Grafitelektrode er et højtemperaturbestandigt grafitledende materiale, der produceres ved æltning med petroleum, nålekoks som aggregat og kulbitumen som bindemiddel, som produceres gennem en række processer såsom æltning, støbning, ristning, imprægnering, grafitisering og mekanisk bearbejdning.
Grafitelektroden er et vigtigt højtemperaturledende materiale til fremstilling af elektrisk stål. Grafitelektroden bruges til at tilføre elektrisk energi til den elektriske ovn, og den høje temperatur, der genereres af lysbuen mellem elektrodeenden og ladningen, bruges som varmekilde til at smelte ladningen til stålfremstilling. Andre malmovne, der smelter materialer som gult fosfor, industrielt silicium og slibemidler, bruger også grafitelektroder som ledende materialer. Grafitelektrodernes fremragende og specielle fysiske og kemiske egenskaber anvendes også i vid udstrækning i andre industrisektorer.
Råmaterialerne til produktion af grafitelektroder er petroleumskoks, nålekoks og kultjærebeg.
Petroleumkoks er et brandfarligt fast produkt, der opnås ved koksning af kulrester og petroleumsbeg. Farven er sort og porøs, hovedelementet er kulstof, og askeindholdet er meget lavt, generelt under 0,5%. Petroleumkoks tilhører klassen af let grafitiserbart kulstof. Petroleumkoks har en bred vifte af anvendelser i den kemiske og metallurgiske industri. Det er det vigtigste råmateriale til fremstilling af kunstige grafitprodukter og kulstofprodukter til elektrolytisk aluminium.
Petroleumskoks kan opdeles i to typer: råkoks og kalcineret koks i henhold til varmebehandlingstemperaturen. Den tidligere petroleumskoks, der opnås ved forsinket koksning, indeholder en stor mængde flygtige stoffer, og den mekaniske styrke er lav. Kalcineret koks opnås ved kalcinering af råkoks. De fleste raffinaderier i Kina producerer kun koks, og kalcineringsoperationerne udføres hovedsageligt i kulstofanlæg.
Petroleumskoks kan opdeles i koks med højt svovlindhold (indeholder mere end 1,5% svovl), koks med mellemsvovlindhold (indeholder 0,5%-1,5% svovl) og koks med lavt svovlindhold (indeholder mindre end 0,5% svovl). Produktionen af grafitelektroder og andre kunstige grafitprodukter foregår generelt ved hjælp af koks med lavt svovlindhold.
Nålekoks er en type koks af høj kvalitet med tydelig fiberstruktur, meget lav termisk udvidelseskoefficient og nem grafitisering. Når koksen er brudt, kan den opdeles i tynde strimler i henhold til tekstur (aspektforholdet er generelt over 1,75). En anisotropisk fiberstruktur kan observeres under et polariserende mikroskop og kaldes derfor nålekoks.
Nålekoksens anisotropi af fysisk-mekaniske egenskaber er meget tydelig. Den har god elektrisk og termisk ledningsevne parallelt med partiklens længdeakseretning, og den termiske udvidelseskoefficient er lav. Ved ekstruderingsstøbning er den længdeakse for de fleste partikler arrangeret i ekstruderingsretningen. Derfor er nålekoks det vigtigste råmateriale til fremstilling af højtydende eller ultrahøjtydende grafitelektroder. Den producerede grafitelektrode har lav resistivitet, en lille termisk udvidelseskoefficient og god termisk stødmodstand.
Nålekoks er opdelt i oliebaseret nålekoks produceret af olierester og kulbaseret nålekoks produceret af raffinerede kulbegråmaterialer.
Kultjære er et af hovedprodukterne fra kultjæredybdeforarbejdning. Det er en blanding af forskellige kulbrinter, sort ved høj temperatur, halvfast eller fast ved høj temperatur, uden fast smeltepunkt, blødgøres efter opvarmning og smeltes derefter, med en densitet på 1,25-1,35 g/cm3. I henhold til blødgøringspunktet er det opdelt i lavtemperatur-, mellemtemperatur- og højtemperaturasfalt. Udbyttet af mellemtemperaturasfalt er 54-56% af kultjære. Sammensætningen af kultjære er ekstremt kompliceret, hvilket er relateret til kultjæres egenskaber og indholdet af heteroatomer, og påvirkes også af koksningsprocessystemet og kultjæreforarbejdningsbetingelserne. Der er mange indikatorer til karakterisering af kultjærebeg, såsom bitumenblødgøringspunkt, toluenuopløselige stoffer (TI), quinolinuopløselige stoffer (QI), koksningsværdier og kultjærereologi.
