Grafito elektrodoa tenperatura altuko erresistentea den grafito eroale materiala da, petrolioaren orea, agregatu gisa orratz kokea eta aglutinatzaile gisa ikatz betunaren bidez ekoizten dena, hainbat prozesuren bidez ekoizten dena, hala nola orea, moldeatzea, erretzea, inpregnazioa, grafitizazioa eta prozesamendu mekanikoa.
Grafito elektrodoa altzairu elektrikoa egiteko tenperatura altuko eroale material garrantzitsua da. Grafito elektrodoa labe elektrikora energia elektrikoa sartzeko erabiltzen da, eta elektrodoaren muturraren eta kargaren arteko arkuak sortutako tenperatura altua bero-iturri gisa erabiltzen da karga urtzeko altzairua egiteko. Fosforo horia, silizio industriala eta urratzaileak bezalako materialak urtzen dituzten beste mea-labe batzuek ere grafito elektrodoak erabiltzen dituzte material eroale gisa. Grafito elektrodoen propietate fisiko eta kimiko bikainak eta bereziak beste industria-sektore batzuetan ere asko erabiltzen dira.
Grafitozko elektrodoak ekoizteko lehengaiak petrolio-kokea, orratz-kokea eta ikatz-brea dira.
Petrolio-kokea ikatz-hondakinak eta petrolio-brea koketik lortutako produktu solido sukoia da. Kolorea beltza eta porotsua da, elementu nagusia karbonoa da, eta errauts-edukia oso baxua da, oro har % 0,5etik beherakoa. Petrolio-kokea erraz grafitizatzen den karbonaren klasekoa da. Petrolio-kokeak erabilera ugari ditu industria kimiko eta metalurgikoetan. Grafito artifizial produktuak eta aluminio elektrolitikorako karbono-produktuak ekoizteko lehengai nagusia da.
Petrolio-kokea bi motatan bana daiteke: koke gordina eta koke kalsinatua, tratamendu termikoaren tenperaturaren arabera. Koke atzeratuaren bidez lortutako petrolio-koke ohiak lurrunkor kopuru handia dauka, eta erresistentzia mekanikoa baxua da. Koke kalsinatua koke gordinaren kalsinazioaren bidez lortzen da. Txinako findegi gehienek kokea bakarrik ekoizten dute, eta kalsinazio-eragiketak gehienbat karbono-lantegietan egiten dira.
Petrolio-kokea sufre handiko koke gisa bana daiteke (% 1,5 baino gehiago sufre duena), sufre ertaineko kokea (% 0,5-% 1,5 sufre duena) eta sufre gutxiko kokea (% 0,5 baino gutxiago sufre duena). Grafitozko elektrodoen eta beste grafito artifizialen produktuen ekoizpena, oro har, sufre gutxiko kokea erabiliz ekoizten da.
Orratz-kokea kalitate handiko koke mota bat da, ehundura fibroso nabarmena, hedapen termikoko koefiziente oso baxua eta grafitizazio erraza duena. Kokea hautsitakoan, ehunduraren arabera zerrenda meheetan zatitu daiteke (alderdi-erlazioa normalean 1,75etik gorakoa da). Mikroskopio polarizatzaile batean ikus daiteke egitura fibroso anisotropikoa, eta, beraz, orratz-kokea deitzen zaio.
Orratz-kokearen propietate fisiko-mekanikoen anisotropia oso agerikoa da. Eroankortasun elektriko eta termiko ona du partikularen ardatz luzearen norabidearekiko paraleloan, eta hedapen termikoaren koefizientea baxua da. Estrusio bidezko moldekatzean, partikula gehienen ardatz luzea estrusio norabidean kokatzen da. Beraz, orratz-kokea da potentzia handiko edo ultra-potentzia handiko grafito elektrodoak fabrikatzeko lehengai nagusia. Lortutako grafito elektrodoak erresistentzia baxua, hedapen termiko koefiziente txikia eta kolpe termikoarekiko erresistentzia ona ditu.
Orratz-kokea bi bitan banatzen da: petrolio-hondakinetatik ekoitzitako olio-oinarritutako orratz-kokea eta ikatz-brea findutako lehengaietatik ekoitzitako ikatz-oinarritutako orratz-kokea.
