El electrodo de grafito es un material conductor de grafito resistente a altas temperaturas producido a partir de amasado de petróleo, coque de aguja como agregado y betún de carbón como aglutinante, que se producen a través de una serie de procesos como amasado, moldeo, tostado, impregnación, grafitización y procesamiento mecánico. material.
El electrodo de grafito es un importante material conductor de alta temperatura para la fabricación de acero eléctrico. Este electrodo se utiliza para suministrar energía eléctrica al horno eléctrico, y la alta temperatura generada por el arco entre el extremo del electrodo y la carga se utiliza como fuente de calor para fundir la carga en la fabricación de acero. Otros hornos de mineral que funden materiales como fósforo amarillo, silicio industrial y abrasivos también utilizan electrodos de grafito como materiales conductores. Las excelentes y especiales propiedades físicas y químicas de los electrodos de grafito también se utilizan ampliamente en otros sectores industriales.
Las materias primas para la producción de electrodos de grafito son el coque de petróleo, el coque de aguja y la brea de alquitrán de hulla.
El coque de petróleo es un producto sólido inflamable obtenido mediante la coquización de residuos de carbón y brea de petróleo. Su color es negro y poroso, su principal elemento es el carbono y su contenido de cenizas es muy bajo, generalmente inferior al 0,5 %. El coque de petróleo pertenece a la clase de carbono fácilmente grafitizable. Tiene una amplia gama de usos en las industrias química y metalúrgica. Es la principal materia prima para la producción de productos de grafito artificial y productos de carbono para aluminio electrolítico.
El coque de petróleo se divide en dos tipos: coque crudo y coque calcinado, según la temperatura de tratamiento térmico. El coque de petróleo obtenido mediante coquización retardada contiene una gran cantidad de volátiles y presenta baja resistencia mecánica. El coque calcinado se obtiene mediante la calcinación de coque crudo. La mayoría de las refinerías en China producen únicamente coque, y las operaciones de calcinación se realizan principalmente en plantas de carbón.
El coque de petróleo se divide en coque de alto contenido de azufre (con más del 1,5 % de azufre), coque de contenido medio de azufre (con entre el 0,5 % y el 1,5 % de azufre) y coque de bajo contenido de azufre (con menos del 0,5 % de azufre). La producción de electrodos de grafito y otros productos de grafito artificial se realiza generalmente con coque de bajo contenido de azufre.
El coque de aguja es un tipo de coque de alta calidad con una textura fibrosa evidente, un coeficiente de expansión térmica muy bajo y fácil grafitización. Al romperse, el coque se puede dividir en finas tiras según su textura (la relación de aspecto suele ser superior a 1,75). Su estructura fibrosa anisotrópica se puede observar con un microscopio polarizador, por lo que se denomina coque de aguja.
La anisotropía de las propiedades físico-mecánicas del coque de aguja es evidente. Presenta buena conductividad eléctrica y térmica paralela al eje longitudinal de la partícula, y un bajo coeficiente de expansión térmica. Durante el moldeo por extrusión, el eje longitudinal de la mayoría de las partículas se dispone en la dirección de extrusión. Por lo tanto, el coque de aguja es la materia prima clave para la fabricación de electrodos de grafito de alta o ultraalta potencia. El electrodo de grafito producido presenta baja resistividad, bajo coeficiente de expansión térmica y buena resistencia al choque térmico.
El coque de aguja se divide en coque de aguja a base de petróleo producido a partir de residuos de petróleo y coque de aguja a base de carbón producido a partir de materias primas de brea de carbón refinada.
El alquitrán de hulla es uno de los principales productos del procesamiento profundo del alquitrán de hulla. Es una mezcla de diversos hidrocarburos, negro a alta temperatura, semisólido o sólido a alta temperatura, sin punto de fusión fijo, ablandado después del calentamiento y luego fundido, con una densidad de 1,25-1,35 g/cm³. Según su punto de ablandamiento, se divide en asfalto de baja temperatura, temperatura media y temperatura alta. El rendimiento del asfalto de temperatura media es del 54-56% de alquitrán de hulla. La composición del alquitrán de hulla es extremadamente compleja, lo cual está relacionado con las propiedades del alquitrán de hulla y el contenido de heteroátomos, y también se ve afectada por el sistema de proceso de coquización y las condiciones de procesamiento del alquitrán de hulla. Hay muchos indicadores para caracterizar el alquitrán de hulla, como el punto de ablandamiento del betún, los insolubles en tolueno (TI), los insolubles en quinolina (QI), los valores de coquización y la reología del alquitrán de hulla.
