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.
Järgnev pilt näitab grafiitelektroodi tootmisprotsessi süsinikettevõttes.
Kaltsineerimine: Süsinikku sisaldavat toorainet kuumtöödeldakse kõrgel temperatuuril, et eraldada selles sisalduv niiskus ja lenduvad ained, ning tootmisprotsessi, mis vastab algse küpsetusomaduse parandamisele, nimetatakse kaltsineerimiseks. Üldiselt kaltsineeritakse süsinikku sisaldavat toorainet gaasi ja selle enda lenduvate ainete abil soojusallikana ning maksimaalne temperatuur on 1250–1350 °C.
Kaltsineerimine muudab oluliselt süsinikusisaldusega tooraine struktuuri ja füüsikalis-keemilisi omadusi, peamiselt parandades koksi tihedust, mehaanilist tugevust ja elektrijuhtivust, parandades koksi keemilist stabiilsust ja oksüdatsioonikindlust, pannes aluse järgnevale protsessile.
Kaltsineerimisseadmed hõlmavad peamiselt paakpõletusahju, pöördahju ja elektripõletusahju. Kaltsineerimise kvaliteedikontrolli indeks on järgmine: naftakoksi tegelik tihedus ei tohi olla väiksem kui 2,07 g/cm3, takistus ei tohi ületada 550 μΩ·m, nõelkoksi tegelik tihedus ei tohi olla väiksem kui 2,12 g/cm3 ja takistus ei tohi ületada 500 μΩ·m.
Tooraine purustamine ja koostisosad
Enne segamist tuleb kaltsineeritud naftakoks ja nõelkoks purustada, jahvatada ja sõeluda.
Keskmise suurusega purustamine toimub tavaliselt umbes 50 mm läbimõõduga purustusseadmetega, kasutades lõualuupurustit, haamerpurustit, rullpurustit vms, et purustada veelgi segamiseks vajalikku 0,5–20 mm suurust materjali.
Jahvatamine on protsess, mille käigus süsinikku sisaldav materjal jahvatatakse suspensioontüüpi rullveski (Raymondi veski), kuulveski vms abil pulbriliseks peeneks osakeseks, mille suurus on 0,15 mm või vähem ja osakeste suurus 0,075 mm või vähem.
Sõelumine on protsess, mille käigus jagatakse lai valik materjale pärast purustamist mitmeks kitsa suurusvahemikuga osakeste suurusvahemikuks läbi ühtlase avausega sõela. Praegune elektroodide tootmine nõuab tavaliselt 4-5 pelletit ja 1-2 pulbrisorti.
Koostisosad on tootmisprotsessid, mille käigus arvutatakse, kaalutakse ja fokuseeritakse erinevaid täiteaineid, pulbrilisi aineid ja sideaineid vastavalt formuleerimisnõuetele. Formulatsiooni teaduslik sobivus ja partiioperatsiooni stabiilsus on ühed olulisemad tegurid, mis mõjutavad toote kvaliteediindeksit ja toimivust.
Valem peab määrama 5 aspekti:
1Valige tooraine tüüp;
2 määrata kindlaks erinevat tüüpi toorainete osakaal;
3 tahke tooraine osakeste suuruskoostise määramine;
4 määrake sideaine kogus;
5 Määrake lisandite tüüp ja kogus.
Sõtkumine: Erineva suurusega osakestega süsiniku graanulite ja pulbrite segamine ja kvantifitseerimine teatud koguse sideainega teatud temperatuuril ning plastilisuspasta sõtkumine protsessiks, mida nimetatakse sõtkumiseks.
Sõtkumisprotsess: kuivsegamine (20–35 min) märgsegamine (40–55 min)
Sõtkumise roll:
1 Kuivalt segades segatakse erinevad toorained ühtlaselt ning erineva osakeste suurusega tahked süsinikmaterjalid segatakse ühtlaselt ja täidetakse segu kompaktsuse parandamiseks;
2 Pärast kivisöetõrva pigi lisamist segatakse kuivmaterjal ja asfalt ühtlaselt. Vedel asfalt katab ja niisutab graanulite pinda ühtlaselt, moodustades asfaldi sidumiskihi, ja kõik materjalid seotakse omavahel, moodustades homogeense plastmassi. Soodustab vormimist;
3 osa kivisöetõrva pigi tungib süsinikurikka materjali siseruumi, suurendades veelgi pasta tihedust ja kohesiooni.
Vormimine: Süsinikmaterjali vormimine viitab sõtkutud süsinikpasta plastiliselt deformeerimisele vormimisseadmete poolt rakendatava välise jõu mõjul, et lõpuks moodustada roheline keha (või toores toode), millel on teatud kuju, suurus, tihedus ja tugevus.