Ikatz-alkitrana ikatz-alkitranaren prozesamendu sakonaren produktu nagusietako bat da. Hidrokarburo askoren nahasketa da, tenperatura altuan beltza, tenperatura altuan erdi-solidoa edo solidoa, urtze-puntu finkorik gabea, berotu ondoren biguntzen dena eta gero urtzen dena, 1,25-1,35 g/cm3-ko dentsitatearekin. Biguntze-puntuaren arabera, tenperatura baxuko, tenperatura ertaineko eta tenperatura altuko asfaltoetan banatzen da. Tenperatura ertaineko asfaltoaren etekina ikatz-alkitranaren % 54-56 da. Ikatz-alkitranaren osaera oso konplexua da, ikatz-alkitranaren propietateekin eta heteroatomoen edukiarekin lotuta dagoena, eta koke-prozesuaren sistemak eta ikatz-alkitranaren prozesamendu-baldintzek ere eragiten dute. Ikatz-alkitranaren brea karakterizatzeko adierazle asko daude, hala nola betunaren biguntze-puntua, toluenoaren disolbaezinak (TI), kinolinaren disolbaezinak (QI), koke-balioak eta ikatz-brearen erreologia.
Ikatz-alkitrana aglutinatzaile eta inpregnatzaile gisa erabiltzen da karbono-industrian, eta bere errendimenduak eragin handia du karbono-produktuen ekoizpen-prozesuan eta produktuaren kalitatean. Aglutinatzaile-asfaltoak, oro har, tenperatura ertaineko edo tenperatura ertaineko asfalto aldatua erabiltzen du, biguntze-puntu moderatua, koke-balio altua eta β erretxina altua dituena. Inpregnatzailea tenperatura ertaineko asfaltoa da, biguntze-puntu baxua, QI baxua eta propietate erreologiko onak dituena.
Hurrengo irudian karbono-enpresa bateko grafito-elektrodoen ekoizpen-prozesua ikusten da.
Kalsinazioa: Karbonodun lehengaia tenperatura altuan tratatzen da beroz, bertan dagoen hezetasuna eta materia lurrunkorra askatzeko, eta jatorrizko sukaldaritza-errendimenduaren hobekuntzari dagokion ekoizpen-prozesuari kalsinazioa deritzo. Oro har, karbonodun lehengaia gasa eta bere materia lurrunkor propioak bero-iturri gisa erabiliz kalsinatzen da, eta gehienezko tenperatura 1250-1350 °C-koa da.
Kalsinazioak aldaketa sakonak eragiten ditu lehengai karbonikoen egituran eta propietate fisiko-kimikoetan, batez ere kokearen dentsitatea, erresistentzia mekanikoa eta eroankortasun elektrikoa hobetuz, kokearen egonkortasun kimikoa eta oxidazio-erresistentzia hobetuz, eta ondorengo prozesuaren oinarriak ezarriz.
Kaltsinatzeko ekipamenduen artean, batez ere depositu-kaltzinatzailea, labe birakariak eta kaltzinatzaile elektrikoak daude. Kaltsinazioaren kalitate-kontrolaren indizea da petrolio-kokearen benetako dentsitatea ez dela 2,07 g/cm3 baino txikiagoa, erresistentzia ez dela 550 μΩ.m baino handiagoa, orratz-kokearen benetako dentsitatea ez dela 2,12 g/cm3 baino txikiagoa eta erresistentzia ez dela 500 μΩ.m baino handiagoa.
Lehengaien xehatzea eta osagaiak
Multzokatu aurretik, kalsinatutako petrolio-kokea eta orratz-kokea xehatu, eho eta bahetu egin behar dira.
Ertaineko birrintzea normalean 50 mm inguruko birrintzeko ekipoen bidez egiten da, masailezur-birrintzeko, mailu-birrintzeko, arrabol-birrintzeko eta antzekoen bidez, multzokatze-lanetarako beharrezkoa den 0,5-20 mm-ko tamainako materiala gehiago birrintzeko.
Errotatzea material karbonoso bat 0,15 mm edo gutxiagoko partikula txiki hautstsu eta 0,075 mm edo gutxiagoko partikula-tamaina bihurtzeko prozesua da, esekidura-motako eraztun-errota baten (Raymond errota), bola-errota baten edo antzeko baten bidez.
