокс се разделя на игловиден кокс на нефтена основа, произведен от нефтени остатъци, и игловиден кокс на въглищна основа, произведен от рафинирани суровини от въглищна смола.
Въглищният катран е един от основните продукти на дълбоката преработка на въглищен катран. Той е смес от различни въглеводороди, черен при висока температура, полутвърд или твърд при висока температура, без фиксирана точка на топене, омекотява се след нагряване и след това се разтопява, с плътност от 1,25-1,35 g/cm3. Според точката на омекване, той се разделя на нискотемпературен, среднотемпературeн и високотемпературeн асфалт. Добивът на среднотемпературния асфалт е 54-56% от въглищния катран. Съставът на въглищния катран е изключително сложен, което е свързано със свойствата на въглищния катран и съдържанието на хетероатоми, а също така се влияе от системата на коксуване и условията на преработка на въглищен катран. Съществуват много показатели за характеризиране на въглищния катран, като точка на омекване на битума, неразтворими в толуен (TI), неразтворими в хинолин (QI), стойности на коксуване и реология на въглищния катран.
Въглищният катран се използва като свързващо вещество и импрегнант в въглеродната индустрия и неговите характеристики оказват голямо влияние върху производствения процес и качеството на въглеродните продукти. Свързващото вещество асфалт обикновено е среднотемпературен или среднотемпературно модифициран асфалт с умерена точка на омекване, висока стойност на коксуване и висока β смола. Импрегниращото средство е среднотемпературен асфалт с ниска точка на омекване, нисък QI и добри реологични свойства.
Следващата снимка показва производствения процес на графитни електроди в предприятие за въглеродни влакна.
Калциниране: Въглеродната суровина се обработва термично при висока температура, за да се отдели влагата и летливите вещества, съдържащи се в нея, а производственият процес, съответстващ на подобряване на първоначалните готварски характеристики, се нарича калциниране. Обикновено въглеродната суровина се калцинира с помощта на газ и собствените си летливи вещества като източник на топлина, а максималната температура е 1250-1350 °C.
Калцинирането води до дълбоки промени в структурата и физикохимичните свойства на въглеродните суровини, главно чрез подобряване на плътността, механичната якост и електрическата проводимост на кокса, подобряване на химическата стабилност и устойчивостта на окисление на кокса, полагайки основите за последващия процес.
Калцинираното оборудване включва главно резервоарна калцинаторна пещ, ротационна пещ и електрическа калцинаторна пещ. Индексът за контрол на качеството на калцинирането е, че истинската плътност на нефтения кокс е не по-малка от 2,07 g/cm3, съпротивлението е не повече от 550 μΩ.m, истинската плътност на игловидния кокс е не по-малка от 2,12 g/cm3, а съпротивлението е не повече от 500 μΩ.m.
Раздробяване на суровини и съставки
Преди дозирането, насипният калциниран нефтен кокс и игленият кокс трябва да бъдат натрошени, смелени и пресяти.
Средното раздробяване обикновено се извършва от раздробяващо оборудване с размер на частиците около 50 мм, преминаващо през челюстна трошачка, чукова трошачка, валцова трошачка и други подобни, за да се раздроби допълнително материалът с размер 0,5-20 мм, необходим за дозирането.
Смилането е процес на смилане на въглероден материал до прахообразни малки частици с размер 0,15 mm или по-малко и размер на частиците 0,075 mm или по-малко посредством мелница с пръстеновидни валци от суспензионен тип (мелница Raymond), топкова мелница или подобни.
Пресяването е процес, при който широка гама от материали след раздробяване се разделя на няколко диапазона от размери на частиците с тесен диапазон от размери чрез серия сита с еднакви отвори. Производството на текущи електроди обикновено изисква 4-5 пелети и 1-2 вида прах.
Съставките са производствените процеси за изчисляване, претегляне и фокусиране на различните агрегати от агрегати, прахове и свързващи вещества според изискванията на формулата. Научната пригодност на формулата и стабилността на процеса на дозиране са сред най-важните фактори, влияещи върху индекса на качество и производителността на продукта.
Формулата трябва да определи 5 аспекта:
1Изберете вида суровини;
2 определят пропорцията на различните видове суровини;
3 определяне на състава на размера на частиците на твърдата суровина;
4 определяне на количеството свързващо вещество;
5 Определете вида и количеството на добавките.
Месене: Смесване и количествено определяне на въглеродни гранули и прахове с различни размери на частиците с определено количество свързващо вещество при определена температура и месене на пластичната паста в процес, наречен месене.
Процес на месене: сухо смесване (20-35 мин.) мокро смесване (40-55 мин.)