El alquitrán de hulla se utiliza como aglutinante e impregnante en la industria del carbón, y su rendimiento tiene un gran impacto en el proceso de producción y la calidad de los productos de carbón. El asfalto aglutinante generalmente utiliza un asfalto de temperatura media o modificado de temperatura media con un punto de ablandamiento moderado, un alto índice de coquización y una resina β alta. El agente de impregnación es un asfalto de temperatura media con un punto de ablandamiento bajo, un índice de calidad bajo y buenas propiedades reológicas.
La siguiente imagen muestra el proceso de producción de electrodos de grafito en una empresa de carbono.
Calcinación: La materia prima carbonosa se somete a un tratamiento térmico a alta temperatura para eliminar la humedad y los volátiles que contiene. El proceso de producción, que mejora el rendimiento de cocción original, se denomina calcinación. Generalmente, la materia prima carbonosa se calcina utilizando gas y sus propios volátiles como fuente de calor, a una temperatura máxima de 1250-1350 °C.
La calcinación produce cambios profundos en la estructura y las propiedades fisicoquímicas de las materias primas carbonosas, principalmente en la mejora de la densidad, la resistencia mecánica y la conductividad eléctrica del coque, mejorando la estabilidad química y la resistencia a la oxidación del coque, sentando las bases para el proceso posterior.
Los equipos de calcinación incluyen principalmente calcinadores de tanque, hornos rotatorios y calcinadores eléctricos. El control de calidad de la calcinación se basa en que la densidad real del coque de petróleo no sea inferior a 2,07 g/cm³, la resistividad no sea superior a 550 μΩ.m, la densidad real del coque de aguja no sea inferior a 2,12 g/cm³ y la resistividad no sea superior a 500 μΩ.m.
Trituración de materias primas e ingredientes
Antes de la dosificación, el coque de petróleo calcinado a granel y el coque de aguja deben triturarse, molerse y tamizarse.
La trituración media generalmente se lleva a cabo mediante un equipo de trituración de unos 50 mm a través de una trituradora de mandíbulas, una trituradora de martillos, una trituradora de rodillos y similares para triturar aún más el material de tamaño de 0,5 a 20 mm requerido para la dosificación.
La molienda es un proceso de molienda de un material carbonoso hasta obtener partículas pequeñas en polvo de 0,15 mm o menos y un tamaño de partícula de 0,075 mm o menos por medio de un molino de rodillos de anillo de tipo suspensión (molino Raymond), un molino de bolas o similar.
El cribado es un proceso en el que, tras la trituración, una amplia gama de materiales se divide en varios rangos de tamaño de partícula, con un rango estrecho de tamaños, mediante una serie de tamices con aberturas uniformes. La producción actual de electrodos suele requerir de 4 a 5 pellets y de 1 a 2 grados de polvo.
Los ingredientes son los procesos de producción para calcular, pesar y concentrar los diversos agregados, polvos y aglutinantes según los requisitos de la formulación. La idoneidad científica de la formulación y la estabilidad de la dosificación son factores clave que influyen en la calidad y el rendimiento del producto.
La fórmula debe determinar 5 aspectos:
1Seleccione el tipo de materia prima;
2 determinar la proporción de diferentes tipos de materias primas;
3 determinar la composición del tamaño de partícula de la materia prima sólida;
4 determinar la cantidad de aglutinante;
5 Determinar el tipo y cantidad de aditivos.
Amasado: Mezclar y cuantificar gránulos y polvos carbonosos de diversos tamaños de partículas con una cierta cantidad de aglutinante a una cierta temperatura y amasar la pasta plasticosa en un proceso llamado amasado.
Proceso de amasado: mezcla en seco (20-35 min) mezcla en húmedo (40-55 min)
El papel del amasado:
1 Al mezclar en seco, las diversas materias primas se mezclan uniformemente y los materiales carbonosos sólidos de diferentes tamaños de partículas se mezclan y rellenan uniformemente para mejorar la compacidad de la mezcla;
Tras añadir la brea de alquitrán de hulla, el material seco y el asfalto se mezclan uniformemente. El asfalto líquido recubre y humedece uniformemente la superficie de los gránulos para formar una capa de unión asfáltica, y todos los materiales se unen entre sí para formar una capa plástica homogénea. Favorece el moldeo.
3 partes de brea de alquitrán de hulla penetran en el espacio interior del material carbonoso, aumentando aún más la densidad y la cohesión de la pasta.
