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.
Seuraava kuva näyttää grafiittielektrodin tuotantoprosessin hiiliyrityksessä.
Kalsinointi: Hiilipitoista raaka-ainetta lämpökäsitellään korkeassa lämpötilassa sen sisältämän kosteuden ja haihtuvien aineiden poistamiseksi. Tuotantoprosessia, joka parantaa alkuperäistä keittokykyä, kutsutaan kalsinoinniksi. Yleensä hiilipitoista raaka-ainetta kalsinoidaan käyttämällä lämmönlähteenä kaasua ja sen omia haihtuvia aineita, ja maksimilämpötila on 1250–1350 °C.
Kalsinointi tekee merkittäviä muutoksia hiilipitoisten raaka-aineiden rakenteeseen ja fysikaalis-kemiallisiin ominaisuuksiin, pääasiassa parantamalla koksin tiheyttä, mekaanista lujuutta ja sähkönjohtavuutta, parantamalla koksin kemiallista stabiilisuutta ja hapettumiskestävyyttä, mikä luo pohjan myöhemmälle prosessille.
Kalsinointilaitteisiin kuuluvat pääasiassa säiliökalsinointilaitteet, kiertouunit ja sähköiset kalsinointilaitteet. Kalsinoinnin laadunvalvontaindeksi on, että öljykoksin todellinen tiheys on vähintään 2,07 g/cm3, resistiivisyys enintään 550 μΩ·m, neulakoksin todellinen tiheys vähintään 2,12 g/cm3 ja resistiivisyys enintään 500 μΩ·m.
Raaka-aineiden murskaus ja ainesosat
Ennen annostelua irtotavarana oleva kalsinoitu maaöljykoksi ja neulakoksi on murskattava, jauhettava ja seulottava.
Keskimurskaus suoritetaan yleensä noin 50 mm:n murskauslaitteilla leukamurskaimen, vasaramurskaimen, valssimurskaimen tai vastaavien avulla, jotta annosteluun tarvittava 0,5–20 mm:n kokoinen materiaali murskataan edelleen.
Jauhatus on prosessi, jossa hiilipitoinen materiaali jauhetaan suspensiotyyppisellä rengasvalssimyllyllä (Raymond-myllyllä), kuulamyllyllä tai vastaavalla laitteella jauhemaiseksi, enintään 0,15 mm:n kokoiseksi ja enintään 0,075 mm:n hiukkaskooksi.
Seulonta on prosessi, jossa laaja valikoima murskattuja materiaaleja jaetaan useisiin kapeaan hiukkaskokoluokkaan useiden, samanaukkoisten seulojen avulla. Nykyisessä elektrodituotannossa tarvitaan yleensä 4–5 pellettiä ja 1–2 jauhelaatua.
Ainesosat ovat tuotantoprosesseja, joissa lasketaan, punnitaan ja tarkennetaan eri kiviainesten, jauheiden ja sideaineiden runkoaineet formulaatiovaatimusten mukaisesti. Formulaation tieteellinen soveltuvuus ja annosteluoperaation stabiilius ovat tärkeimpiä tekijöitä, jotka vaikuttavat tuotteen laatuindeksiin ja suorituskykyyn.
Kaavan on määritettävä viisi näkökohtaa:
1Valitse raaka-aineiden tyyppi;
2 määrittää erityyppisten raaka-aineiden osuuden;
3 kiinteän raaka-aineen hiukkaskokokoostumuksen määrittäminen;
4 määritä sideaineen määrä;
5 Määritä lisäaineiden tyyppi ja määrä.
Vaivaaminen: Eri hiukkaskokoisia hiilipitoisia rakeita ja jauheita sekoitetaan ja kvantifioidaan tietyn määrän sideainetta kanssa tietyssä lämpötilassa ja plastisuuspastan vaivaaminen prosessiksi, jota kutsutaan vaivaamiseksi.
Vaivausprosessi: kuivasekoitus (20–35 min) märkäsekoitus (40–55 min)
Vaivaamisen rooli:
1 Kuivasekoituksessa eri raaka-aineet sekoitetaan tasaisesti ja eri hiukkaskokoiset kiinteät hiilipitoiset materiaalit sekoitetaan tasaisesti ja täytetään seoksen kompaktiuden parantamiseksi;
2 Kivihiilitervapien lisäämisen jälkeen kuiva-aine ja asfaltti sekoitetaan tasaisesti. Nestemäinen asfaltti peittää ja kostuttaa rakeiden pinnan tasaisesti muodostaen asfalttia sitovan kerroksen, ja kaikki materiaalit sitoutuvat toisiinsa muodostaen homogeenisen muovikerroksen. Edistää muovautumista;
Kolme osaa kivihiilitervapikeä tunkeutuu hiilipitoisen materiaalin sisätilaan, mikä lisää entisestään tahnan tiheyttä ja koheesiota.
Muovaus: Hiilimateriaalin muovaus tarkoittaa vaivattua hiilipastaa plastisesti muotoilevaa muovauslaitteen kohdistaman ulkoisen voiman avulla, jolloin lopulta muodostuu tietty muoto, koko, tiheys ja lujuus.
