Grafiittielektrodin raaka-aine ja valmistusprosessi
Grafiittielektrodi on korkeaa lämpötilaa kestävä grafiittia johtava materiaali, joka on valmistettu öljyvaivaamalla, neulakoksista kiviaineksena ja kivihiilibitumista sideaineena, ja ne valmistetaan useilla prosesseilla, kuten vaivaamalla, muovaten, paahtamalla, kyllästämällä, grafitoimalla ja mekaanisesti käsittelemällä materiaalia.
Grafiittielektrodi on tärkeä korkean lämpötilan johtava materiaali sähköteräksen valmistuksessa. Grafiittielektrodia käytetään sähköenergian syöttämiseen sähköuuniin, ja elektrodin pään ja varauksen välisen valokaaren synnyttämää korkeaa lämpötilaa käytetään lämmönlähteenä varauksen sulattamiseen teräksen valmistuksessa. Myös muut malmiuunit, jotka sulattavat materiaaleja, kuten keltaista fosforia, teollista piitä ja hioma-aineita, käyttävät grafiittielektrodeja johtavina materiaaleina. Grafiittielektrodien erinomaisia ja erityisiä fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia käytetään laajalti myös muilla teollisuudenaloilla.
Grafiittielektrodien tuotannon raaka-aineita ovat maaöljykoksi, neulakoksi ja kivihiilitervapiki.
Öljykoksi on syttyvä kiinteä tuote, jota saadaan koksaamalla kivihiilijätteitä ja öljypientä. Väri on musta ja huokoinen, pääaine on hiili ja tuhkapitoisuus on hyvin alhainen, yleensä alle 0,5 %. Öljykoksi kuuluu helposti grafitoituvien hiilen luokkaan. Öljykokilla on laaja käyttöalue kemian- ja metallurgisessa teollisuudessa. Se on tärkein raaka-aine keinotekoisten grafiittituotteiden ja hiilituotteiden valmistuksessa elektrolyyttisessä alumiinissa.
Maaöljykoksi voidaan jakaa kahteen tyyppiin: raakakoksi ja kalsinoitu koksi lämpökäsittelylämpötilan mukaan. Viivästetyllä koksauksella saatu maaöljykoksi sisältää paljon haihtuvia aineita ja sen mekaaninen lujuus on alhainen. Kalsinoitu koksi saadaan kalsinoimalla raakakoksia. Useimmat Kiinan jalostamot tuottavat vain koksia, ja kalsinointi tapahtuu enimmäkseen hiililaitoksissa.
Maaöljykoksi voidaan jakaa runsasrikkiseen koksiin (joka sisältää yli 1,5 % rikkiä), keskirikkiseen koksiin (joka sisältää 0,5–1,5 % rikkiä) ja vähärikkiseen koksiin (joka sisältää alle 0,5 % rikkiä). Grafiittielektrodien ja muiden keinotekoisten grafiittituotteiden tuotanto tapahtuu yleensä vähärikkisestä koksista.
Neulakoksi on korkealaatuinen koksi, jolla on selvästi kuituinen rakenne, erittäin alhainen lämpölaajenemiskerroin ja helppo grafitoituminen. Kun koksi rikkoutuu, se voidaan jakaa ohuiksi suikaleiksi rakenteen mukaan (kuvasuhde on yleensä yli 1,75). Anisotrooppinen kuituinen rakenne voidaan havaita polarisoivalla mikroskoopilla, ja siksi sitä kutsutaan neulakoksiksi.
Neulakoksin fysikaalis-mekaanisten ominaisuuksien anisotropia on hyvin ilmeinen. Sillä on hyvä sähkön- ja lämmönjohtavuus hiukkasen pituusakselin suunnassa ja alhainen lämpölaajenemiskerroin. Ekstruusiomuovauksessa useimpien hiukkasten pituusakseli on ekstruusiosuunnan mukainen. Siksi neulakoksi on tärkein raaka-aine suurteho- tai erittäin suurtehografiittielektrodien valmistuksessa. Tuotetulla grafiittielektrodilla on alhainen resistiivisyys, pieni lämpölaajenemiskerroin ja hyvä lämmönshokin kestävyys.
Neulakoksi jaetaan öljypohjaiseen neulakoksiin, jota tuotetaan maaöljyjätteestä, ja hiilipohjaiseen neulakoksiin, jota tuotetaan jalostetusta kivihiilipikiraaka-aineesta.
Kivihiiliterva on yksi kivihiilitervan syväkäsittelyn päätuotteista. Se on erilaisten hiilivetyjen seos, joka muuttuu mustaksi korkeassa lämpötilassa, puolikiinteäksi tai kiinteäksi korkeassa lämpötilassa, jolla ei ole kiinteää sulamispistettä, joka pehmenee kuumennuksen jälkeen ja sulaa sitten. Sen tiheys on 1,25–1,35 g/cm3. Pehmenemispisteensä mukaan se jaetaan matalan lämpötilan, keskilämpötilan ja korkean lämpötilan asfalttiin. Keskilämpötilan asfaltin saanto on 54–56 % kivihiilitervasta. Kivihiilitervan koostumus on erittäin monimutkainen, ja se liittyy kivihiilitervan ominaisuuksiin ja heteroatomien pitoisuuteen, ja siihen vaikuttavat myös koksausprosessijärjestelmä ja kivihiilitervan käsittelyolosuhteet. Kivihiilitervapien karakterisoimiseksi on olemassa monia indikaattoreita, kuten bitumin pehmenemispiste, tolueeniin liukenemattomat aineet (TI), kinoliiniin liukenemattomat aineet (QI), koksausarvot ja kivihiilipihkan reologia.
Kivihiilitervaa käytetään sideaineena ja kyllästysaineena hiiliteollisuudessa, ja sen suorituskyvyllä on suuri vaikutus hiilituotteiden tuotantoprosessiin ja tuotteen laatuun. Sideaineasfaltti on yleensä keskilämpötilan tai keskilämpötilan modifioitua asfalttia, jolla on kohtalainen pehmenemispiste, korkea koksautumisarvo ja korkea β-hartsipitoisuus. Kyllästysaineena käytetään keskilämpötilan asfalttia, jolla on alhainen pehmenemispiste, alhainen QI ja hyvät reologiset ominaisuudet.
Julkaisun aika: 23. syyskuuta 2019