Kultjære bruges som bindemiddel og imprægneringsmiddel i kulstofindustrien, og dets ydeevne har stor indflydelse på produktionsprocessen og produktkvaliteten af kulstofprodukter. Bindemasfalten bruger generelt en modificeret asfalt ved middel temperatur eller middel temperatur med et moderat blødgøringspunkt, en høj koksningsværdi og en høj β-harpiks. Imprægneringsmidlet er en asfalt ved middel temperatur med et lavt blødgøringspunkt, en lav kvalitetsindhold (QI) og gode reologiske egenskaber.
Følgende billede viser produktionsprocessen for grafitelektroder i kulstofvirksomheder.
Kalcinering: Det kulstofholdige råmateriale varmebehandles ved høj temperatur for at udlede fugt og flygtige stoffer, og den produktionsproces, der svarer til forbedringen af den oprindelige tilberedningsevne, kaldes kalcinering. Generelt kalcineres det kulstofholdige råmateriale ved at bruge gas og dets egne flygtige stoffer som varmekilde, og den maksimale temperatur er 1250-1350 °C.
Kalcinering medfører dybtgående ændringer i strukturen og de fysisk-kemiske egenskaber af kulstofholdige råmaterialer, primært ved at forbedre koksens densitet, mekaniske styrke og elektriske ledningsevne, forbedre koksens kemiske stabilitet og oxidationsmodstand og lægge grundlaget for den efterfølgende proces.
Kalcineret udstyr omfatter hovedsageligt tankkalcinatorer, roterovne og elektriske kalcinatorer. Kvalitetskontrolindekset for kalcinering er, at den sande densitet af petroleumkoks ikke er mindre end 2,07 g/cm3, resistiviteten ikke er mere end 550 μΩ.m, den sande densitet af nålekoks ikke er mindre end 2,12 g/cm3, og resistiviteten ikke er mere end 500 μΩ.m.
Knusning af råmaterialer og ingredienser
Før blandingen skal den kalcinerede petroleumskoks og nålekoks i løs vægt knuses, formales og sigtes.
Mediumknusning udføres normalt med knuseudstyr på ca. 50 mm gennem en kæbeknuser, en hammerknuser, en valseknuser og lignende for yderligere at knuse det materiale på 0,5-20 mm, der kræves til blandningen.
Formaling er en proces, hvor man formaler et kulstofholdigt materiale til en pulverformig lille partikel på 0,15 mm eller mindre og en partikelstørrelse på 0,075 mm eller mindre ved hjælp af en suspensionstype ringvalsemølle (Raymond-mølle), en kuglemølle eller lignende.
Sigtning er en proces, hvor en bred vifte af materialer efter knusning opdeles i flere partikelstørrelsesområder med et smalt størrelsesområde gennem en række sigter med ensartede åbninger. Nuværende elektrodeproduktion kræver normalt 4-5 pellets og 1-2 pulverkvaliteter.
Ingredienser er produktionsprocesserne til beregning, vejning og fokusering af de forskellige aggregater af aggregater, pulvere og bindemidler i henhold til formuleringskravene. Formuleringens videnskabelige egnethed og stabiliteten af batching-operationen er blandt de vigtigste faktorer, der påvirker produktets kvalitetsindeks og ydeevne.
Formlen skal bestemme 5 aspekter:
1. Vælg typen af råmaterialer;
2 bestemme andelen af forskellige typer råmaterialer;
3 bestemmelse af partikelstørrelsessammensætningen af det faste råmateriale;
4 bestem mængden af bindemiddel;
5 Bestem typen og mængden af tilsætningsstoffer.
Æltning: Blanding og kvantificering af kulholdige granuler og pulvere med forskellige partikelstørrelser med en bestemt mængde bindemiddel ved en bestemt temperatur og æltning af plasticitetspastaen i en proces kaldet æltning.
Ælteproces: tørblanding (20-35 min) vådblanding (40-55 min)
Æltningens rolle:
1 Ved tørblanding blandes de forskellige råmaterialer ensartet, og de faste kulstofholdige materialer med forskellige partikelstørrelser blandes ensartet og fyldes for at forbedre blandingens kompakthed;
2 Efter tilsætning af kultjærebeg blandes det tørre materiale og asfalten ensartet. Den flydende asfalt dækker og fugter granulatets overflade ensartet for at danne et lag af asfaltbinding, og alle materialer bindes til hinanden for at danne en homogen plastisk udstrækning. Fremmer støbning;
3 dele kultjærebeg trænger ind i det indre rum af det kulholdige materiale, hvilket yderligere øger pastaens densitet og kohæsivitet.