Bahetzea prozesu bat da, non birrintzearen ondoren material sorta zabal bat partikula-tamaina tarte estuetan banatzen den, irekidura uniformeak dituzten bahe-serie baten bidez. Gaur egungo elektrodoen ekoizpenak normalean 4-5 pellet eta 1-2 hauts mota behar ditu.
Osagaiak agregakin, hauts eta aglutinatzaileen hainbat agregakin kalkulatzeko, pisatzeko eta fokatzeko ekoizpen-prozesuak dira, formulazioaren eskakizunen arabera. Formulazioaren egokitasun zientifikoa eta multzokatze-eragiketaren egonkortasuna dira produktuaren kalitate-indizean eta errendimenduan eragina duten faktore garrantzitsuenen artean.
Formulak 5 alderdi zehaztu behar ditu:
1Aukeratu lehengai mota;
2 lehengai mota desberdinen proportzioa zehaztu;
3 lehengai solidoaren partikula-tamainaren osaera zehaztea;
4 zehaztu aglutinatzaile kopurua;
5 Zehaztu gehigarrien mota eta kantitatea.
Orea: Hainbat tamainatako partikula-pikor eta hauts karbonikoak aglutinatzaile kantitate jakin batekin nahastu eta kuantifikatzea tenperatura jakin batean, eta plastizitate-pasta orea orea izeneko prozesu batean oratu.
Oratzeko prozesua: nahasketa lehorra (20-35 min) nahasketa hezea (40-55 min)
Oreatzearen eginkizuna:
1 Lehorrean nahastean, lehengai desberdinak uniformeki nahasten dira, eta partikula-tamaina desberdinetako material karbonatozko solidoak uniformeki nahasten eta betetzen dira nahastearen trinkotasuna hobetzeko;
2 Ikatz-brea gehitu ondoren, material lehorra eta asfaltoa uniformeki nahasten dira. Asfalto likidoak pikorren gainazala uniformeki estali eta bustitzen du asfalto lotura-geruza bat osatzeko, eta material guztiak elkarri lotzen zaizkio plastikozko orban homogeneo bat osatzeko. Moldeatzeko egokia;
3 zati ikatz-birrintze material karbonosoaren barnealdean sartzen dira, pastaren dentsitatea eta kohesioa areagotuz.
Moldekatzea: Karbono-materialaren moldekatzeak molde-ekipoak aplikatzen duen kanpoko indarraren pean oratutako karbono-pasta plastikoki deformatzeko prozesuari egiten dio erreferentzia, azkenean forma, tamaina, dentsitate eta erresistentzia jakin bat duen gorputz berde bat (edo produktu gordin bat) eratzeko prozesuari egiten dio erreferentzia.
Moldeatze motak, ekipamenduak eta ekoitzitako produktuak:
Moldeatzeko metodoa
Ekipamendu arrunta
produktu nagusiak
Moldeatzea
Prentsa hidrauliko bertikala
Karbono elektrikoa, egitura fineko grafito maila baxukoa
Estutu
Estrusore hidrauliko horizontala
Torloju-estrusore
Grafitozko elektrodoa, elektrodo karratua
Bibrazio-moldaketa
Bibraziozko moldeatzeko makina
Aluminiozko karbono adreilua, labe garaiko karbono adreilua
Prentsa isostatikoa
Moldeatzeko makina isostatikoa
Grafito isotropikoa, grafito anisotropikoa
Estutze eragiketa
1 material hotza: diskoa hozteko materiala, zilindroa hozteko materiala, nahasketa eta oratzeko hozteko materialak, etab.
Substantzia lurrunkorrak kendu, tenperatura egoki batera jaitsi (90-120 °C) itsaspena handitzeko, pastaren blokeotasuna 20-30 minutuz uniformea izan dadin.
2 Kargatzea: prentsa altxatzeko deflektorearen —– 2-3 aldiz ebakitzea—-4-10MPa trinkotzea
3 aurre-presioa: presioa 20-25MPa, denbora 3-5min, xurgagailuan zehar
4 estrusioa: sakatu deflektoreari —5-15MPa estrusioa — moztu — hozteko hustubidera
Estrusioaren parametro teknikoak: konpresio-erlazioa, prentsa-ganberaren eta toberaren tenperatura, hozte-tenperatura, aurrekarga-presioaren denbora, estrusio-presioa, estrusio-abiadura, hozte-uraren tenperatura
Gorputz berdearen ikuskapena: dentsitate masiboa, itxura ukitzea, analisia
Kalsinazioa: Karbono produktu berdea betegarriaren babespean berogailu-labe berezi batean sartzen den prozesua da, tenperatura altuko tratamendu termikoa egiteko eta ikatz-brea karbonizatzeko gorputz berdean. Ikatz-betuna karbonizatu ondoren sortzen den bitumen-kokeak agregatu karbonikoa eta hauts-partikulak elkarrekin solidotzen ditu, eta kalsinatutako karbono produktuak erresistentzia mekaniko handia, erresistentzia elektriko baxua, egonkortasun termiko ona eta egonkortasun kimikoa ditu.
