Πρώτες ύλες και διαδικασία κατασκευής ηλεκτροδίου γραφίτη
Το ηλεκτρόδιο γραφίτη είναι ένα αγώγιμο υλικό γραφίτη ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες που παράγεται από ζύμωμα πετρελαίου, βελονωτό κοκ ως αδρανές και άσφαλτο άνθρακα ως συνδετικό υλικό, τα οποία παράγονται μέσω μιας σειράς διεργασιών όπως ζύμωμα, χύτευση, φρύξη, εμποτισμός, γραφιτοποίηση και μηχανική επεξεργασία.
Το ηλεκτρόδιο γραφίτη είναι ένα σημαντικό αγώγιμο υλικό υψηλής θερμοκρασίας για την ηλεκτρική χαλυβουργία. Το ηλεκτρόδιο γραφίτη χρησιμοποιείται για την εισαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στον ηλεκτρικό κλίβανο και η υψηλή θερμοκρασία που παράγεται από το τόξο μεταξύ του άκρου του ηλεκτροδίου και του φορτίου χρησιμοποιείται ως πηγή θερμότητας για την τήξη του φορτίου για την παραγωγή χάλυβα. Άλλοι φούρνοι μεταλλευμάτων που τήκουν υλικά όπως κίτρινος φώσφορος, βιομηχανικό πυρίτιο και λειαντικά χρησιμοποιούν επίσης ηλεκτρόδια γραφίτη ως αγώγιμα υλικά. Οι εξαιρετικές και ειδικές φυσικές και χημικές ιδιότητες των ηλεκτροδίων γραφίτη χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως σε άλλους βιομηχανικούς τομείς.
Οι πρώτες ύλες για την παραγωγή ηλεκτροδίων γραφίτη είναι ο οπτάνθρακας πετρελαίου, ο οπτάνθρακας βελόνας και η πίσσα από λιθανθρακόπισσα.
Ο οπτάνθρακας πετρελαίου είναι ένα εύφλεκτο στερεό προϊόν που λαμβάνεται με την οπτανθρακοποίηση υπολειμμάτων άνθρακα και πετρελαϊκής πίσσας. Το χρώμα είναι μαύρο και πορώδες, το κύριο στοιχείο είναι ο άνθρακας και η περιεκτικότητα σε τέφρα είναι πολύ χαμηλή, γενικά κάτω από 0,5%. Ο οπτάνθρακας πετρελαίου ανήκει στην κατηγορία του εύκολα γραφιτοποιημένου άνθρακα. Ο οπτάνθρακας πετρελαίου έχει ένα ευρύ φάσμα χρήσεων στις χημικές και μεταλλουργικές βιομηχανίες. Είναι η κύρια πρώτη ύλη για την παραγωγή τεχνητών προϊόντων γραφίτη και προϊόντων άνθρακα για ηλεκτρολυτικό αλουμίνιο.
Ο οπτάνθρακας πετρελαίου μπορεί να χωριστεί σε δύο τύπους: ακατέργαστος οπτάνθρακας και φρυγμένος οπτάνθρακας ανάλογα με τη θερμοκρασία θερμικής επεξεργασίας. Ο πρώην οπτάνθρακας πετρελαίου που λαμβάνεται με καθυστερημένη οπτανθρακοποίηση περιέχει μεγάλη ποσότητα πτητικών ουσιών και η μηχανική αντοχή του είναι χαμηλή. Ο φρυγμένος οπτάνθρακας λαμβάνεται με φρύξη ακατέργαστου οπτάνθρακα. Τα περισσότερα διυλιστήρια στην Κίνα παράγουν μόνο οπτάνθρακα και οι εργασίες φρύξης πραγματοποιούνται κυρίως σε μονάδες άνθρακα.
Ο οπτάνθρακας πετρελαίου μπορεί να χωριστεί σε οπτάνθρακα υψηλής περιεκτικότητας σε θείο (που περιέχει περισσότερο από 1,5% θείο), οπτάνθρακα μεσαίας περιεκτικότητας σε θείο (που περιέχει 0,5%-1,5% θείο) και οπτάνθρακα χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο (που περιέχει λιγότερο από 0,5% θείο). Η παραγωγή ηλεκτροδίων γραφίτη και άλλων τεχνητών προϊόντων γραφίτη παράγεται γενικά με χρήση οπτάνθρακα χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο.