Vormide tüübid, seadmed ja toodetud tooted:
Vormimismeetod
Üldine varustus
peamised tooted
Vormimine
Vertikaalne hüdrauliline press
Elektriline süsinik, madala kvaliteediga peenstruktuuriga grafiit
Pigista
Horisontaalne hüdrauliline ekstruuder
Kruviekstruuder
Grafiitelektrood, ruudukujuline elektrood
Vibratsioonivormimine
Vibratsioonivormimismasin
Alumiinium-süsiniktellis, kõrgahju süsiniktellis
Isostaatiline pressimine
Isostaatiline vormimismasin
Isotroopne grafiit, anisotroopne grafiit
Pigistamisoperatsioon
1. Jahutusmaterjal: ketasjahutusmaterjal, silindrijahutusmaterjal, jahutusmaterjalide segamine ja sõtkumine jne.
Lenduvate ainete eemaldamine, temperatuuri alandamine sobiva temperatuurini (90–120 °C), et suurendada adhesiooni, nii et pasta plokksus oleks 20–30 minutit ühtlane.
2 Laadimine: vajutage tõste deflektorit —– 2-3 korda lõikamine —-4-10MPa tihendamine
3 eelrõhku: rõhk 20–25 MPa, aeg 3–5 minutit, tolmuimejaga töötamise ajal
4 ekstrusioon: suruge deflektor - 5-15MPa ekstrusioon - lõigatud - jahutusradiaatorisse alla
Ekstrusiooni tehnilised parameetrid: surveaste, pressikambri ja düüsi temperatuur, jahutustemperatuur, eelpinge rõhuaeg, ekstrusioonirõhk, ekstrusioonikiirus, jahutusvee temperatuur
Rohelise kere kontroll: mahutihedus, välimuse kontroll, analüüs
Kaltsineerimine: see on protsess, mille käigus süsinikutoote roheline keha täidetakse spetsiaalselt selleks ette nähtud kuumutusahju täiteaine kaitse all, et teostada kõrgel temperatuuril kuumtöötlus rohelise keha söepigi karboniseerimiseks. Pärast söebituumeni karboniseerimist tekkiv bituumenkoks tahkestab süsinikuagregaadi ja pulbriosakesed kokku ning kaltsineeritud süsinikutootel on kõrge mehaaniline tugevus, madal elektritakistus, hea termiline stabiilsus ja keemiline stabiilsus. .
Kaltsineerimine on üks peamisi protsesse süsiniktoodete tootmisel ning oluline osa grafiitelektroodide tootmise kolmest peamisest kuumtöötlusprotsessist. Kaltsineerimise tootmistsükkel on pikk (22–30 päeva küpsetamiseks, 5–20 päeva ahjude kahekordseks küpsetamiseks) ja suurem energiatarve. Rohelise röstimise kvaliteet mõjutab valmistoote kvaliteeti ja tootmiskulusid.
Rohelises kehas olev roheline söepigi koksistub särdamisprotsessi käigus ja umbes 10% lenduvatest ainetest eraldub, mahu kahanemine toimub 2–3% ja massikaotus on 8–10%. Süsiniktooriku füüsikalised ja keemilised omadused muutusid samuti oluliselt. Poorsus vähenes 1,70 g/cm3-lt 1,60 g/cm3-ni ja takistus 10 000 μΩ·m-lt 40–50 μΩ·m-ni poorsuse suurenemise tõttu. Kaltsineeritud tooriku mehaaniline tugevus oli samuti suur. Parandamiseks.
Teisene küpsetamine on protsess, mille käigus kaltsineeritud toode kastetakse kalsineeritud toote pooridesse ja seejärel kaltsineeritakse, et karboniseerida kaltsineeritud toote pooridesse kastetud pigi. Suurema puistetihedusega elektroodid (kõik variandid peale RP) ja vuugitoorikud tuleb eelküpsetada ning vuugitoorikud allutatakse samuti kolmekordsele neljakordsele küpsetamisele või kahekordsele kolmekordsele küpsetamisele.
Peamise ahju tüüp:
Pidev töö – rõngasahi (kaanega, kaaneta), tunnelahi
Katkendlik töö – pöördahi, põrandaalune röstimisahi, kastipõhine röstimisahi
Kaltsineerimiskõver ja maksimaalne temperatuur:
Ühekordne röstimine – 320, 360, 422, 480 tundi, 1250 °C
Teisene röstimine – 125, 240, 280 tundi, 700–800 °C
Küpsetatud toodete kontroll: välimuse kontroll, koputamine, elektritakistus, mahutihedus, survetugevus, sisestruktuuri analüüs
Immutamine on protsess, mille käigus süsinikmaterjal asetatakse surveanumasse ja vedel immutuspigi kastetakse toote elektroodi pooridesse teatud temperatuuri- ja rõhutingimustes. Eesmärk on vähendada toote poorsust, suurendada toote mahutihedust ja mehaanilist tugevust ning parandada toote elektri- ja soojusjuhtivust.