Kalsinazioa karbono-produktuen ekoizpenean prozesu nagusietako bat da, eta grafito-elektrodoen ekoizpenean hiru tratamendu termiko nagusien zati garrantzitsu bat ere bada. Kalsinazioaren ekoizpen-zikloa luzea da (22-30 egun labekatzeko, 5-20 egun labeetarako), eta energia-kontsumo handiagoa. Erretze berdearen kalitateak eragina du produktu amaituaren kalitatean eta ekoizpen-kostuan.
Gorputz berdeko ikatz-brea erretze-prozesuan kokeatzen da, eta materia lurrunkorraren % 10 inguru isurtzen da, eta bolumena % 2-3ko uzkurduraren bidez sortzen da, eta masa-galera % 8-10ekoa da. Karbono-toxolaren propietate fisiko eta kimikoak ere nabarmen aldatu ziren. Porositatea 1,70 g/cm3-tik 1,60 g/cm3-ra jaitsi zen eta erresistentzia 10000 μΩ·m-tik 40-50 μΩ·m-ra jaitsi zen porositatea handitu izanaren ondorioz. Kaltzinatutako toxolaren erresistentzia mekanikoa ere handia zen. Hobekuntzarako.
Bigarren mailako egosketa prozesu bat da, non produktu kalsinizatua murgildu eta gero kalsinizatu egiten den produktu kalsinizatuaren poroetan murgilduta dagoen brea karbonizatzeko. Dentsitate handiagoa behar duten elektrodoak (RP izan ezik barietate guztiak) eta juntura-hutsuneak bi egosketa behar dira, eta juntura-hutsunei ere hiru murgiltze-lau egosketa edo bi murgiltze-hiru egosketa egiten zaie.
Erregailu mota nagusiaren labea:
Funtzionamendu jarraitua — eraztun-labea (estalkiarekin, estalkirik gabe), tunel-labea
Funtzionamendu etengabea — alderantzizko labea, zoru azpiko erregailua, kaxa erregailua
Kalsinazio-kurba eta tenperatura maximoa:
Behin bakarrik erretzea —-320, 360, 422, 480 ordu, 1250 °C
Bigarren mailako erretzea —-125, 240, 280 ordu, 700-800 °C
Labean egindako produktuen ikuskapena: itxura-kolpeak, erresistentzia elektrikoa, dentsitate bolatikoa, konpresio-erresistentzia, barne-egituraren azterketa
Inpregnazioa karbono material bat presio-ontzi batean jartzen den eta inpregnatzaile likidoa produktuaren elektrodoaren poroetan murgiltzen den prozesu bat da, tenperatura eta presio baldintza jakin batzuetan. Helburua produktuaren porositatea murriztea, produktuaren dentsitate masikoa eta erresistentzia mekanikoa handitzea eta produktuaren eroankortasun elektrikoa eta termikoa hobetzea da.
Inpregnazio-prozesua eta lotutako parametro teknikoak hauek dira: lingotea erretzea – gainazala garbitzea – aurreberotzea (260-380 °C, 6-10 ordu) – inpregnazio-tangaren kargatzea – xurgapena (8-9KPa, 40-50min) – Betunaren injekzioa (180-200 °C) – Presioa jartzea (1,2-1,5 MPa, 3-4 ordu) – Asfaltura itzultzea – Hoztea (tangaren barruan edo kanpoan)
Produktu inpregnatuen ikuskapena: inpregnazioaren pisu-igoera tasa G=(W2-W1)/W1×%100
Murgiltze bakarreko pisu igoera tasa ≥14%
Bigarren mailako produktu inpregnatuaren pisu-igoera tasa ≥ % 9
Hiru murgiltze produktuen pisu igoera-tasa ≥ % 5
Grafitizazioa tenperatura altuko tratamendu termiko prozesu bat da, non karbono produktu bat 2300 °C-ko edo gehiagoko tenperaturara berotzen den babes-ingurune batean tenperatura altuko labe elektriko batean, karbono geruzatu amorfo bat hiru dimentsioko grafito kristal-egitura ordenatu bihurtzeko.
