فرآیند تولید الکترود گرافیتی

مواد اولیه و فرآیند تولید الکترود گرافیتی

الکترود گرافیتی یک ماده رسانای گرافیتی مقاوم در برابر دمای بالا است که توسط خمیر نفت، کک سوزنی به عنوان سنگدانه و قیر زغال سنگ به عنوان چسب تولید می‌شود و از طریق مجموعه‌ای از فرآیندهای مانند ورز دادن، قالب‌گیری، کباب کردن، اشباع، گرافیتی شدن و پردازش مکانیکی تولید می‌شود.

الکترود گرافیتی یک ماده رسانای مهم در دمای بالا برای فولادسازی الکتریکی است. الکترود گرافیتی برای ورود انرژی الکتریکی به کوره الکتریکی استفاده می‌شود و دمای بالای تولید شده توسط قوس بین انتهای الکترود و بار به عنوان منبع گرما برای ذوب بار برای فولادسازی استفاده می‌شود. سایر کوره‌های سنگ معدن که موادی مانند فسفر زرد، سیلیکون صنعتی و مواد ساینده را ذوب می‌کنند نیز از الکترودهای گرافیتی به عنوان مواد رسانا استفاده می‌کنند. خواص فیزیکی و شیمیایی عالی و ویژه الکترودهای گرافیتی نیز به طور گسترده در سایر بخش‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مواد اولیه برای تولید الکترودهای گرافیتی عبارتند از کک نفتی، کک سوزنی و قیر قطران زغال سنگ.

کک نفتی یک محصول جامد قابل اشتعال است که از ته مانده زغال سنگ کک شو و قیر نفتی به دست می‌آید. رنگ آن سیاه و متخلخل است، عنصر اصلی آن کربن است و میزان خاکستر آن بسیار کم است، عموماً کمتر از 0.5٪. کک نفتی متعلق به دسته کربن‌هایی است که به راحتی گرافیتی می‌شوند. کک نفتی کاربردهای گسترده‌ای در صنایع شیمیایی و متالورژی دارد. این ماده اولیه اصلی برای تولید محصولات گرافیتی مصنوعی و محصولات کربنی برای آلومینیوم الکترولیتی است.

کک نفتی را می‌توان بر اساس دمای عملیات حرارتی به دو نوع تقسیم کرد: کک خام و کک کلسینه شده. کک نفتی اولیه که با کک‌سازی تأخیری به دست می‌آید، حاوی مقدار زیادی مواد فرار است و استحکام مکانیکی پایینی دارد. کک کلسینه شده با کلسیناسیون کک خام به دست می‌آید. اکثر پالایشگاه‌ها در چین فقط کک تولید می‌کنند و عملیات کلسیناسیون عمدتاً در کارخانه‌های کربن انجام می‌شود.

کک نفتی را می‌توان به کک پرگوگرد (حاوی بیش از ۱.۵٪ گوگرد)، کک متوسطگوگرد (حاوی ۰.۵٪-۱.۵٪ گوگرد) و کک کمگوگرد (حاوی کمتر از ۰.۵٪ گوگرد) تقسیم کرد. تولید الکترودهای گرافیتی و سایر محصولات گرافیتی مصنوعی عموماً با استفاده از کک کمگوگرد تولید می‌شود.

کک سوزنی نوعی کک با کیفیت بالا با بافت فیبری آشکار، ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین و گرافیتی شدن آسان است. وقتی کک شکسته می‌شود، می‌توان آن را بر اساس بافت به نوارهای باریک تقسیم کرد (نسبت ابعاد معمولاً بالای ۱.۷۵ است). یک ساختار فیبری ناهمسانگرد را می‌توان زیر میکروسکوپ پلاریزان مشاهده کرد و به همین دلیل به آن کک سوزنی گفته می‌شود.

ناهمسانگردی خواص فیزیکی-مکانیکی کک سوزنی بسیار مشهود است. این ماده رسانایی الکتریکی و حرارتی خوبی در جهت محور طولی ذره دارد و ضریب انبساط حرارتی آن پایین است. در قالب‌گیری اکستروژن، محور طولی اکثر ذرات در جهت اکستروژن قرار می‌گیرد. بنابراین، کک سوزنی ماده اولیه کلیدی برای تولید الکترودهای گرافیتی با توان بالا یا فوق توان بالا است. الکترود گرافیتی تولید شده دارای مقاومت ویژه کم، ضریب انبساط حرارتی کوچک و مقاومت در برابر شوک حرارتی خوب است.

کک سوزنی به کک سوزنی پایه روغنی که از پسماندهای نفتی تولید می‌شود و کک سوزنی پایه زغال‌سنگ که از مواد اولیه قیر زغال‌سنگ تصفیه‌شده تولید می‌شود، تقسیم می‌شود.

قیر زغال سنگ یکی از محصولات اصلی فرآوری عمیق قیر زغال سنگ است. این قیر مخلوطی از هیدروکربن‌های مختلف است که در دمای بالا سیاه، در دمای بالا نیمه جامد یا جامد است، نقطه ذوب ثابتی ندارد، پس از گرم شدن نرم و سپس ذوب می‌شود و چگالی آن 1.25-1.35 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. بر اساس نقطه نرم شدن، به آسفالت دمای پایین، آسفالت دمای متوسط ​​و آسفالت دمای بالا تقسیم می‌شود. بازده آسفالت دمای متوسط ​​54-56٪ قیر زغال سنگ است. ترکیب قیر زغال سنگ بسیار پیچیده است که به خواص قیر زغال سنگ و محتوای هترواتم‌ها مربوط می‌شود و همچنین تحت تأثیر سیستم فرآیند کک‌سازی و شرایط فرآوری قیر زغال سنگ قرار می‌گیرد. شاخص‌های زیادی برای توصیف قیر زغال سنگ وجود دارد، مانند نقطه نرم شدن قیر، مواد نامحلول تولوئن (TI)، مواد نامحلول کینولین (QI)، مقادیر کک‌سازی و رئولوژی قیر زغال سنگ.

قطران زغال سنگ به عنوان چسب و آغشته کننده در صنعت کربن استفاده می‌شود و عملکرد آن تأثیر زیادی بر فرآیند تولید و کیفیت محصول محصولات کربنی دارد. آسفالت چسباننده معمولاً از آسفالت اصلاح‌شده با دمای متوسط ​​یا متوسط ​​با نقطه نرمی متوسط، مقدار کک بالا و رزین β بالا استفاده می‌کند. عامل آغشته‌کننده، آسفالت با دمای متوسط ​​با نقطه نرمی پایین، شاخص کیفیت پایین و خواص رئولوژیکی خوب است.