Immutusprotsess ja sellega seotud tehnilised parameetrid on järgmised: tooriku röstimine – pinna puhastamine – eelsoojendamine (260–380 °C, 6–10 tundi) – immutuspaagi täitmine – vaakumiga puhastamine (8–9 KPa, 40–50 min) – bituumeni sissepritsimine (180–200 °C) – survestamine (1,2–1,5 MPa, 3–4 tundi) – tagasi asfaldile – jahutamine (paagi sees või väljaspool)
Immutatud toodete kontroll: immutamise kaalu juurdekasvu määr G=(W2-W1)/W1×100%
Ühe kastmise kaalutõusu määr ≥14%
Teisese immutusmeetodiga toote kaalutõusu määr ≥ 9%
Kolme kastmisprodukti kaalutõusu määr ≥ 5%
Grafitiseerimine viitab kõrgtemperatuurilisele kuumtöötlusprotsessile, mille käigus süsinikprodukti kuumutatakse kõrgtemperatuurilises elektriahjus kaitsvas keskkonnas temperatuurini 2300 °C või rohkem, et muuta amorfne kihiline süsinik kolmemõõtmeliseks korrastatud grafiidikristallstruktuuriks.
Grafitiseerimise eesmärk ja mõju:
1. parandada süsinikmaterjali juhtivust ja soojusjuhtivust (takistus väheneb 4-5 korda ja soojusjuhtivus suureneb umbes 10 korda);
2. parandada süsinikmaterjali termilist löögikindlust ja keemilist stabiilsust (lineaarse paisumise koefitsient väheneb 50–80%);
3. süsinikmaterjali määrimisvõime ja kulumiskindluse tagamiseks;
4 Heitgaaside lisandid, süsinikmaterjali puhtuse parandamine (toote tuhasisaldus väheneb 0,5–0,8%-lt umbes 0,3%-le).
Grafitiseerimisprotsessi teostus:
Süsinikmaterjali grafitiseerimine toimub kõrgel temperatuuril 2300–3000 °C, seega saab seda tööstuses teostada ainult elektrilise kuumutamise abil, st vool läbib otse kuumutatud kaltsineeritud toodet ja ahju laetud kaltsineeritud toode tekib kõrgel temperatuuril elektrivoolu abil. Juht on jällegi objekt, mida kuumutatakse kõrge temperatuurini.
Praegu laialdaselt kasutatavate ahjude hulka kuuluvad Achesoni grafitiseerimisahjud ja sisemise kuumutuskaskaadiga (LWG) ahjud. Esimesel on suur võimsus, suur temperatuuride vahe ja suur energiatarve. Teisel on lühike kuumutusaeg, väike energiatarve, ühtlane elektritakistus ja see ei sobi paigaldamiseks.
Grafitiseerimisprotsessi juhtimist juhitakse temperatuuri tõusu tingimusele sobiva elektrilise võimsuskõvera mõõtmise abil. Toiteallika aeg on Achesoni ahju puhul 50–80 tundi ja LWG ahju puhul 9–15 tundi.
Grafitiseerimise energiatarve on väga suur, üldiselt 3200–4800 kWh, ja protsessikulud moodustavad umbes 20–35% kogu tootmiskuludest.
Grafiittoodete kontroll: välimuse kontrollimine, takistustest
Mehaaniline töötlemine: Süsinikgrafiidist materjalide mehaanilise töötlemise eesmärk on saavutada lõikamise teel vajalik suurus, kuju, täpsus jne, et valmistada elektroodi korpus ja ühendused vastavalt kasutusnõuetele.
Grafiitelektroodide töötlemine jaguneb kaheks sõltumatuks töötlemisprotsessiks: elektroodi korpus ja vuuk.
Kere töötlemine hõlmab kolme etappi: lameda otsapinna, välisringi ja lameda otsapinna puurimine ja töötlemine ning keerme freesimine. Koonilise liigendi töötlemine võib jagada kuueks protsessiks: lõikamine, lameda otsapinna, koonuse pinna freesimine, keerme freesimine, poltide puurimine ja soonte freesimine.
Elektroodide ühenduste ühendus: kooniline ühendus (kolm pandlat ja üks pandla), silindriline ühendus, muhkühendus (isas- ja emasühendus)
Töötlemistäpsuse kontroll: keerme koonuse hälve, keerme samm, liite (augu) suure läbimõõdu hälve, liiteaugu koaksiaalsus, liiteaugu vertikaalsus, elektroodi otsapinna tasasus, liite neljapunkti hälve. Kontrollige spetsiaalsete rõngasmõõturite ja plaatmõõturite abil.
Valmis elektroodide kontroll: täpsus, kaal, pikkus, läbimõõt, mahutihedus, eritakistus, monteerimiseelne tolerants jne.
Postituse aeg: 31. okt 2019