Grafitizazioaren helburua eta eragina:
1 karbono materialaren eroankortasuna eta eroankortasun termikoa hobetu (erresistentzia 4-5 aldiz murrizten da, eta eroankortasun termikoa 10 aldiz handitzen da gutxi gorabehera);
2 karbono materialaren erresistentzia termikoa eta egonkortasun kimikoa hobetu (hedapen linealaren koefizientea % 50-80 murriztea);
3 karbono materialaren lubrifikagarritasuna eta urradurarekiko erresistentzia egiteko;
4 Ezpurutasunak kendu, karbono materialaren purutasuna hobetu (produktuaren errauts edukia % 0,5-0,8tik % 0,3ra murrizten da gutxi gorabehera).
Grafitizazio prozesuaren gauzatzea:
Karbono materialaren grafitizazioa 2300-3000 °C-ko tenperatura altuan egiten da, beraz, industrian berogailu elektrikoaren bidez bakarrik lor daiteke, hau da, korrontea zuzenean berotutako produktu kalsinizatutik igarotzen da, eta labean kargatutako produktu kalsinizatua tenperatura altuan korronte elektrikoak sortzen du. Eroalea berriro ere tenperatura altuan berotzen den objektu bat da.
Gaur egun asko erabiltzen diren labeen artean, Acheson grafitizazio-labeak eta barne-bero-kaskada (LWG) labeak daude. Lehenengoak irteera handia, tenperatura-alde handia eta energia-kontsumo handia ditu. Bigarrenak berotze-denbora laburra, energia-kontsumo txikia, erresistentzia elektriko uniformea du, eta ez da egokia egokitzeko.
Grafitizazio prozesuaren kontrola tenperatura igoera baldintzarako egokia den potentzia elektrikoaren kurba neurtuz egiten da. Energia hornidura denbora 50-80 ordukoa da Acheson labearentzat eta 9-15 ordukoa LWG labearentzat.
Grafitizazioaren energia-kontsumoa oso handia da, oro har 3200-4800 kWh, eta prozesuaren kostua ekoizpen-kostu osoaren % 20-35 ingurukoa da.
Grafitizatutako produktuen ikuskapena: itxura-kolpeak, erresistentzia-proba
Mekanizazioa: Karbono grafitozko materialen mekanizazio mekanikoaren helburua beharrezko tamaina, forma, zehaztasuna eta abar lortzea da, elektrodoaren gorputza eta junturak erabilera-eskakizunen arabera egiteko ebakiduraren bidez.
Grafito elektrodoen prozesamendua bi prozesaketa prozesu independentetan banatzen da: elektrodoaren gorputza eta junturak.
Gorputzaren prozesamenduak hiru urrats ditu: aurpegi laua zulatzea eta zakarra, kanpoko zirkulua eta aurpegi laua eta fresatzeko haria. Kono-juntura prozesamendua 6 prozesutan bana daiteke: ebaketa, aurpegi laua, auto-konoaren aurpegia, fresatzeko haria, torlojuak zulatzea eta zirrikituak egitea.
Elektrodoen junturen konexioa: kono-juntura konexioa (hiru hebilla eta hebilla bat), zilindriko-juntura konexioa, erpin-konexioa (arra eta emea konexioa)
Mekanizazioaren zehaztasunaren kontrola: harizpiaren konikotasunaren desbideratzea, harizpiaren pausoa, junturaren (zuloaren) diametro handiko desbideratzea, junturaren zuloaren koaxialitatea, junturaren zuloaren bertikaltasuna, elektrodoaren muturraren aurpegiaren lautasuna, junturaren lau puntuko desbideratzea. Egiaztatu eraztun-neurgailu bereziekin eta plaka-neurgailuekin.
Elektrodo amaituen ikuskapena: zehaztasuna, pisua, luzera, diametroa, dentsitate bolatikoa, erresistentzia, muntaketa aurreko tolerantzia, etab.
Argitaratze data: 2019ko urriaren 31a