Графит электродын өндіру процесі

Графит электроды - мұнай илеу, агрегат ретінде инелі кокс және байланыстырушы зат ретінде көмір битумы арқылы алынатын жоғары температураға төзімді графит өткізгіш материал, ол илеу, қалыптау, күйдіру, сіңдіру, графиттеу және механикалық өңдеу сияқты бірқатар процестер арқылы алынады.

Графит электроды электрлік болат балқыту үшін маңызды жоғары температуралы өткізгіш материал болып табылады. Графит электроды электр пешіне электр энергиясын енгізу үшін қолданылады, ал электрод ұшы мен заряд арасындағы доғаның пайда болуынан пайда болатын жоғары температура болат балқыту үшін жылу көзі ретінде пайдаланылады. Сары фосфор, өнеркәсіптік кремний және абразивтер сияқты материалдарды балқытатын басқа кен пештері де графит электродтарын өткізгіш материалдар ретінде пайдаланады. Графит электродтарының тамаша және арнайы физикалық және химиялық қасиеттері басқа өнеркәсіп салаларында да кеңінен қолданылады.
Графит электродтарын өндіруге арналған шикізат ретінде мұнай коксы, инелі кокс және көмір шайыры қолданылады.

Мұнай коксы - кокстеу көмірінің қалдығы мен мұнай шайыры арқылы алынатын жанғыш қатты өнім. Түсі қара және кеуекті, негізгі элементі көміртек, ал күл мөлшері өте төмен, әдетте 0,5%-дан төмен. Мұнай коксы оңай графиттелетін көміртек класына жатады. Мұнай коксы химия және металлургия өнеркәсібінде кеңінен қолданылады. Ол жасанды графит өнімдерін және электролиттік алюминийге арналған көміртекті өнімдерді өндірудің негізгі шикізаты болып табылады.

Мұнай коксын термиялық өңдеу температурасына қарай екі түрге бөлуге болады: шикі кокс және күйдірілген кокс. Баяу кокстеу арқылы алынған бұрынғы мұнай коксының құрамында ұшқыш заттар көп, ал механикалық беріктігі төмен. Күйдірілген кокс шикі коксты күйдіру арқылы алынады. Қытайдағы мұнай өңдеу зауыттарының көпшілігі тек кокс өндіреді, ал күйдіру операциялары негізінен көміртекті қондырғыларда жүзеге асырылады.

Мұнай коксын күкірті көп кокс (құрамында 1,5%-дан астам күкірт бар), күкірті орташа кокс (құрамында 0,5%-1,5% күкірт бар) және күкірті аз кокс (құрамында 0,5%-дан аз күкірт бар) деп бөлуге болады. Графит электродтары мен басқа да жасанды графит өнімдерін өндіру әдетте күкірті аз кокс қолданылып жүзеге асырылады.

Инелік кокс - айқын талшықты құрылымы, өте төмен жылу кеңею коэффициенті және оңай графиттелуі бар жоғары сапалы кокс түрі. Кокс сынған кезде оны құрылымына сәйкес жұқа жолақтарға бөлуге болады (пропорциясы әдетте 1,75-тен жоғары). Анизотропты талшықты құрылымды поляризациялық микроскоп астында байқауға болады, сондықтан оны инелік кокс деп атайды.

Инелі кокстың физика-механикалық қасиеттерінің анизотропиясы өте айқын. Оның бөлшектің ұзын осінің бағытына параллель жақсы электрлік және жылу өткізгіштігі бар, ал жылу кеңею коэффициенті төмен. Экструзиялық қалыптау кезінде көптеген бөлшектердің ұзын осі экструзия бағытында орналасқан. Сондықтан, инелі кокс жоғары қуатты немесе аса жоғары қуатты графит электродтарын өндірудің негізгі шикізаты болып табылады. Алынған графит электродының кедергісі төмен, жылу кеңею коэффициенті төмен және жылу соққысына жақсы төзімді.

Инелі кокс мұнай қалдықтарынан алынатын мұнай негізіндегі инелі кокс және тазартылған көмір шайырынан алынатын көмір негізіндегі инелі кокс болып бөлінеді.

