A grafitelektróda egy magas hőmérsékletnek ellenálló grafitvezető anyag, amelyet kőolajgyúrásból, tűkokszból adalékanyagként és szénbitumenből kötőanyagként állítanak elő, és amelyeket olyan folyamatok sorozatával állítanak elő, mint a gyúrás, öntés, pörkölés, impregnálás, grafitizálás és mechanikai feldolgozás.
A grafitelektróda fontos, magas hőmérsékleten vezető anyag az elektromos acélgyártásban. A grafitelektródát elektromos energia betáplálására használják az elektromos kemencébe, és az elektróda vége és a töltés közötti ív által létrehozott magas hőmérsékletet hőforrásként használják a töltés megolvasztásához az acélgyártásban. Más érckemencek, amelyek olyan anyagokat olvasztanak, mint a sárga foszfor, az ipari szilícium és a csiszolóanyagok, szintén grafitelektródákat használnak vezető anyagként. A grafitelektródák kiváló és különleges fizikai és kémiai tulajdonságait más ipari ágazatokban is széles körben alkalmazzák.
A grafitelektródák gyártásának alapanyagai a petrolkoksz, a tűkoksz és a kőszénkátrány.
A petrolkoksz egy gyúlékony szilárd termék, amelyet szénmaradék és kőolajszurok kokszolásával nyernek. Színe fekete és porózus, fő eleme a szén, hamutartalma pedig nagyon alacsony, általában 0,5% alatti. A petrolkoksz a könnyen grafitizálódó szén osztályába tartozik. A petrolkoksz széles körben felhasználható a vegyiparban és a kohászatban. Ez a fő nyersanyag a mesterséges grafittermékek és az elektrolitikus alumínium széntermékeinek előállításához.
A kőolajkoksz a hőkezelési hőmérséklet szerint két típusra osztható: nyers kokszra és kalcinált kokszra. Az előbbi, késleltetett kokszolással nyert kőolajkoksz nagy mennyiségű illékony anyagot tartalmaz, és mechanikai szilárdsága alacsony. A kalcinált kokszot nyers koksz kalcinálásával nyerik. Kína legtöbb finomítója csak kokszot termel, és a kalcinálási műveleteket többnyire szénüzemekben végzik.
A kőolajkoksz nagy kéntartalmú kokszra (1,5%-nál több ként tartalmaz), közepes kéntartalmú kokszra (0,5%-1,5% ként tartalmaz) és alacsony kéntartalmú kokszra (0,5%-nál kevesebb ként tartalmaz) osztható. A grafitelektródák és más mesterséges grafittermékek előállításához általában alacsony kéntartalmú kokszot használnak.
A tűkoksz egy kiváló minőségű kokszfajta, jellegzetes rostos textúrával, nagyon alacsony hőtágulási együtthatóval és könnyű grafitizálódási képességgel. Amikor a kokszot feltörik, textúrája szerint vékony csíkokra lehet osztani (a képarány általában 1,75 felett van). Polarizációs mikroszkóp alatt anizotróp rostos szerkezet figyelhető meg, ezért tűkoksznak nevezik.
A tűkoksz fizikai-mechanikai tulajdonságainak anizotrópiája nagyon szembetűnő. Jó elektromos és hővezető képességgel rendelkezik a részecske hossztengelyével párhuzamosan, és alacsony a hőtágulási együtthatója. Extrudáláskor a legtöbb részecske hossztengelye az extrudálás irányába esik. Ezért a tűkoksz a nagy teljesítményű vagy ultra nagy teljesítményű grafitelektródák gyártásának kulcsfontosságú alapanyaga. Az előállított grafitelektróda alacsony ellenállással, kis hőtágulási együtthatóval és jó hősokk-állósággal rendelkezik.
A tűkokszot kőolajmaradékból előállított olaj alapú tűkokszra és finomított szénszurok-alapanyagokból előállított szén alapú tűkokszra osztják.