Støbning: Støbning af kulstofmateriale refererer til processen med plastisk deformering af den æltede kulpasta under den ydre kraft, der påføres af støbeudstyret, for endelig at danne et grønt legeme (eller råprodukt) med en bestemt form, størrelse, densitet og styrke.
Typer af støbning, udstyr og producerede produkter:
Støbemetode
Fælles udstyr
hovedprodukter
Støbning
Vertikal hydraulisk presse
Elektrisk kulstof, lavkvalitets finstrukturgrafit
Presse
Horisontal hydraulisk ekstruder
Skrueekstruder
Grafitelektrode, firkantet elektrode
Vibrationsstøbning
Vibrationsstøbemaskine
Aluminium kulstofsten, højovns kulstofsten
Isostatisk presning
Isostatisk støbemaskine
Isotropisk grafit, anisotropisk grafit
Klemfunktion
1. Køligt materiale: skivekølemateriale, cylinderkølemateriale, blandings- og æltningskølematerialer osv.
Fjern de flygtige stoffer, og reducer temperaturen til en passende temperatur (90-120 °C) for at øge vedhæftningen, så pastaens blokform er ensartet i 20-30 minutter.
2. Indlæsning: Tryk på løftepladen —– 2-3 gange skæring —- 4-10 MPa komprimering
3 fortryk: tryk 20-25 MPa, tid 3-5 min, under støvsugning
4 ekstrudering: tryk baffelen ned — 5-15 MPa ekstrudering — skær — ind i kølevasken
Tekniske ekstruderingsparametre: kompressionsforhold, pressekammer- og dysetemperatur, køletemperatur, forbelastningstid, ekstruderingstryk, ekstruderingshastighed, kølevandstemperatur
Inspektion af grønt karosseri: bulkdensitet, udseende, analyse
Kalcinering: Det er en proces, hvor kulstofproduktets grønne legeme fyldes i en specialdesignet varmeovn under beskyttelse af fyldstoffet for at udføre højtemperaturvarmebehandling for at karbonisere kulbegen i det grønne legeme. Bitumenkoksen, der dannes efter karboniseringen af kulbitumenen, størkner det kulholdige aggregat og pulverpartiklerne sammen, og det kalcinerede kulstofprodukt har høj mekanisk styrke, lav elektrisk modstand, god termisk stabilitet og kemisk stabilitet.
Kalcinering er en af hovedprocesserne i produktionen af kulstofprodukter og er også en vigtig del af de tre store varmebehandlingsprocesser i grafitelektrodeproduktionen. Kalcineringsproduktionscyklussen er lang (22-30 dage for bagning, 5-20 dage for ovne for 2 bagning), og energiforbruget er højere. Kvaliteten af grøn ristning har indflydelse på kvaliteten af det færdige produkt og produktionsomkostningerne.
Den grønne kulbeg i det grønne legeme forkokses under ristningsprocessen, og omkring 10% af det flygtige stof udledes, og volumenet produceres ved 2-3% krympning, og massetabet er 8-10%. Kulstofbarrens fysiske og kemiske egenskaber ændrede sig også betydeligt. Porøsiteten faldt fra 1,70 g/cm3 til 1,60 g/cm3, og modstanden faldt fra 10000 μΩ·m til 40-50 μΩ·m på grund af den øgede porøsitet. Den mekaniske styrke af den kalcinerede barre var også stor. Til forbedring.
Sekundær bagning er en proces, hvor det kalcinerede produkt nedsænkes og derefter kalcineres for at karbonisere begen, der er nedsænket i porerne i det kalcinerede produkt. Elektroder, der kræver højere bulkdensitet (alle varianter undtagen RP), og samlingsemner skal bibages, og samlingsemnerne udsættes også for tre-dyp fire-bagning eller to-dyp tre-bagning.
Hovedovnstype af risteovn:
Kontinuerlig drift - ringovn (med låg, uden låg), tunnelovn
Intermitterende drift - omvendt ovn, undergulvsristning, kasseristning
Kalcineringskurve og maksimal temperatur:
Engangsristning - 320, 360, 422, 480 timer, 1250 °C
Sekundær ristning - 125, 240, 280 timer, 700-800 °C
Inspektion af bagte produkter: udseende, aftapning, elektrisk modstand, bulkdensitet, trykstyrke, analyse af intern struktur
Imprægnering er en proces, hvor et kulstofmateriale placeres i en trykbeholder, og den flydende imprægneringsbeg nedsænkes i porerne i produktelektroden under bestemte temperatur- og trykforhold. Formålet er at reducere produktets porøsitet, øge produktets bulkdensitet og mekaniske styrke samt forbedre produktets elektriske og termiske ledningsevne.