Тас көмір шайыры - тас көмір шайырын терең өңдеудің негізгі өнімдерінің бірі. Ол әртүрлі көмірсутектердің қоспасы, жоғары температурада қара, жоғары температурада жартылай қатты немесе қатты, тұрақты балқу температурасы жоқ, қыздырғаннан кейін жұмсартылып, содан кейін балқиды, тығыздығы 1,25-1,35 г/см3. Жұмсарту температурасына сәйкес ол төмен температуралы, орташа температуралы және жоғары температуралы асфальт болып бөлінеді. Орташа температурадағы асфальт шығымы тас көмір шайырының 54-56%-ын құрайды. Тас көмір шайырының құрамы өте күрделі, бұл тас көмір шайырының қасиеттерімен және гетероатомдардың құрамымен байланысты, сонымен қатар кокстау процесінің жүйесі мен тас көмір шайырын өңдеу жағдайларына да әсер етеді. Тас көмір шайырының шайырын сипаттайтын көптеген көрсеткіштер бар, мысалы, битумның жұмсару температурасы, толуолдың ерімейтін заттары (TI), хинолиннің ерімейтін заттары (QI), кокстау мәндері және тас көмір шайырының реологиясы.

Көмір шайыры көміртегі өнеркәсібінде байланыстырушы және сіңдіргіш ретінде қолданылады, және оның өнімділігі көміртегі өнімдерін өндіру процесіне және өнім сапасына үлкен әсер етеді. Байланыстырғыш асфальт әдетте орташа жұмсарту температурасы, жоғары кокстау мәні және жоғары β шайыры бар орташа температуралы немесе орташа температуралы модификацияланған асфальтты пайдаланады. Сіңдіргіш агент - төмен жұмсарту температурасы, төмен QI және жақсы реологиялық қасиеттері бар орташа температуралы асфальт.

Келесі суретте көміртегі кәсіпорындарында графит электродын өндіру процесі көрсетілген.
Кальцинация: Көміртекті шикізат құрамындағы ылғал мен ұшқыш заттарды шығару үшін жоғары температурада термиялық өңдеуден өтеді, ал бастапқы пісіру өнімділігін жақсартуға сәйкес келетін өндіріс процесі калцинация деп аталады. Әдетте, көміртекті шикізат жылу көзі ретінде газды және өзінің ұшқыш заттарын пайдалану арқылы калцинацияланады, ал максималды температура 1250-1350 °C құрайды.

Кальцинация көміртекті шикізаттың құрылымы мен физика-химиялық қасиеттеріне терең өзгерістер енгізеді, негізінен кокстың тығыздығын, механикалық беріктігін және электр өткізгіштігін жақсартуда, кокстың химиялық тұрақтылығын және тотығуға төзімділігін арттыруда, кейінгі процестің негізін қалауда.

Күйдіргіш жабдықтарға негізінен резервуарлық күйдіргіш, айналмалы пеш және электрлік күйдіргіш кіреді. Күйдіргіштің сапасын бақылау индексі мұнай коксының шынайы тығыздығы 2,07 г/см3-тен кем емес, кедергісі 550 мкОм.м-ден аспайды, инелі кокстың шынайы тығыздығы 2,12 г/см3-тен кем емес және кедергісі 500 мкОм.м-ден аспайды.
Шикізатты ұсақтау және ингредиенттер

Дайындау алдында негізгі көлемде кальцийленген мұнай коксы мен инелі кокс ұсақталуы, ұнтақталуы және електен өткізілуі тиіс.

Ортаны ұсақтау әдетте шамамен 50 мм ұсақтау жабдықтарымен жақ ұсатқыш, балғалы ұсатқыш, роликті ұсатқыш және сол сияқтылар арқылы жүзеге асырылады, бұл пакеттеу үшін қажетті 0,5-20 мм өлшемді материалды одан әрі ұсақтау үшін қажет.