A kőszénkátrány a kőszénkátrány mélyfeldolgozásának egyik fő terméke. Különböző szénhidrogének keveréke, magas hőmérsékleten fekete, magas hőmérsékleten félszilárd vagy szilárd, nincs rögzített olvadáspontja, hevítés után lágyul, majd megolvad, sűrűsége 1,25-1,35 g/cm3. Lágyuláspontja szerint alacsony hőmérsékletű, közepes hőmérsékletű és magas hőmérsékletű aszfaltra osztják. A közepes hőmérsékletű aszfalt hozama a kőszénkátrány 54-56%-a. A kőszénkátrány összetétele rendkívül bonyolult, ami összefügg a kőszénkátrány tulajdonságaival és a heteroatomok tartalmával, valamint a kokszolási folyamatrendszer és a kőszénkátrány feldolgozási körülményei is befolyásolják. A kőszénkátrány-szurok jellemzésére számos mutató létezik, például a bitumen lágyuláspontja, a toluolban oldhatatlan anyagok (TI), a kinolinban oldhatatlan anyagok (QI), a kokszolási értékek és a szénszurok reológiája.
A kőszénkátrányt kötőanyagként és impregnálószerként használják a széniparban, és teljesítménye nagy hatással van a széntermékek gyártási folyamatára és a termékminőségre. A kötőaszfalt általában közepes hőmérsékletű vagy közepes hőmérsékletű módosított aszfaltot használ, amelynek mérsékelt lágyuláspontja, magas kokszolódási értéke és magas β-gyantatartalma van. Az impregnálószer egy közepes hőmérsékletű aszfalt, amelynek alacsony a lágyuláspontja, alacsony a QI-értéke és jó reológiai tulajdonságai.
A következő kép a grafitelektróda gyártási folyamatát mutatja be a széngyártó vállalatnál.
Kalcinálás: A széntartalmú nyersanyagot magas hőmérsékleten hőkezelik, hogy eltávolítsák a benne lévő nedvességet és illékony anyagokat, és az eredeti főzési teljesítmény javításának megfelelő előállítási folyamatot kalcinálják. Általában a széntartalmú nyersanyagot gázzal és saját illékony anyagaival hőforrásként kalcinálják, a maximális hőmérséklet 1250-1350 °C.
A kalcinálás mélyreható változásokat hoz a széntartalmú nyersanyagok szerkezetében és fizikai-kémiai tulajdonságaiban, főként a koksz sűrűségének, mechanikai szilárdságának és elektromos vezetőképességének javításában, a koksz kémiai stabilitásának és oxidációs ellenállásának javításában, megalapozva a későbbi folyamatot.
A kalcinált berendezések főként tartályos kalcinálókat, forgókemencéket és elektromos kalcinálókat tartalmaznak. A kalcinálás minőségellenőrzési mutatója, hogy a petrolkoksz valódi sűrűsége legalább 2,07 g/cm3, az ellenállása legfeljebb 550 μΩ·m, a tűkoksz valódi sűrűsége legalább 2,12 g/cm3, az ellenállása pedig legfeljebb 500 μΩ·m.
Nyersanyag-aprítás és összetevők
A keverés előtt a kalcinált petrolkokszt és a tűkokszt össze kell zúzni, őrölni és szitálni kell.
A közepes zúzás általában körülbelül 50 mm-es zúzóberendezéssel történik, például pofás zúzón, kalapácsos zúzón, hengeres zúzón és hasonlókon keresztül, hogy tovább zúzzák az adagoláshoz szükséges 0,5-20 mm méretű anyagot.
Az őrlés egy olyan eljárás, amelynek során egy széntartalmú anyagot szuszpenziós típusú gyűrűs hengermalommal (Raymond-malom), golyósmalommal vagy hasonlóval 0,15 mm-es vagy annál kisebb szemcseméretű, porszerű, apró részecskékké őrölnek.
A szitálás egy olyan eljárás, amelynek során a zúzás utáni anyagok széles skáláját egyenletes nyílású sziták sorozatán keresztül több szűk mérettartományú részecskeméret-tartományra osztják. A jelenlegi elektródagyártás általában 4-5 pelletet és 1-2 porminőséget igényel.