Muovaustyypit, laitteet ja tuotetut tuotteet:
Muovausmenetelmä
Yleiset laitteet
päätuotteet
Muovaus
Pystysuora hydraulinen puristin
Sähköhiili, matala-arvoinen hienorakenteinen grafiitti
Puristaa
Vaakasuora hydraulinen ekstruuderi
Ruuviekstruuderi
Grafiittielektrodi, neliöelektrodi
Tärinämuovaus
Tärinämuovauskone
Alumiinihiilitiili, masuunihiilitiili
Isostaattinen puristus
Isostaattinen muovauskone
Isotrooppinen grafiitti, anisotrooppinen grafiitti
Puristustoiminto
1 viileä materiaali: levyn jäähdytysmateriaali, sylinterin jäähdytysmateriaali, jäähdytysmateriaalien sekoittaminen ja vaivaaminen jne.
Poista haihtuvat aineet, laske lämpötila sopivaan arvoon (90–120 °C) tarttuvuuden parantamiseksi, jotta tahnan möykkyisyys pysyy tasaisena 20–30 minuutin ajan.
2 Ladataan: paina nostolevyä —– 2-3 kertaa leikkaus —-4-10MPa tiivistys
3 esipaine: paine 20-25MPa, aika 3-5min, imuroinnin aikana
4. puristus: paina ohjauslevyä — 5–15 MPa:n puristus — leikata — jäähdytysaltaaseen
Suulakepuristuksen tekniset parametrit: puristussuhde, puristuskammion ja suuttimen lämpötila, jäähdytyslämpötila, esijännityspaineen aika, suulakepuristuspaine, suulakepuristusnopeus, jäähdytysveden lämpötila
Tuoreen kappaleen tarkastus: tiheys, ulkonäköanalyysi, analyysi
Kalsinointi: Se on prosessi, jossa hiilituotteen vihreä kappale täytetään erityisesti suunniteltuun lämmitysuuniin täyteaineen suojassa korkean lämpötilan lämpökäsittelyä varten, jossa vihreän kappaleen hiilipien hiileksi saadaan. Hiilibitumin hiilestymisen jälkeen muodostunut bitumikoksi jähmettää hiilipitoisen kiviaineksen ja jauhehiukkaset yhteen, ja kalsinoidulla hiilituotteella on korkea mekaaninen lujuus, alhainen sähkönresistanssi, hyvä lämmönkestävyys ja kemiallinen stabiilius.
Kalsinointi on yksi hiilituotteiden tuotannon pääprosesseista ja tärkeä osa grafiittielektrodien tuotannon kolmea päälämpökäsittelyprosessia. Kalsinoinnin tuotantosykli on pitkä (22–30 päivää paistamisessa, 5–20 päivää uuneissa 2 paistamisessa) ja korkea energiankulutus. Vihreän pasutuksen laatu vaikuttaa valmiin tuotteen laatuun ja tuotantokustannuksiin.
Vihreän kivihiilen piki koksautuu pasutusprosessin aikana, ja noin 10 % haihtuvista aineista poistuu, ja tilavuus pienenee 2–3 %:n kutistumalla ja massahävikki on 8–10 %. Myös hiiliaihion fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet muuttuivat merkittävästi. Huokoisuus laski 1,70 g/cm3:stä 1,60 g/cm3:iin ja resistiivisyys laski 10 000 μΩ·m:stä 40–50 μΩ·m:iin huokoisuuden lisääntymisen vuoksi. Myös kalsinoidun aihion mekaaninen lujuus oli suuri. Parannusta varten.
Toissijainen paisto on prosessi, jossa kalsinoitu tuote upotetaan ja sitten kalsinoidaan, jotta kalsinoidun tuotteen huokosiin upotettu pihka hiiltyy. Suurempaa tiheyttä vaativat elektrodit (kaikki lajikkeet paitsi RP) ja liitosaihiot on poltettava kahdesti, ja liitosaihiot altistetaan myös kolminkertaiselle nelospaistolle tai kahdelle kolminkertaiselle paistolle.
Pääuunin tyyppi:
Jatkuva käyttö – rengasuuni (kannella, ilman kantta), tunneliuuni
Jaksottainen käyttö – käänteispolttouuni, lattian alla oleva paahtouuni, laatikkopaahtouuni
Kalsinointikäyrä ja maksimilämpötila:
Kertapaisto – 320, 360, 422, 480 tuntia, 1250 °C
Toissijainen paahtaminen – 125, 240, 280 tuntia, 700–800 °C
Leivonnaisten tarkastus: ulkonäön tarkastus, sähkönresistanssi, tiheys, puristuslujuus, sisäisen rakenteen analyysi
Kyllästäminen on prosessi, jossa hiilimateriaali asetetaan paineastiaan ja nestemäinen kyllästysaine upotetaan tuoteelektrodin huokosiin tietyissä lämpötila- ja paineolosuhteissa. Tarkoituksena on vähentää tuotteen huokoisuutta, lisätä tuotteen tiheyttä ja mekaanista lujuutta sekä parantaa tuotteen sähkön- ja lämmönjohtavuutta.