Ο οπτάνθρακας με βελόνες είναι ένα είδος οπτάνθρακα υψηλής ποιότητας με εμφανή ινώδη υφή, πολύ χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής και εύκολη γραφιτοποίηση. Όταν ο οπτάνθρακας σπάσει, μπορεί να χωριστεί σε λεπτές λωρίδες ανάλογα με την υφή (η αναλογία διαστάσεων είναι γενικά πάνω από 1,75). Μια ανισότροπη ινώδης δομή μπορεί να παρατηρηθεί υπό πολωτικό μικροσκόπιο και ως εκ τούτου αναφέρεται ως οπτάνθρακας με βελόνες.
Η ανισοτροπία των φυσικο-μηχανικών ιδιοτήτων του βελονοειδούς κωκ είναι πολύ εμφανής. Έχει καλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα παράλληλα με την κατεύθυνση του μεγάλου άξονα του σωματιδίου και ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι χαμηλός. Κατά τη χύτευση με εξώθηση, ο μακρύς άξονας των περισσότερων σωματιδίων είναι διατεταγμένος προς την κατεύθυνση εξώθησης. Επομένως, ο βελονοειδής κωκ είναι η βασική πρώτη ύλη για την κατασκευή ηλεκτροδίων γραφίτη υψηλής ή εξαιρετικά υψηλής ισχύος. Το ηλεκτρόδιο γραφίτη που παράγεται έχει χαμηλή ειδική αντίσταση, μικρό συντελεστή θερμικής διαστολής και καλή αντοχή σε θερμικά σοκ.
Ο βελονοειδής οπτάνθρακας διακρίνεται σε βελονοειδή οπτάνθρακα με βάση το πετρέλαιο που παράγεται από υπολείμματα πετρελαίου και σε βελονοειδή οπτάνθρακα με βάση τον άνθρακα που παράγεται από πρώτες ύλες ραφιναρισμένης πίσσας άνθρακα.
Η πίσσα άνθρακα είναι ένα από τα κύρια προϊόντα βαθιάς επεξεργασίας πίσσας άνθρακα. Είναι ένα μείγμα διαφόρων υδρογονανθράκων, μαύρο σε υψηλή θερμοκρασία, ημιστερεό ή στερεό σε υψηλή θερμοκρασία, χωρίς σταθερό σημείο τήξης, μαλακώνει μετά τη θέρμανση και στη συνέχεια λιώνει, με πυκνότητα 1,25-1,35 g/cm3. Σύμφωνα με το σημείο μαλάκυνσής της, διαιρείται σε άσφαλτο χαμηλής θερμοκρασίας, μέσης θερμοκρασίας και υψηλής θερμοκρασίας. Η απόδοση σε άσφαλτο μέσης θερμοκρασίας είναι 54-56% πίσσα άνθρακα. Η σύνθεση της πίσσας άνθρακα είναι εξαιρετικά περίπλοκη, η οποία σχετίζεται με τις ιδιότητες της πίσσας άνθρακα και την περιεκτικότητα σε ετεροάτομα, και επηρεάζεται επίσης από το σύστημα διεργασίας οπτανθρακοποίησης και τις συνθήκες επεξεργασίας πίσσας άνθρακα. Υπάρχουν πολλοί δείκτες για τον χαρακτηρισμό της πίσσας άνθρακα, όπως το σημείο μαλάκυνσης ασφάλτου, τα αδιάλυτα σε τολουόλιο (TI), τα αδιάλυτα σε κινολίνη (QI), οι τιμές οπτανθρακοποίησης και η ρεολογία της πίσσας άνθρακα.
Η πίσσα άνθρακα χρησιμοποιείται ως συνδετικό υλικό και εμποτιστικό υλικό στη βιομηχανία άνθρακα και η απόδοσή της έχει μεγάλο αντίκτυπο στη διαδικασία παραγωγής και την ποιότητα των προϊόντων άνθρακα. Η συνδετική άσφαλτος χρησιμοποιεί γενικά μια άσφαλτο μέσης θερμοκρασίας ή τροποποιημένης μέσης θερμοκρασίας που έχει μέτριο σημείο μαλάκυνσης, υψηλή τιμή οπτάνθρακα και υψηλή ρητίνη β. Το μέσο εμποτισμού είναι μια άσφαλτος μέσης θερμοκρασίας που έχει χαμηλό σημείο μαλάκυνσης, χαμηλό QI και καλές ρεολογικές ιδιότητες.
Ώρα δημοσίευσης: 23 Σεπτεμβρίου 2019