Az összetevők azok a gyártási folyamatok, amelyek során a különböző adalékanyagokat, porokat és kötőanyagokat a formulációs követelményeknek megfelelően kiszámítják, mérik és koncentrálják. A formuláció tudományos alkalmassága és a keverési művelet stabilitása a termék minőségi mutatóját és teljesítményét befolyásoló legfontosabb tényezők közé tartozik.
A képletnek 5 szempontot kell meghatároznia:
1Válassza ki a nyersanyagok típusát;
2. határozza meg a különböző típusú nyersanyagok arányát;
3. a szilárd alapanyag szemcseméret-összetételének meghatározása;
4. határozza meg a kötőanyag mennyiségét;
5 Határozza meg az adalékanyagok típusát és mennyiségét.
Gyúrás: Különböző szemcseméretű széntartalmú granulátumok és porok összekeverése és mennyiségi meghatározása bizonyos mennyiségű kötőanyaggal egy bizonyos hőmérsékleten, majd a képlékeny paszta gyúrása egy gyúrásnak nevezett folyamat során.
Gyúrási folyamat: száraz keverés (20-35 perc) nedves keverés (40-55 perc)
A dagasztás szerepe:
1 Száraz keveréskor a különböző nyersanyagokat egyenletesen összekeverik, és a különböző szemcseméretű szilárd széntartalmú anyagokat egyenletesen összekeverik és feltöltik a keverék tömörségének javítása érdekében;
2. A kőszénkátrány hozzáadása után a száraz anyagot és az aszfaltot egyenletesen összekeverik. A folyékony aszfalt egyenletesen bevonja és nedvesíti a szemcsék felületét, aszfaltkötő réteget képezve, és az összes anyag egymáshoz kötődik, homogén képlékeny kenetet képezve. Elősegíti a formázást;
3 rész kőszénkátrány-szurok behatol a széntartalmú anyag belső terébe, tovább növelve a paszta sűrűségét és kohéziós képességét.
Formázás: A szénanyag formázása a gyúrt szénpaszta képlékeny deformálását jelenti a formázóberendezés által kifejtett külső erő hatására, amelynek eredményeként végül egy bizonyos alakú, méretű, sűrűségű és szilárdságú zöld test (vagy nyerstermék) jön létre.
Formázási típusok, berendezések és gyártott termékek:
Formázási módszer
Közös felszerelés
fő termékek
Öntvény
Függőleges hidraulikus prés
Elektromos szén, alacsony minőségű finomszerkezetű grafit
Présel
Vízszintes hidraulikus extruder
Csavaros extruder
Grafit elektróda, négyzet alakú elektróda
Vibrációs öntés
Vibrációs formázógép
Alumínium széntégla, kohó széntégla
Izosztatikus préselés
Izosztatikus formázógép
Izotróp grafit, anizotrop grafit
Szorítási művelet
1. Hűtőanyag: tárcsás hűtőanyag, hengeres hűtőanyag, keverő- és dagasztóhűtőanyagok stb.
Az illékony anyagokat el kell távolítani, a tapadás növelése érdekében megfelelő hőmérsékletre (90-120 °C) kell csökkenteni, hogy a paszta tömörsége 20-30 percig egyenletes legyen.
2 Betöltés: préselő terelőlap —– 2-3-szoros vágás—-4-10MPa tömörítés
3 előnyomás: nyomás 20-25MPa, idő 3-5 perc, porszívózás közben
4. extrudálás: nyomja le a terelőlemezt — 5-15MPa extrudálást — vágja be — a hűtőbordába
Az extrudálás műszaki paraméterei: tömörítési arány, préskamra és fúvóka hőmérséklete, hűtési hőmérséklet, előfeszítési nyomásidő, extrudálási nyomás, extrudálási sebesség, hűtővíz hőmérséklete
Zöldtest-vizsgálat: testsűrűség, megjelenési mintavételezés, elemzés
Kalcinálás: Ez egy olyan eljárás, amelynek során a széntermék zöld testét egy speciálisan tervezett fűtőkemencébe töltik a töltőanyag védelme alatt, hogy magas hőmérsékletű hőkezelést végezzenek a zöld testben lévő szénszurok elszenesítésére. A szénbitumen karbonizálása után képződő bitumenkoksz megszilárdítja a széntartalmú adalékanyagot és a porszemcséket, és a kalcinált széntermék nagy mechanikai szilárdsággal, alacsony elektromos ellenállással, jó hőstabilitással és kémiai stabilitással rendelkezik. .