Ролята на месенето:
1 При сухо смесване, различните суровини се смесват равномерно, а твърдите въглеродни материали с различни размери на частиците се смесват и пълнят равномерно, за да се подобри компактността на сместа;
2 След добавяне на въглищна смола, сухият материал и асфалтът се смесват равномерно. Течният асфалт равномерно покрива и омокря повърхността на гранулите, за да образува слой от свързващ асфалт, и всички материали се свързват помежду си, за да образуват хомогенна пластична намазка. Благоприятства образуването на леене;
3 части въглищна катранена смола проникват във вътрешното пространство на въглеродния материал, като допълнително увеличават плътността и кохезионността на пастата.
Формоване: Формоването на въглероден материал се отнася до процеса на пластично деформиране на омесената въглеродна паста под въздействието на външна сила, приложена от формовъчното оборудване, за да се образува окончателно зелено тяло (или суров продукт) с определена форма, размер, плътност и якост.
Видове формоване, оборудване и произвеждани продукти:
Метод на формоване
Общо оборудване
основни продукти
Формоване
Вертикална хидравлична преса
Електрически въглерод, нискокачествен графит с фина структура
Стиснете
Хоризонтален хидравличен екструдер
Винтов екструдер
Графитен електрод, квадратен електрод
Вибрационно формоване
Вибрационна формовъчна машина
Алуминиево-въглеродни тухли, въглеродни тухли от доменна пещ
Изостатично пресоване
Изостатична машина за формоване
Изотропен графит, анизотропен графит
Операция със стискане
1 охлаждащ материал: дисков охлаждащ материал, цилиндричен охлаждащ материал, охлаждащи материали за смесване и месене и др.
Отстранете летливите вещества, намалете до подходяща температура (90-120°C), за да увеличите адхезията, така че блоковата структура на пастата да е равномерна в продължение на 20-30 минути.
2 Зареждане: преса, повдигаща преграда —– 2-3 пъти рязане —-4-10MPa уплътняване
3 предварително налягане: налягане 20-25MPa, време 3-5 минути, докато се вакуумира
4 екструзия: натиснете преградата — екструзия 5-15MPa — изрежете — в охлаждащата мивка
Технически параметри на екструдирането: степен на компресия, температура на пресоващата камера и дюзата, температура на охлаждане, време на предварително натоварване, налягане на екструдиране, скорост на екструдиране, температура на охлаждащата вода
Инспекция на зелено тяло: обемна плътност, външен вид, потупване, анализ
Калциниране: Това е процес, при който зеленото тяло на въглеродния продукт се запълва в специално проектирана нагревателна пещ под защитата на пълнителя, за да се извърши високотемпературна термична обработка за карбонизиране на въглищната смола в зеленото тяло. Битумният кокс, образуван след карбонизацията на въглищния битум, втвърдява въглеродния агрегат и прахообразните частици заедно, като калцинираният въглероден продукт има висока механична якост, ниско електрическо съпротивление, добра термична стабилност и химическа стабилност.
Калцинирането е един от основните процеси в производството на въглеродни продукти и е важна част от трите основни процеса на термична обработка при производството на графитни електроди. Производственият цикъл на калциниране е дълъг (22-30 дни за печене, 5-20 дни за пещи за 2 печения) и има по-висока консумация на енергия. Качеството на зеленото печене оказва влияние върху качеството на крайния продукт и производствените разходи.
Зелената въглищна смола в зеленото тяло се коксува по време на процеса на печене и около 10% от летливите вещества се отделят, обемът се увеличава чрез свиване от 2-3%, а загубата на маса е 8-10%. Физическите и химичните свойства на въглеродната заготовка също се променят значително. Порьозността намалява от 1,70 g/cm3 на 1,60 g/cm3, а съпротивлението намалява от 10000 μΩ·m на 40-50 μΩ·m поради увеличаването на порьозността. Механичната якост на калцинираната заготовка също е голяма. За подобрение.
Вторичното изпичане е процес, при който калцинираният продукт се потапя и след това се калцинира, за да се карбонизира смолата, потопена в порите на калцинирания продукт. Електродите, които изискват по-висока насипна плътност (всички разновидности с изключение на RP), и заготовките за съединения трябва да бъдат двойно изпечени, а заготовките за съединения също се подлагат на трипотапно четирипотапно или двупотапно трипотапно печене.
Основен тип пещ на пържещата машина:
Непрекъсната работа — пръстеновидна пещ (с капак, без капак), тунелна пещ
Прекъсната работа — обратна пещ, подова пещ за изпичане, кутия за изпичане
Крива на калциниране и максимална температура:
Еднократно печене—-320, 360, 422, 480 часа, 1250 °C
Вторично печене — -125, 240, 280 часа, 700-800 °C
Инспекция на печени продукти: външен вид чрез потупване, електрическо съпротивление, обемна плътност, якост на натиск, анализ на вътрешната структура
Импрегнирането е процес, при който въглероден материал се поставя в съд под налягане и течната импрегнационна смола се потапя в порите на продукта - електрод при определени температурни и налягателни условия. Целта е да се намали порьозността на продукта, да се увеличи обемната плътност и механичната му якост, както и да се подобри електрическата и топлопроводимостта му.