Moldeo: El moldeo de material de carbono se refiere al proceso de deformar plásticamente la pasta de carbono amasada bajo la fuerza externa aplicada por el equipo de moldeo para formar finalmente un cuerpo verde (o producto crudo) que tiene una cierta forma, tamaño, densidad y resistencia. proceso.
Tipos de moldeo, equipos y productos producidos:
Método de moldeo
Equipo común
productos principales
Moldura
Prensa hidráulica vertical
Carbono eléctrico, grafito de estructura fina de baja calidad
Estrujar
Extrusora hidráulica horizontal
Extrusora de tornillo
Electrodo de grafito, electrodo cuadrado
Moldeo por vibración
Máquina de moldeo por vibración
Ladrillo de carbono de aluminio, ladrillo de carbono de alto horno
Prensado isostático
Máquina de moldeo isostático
Grafito isotrópico, grafito anisotrópico
Operación de compresión
1 material de enfriamiento: material de enfriamiento de disco, material de enfriamiento de cilindro, materiales de enfriamiento de mezcla y amasado, etc.
Descargar los volátiles, reducir a una temperatura adecuada (90-120 ° C) para aumentar la adherencia, de modo que la adherencia de la pasta sea uniforme durante 20-30 min.
2 Carga: deflector de elevación de prensa —– 2-3 veces corte — compactación de 4-10 MPa
3 prepresiones: presión 20-25 MPa, tiempo 3-5 min, mientras se realiza el vacío
4. Extrusión: presione el deflector hacia abajo (extrusión de 5 a 15 MPa, corte) en el disipador de enfriamiento.
Parámetros técnicos de extrusión: relación de compresión, temperatura de la cámara de prensado y de la boquilla, temperatura de enfriamiento, tiempo de presión de precarga, presión de extrusión, velocidad de extrusión, temperatura del agua de enfriamiento.
Inspección del cuerpo verde: densidad aparente, golpeteo de apariencia, análisis
Calcinación: Es un proceso en el que el producto de carbón (carbón crudo) se introduce en un horno de calentamiento especialmente diseñado, bajo la protección del relleno, para realizar un tratamiento térmico de alta temperatura que carboniza la brea de carbón en el carbón crudo. El coque bituminoso formado tras la carbonización del betún de carbón solidifica el agregado carbonoso y las partículas de polvo, y el producto de carbón calcinado presenta alta resistencia mecánica, baja resistividad eléctrica, buena estabilidad térmica y química.
La calcinación es uno de los principales procesos en la producción de productos de carbono y también es una parte importante de los tres principales procesos de tratamiento térmico para la producción de electrodos de grafito. El ciclo de producción de calcinación es largo (22-30 días para el horneado, 5-20 días para hornos de 2 horneados) y requiere un mayor consumo de energía. La calidad de la tostación en verde influye en la calidad del producto final y el costo de producción.
La brea de carbón verde en el cuerpo verde se coquiza durante el proceso de tostación, lo que permite la descarga de aproximadamente el 10 % de la materia volátil. El volumen se produce por una contracción del 2-3 %, con una pérdida de masa del 8-10 %. Las propiedades físicas y químicas del tocho de carbón también cambiaron significativamente. La porosidad disminuyó de 1,70 g/cm³ a 1,60 g/cm³ y la resistividad disminuyó de 10 000 μΩ·m a 40-50 μΩ·m debido al aumento de la porosidad. La resistencia mecánica del tocho calcinado también fue elevada. Para mejorar.
El horneado secundario es un proceso en el que el producto calcinado se sumerge y luego se calcina para carbonizar la brea inmersa en sus poros. Los electrodos que requieren mayor densidad aparente (todos los tipos excepto RP) y las piezas en bruto para juntas deben someterse a un horneado doble, que también se somete a un horneado triple, cuádruple o triple, con dos inmersiones y tres cocciones.
Tipo de horno principal del tostador:
Operación continua: horno de anillo (con tapa, sin tapa), horno de túnel
Funcionamiento intermitente: horno inverso, tostador bajo suelo, tostador de caja
Curva de calcinación y temperatura máxima:
Tostado único: 320, 360, 422, 480 horas, 1250 °C
Tostado secundario: 125, 240, 280 horas, 700-800 °C
Inspección de productos horneados: análisis de apariencia, resistividad eléctrica, densidad aparente, resistencia a la compresión, análisis de estructura interna
La impregnación es un proceso en el que se coloca un material de carbono en un recipiente a presión y la brea impregnante líquida se sumerge en los poros del electrodo del producto bajo ciertas condiciones de temperatura y presión. El objetivo es reducir la porosidad del producto, aumentar su densidad aparente y resistencia mecánica, y mejorar su conductividad eléctrica y térmica.