Imprægneringsprocessen og relaterede tekniske parametre er: ristning af barren – overfladerensning – forvarmning (260-380 °C, 6-10 timer) – påfyldning af imprægneringstanken – vakuumsugning (8-9 kPa, 40-50 min) – indsprøjtning af bitumen (180-200 °C) – tryksætning (1,2-1,5 MPa, 3-4 timer) – tilbageføring til asfalten – afkøling (inde i eller uden for tanken)
Inspektion af imprægnerede produkter: imprægneringsvægtforøgelsesrate G=(W2-W1)/W1×100%
En dyppende vægtøgningsrate ≥14%
Vægtøgningsrate for sekundært imprægneret produkt ≥ 9%
Tre dyppeprodukters vægtøgningsrate ≥ 5%
Grafitisering refererer til en højtemperaturvarmebehandlingsproces, hvor et kulstofprodukt opvarmes til en temperatur på 2300 °C eller mere i et beskyttende medium i en højtemperatur elektrisk ovn for at omdanne en amorf lagdelt kulstofstruktur til en tredimensionel ordnet grafitkrystalstruktur.
Formålet og effekten af grafitisering:
1. Forbedre kulstofmaterialets ledningsevne og varmeledningsevne (modstanden reduceres med 4-5 gange, og varmeledningsevnen øges med ca. 10 gange);
2. forbedrer kulstofmaterialets termiske stødmodstand og kemiske stabilitet (lineær udvidelseskoefficient reduceret med 50-80%);
3. For at forbedre kulstofmaterialets smøreevne og slidstyrke;
4 Udstødningsurenheder, forbedring af kulstofmaterialets renhed (produktets askeindhold reduceres fra 0,5-0,8% til ca. 0,3%).
Realiseringen af grafitiseringsprocessen:
Grafitiseringen af kulstofmateriale udføres ved en høj temperatur på 2300-3000 °C, så det kan kun realiseres ved elektrisk opvarmning i industrien, det vil sige, at strømmen passerer direkte gennem det opvarmede, kalcinerede produkt, og det kalcinerede produkt, der fyldes i ovnen, genereres af den elektriske strøm ved en høj temperatur. Lederen er igen et objekt, der opvarmes til en høj temperatur.
Blandt de ovne, der i øjeblikket er meget udbredt, er Acheson-grafitiseringsovne og interne varmekaskadeovne (LWG). Førstnævnte har en stor ydelse, en stor temperaturforskel og et højt strømforbrug. Sidstnævnte har en kort opvarmningstid, lavt strømforbrug, ensartet elektrisk modstand og er ikke egnet til montering.
Styringen af grafitiseringsprocessen styres ved at måle den elektriske effektkurve, der er egnet til temperaturstigningsforholdene. Strømforsyningstiden er 50-80 timer for Acheson-ovnen og 9-15 timer for LWG-ovnen.
Strømforbruget ved grafitisering er meget stort, generelt 3200-4800 kWh, og procesomkostningerne tegner sig for omkring 20-35% af de samlede produktionsomkostninger.
Inspektion af grafitiserede produkter: udseende af gevindskæring, resistivitetstest
Bearbejdning: Formålet med mekanisk bearbejdning af kulstofgrafitmaterialer er at opnå den nødvendige størrelse, form, præcision osv. ved at skære for at fremstille elektrodelegemet og samlingerne i overensstemmelse med brugskravene.
Grafitelektrodebehandling er opdelt i to uafhængige behandlingsprocesser: elektrodekrop og samling.
Kropsbearbejdningen omfatter tre trin med boring og ru flad endeflade, ydre cirkel og flad endeflade samt fræsning af gevind. Bearbejdningen af koniske samlinger kan opdeles i 6 processer: skæring, flad endeflade, bilkonusflade, gevindfræsning, boring af bolte og notfræsning.
Tilslutning af elektrodesamlinger: konisk samling (tre spænder og en spænde), cylindrisk samling, bumpsamling (han- og huntilslutning)
Kontrol af bearbejdningsnøjagtighed: gevindkonusafvigelse, gevindstigning, samlingens (hullets) store diameterafvigelse, samlingens (hullets) koaksialitet, samlingens (hullets) vertikalitet, elektrodens endefladeplanhed, samlingens firepunktsafvigelse. Kontroller med specielle ringmålere og plademålere.
Inspektion af færdige elektroder: nøjagtighed, vægt, længde, diameter, bulkdensitet, resistivitet, tolerance før montering osv.
Opslagstidspunkt: 31. oktober 2019