Процесът на импрегниране и свързаните с него технически параметри са: печене на заготовката – почистване на повърхността – предварително нагряване (260-380 °C, 6-10 часа) – зареждане на импрегнационния резервоар – вакуумиране (8-9KPa, 40-50 мин.) – инжектиране на битум (180-200 °C) – създаване на налягане (1,2-1,5 MPa, 3-4 часа) – връщане към асфалта – охлаждане (вътре или извън резервоара)
Инспекция на импрегнирани продукти: коефициент на нарастване на теглото на импрегнираните продукти G=(W2-W1)/W1×100%
Процент на наддаване на тегло с едно потапяне ≥14%
Процент на наддаване на тегло на вторично импрегниран продукт ≥ 9%
Три продукта за потапяне с процент на наддаване на тегло ≥ 5%
Графитизацията се отнася до процес на високотемпературна термична обработка, при който въглероден продукт се нагрява до температура от 2300°C или повече в защитна среда във високотемпературна електрическа пещ, за да се превърне аморфната слоеста структура на въглерода в триизмерна подредена графитна кристална структура.
Цел и ефект от графитизацията:
1 подобряване на проводимостта и топлопроводимостта на въглеродния материал (съпротивлението се намалява 4-5 пъти, а топлопроводимостта се увеличава около 10 пъти);
2. подобряване на устойчивостта на термичен шок и химическата стабилност на въглеродния материал (коефициентът на линейно разширение е намален с 50-80%);
3, за да се осигури смазочност и устойчивост на износване на въглеродния материал;
4. Примеси от отработените газове, подобряват чистотата на въглеродния материал (съдържанието на пепел в продукта се намалява от 0,5-0,8% до около 0,3%).
Реализацията на процеса на графитизация:
Графитизацията на въглероден материал се извършва при висока температура от 2300-3000 °C, така че в промишлеността може да се осъществи само чрез електрическо нагряване, т.е. токът преминава директно през нагрятия калциниран продукт и калцинираният продукт, зареден в пещта, се генерира от електрически ток при висока температура. Проводникът е отново обект, който се нагрява до висока температура.
Пещите, които в момента се използват широко, включват пещи за графитизация на Ачесън и пещи с вътрешна каскада за нагряване (LWG). Първите имат голяма производителност, голяма температурна разлика и висока консумация на енергия. Вторите имат кратко време за нагряване, ниска консумация на енергия, равномерно електрическо съпротивление и не са подходящи за монтаж.
Контролът на процеса на графитизация се осъществява чрез измерване на кривата на електрическата мощност, която е подходяща за условията на повишаване на температурата. Времето за захранване е 50-80 часа за пещта Acheson и 9-15 часа за пещта LWG.
Консумацията на енергия при графитизация е много голяма, обикновено 3200-4800 kWh, а разходите за процес представляват около 20-35% от общите производствени разходи.
Инспекция на графитизирани продукти: потупване по външен вид, изпитване за съпротивление
Машинна обработка: Целта на механичната обработка на въглерод-графитни материали е да се постигне необходимия размер, форма, прецизност и др. чрез рязане, за да се направи тялото на електрода и съединенията в съответствие с изискванията за употреба.
Обработката на графитни електроди е разделена на два независими процеса на обработка: тяло на електрод и съединение.
Обработката на тялото включва три стъпки: пробиване и грубо нарязване на плоска челна повърхност, външна окръжност и плоска челна повърхност и фрезоване на резба. Обработката на конично съединение може да бъде разделена на 6 процеса: рязане, плоска челна повърхност, конична повърхност на автомобила, фрезоване на резба, пробиване на болт и шлицване.
Свързване на електродните съединения: конична връзка (три катарами и една катарама), цилиндрична връзка, изпъкнала връзка (мъжка и женска връзка)
Контрол на точността на обработката: отклонение на конусността на резбата, стъпка на резбата, отклонение на големия диаметър на съединението (отвора), коаксиалност на отвора на съединението, вертикалност на отвора на съединението, плоскост на челната повърхност на електрода, четириточково отклонение на съединението. Проверка със специални пръстеновидни калибри и плоски калибри.
Проверка на готови електроди: точност, тегло, дължина, диаметър, обемна плътност, съпротивление, толеранс на предварителен монтаж и др.
Време на публикуване: 31 октомври 2019 г.