Grafitna elektroda je visokotemperaturno otporan provodljivi grafitni materijal proizveden od naftnog gnječenja, igličastog koksa kao agregata i ugljenog bitumena kao veziva, koji se proizvode kroz niz procesa kao što su gnječenje, oblikovanje, prženje, impregnacija, grafitizacija i mehanička obrada.
Grafitna elektroda je važan visokotemperaturni provodni materijal za proizvodnju čelika u električnim postupcima. Grafitna elektroda se koristi za unos električne energije u električnu peć, a visoka temperatura koju generira luk između kraja elektrode i uloška koristi se kao izvor topline za topljenje uloška za proizvodnju čelika. Druge peći za rudu koje tope materijale poput žutog fosfora, industrijskog silicija i abraziva također koriste grafitne elektrode kao provodne materijale. Izvrsna i posebna fizička i hemijska svojstva grafitnih elektroda također se široko koriste u drugim industrijskim sektorima.
Sirovine za proizvodnju grafitnih elektroda su petrolejski koks, igličasti koks i smola ugljenog katrana.
Naftni koks je zapaljivi čvrsti proizvod dobijen koksiranjem ostataka uglja i naftne smole. Boja je crna i porozna, glavni element je ugljik, a sadržaj pepela je vrlo nizak, uglavnom ispod 0,5%. Naftni koks pripada klasi lako grafitiziranog ugljika. Naftni koks ima širok spektar upotrebe u hemijskoj i metalurškoj industriji. Glavna je sirovina za proizvodnju umjetnih grafitnih proizvoda i ugljičnih proizvoda za elektrolitički aluminij.
Naftni koks se može podijeliti na dvije vrste: sirovi koks i kalcinirani koks prema temperaturi termičke obrade. Prethodni naftni koks, dobiven odgođenim koksiranjem, sadrži veliku količinu isparljivih tvari, a mehanička čvrstoća je niska. Kalcinirani koks se dobiva kalcinacijom sirovog koksa. Većina rafinerija u Kini proizvodi samo koks, a operacije kalcinacije se uglavnom izvode u postrojenjima za proizvodnju ugljika.
Naftni koks se može podijeliti na koks s visokim sadržajem sumpora (koji sadrži više od 1,5% sumpora), koks sa srednjim sadržajem sumpora (koji sadrži 0,5%-1,5% sumpora) i koks s niskim sadržajem sumpora (koji sadrži manje od 0,5% sumpora). Grafitne elektrode i drugi proizvodi od umjetnog grafita se uglavnom proizvode korištenjem koksa s niskim sadržajem sumpora.
Igličasti koks je vrsta visokokvalitetnog koksa s izraženom vlaknastom teksturom, vrlo niskim koeficijentom toplinskog širenja i lakom grafitizacijom. Kada se koks razbije, može se podijeliti na tanke trake prema teksturi (omjer stranica je obično iznad 1,75). Anizotropna vlaknasta struktura može se uočiti pod polarizacijskim mikroskopom i stoga se naziva igličasti koks.
Anizotropija fizičko-mehaničkih svojstava igličastog koksa je vrlo očigledna. Ima dobru električnu i toplinsku provodljivost paralelnu s dužom osom čestice, a koeficijent toplinskog širenja je nizak. Prilikom ekstruzijskog oblikovanja, duža osa većine čestica je postavljena u smjeru ekstruzije. Stoga je igličasti koks ključna sirovina za proizvodnju grafitnih elektroda velike ili ultra velike snage. Proizvedena grafitna elektroda ima nisku otpornost, mali koeficijent toplinskog širenja i dobru otpornost na toplinske udare.
Igličasti koks se dijeli na igličasti koks na bazi nafte, proizveden od ostataka nafte, i igličasti koks na bazi uglja, proizveden od rafiniranih sirovina ugljene smole.