A kalcinálás a széntermékek előállításának egyik fő folyamata, és a grafitelektróda gyártásának három fő hőkezelési folyamatának is fontos része. A kalcinálási termelési ciklus hosszú (22-30 nap sütéshez, 5-20 nap kemencékben 2 sütéshez), és magasabb energiafogyasztású. A zöldpörkölés minősége hatással van a késztermék minőségére és a termelési költségekre.
A zöld testben lévő zöld szénszurok a pörkölési folyamat során kokszolódik, az illékony anyagok körülbelül 10%-a távozik, a térfogat 2-3%-os zsugorodásból adódik, a tömegveszteség pedig 8-10%. A széntusa fizikai és kémiai tulajdonságai is jelentősen megváltoztak. A porozitás 1,70 g/cm3-ről 1,60 g/cm3-re, az ellenállás pedig 10000 μΩ·m-ről 40-50 μΩ·m-re csökkent a porozitás növekedése miatt. A kalcinált tuskó mechanikai szilárdsága is nagy volt. A fejlesztés jegyében...
A másodlagos sütési eljárás során a kalcinált terméket bemerítik, majd kalcinálják, hogy a pórusaiba merített szurkot elszenesítsék. A nagyobb testsűrűséget igénylő elektródákat (az RP kivételével minden fajtát) és az illesztési nyersanyagokat kétszeres égetéssel kell kezelni, a illesztési nyersanyagokat pedig háromszoros, négyszeres vagy kétszeres, háromszoros égetéssel is kezelik.
A pörkölő fő kemence típusa:
Folyamatos üzem – gyűrűs kemence (fedővel, fedél nélkül), alagútkemence
Szakaszos működés – fordított kemence, padló alatti pörkölő, dobozos pörkölő
Kalcinálási görbe és maximális hőmérséklet:
Egyszeri pörkölés – 320, 360, 422, 480 óra, 1250 °C
Másodlagos pörkölés – 125, 240, 280 óra, 700–800 °C
Sütőipari termékek vizsgálata: megjelenésvizsgálat, elektromos ellenállás, térfogatsűrűség, nyomószilárdság, belső szerkezetelemzés
Az impregnálás egy olyan eljárás, amelynek során egy szén anyagot nyomástartó edénybe helyeznek, és a folyékony impregnáló gyantát bizonyos hőmérsékleti és nyomásviszonyok között a termék elektródájának pórusaiba merítik. A cél a termék porozitásának csökkentése, a termék térfogatsűrűségének és mechanikai szilárdságának növelése, valamint a termék elektromos és hővezető képességének javítása.
Az impregnálási folyamat és a kapcsolódó műszaki paraméterek a következők: hasábpörkölés – felülettisztítás – előmelegítés (260-380 °C, 6-10 óra) – az impregnáló tartály feltöltése – vákuumozás (8-9KPa, 40-50 perc) – Bitumen befecskendezés (180-200 °C) – Nyomás alá helyezés (1,2-1,5 MPa, 3-4 óra) – Visszatérés az aszfaltra – Hűtés (a tartályon belül vagy kívül)
Impregnált termékek vizsgálata: impregnálás súlygyarapodási sebessége G=(W2-W1)/W1×100%
Egyetlen mártogatás súlygyarapodási aránya ≥14%
Másodlagosan impregnált termék súlygyarapodási aránya ≥ 9%
Három mártogatós termék súlygyarapodási aránya ≥ 5%
A grafitizálás egy magas hőmérsékletű hőkezelési eljárás, amelynek során egy szénterméket 2300 °C-os vagy annál magasabb hőmérsékletre melegítenek védőközegben egy magas hőmérsékletű elektromos kemencében, hogy egy amorf réteges szerkezetű szenet háromdimenziós rendezett grafit kristályszerkezetté alakítsanak.
