Rohstoff und Herstellungsprozess der Graphitelektrode
Eine Graphitelektrode ist ein hochtemperaturbeständiges leitfähiges Graphitmaterial, das durch Erdölkneten, Nadelkoks als Zuschlagstoff und Kohlebitumen als Bindemittel hergestellt wird. Die Herstellung erfolgt durch eine Reihe von Prozessen wie Kneten, Formen, Rösten, Imprägnieren, Graphitieren und mechanische Verarbeitung.
Die Graphitelektrode ist ein wichtiges leitfähiges Material für hohe Temperaturen in der Elektrostahlerzeugung. Sie dient der Energiezufuhr in den Elektroofen. Die durch den Lichtbogen zwischen Elektrodenende und Charge erzeugte hohe Temperatur dient als Wärmequelle zum Schmelzen der Charge bei der Stahlherstellung. Auch andere Erzöfen, die Materialien wie gelben Phosphor, Industriesilizium und Schleifmittel schmelzen, verwenden Graphitelektroden als leitfähiges Material. Die hervorragenden und besonderen physikalischen und chemischen Eigenschaften von Graphitelektroden finden auch in anderen Industriezweigen breite Anwendung.
Die Rohstoffe für die Herstellung von Graphitelektroden sind Petrolkoks, Nadelkoks und Steinkohlenteerpech.
Petrolkoks ist ein brennbares Feststoffprodukt, das durch Verkokung von Kohlerückständen und Petroleumpech gewonnen wird. Es ist schwarz und porös, das Hauptelement ist Kohlenstoff, und der Aschegehalt ist sehr gering, in der Regel unter 0,5 %. Petrolkoks gehört zur Klasse der leicht graphitierbaren Kohlenstoffe. Petrolkoks findet vielfältige Anwendung in der chemischen und metallurgischen Industrie. Es ist der wichtigste Rohstoff für die Herstellung von Kunstgraphitprodukten und Kohlenstoffprodukten für elektrolytisches Aluminium.
Petrolkoks lässt sich je nach Wärmebehandlungstemperatur in zwei Arten unterteilen: Rohkoks und kalzinierter Koks. Ersterer, durch verzögerte Verkokung gewonnener Petrolkoks enthält einen hohen Anteil flüchtiger Bestandteile und weist eine geringe mechanische Festigkeit auf. Kalzinierter Koks wird durch Kalzinierung von Rohkoks gewonnen. Die meisten Raffinerien in China produzieren ausschließlich Koks, und die Kalzinierung erfolgt meist in Kohlekraftwerken.
Petrolkoks kann in Koks mit hohem Schwefelgehalt (mit mehr als 1,5 % Schwefel), Koks mit mittlerem Schwefelgehalt (mit 0,5–1,5 % Schwefel) und Koks mit niedrigem Schwefelgehalt (mit weniger als 0,5 % Schwefel) unterteilt werden. Die Herstellung von Graphitelektroden und anderen künstlichen Graphitprodukten erfolgt im Allgemeinen unter Verwendung von Koks mit niedrigem Schwefelgehalt.
Nadelkoks ist ein hochwertiger Koks mit ausgeprägter Faserstruktur, sehr niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten und leichter Graphitisierung. Beim Brechen kann der Koks je nach Textur in schmale Streifen gespalten werden (das Längenverhältnis liegt in der Regel über 1,75). Unter einem Polarisationsmikroskop ist eine anisotrope Faserstruktur erkennbar, weshalb er als Nadelkoks bezeichnet wird.
Die Anisotropie der physikalisch-mechanischen Eigenschaften von Nadelkoks ist deutlich erkennbar. Er weist eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit parallel zur Partikellängsachse auf und hat einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Beim Extrusionsformen liegt die Längsachse der meisten Partikel in Extrusionsrichtung. Daher ist Nadelkoks der wichtigste Rohstoff für die Herstellung von Hochleistungs- und Ultrahochleistungs-Graphitelektroden. Die hergestellte Graphitelektrode weist einen niedrigen spezifischen Widerstand, einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine gute Thermoschockbeständigkeit auf.
Nadelkoks wird in ölbasierten Nadelkoks, der aus Erdölrückständen hergestellt wird, und kohlebasierten Nadelkoks, der aus raffinierten Kohlenpechrohstoffen hergestellt wird, unterteilt.
Kohlenteer ist eines der Hauptprodukte der Teeraufbereitung. Er ist ein Gemisch verschiedener Kohlenwasserstoffe, das bei hohen Temperaturen schwarz, bei hohen Temperaturen halbfest oder fest ist, keinen festen Schmelzpunkt hat und nach dem Erhitzen erweicht und dann schmilzt. Die Dichte beträgt 1,25–1,35 g/cm³. Nach seinem Erweichungspunkt wird er in Niedertemperatur-, Mitteltemperatur- und Hochtemperaturasphalt unterteilt. Der Mitteltemperaturasphaltanteil liegt bei 54–56 % Kohlenteer. Die Zusammensetzung von Kohlenteer ist äußerst komplex und hängt von seinen Eigenschaften und seinem Gehalt an Heteroatomen ab. Auch das Verkokungsverfahren und die Teeraufbereitungsbedingungen beeinflussen ihn. Kohlenteerpech kann anhand vieler Indikatoren charakterisiert werden, wie z. B. dem Erweichungspunkt von Bitumen, in Toluol unlöslichen Bestandteilen (TI), in Chinolin unlöslichen Bestandteilen (QI), der Verkokungswerte und der Rheologie des Kohlenteerpechs.
Kohlenteer wird in der Kohlenstoffindustrie als Bindemittel und Imprägniermittel eingesetzt. Seine Eigenschaften haben großen Einfluss auf den Produktionsprozess und die Produktqualität von Kohlenstoffprodukten. Als Bindemittel wird üblicherweise ein Mitteltemperatur- oder mitteltemperaturmodifizierter Asphalt mit mittlerem Erweichungspunkt, hohem Verkokungswert und hohem β-Harz verwendet. Das Imprägniermittel ist ein Mitteltemperatur-Asphalt mit niedrigem Erweichungspunkt, niedrigem QI und guten rheologischen Eigenschaften.
Beitragszeit: 23.09.2019