Katran ugljena je jedan od glavnih proizvoda duboke prerade katrana ugljena. To je mješavina različitih ugljikovodika, crne boje na visokoj temperaturi, polučvrste ili čvrste na visokoj temperaturi, bez fiksne tačke topljenja, omekšane nakon zagrijavanja, a zatim topljene, s gustoćom od 1,25-1,35 g/cm3. Prema tački omekšavanja, dijeli se na asfalt niske temperature, srednje temperature i visoke temperature. Prinos asfalta na srednjoj temperaturi je 54-56% katrana ugljena. Sastav katrana ugljena je izuzetno složen, što je povezano sa svojstvima katrana ugljena i sadržajem heteroatoma, a na njega utječu i sistem procesa koksiranja i uvjeti prerade katrana ugljena. Postoje mnogi pokazatelji za karakterizaciju smole katrana ugljena, kao što su tačka omekšavanja bitumena, nerastvorljive tvari u toluenu (TI), nerastvorljive tvari u kinolinu (QI), vrijednosti koksiranja i reologija smole ugljena.
Katran uglja se koristi kao vezivo i impregnant u industriji ugljika, a njegove performanse imaju veliki utjecaj na proizvodni proces i kvalitet ugljičnih proizvoda. Vezivni asfalt se uglavnom koristi kao asfalt srednje temperature ili modificiran na srednjoj temperaturi, koji ima umjerenu tačku omekšavanja, visoku vrijednost koksiranja i visoku β smolu. Impregnacijsko sredstvo je asfalt srednje temperature koji ima nisku tačku omekšavanja, nizak QI i dobra reološka svojstva.
Sljedeća slika prikazuje proces proizvodnje grafitnih elektroda u preduzeću za preradu ugljika.
Kalcinacija: Ugljična sirovina se termički obrađuje na visokoj temperaturi kako bi se uklonila vlaga i isparljive materije koje se u njoj nalaze, a proizvodni proces koji odgovara poboljšanju originalnih performansi kuhanja naziva se kalcinacija. Općenito, ugljična sirovina se kalcinira korištenjem plina i vlastitih isparljivih materija kao izvora topline, a maksimalna temperatura je 1250-1350 °C.
Kalcinacija uzrokuje duboke promjene u strukturi i fizičko-hemijskim svojstvima ugljičnih sirovina, uglavnom u poboljšanju gustoće, mehaničke čvrstoće i električne provodljivosti koksa, poboljšavajući hemijsku stabilnost i otpornost koksa na oksidaciju, postavljajući temelje za sljedeći proces.
Oprema za kalcinaciju uglavnom uključuje kalcinator u rezervoaru, rotacijsku peć i električni kalcinator. Indeks kontrole kvaliteta kalcinacije je da stvarna gustoća petrolejskog koksa nije manja od 2,07 g/cm3, otpornost nije veća od 550 μΩ.m, stvarna gustoća igličastog koksa nije manja od 2,12 g/cm3, a otpornost nije veća od 500 μΩ.m.
Drobljenje sirovina i sastojci
Prije doziranja, rasuti kalcinirani petrolejski koks i igličasti koks moraju se zdrobiti, samljeti i prosijati.
Srednje drobljenje se obično vrši opremom za drobljenje veličine oko 50 mm pomoću čeljusne drobilice, čekićne drobilice, valjkaste drobilice i slično, kako bi se dodatno drobio materijal veličine 0,5-20 mm potreban za doziranje.
Mljevenje je proces mljevenja ugljičnog materijala do praškastih sitnih čestica veličine 0,15 mm ili manje i veličine čestica od 0,075 mm ili manje pomoću valjkastog mlina suspenzijskog tipa (Raymondov mlin), kugličnog mlina ili slično.
Prosijavanje je proces u kojem se širok spektar materijala nakon drobljenja dijeli na nekoliko raspona veličina čestica s uskim rasponom veličina kroz niz sita s ujednačenim otvorima. Za proizvodnju trenutnih elektroda obično je potrebno 4-5 peleta i 1-2 vrste praha.