A grafitizálás célja és hatása:
1. javítja a szén anyag vezetőképességét és hővezető képességét (az ellenállás 4-5-szörösére csökken, a hővezető képesség pedig körülbelül 10-szeresére nő);
2. javítja a szén anyag hősokk-állóságát és kémiai stabilitását (a lineáris tágulási együttható 50-80%-kal csökken);
3. a szén anyag kenőképességének és kopásállóságának biztosítása;
4. Kipufogógáz-szennyeződések eltávolítása, a szénanyag tisztaságának javítása (a termék hamutartalma 0,5-0,8%-ról körülbelül 0,3%-ra csökken).
A grafitizációs folyamat megvalósítása:
A szén anyag grafitizálása magas, 2300-3000 °C-os hőmérsékleten történik, ezért az iparban csak elektromos fűtéssel valósítható meg, azaz az áram közvetlenül áthalad a felmelegített kalcinált terméken, és a kemencébe töltött kalcinált terméket a magas hőmérsékletű elektromos áram hozza létre. A vezető ismét egy olyan tárgy, amelyet magas hőmérsékletre melegítenek.
A jelenleg széles körben használt kemencék közé tartoznak az Acheson-féle grafitizáló kemencék és a belső fűtésű kaszkád (LWG) kemencék. Az előbbi nagy teljesítményű, nagy hőmérsékletkülönbséggel és magas energiafogyasztással rendelkezik. Az utóbbi rövid fűtési idővel, alacsony energiafogyasztással, egyenletes elektromos ellenállással rendelkezik, és nem alkalmas illesztésre.
A grafitizációs folyamat szabályozását a hőmérséklet-emelkedési feltételnek megfelelő elektromos teljesítménygörbe mérésével végezzük. Az Acheson kemence tápellátási ideje 50-80 óra, az LWG kemenceé pedig 9-15 óra.
A grafitizálás energiafogyasztása nagyon nagy, általában 3200-4800 kWh, és a folyamatköltség a teljes termelési költség mintegy 20-35%-át teszi ki.
Grafitizált termékek vizsgálata: megjelenésvizsgálat, ellenállásvizsgálat
Megmunkálás: A széngrafit anyagok mechanikus megmunkálásának célja a kívánt méret, alak, pontosság stb. elérése a forgácsolással, hogy az elektróda teste és az illesztések a felhasználási követelményeknek megfelelően készüljenek.
A grafitelektróda feldolgozása két független feldolgozási folyamatra oszlik: elektródatestre és illesztésre.
A karosszéria megmunkálása három lépésből áll: sík felület, külső kör és sík felület fúrása és nagyolása, valamint menetmarás. A kúpos illesztés megmunkálása hat folyamatra osztható: vágás, sík felület, kúpos felület, menetmarás, csavarfúrás és horonymarás.
Elektródacsatlakozások csatlakoztatása: kúpos csatlakozás (három csat és egy csat), hengeres csatlakozás, dudorcsatlakozás (dugasz és anya csatlakozás)
Megmunkálási pontosság ellenőrzése: menetkúposság-eltérés, menetemelkedés, illesztés (furat) nagy átmérőjű eltérése, illesztési furat koaxialitása, illesztési furat függőlegessége, elektróda végfelületének síksága, illesztési négypont-eltérés. Ellenőrizhető speciális gyűrűs idomszerekkel és lemezes idomszerekkel.
Kész elektródák ellenőrzése: pontosság, súly, hossz, átmérő, testsűrűség, fajlagos ellenállás, összeszerelés előtti tűrés stb.
Közzététel ideje: 2019. október 31.