Kyllästysprosessi ja siihen liittyvät tekniset parametrit ovat: aihion pasutus – pinnan puhdistus – esilämmitys (260–380 °C, 6–10 tuntia) – kyllästyssäiliön täyttö – imurointi (8–9 KPa, 40–50 min) – Bitumin injektointi (180–200 °C) – Paineistus (1,2–1,5 MPa, 3–4 tuntia) – Paluu asfalttiin – Jäähdytys (säiliön sisällä tai ulkopuolella)
Kyllästettyjen tuotteiden tarkastus: kyllästyksen painonnousunopeus G=(W2-W1)/W1×100%
Yhden dippauksen painonnousunopeus ≥14%
Toissijaisesti kyllästetyn tuotteen painonnousu ≥ 9 %
Kolmen dippaustuotteen painonnousu ≥ 5 %
Grafitointi tarkoittaa korkean lämpötilan lämpökäsittelyprosessia, jossa hiilituote kuumennetaan vähintään 2300 °C:n lämpötilaan suojaväliaineessa korkean lämpötilan sähköuunissa amorfisen kerrosrakenteen muuttamiseksi kolmiulotteiseksi järjestetyksi grafiittikiderakenteeksi.
Grafitisoinnin tarkoitus ja vaikutus:
1 parantaa hiilimateriaalin johtavuutta ja lämmönjohtavuutta (resistiivisyys pienenee 4-5 kertaa ja lämmönjohtavuus kasvaa noin 10 kertaa);
2 parantaa hiilimateriaalin lämpöshokinkestävyyttä ja kemiallista stabiilisuutta (lineaarinen laajenemiskerroin pienenee 50–80 %);
3 hiilimateriaalin voitelevuuden ja kulutuskestävyyden parantamiseksi;
4 Pakokaasujen epäpuhtaudet parantavat hiilimateriaalin puhtautta (tuotteen tuhkapitoisuus laskee 0,5–0,8 prosentista noin 0,3 prosenttiin).
Grafitointiprosessin toteutus:
Hiilimateriaalin grafitointi suoritetaan korkeassa 2300–3000 °C:n lämpötilassa, joten teollisuudessa se voidaan toteuttaa vain sähkölämmityksellä, eli virta kulkee suoraan lämmitetyn kalsinoidun tuotteen läpi ja uuniin syötetty kalsinoitu tuote syntyy korkeassa lämpötilassa sähkövirralla. Johdin on jälleen kappale, joka lämmitetään korkeaan lämpötilaan.
Nykyään laajalti käytettyihin uuneihin kuuluvat Achesonin grafitointiuunit ja sisäisen lämmön kaskadiuunit (LWG). Ensin mainitulla on suuri teho, suuri lämpötilaero ja korkea tehonkulutus. Jälkimmäisellä on lyhyt lämmitysaika, alhainen tehonkulutus ja tasainen sähkönvastus, eivätkä ne sovellu asennettaviksi.
Grafitointiprosessin ohjausta ohjataan mittaamalla lämpötilan nousuolosuhteisiin sopivaa sähkötehokäyrää. Virransyöttöaika on Acheson-uunissa 50–80 tuntia ja LWG-uunissa 9–15 tuntia.
Grafitoinnin energiankulutus on erittäin suuri, yleensä 3200–4800 kWh, ja prosessikustannukset muodostavat noin 20–35 % kokonaistuotantokustannuksista.
Grafitoitujen tuotteiden tarkastus: ulkonäön tarkastus, resistiivisyystesti
Koneistus: Hiiligrafiittimateriaalien mekaanisen työstön tarkoituksena on saavuttaa tarvittava koko, muoto, tarkkuus jne. leikkaamalla elektrodin runko ja liitokset käyttövaatimusten mukaisesti.
Grafiittielektrodin käsittely on jaettu kahteen itsenäiseen käsittelyprosessiin: elektrodin runkoon ja liitokseen.
Korin työstö sisältää kolme vaihetta: tasaisen päätypinnan, ulkokehän ja tasaisen päätypinnan porauksen ja karhennuksen sekä kierteiden jyrsinnän. Kartioliitoksen työstö voidaan jakaa kuuteen prosessiin: leikkaus, tasainen päätypinta, kartiopinta, kierteiden jyrsintä, pulttien poraus ja uritus.
Elektrodiliitosten liitäntä: kartiomainen liitos (kolme solkea ja yksi solki), sylinterimäinen liitos, nystyräliitos (uros- ja naarasliitos)
Koneistuksen tarkkuuden tarkistus: kierteen kartiopoikkeama, kierteen nousu, liitoksen (reiän) suuren halkaisijan poikkeama, liitoksen reiän koaksiaalisuus, liitoksen reiän pystysuuntaisuus, elektrodin päätypinnan tasaisuus, liitoksen nelipistepoikkeama. Tarkista erityisillä rengasmitoilla ja levymitoilla.
Valmiiden elektrodien tarkastus: tarkkuus, paino, pituus, halkaisija, tiheys, resistiivisyys, kokoonpanoa edeltävä toleranssi jne.
Julkaisun aika: 31.10.2019