Materia prima e processo di fabbricazione dell'elettrodo di grafite
L'elettrodo di grafite è un materiale conduttivo in grafite resistente alle alte temperature, prodotto mediante impasto di petrolio, coke aghiforme come aggregato e bitume di carbone come legante, i quali vengono prodotti attraverso una serie di processi quali impasto, stampaggio, tostatura, impregnazione, grafitizzazione e lavorazione meccanica.
L'elettrodo di grafite è un importante materiale conduttivo ad alta temperatura per la produzione di acciaio elettrico. L'elettrodo di grafite viene utilizzato per immettere energia elettrica nel forno elettrico e l'alta temperatura generata dall'arco tra l'estremità dell'elettrodo e la carica viene utilizzata come fonte di calore per fondere la carica per la produzione di acciaio. Anche altri forni per minerali che fondono materiali come fosforo giallo, silicio industriale e abrasivi utilizzano elettrodi di grafite come materiali conduttivi. Le eccellenti e speciali proprietà fisiche e chimiche degli elettrodi di grafite sono ampiamente utilizzate anche in altri settori industriali.
Le materie prime per la produzione di elettrodi di grafite sono coke di petrolio, coke aghiforme e pece di catrame di carbone.
Il coke di petrolio è un prodotto solido infiammabile ottenuto dalla coking di residui di carbone e pece di petrolio. Di colore nero e poroso, l'elemento principale è il carbonio e il contenuto di ceneri è molto basso, generalmente inferiore allo 0,5%. Il coke di petrolio appartiene alla classe del carbonio facilmente grafitizzabile. Il coke di petrolio ha una vasta gamma di utilizzi nell'industria chimica e metallurgica. È la principale materia prima per la produzione di prodotti di grafite artificiale e di prodotti di carbonio per l'alluminio elettrolitico.
Il coke di petrolio può essere suddiviso in due tipologie: coke grezzo e coke calcinato, a seconda della temperatura di trattamento termico. Il primo, ottenuto mediante coking ritardato, contiene un'elevata quantità di sostanze volatili e ha una bassa resistenza meccanica. Il coke calcinato si ottiene per calcinazione del coke grezzo. La maggior parte delle raffinerie cinesi produce solo coke e le operazioni di calcinazione vengono eseguite principalmente in impianti a carbone.
Il coke di petrolio può essere suddiviso in coke ad alto tenore di zolfo (contenente più dell'1,5% di zolfo), coke a medio tenore di zolfo (contenente tra lo 0,5% e l'1,5% di zolfo) e coke a basso tenore di zolfo (contenente meno dello 0,5% di zolfo). La produzione di elettrodi di grafite e altri prodotti di grafite artificiale viene generalmente realizzata utilizzando coke a basso tenore di zolfo.
Il coke aghiforme è un tipo di coke di alta qualità con una struttura fibrosa evidente, un coefficiente di dilatazione termica molto basso e una facile grafitizzazione. Una volta frantumato, il coke può essere suddiviso in sottili strisce a seconda della struttura (il rapporto d'aspetto è generalmente superiore a 1,75). Una struttura fibrosa anisotropa può essere osservata al microscopio a luce polarizzata, ed è quindi definita coke aghiforme.
L'anisotropia delle proprietà fisico-meccaniche del coke aghiforme è molto evidente. Presenta una buona conduttività elettrica e termica parallela all'asse longitudinale della particella e un basso coefficiente di dilatazione termica. Nello stampaggio per estrusione, l'asse longitudinale della maggior parte delle particelle è disposto nella direzione di estrusione. Pertanto, il coke aghiforme è la materia prima chiave per la produzione di elettrodi di grafite ad alta o altissima potenza. L'elettrodo di grafite prodotto presenta una bassa resistività, un basso coefficiente di dilatazione termica e una buona resistenza agli shock termici.
Il coke aghiforme si divide in coke aghiforme derivato da petrolio, prodotto da residui di petrolio, e coke aghiforme derivato da carbone, prodotto da materie prime di pece di carbone raffinata.
Il catrame di carbone è uno dei principali prodotti della lavorazione profonda del catrame di carbone. È una miscela di vari idrocarburi, nera ad alta temperatura, semisolida o solida ad alta temperatura, senza punto di fusione fisso, rammollita dopo il riscaldamento e poi fusa, con una densità di 1,25-1,35 g/cm³. In base al suo punto di rammollimento, si divide in asfalto a bassa, media e alta temperatura. La resa dell'asfalto a media temperatura è del 54-56% del catrame di carbone. La composizione del catrame di carbone è estremamente complessa, ed è correlata alle sue proprietà e al contenuto di eteroatomi, ed è anche influenzata dal sistema di coking e dalle condizioni di lavorazione del catrame di carbone. Esistono molti indicatori per caratterizzare la pece di catrame di carbone, come il punto di rammollimento del bitume, gli insolubili in toluene (TI), gli insolubili in chinolina (QI), i valori di coking e la reologia della pece di carbone.
Il catrame di carbone viene utilizzato come legante e impregnante nell'industria del carbonio e le sue prestazioni hanno un impatto significativo sul processo di produzione e sulla qualità dei prodotti a base di carbonio. L'asfalto legante utilizza generalmente un asfalto a media temperatura o modificato a media temperatura con un punto di rammollimento moderato, un alto valore di coking e un'elevata percentuale di resina β. L'agente impregnante è un asfalto a media temperatura con un basso punto di rammollimento, un basso indice di qualità (QI) e buone proprietà reologiche.
Data di pubblicazione: 23 settembre 2019