Grafiitelektroodi tootmisprotsess

Grafiitelektroodi tooraine ja tootmisprotsess

Grafiitelektrood on kõrge temperatuurikindel grafiitjuhtiv materjal, mis on toodetud nafta sõtkumise, nõelkoksi (täitematerjalina) ja kivisöe bituumeni (sideainena) segamise teel, kasutades mitmesuguseid protsesse, nagu sõtkumine, vormimine, röstimine, immutamine, grafitiseerimine ja mehaaniline töötlemine.

Grafiitelektrood on oluline kõrgtemperatuuriline juhtiv materjal elektroterase tootmisel. Grafiitelektroodi kasutatakse elektrienergia sisestamiseks elektriahju ja elektroodi otsa ja laengu vahelise kaare tekitatud kõrget temperatuuri kasutatakse soojusallikana laengu sulatamiseks terase tootmisel. Teised maagiahjud, mis sulatavad materjale nagu kollane fosfor, tööstuslik räni ja abrasiivid, kasutavad samuti grafiitelektroode juhtivate materjalidena. Grafiitelektroodide suurepärased ja erilised füüsikalised ja keemilised omadused on laialdaselt kasutusel ka teistes tööstussektorites.

Grafiitelektroodide tootmise toorained on naftakoks, nõelkoks ja kivisöetõrva pigi.

Naftakoks on tuleohtlik tahke toode, mis saadakse kivisöejääkide ja naftapigi koksimisel. Värvus on must ja poorne, peamine element on süsinik ja tuhasisaldus on väga madal, üldiselt alla 0,5%. Naftakoks kuulub kergesti grafitiseeruva süsiniku klassi. Naftakoksil on lai kasutusala keemia- ja metallurgiatööstuses. See on peamine tooraine tehisgrafiidist toodete ja elektrolüütilise alumiiniumi süsiniktoodete tootmiseks.

Naftakoksi saab kuumtöötlustemperatuuri järgi jagada kahte tüüpi: toorkoksiks ja kaltsineeritud koksiks. Esimene hilinenud koksimisel saadud naftakoks sisaldab suures koguses lenduvaid ühendeid ja sellel on madal mehaaniline tugevus. Kaltsineeritud koks saadakse toorkoksi kaltsineerimisel. Enamik Hiina rafineerimistehaseid toodab ainult koksi ja kaltsineerimistoimingud toimuvad enamasti süsinikutehastes.

Naftakoksi saab jagada kõrge väävlisisaldusega koksiks (mis sisaldab üle 1,5% väävlit), keskmise väävlisisaldusega koksiks (mis sisaldab 0,5–1,5% väävlit) ja madala väävlisisaldusega koksiks (mis sisaldab alla 0,5% väävlit). Grafiitelektroodide ja muude tehisgrafiiditoodete tootmiseks kasutatakse üldiselt madala väävlisisaldusega koksi.

Nõelkoks on kvaliteetne koks, millel on selgelt kiuline tekstuur, väga madal soojuspaisumistegur ja mis grafitiseerub kergesti. Kui koks purustatakse, saab selle tekstuuri järgi õhukesteks ribadeks jagada (kuvasuhe on üldiselt üle 1,75). Polariseeriva mikroskoobi all on näha anisotroopne kiuline struktuur, mistõttu nimetatakse seda nõelkoksiks.

Nõelkoksi füüsikalis-mehaaniliste omaduste anisotroopia on väga ilmne. Sellel on hea elektri- ja soojusjuhtivus, mis on paralleelne osakese pikitelje suunaga, ning soojuspaisumistegur on madal. Ekstrusioonvormimisel on enamiku osakeste pikiteljed paigutatud ekstrusioonisuunas. Seetõttu on nõelkoks peamine tooraine suure võimsusega või ülivõimsate grafiitelektroodide valmistamiseks. Valmistatud grafiitelektroodil on madal takistus, väike soojuspaisumistegur ja hea kuumakindlus.

Nõelkoks jaguneb nafta baasil valmistatud nõelkoksiks, mis on toodetud naftajääkidest, ja söe baasil valmistatud nõelkoksiks, mis on toodetud rafineeritud söepigi toorainest.

Kivisöetõrv on üks kivisöetõrva süvatöötlemise peamisi saadusi. See on mitmesuguste süsivesinike segu, mis muutub kõrgel temperatuuril mustaks, kõrgel temperatuuril pooltahkeks või tahkeks, millel puudub kindel sulamistemperatuur, mis pärast kuumutamist pehmeneb ja seejärel sulab, tihedusega 1,25–1,35 g/cm3. Pehmenemistemperatuuri järgi jaguneb see madalatemperatuurseks, keskmisetemperatuurseks ja kõrgetemperatuurseks asfaldiks. Keskmise temperatuuriga asfaldi saagis on 54–56% kivisöetõrvast. Kivisöetõrva koostis on äärmiselt keeruline, mis on seotud kivisöetõrva omaduste ja heteroaatomite sisaldusega ning mida mõjutavad ka koksistamisprotsessi süsteem ja kivisöetõrva töötlemistingimused. Kivisöetõrva pigi iseloomustamiseks on palju näitajaid, näiteks bituumeni pehmenemistemperatuur, tolueenis lahustumatud ained (TI), kinoliinis lahustumatud ained (QI), koksistamisväärtused ja kivisöetõrva reoloogia.

Kivisöetõrva kasutatakse süsinikutööstuses sideainena ja immutusainena ning selle toimivusel on suur mõju süsiniktoodete tootmisprotsessile ja kvaliteedile. Sideaineasfalt on üldiselt keskmise temperatuuriga või keskmise temperatuuriga modifitseeritud asfalt, millel on mõõdukas pehmenemistemperatuur, kõrge koksistumisväärtus ja kõrge β-vaigu sisaldus. Immutusaine on keskmise temperatuuriga asfalt, millel on madal pehmenemistemperatuur, madal QI ja head reoloogilised omadused.