Sastojci su proizvodni procesi za izračunavanje, vaganje i fokusiranje različitih agregata agregata, prahova i veziva u skladu sa zahtjevima formulacije. Naučna prikladnost formulacije i stabilnost postupka šaržiranja su među najvažnijim faktorima koji utiču na indeks kvaliteta i performanse proizvoda.
Formula treba da odredi 5 aspekata:
1Odaberite vrstu sirovina;
2 odrediti udio različitih vrsta sirovina;
3 određivanje sastava veličine čestica čvrstog sirovog materijala;
4 odrediti količinu veziva;
5 Odredite vrstu i količinu aditiva.
Gnječenje: Miješanje i kvantificiranje ugljičnih granula i prahova različitih veličina čestica s određenom količinom veziva na određenoj temperaturi, te gnječenje plastične paste u proces koji se naziva gnječenje.
Proces gnječenja: suho miješanje (20-35 min) mokro miješanje (40-55 min)
Uloga gnječenja:
1 Prilikom suhog miješanja, različite sirovine se ravnomjerno miješaju, a čvrsti ugljični materijali različitih veličina čestica se ravnomjerno miješaju i pune kako bi se poboljšala kompaktnost smjese;
2 Nakon dodavanja katranske smole, suhi materijal i asfalt se ravnomjerno miješaju. Tečni asfalt ravnomjerno prekriva i vlaži površinu granula formirajući sloj vezivnog sloja za asfalt, a svi materijali se međusobno povezuju formirajući homogeni plastični premaz. Pogodno za oblikovanje;
3 dijela katranske smole prodiru u unutrašnji prostor ugljičnog materijala, dodatno povećavajući gustoću i kohezivnost paste.
Kalupljenje: Kalupljenje ugljičnog materijala odnosi se na proces plastičnog deformiranja gnječene ugljične paste pod djelovanjem vanjske sile koju primjenjuje oprema za kalupljenje, kako bi se konačno formiralo zeleno tijelo (ili sirovi proizvod) određenog oblika, veličine, gustoće i čvrstoće.
Vrste kalupa, oprema i proizvodi koji se proizvode:
Metoda oblikovanja
Uobičajena oprema
glavni proizvodi
Kalupljenje
Vertikalna hidraulična presa
Električni ugljik, niskokvalitetni grafit fine strukture
Stisnite
Horizontalni hidraulični ekstruder
Vijčani ekstruder
Grafitna elektroda, kvadratna elektroda
Vibracijsko oblikovanje
Vibraciona mašina za oblikovanje
Aluminijumsko-ugljična cigla, ugljična cigla visoke peći
Izostatsko presovanje
Izostatička mašina za oblikovanje
Izotropni grafit, anizotropni grafit
Operacija stiskanja
1 hladni materijal: materijal za hlađenje diska, materijal za hlađenje cilindra, materijali za hlađenje miješanja i gnječenja itd.
Ispustite isparljive materije, smanjite temperaturu na odgovarajuću (90-120 °C) kako biste povećali prianjanje, tako da blokada paste bude ujednačena 20-30 minuta.
2 Utovar: pregrada za podizanje i spuštanje —– 2-3 puta rezanje —-4-10MPa zbijanje
3 predpritiska: pritisak 20-25MPa, vrijeme 3-5min, tokom usisavanja
4 ekstruzija: pritisnite pregradu — ekstruzija 5-15 MPa — rez — u rashladni sud
Tehnički parametri ekstruzije: stepen kompresije, temperatura komore za presovanje i mlaznice, temperatura hlađenja, vreme predopterećenja, pritisak ekstruzije, brzina ekstruzije, temperatura rashladne vode
Inspekcija zelenog tijela: nasipna gustina, ispitivanje izgleda tapkanjem, analiza
Kalcinacija: To je proces u kojem se zeleni materijal od ugljičnog proizvoda puni u posebno dizajniranu peć za zagrijavanje pod zaštitom punila kako bi se izvršila visokotemperaturna toplinska obrada radi karbonizacije ugljene smole u zelenom materijalu. Bitumenski koks koji se formira nakon karbonizacije ugljenog bitumena učvršćuje ugljični agregat i čestice praha zajedno, a kalcinirani ugljični proizvod ima visoku mehaničku čvrstoću, nisku električnu otpornost, dobru toplinsku stabilnost i kemijsku stabilnost.