El proceso de impregnación y los parámetros técnicos relacionados son: tostación de la palanquilla – limpieza de la superficie – precalentamiento (260-380 °C, 6-10 horas) – carga del tanque de impregnación – aspirado (8-9 kPa, 40-50 min) – inyección de betún (180-200 °C) – presurización (1,2-1,5 MPa, 3-4 horas) – retorno al asfalto – enfriamiento (dentro o fuera del tanque)
Inspección de productos impregnados: tasa de ganancia de peso de impregnación G=(W2-W1)/W1×100%
Una tasa de aumento de peso por inmersión ≥14%
Tasa de aumento de peso del producto impregnado secundario ≥ 9%
Tasa de aumento de peso ≥ 5% con tres productos de inmersión
La grafitización se refiere a un proceso de tratamiento térmico de alta temperatura en el que un producto de carbono se calienta a una temperatura de 2300 °C o más en un medio protector en un horno eléctrico de alta temperatura para convertir un carbono con estructura en capas amorfas en una estructura cristalina de grafito ordenada tridimensional.
El propósito y el efecto de la grafitización:
1 mejorar la conductividad y la conductividad térmica del material de carbono (la resistividad se reduce de 4 a 5 veces y la conductividad térmica aumenta aproximadamente 10 veces);
2 mejorar la resistencia al choque térmico y la estabilidad química del material de carbono (coeficiente de expansión lineal reducido en un 50-80%);
3 para hacer que el material de carbono sea lubricidad y resistencia a la abrasión;
4. Elimina las impurezas y mejora la pureza del material de carbono (el contenido de cenizas del producto se reduce del 0,5-0,8 % a aproximadamente el 0,3 %).
La realización del proceso de grafitización:
La grafitización del carbono se lleva a cabo a una temperatura elevada de 2300-3000 °C, por lo que solo puede lograrse mediante calentamiento eléctrico en la industria. Es decir, la corriente pasa directamente a través del producto calcinado calentado, y este, cargado en el horno, se genera mediante la corriente eléctrica a alta temperatura. El conductor es, a su vez, un objeto calentado a alta temperatura.
Los hornos más utilizados actualmente incluyen los hornos de grafitización Acheson y los hornos de cascada de calor interno (LWG). Los primeros presentan una gran potencia, una gran diferencia de temperatura y un alto consumo de energía. Los segundos presentan un tiempo de calentamiento corto, bajo consumo de energía, resistividad eléctrica uniforme y no son aptos para la instalación.
El proceso de grafitización se controla midiendo la curva de potencia eléctrica adecuada para el aumento de temperatura. El tiempo de suministro de energía es de 50 a 80 horas para el horno Acheson y de 9 a 15 horas para el horno LWG.
El consumo de energía de la grafitización es muy grande, generalmente entre 3200 y 4800 kWh, y el costo del proceso representa aproximadamente entre el 20 y el 35 % del costo total de producción.
Inspección de productos grafitizados: inspección de apariencia, prueba de resistividad
Mecanizado: El propósito del mecanizado mecánico de materiales de grafito de carbono es lograr el tamaño, la forma, la precisión, etc. requeridos mediante el corte para hacer el cuerpo del electrodo y las juntas de acuerdo con los requisitos de uso.
El procesamiento del electrodo de grafito se divide en dos procesos de procesamiento independientes: cuerpo y unión del electrodo.
El mecanizado de la carrocería incluye tres pasos: taladrado y desbaste de la cara plana, círculo exterior y cara plana, y fresado de la rosca. El mecanizado de la junta cónica se divide en seis procesos: corte, cara plana, cara cónica, fresado de la rosca, taladrado del perno y ranurado.
Conexión de juntas de electrodos: conexión de junta cónica (tres hebillas y una hebilla), conexión de junta cilíndrica, conexión de protuberancia (conexión macho y hembra)
Control de la precisión del mecanizado: desviación del cono de la rosca, paso de la rosca, desviación del diámetro mayor de la junta (agujero), coaxialidad y verticalidad del agujero de la junta, planitud de la cara final del electrodo, desviación de cuatro puntos de la junta. Verificar con calibres de anillo y de placa especiales.
Inspección de electrodos terminados: precisión, peso, longitud, diámetro, densidad aparente, resistividad, tolerancia de premontaje, etc.
Hora de publicación: 31 de octubre de 2019