Kalcinacija je jedan od glavnih procesa u proizvodnji ugljičnih proizvoda, a također je važan dio tri glavna procesa termičke obrade u proizvodnji grafitnih elektroda. Proizvodni ciklus kalcinacije je dug (22-30 dana za pečenje, 5-20 dana za peći za 2 pečenja) i zahtijeva veću potrošnju energije. Kvalitet zelenog prženja utiče na kvalitet gotovog proizvoda i troškove proizvodnje.
Zelena ugljena smola u zelenom tijelu se koksira tokom procesa prženja, pri čemu se ispušta oko 10% isparljivih materija, a volumen se povećava skupljajući se za 2-3%, a gubitak mase je 8-10%. Fizička i hemijska svojstva ugljičnog trupca su se također značajno promijenila. Poroznost se smanjila sa 1,70 g/cm3 na 1,60 g/cm3, a otpornost se smanjila sa 10000 μΩ·m na 40-50 μΩ·m zbog povećanja poroznosti. Mehanička čvrstoća kalciniranog trupca je također bila velika. Radi poboljšanja.
Sekundarno pečenje je proces u kojem se kalcinirani proizvod uranja, a zatim kalcinira kako bi se karbonizirala smola uronjena u pore kalciniranog proizvoda. Elektrode koje zahtijevaju veću gustoću (sve vrste osim RP) i spojni blankovi moraju se dvostruko peći, a spojni blankovi se također podvrgavaju trostrukom četverostrukom pečenju ili dvostrukom trostrukom pečenju.
Glavna vrsta peći pržionice:
Neprekidni rad - prstenasta peć (sa poklopcem, bez poklopca), tunelska peć
Povremeni rad—- obrnuta peć, podna peć za pečenje, kutijska peć za pečenje
Kriva kalcinacije i maksimalna temperatura:
Jednokratno pečenje—-320, 360, 422, 480 sati, 1250 °C
Sekundarno prženje - 125, 240, 280 sati, 700-800 °C
Inspekcija pečenih proizvoda: izgled kuckanjem, električna otpornost, nasipna gustina, tlačna čvrstoća, analiza unutrašnje strukture
Impregnacija je proces u kojem se ugljični materijal stavlja u posudu pod pritiskom, a tekuća impregnacijska smola se uranja u pore elektrode proizvoda pod određenim uvjetima temperature i pritiska. Svrha je smanjenje poroznosti proizvoda, povećanje gustoće i mehaničke čvrstoće proizvoda te poboljšanje električne i toplinske provodljivosti proizvoda.
Proces impregnacije i srodni tehnički parametri su: pečenje gredice – čišćenje površine – predgrijavanje (260-380 °C, 6-10 sati) – punjenje impregnacijskog rezervoara – usisavanje (8-9KPa, 40-50min) – ubrizgavanje bitumena (180-200 °C) – pritisak (1,2-1,5 MPa, 3-4 sata) – povratak na asfalt – hlađenje (unutar ili izvan rezervoara)
Inspekcija impregniranih proizvoda: stopa porasta težine impregnacije G=(W2-W1)/W1×100%
Stopa dobijanja na težini nakon jednog umaka ≥14%
Stopa povećanja težine sekundarno impregniranog proizvoda ≥ 9%
Stopa povećanja težine tri proizvoda za umakanje ≥ 5%
Grafitizacija se odnosi na proces termičke obrade na visokim temperaturama u kojem se ugljični proizvod zagrijava na temperaturu od 2300 °C ili više u zaštitnom mediju u visokotemperaturnoj električnoj peći kako bi se amorfna slojevita struktura ugljika pretvorila u trodimenzionalnu uređenu kristalnu strukturu grafita.
Svrha i efekat grafitizacije:
1 poboljšati provodljivost i toplinsku provodljivost ugljičnog materijala (otpornost se smanjuje 4-5 puta, a toplinska provodljivost se povećava oko 10 puta);
2 poboljšati otpornost na termalne udare i hemijsku stabilnost ugljičnog materijala (koeficijent linearnog širenja smanjen za 50-80%);
3 kako bi se osigurala mazivost i otpornost na abraziju ugljičnog materijala;
4 Nečistoće iz ispušnih plinova, poboljšavaju čistoću ugljičnog materijala (sadržaj pepela u proizvodu smanjuje se sa 0,5-0,8% na oko 0,3%).
Realizacija procesa grafitizacije:
Grafitizacija ugljičnog materijala provodi se na visokoj temperaturi od 2300-3000 °C, tako da se u industriji može ostvariti samo električnim zagrijavanjem, odnosno struja direktno prolazi kroz zagrijani kalcinirani proizvod, a kalcinirani proizvod koji se puni u peć generira se električnom strujom na visokoj temperaturi. Provodnik je opet objekt koji se zagrijava na visoku temperaturu.
Peći koje se trenutno široko koriste uključuju Achesonove peći za grafitizaciju i peći s unutrašnjim kaskadnim zagrijavanjem (LWG). Prve imaju veliki učinak, veliku temperaturnu razliku i visoku potrošnju energije. Druge imaju kratko vrijeme zagrijavanja, nisku potrošnju energije, ujednačen električni otpor i nisu pogodne za montažu.
Kontrola procesa grafitizacije vrši se mjerenjem krivulje električne snage koja je pogodna za uslove porasta temperature. Vrijeme napajanja je 50-80 sati za Achesonovu peć i 9-15 sati za LWG peć.
Potrošnja energije grafitizacije je vrlo velika, uglavnom 3200-4800 kWh, a troškovi procesa čine oko 20-35% ukupnih troškova proizvodnje.
Inspekcija grafitiziranih proizvoda: ispitivanje vanjskog izgleda, ispitivanje otpornosti
Mašinska obrada: Svrha mehaničke obrade ugljikovo-grafitnih materijala je postizanje potrebne veličine, oblika, preciznosti itd. rezanjem kako bi se tijelo elektrode i spojevi izradili u skladu sa zahtjevima upotrebe.
Obrada grafitnih elektroda podijeljena je na dva nezavisna procesa obrade: tijelo elektrode i spoj.
Obrada tijela uključuje tri koraka: bušenje i grubo obrađenje ravne čeone površine, vanjskog kruga i ravne čeone površine te glodanje navoja. Obrada konusnog spoja može se podijeliti u 6 procesa: rezanje, ravna čeona površina, konusna površina automobila, glodanje navoja, bušenje vijaka i urezivanje utora.
Spajanje elektrodnih spojeva: konusni spoj (tri kopče i jedna kopča), cilindrični spoj, spoj sa ispupčenjem (muški i ženski spoj)
Kontrola tačnosti obrade: odstupanje konusa navoja, korak navoja, odstupanje velikog prečnika spoja (rupe), koaksijalnost rupe spoja, vertikalnost rupe spoja, ravnost čeone površine elektrode, odstupanje spoja u četiri tačke. Provjera pomoću specijalnih prstenastih i pločastih mjerača.
Inspekcija gotovih elektroda: tačnost, težina, dužina, prečnik, gustina, otpornost, tolerancija pre montaže, itd.
Vrijeme objave: 31. oktobar 2019.