Ұнтақтау - көміртекті материалды 0,15 мм немесе одан аз ұнтақ тәрізді ұсақ бөлшектерге және 0,075 мм немесе одан аз бөлшектер өлшеміне дейін суспензия типті сақиналы орама диірмені (Реймон диірмені), шарлы диірмен немесе сол сияқтылар арқылы ұнтақтау процесі.

Електеу – бұл ұсақталғаннан кейін кең ауқымды материалдарды біркелкі тесіктері бар електер сериясы арқылы тар өлшемді бірнеше бөлшектер өлшемі диапазонына бөлу процесі. Қазіргі электрод өндірісі әдетте 4-5 түйіршік және 1-2 ұнтақ маркасын қажет етеді.

Құрамы - бұл құрам талаптарына сәйкес агрегаттар мен ұнтақтар мен байланыстырғыштардың әртүрлі агрегаттарын есептеу, өлшеу және шоғырландыруға арналған өндірістік процестер. Құрамның ғылыми жарамдылығы және партиялық операцияның тұрақтылығы өнімнің сапа индексі мен өнімділігіне әсер ететін ең маңызды факторлардың бірі болып табылады.

Формула 5 аспектіні анықтауы керек:
1 Шикізат түрін таңдаңыз;
2 шикізаттың әртүрлі түрлерінің үлесін анықтау;
3 қатты шикізаттың бөлшектердің мөлшерін анықтау;
4 байланыстырушы заттың мөлшерін анықтаңыз;
5 Қоспалардың түрі мен мөлшерін анықтаңыз.

Илеу: Әртүрлі бөлшектер өлшеміндегі көміртекті түйіршіктер мен ұнтақтарды белгілі бір температурада белгілі бір мөлшерде байланыстырғышпен араластыру және сандық анықтау, содан кейін пластикалық пастаны илеу деп аталатын процеске айналдыру.

Илеу процесі: құрғақ араластыру (20-35 мин), ылғалды араластыру (40-55 мин)

Илеу процесінің рөлі:
1 Құрғақ араластырған кезде әртүрлі шикізат біркелкі араластырылады, ал әртүрлі бөлшектердің өлшеміндегі қатты көміртекті материалдар біркелкі араластырылып, қоспаның тығыздығын жақсарту үшін толтырылады;
2 Тас көмір шайырын қосқаннан кейін, құрғақ материал мен асфальт біркелкі араласады. Сұйық асфальт түйіршіктердің бетін біркелкі жауып, сулап, асфальт байланыстырушы қабат түзеді, ал барлық материалдар бір-бірімен біртекті пластикалық жағынды түзу үшін байланысады. Қалыптауға қолайлы;
Тас көмір шайырының 3 бөлігі көміртекті материалдың ішкі кеңістігіне еніп, паста тығыздығы мен бірізділігін одан әрі арттырады.

Қалыптау: Көміртекті материалды қалыптау дегеніміз - қалыптау жабдығының сыртқы күшінің әсерінен иленген көміртекті пастаны пластикалық деформациялау процесі, нәтижесінде белгілі бір пішінге, өлшемге, тығыздыққа және беріктікке ие жасыл дене (немесе шикі өнім) түзіледі.

Қалыптау түрлері, жабдықтары және өндірілетін өнімдері:
Қалыптау әдісі
Жалпы жабдықтар
негізгі өнімдер
Қалыптау
Тік гидравликалық прес
Электрлік көміртек, төмен сапалы жұқа құрылымды графит
Қысу
Көлденең гидравликалық экструдер
Бұрандалы экструдер
Графит электроды, шаршы электрод
Дірілдеу қалыптау
Діріл қалыптау машинасы
Алюминий көміртекті кірпіш, домна пешінің көміртекті кірпіші
Изостатикалық престеу
Изостатикалық қалыптау машинасы
Изотропты графит, анизотропты графит

Сығу операциясы
1 салқындатқыш материал: дискілік салқындатқыш материал, цилиндрлік салқындатқыш материал, араластыру және илеу салқындатқыш материалдары және т.б.
Ұшқыш заттарды шығарып алыңыз, адгезияны арттыру үшін қолайлы температураға (90-120 ° C) дейін төмендетіңіз, сонда паста 20-30 минут бойы біркелкі болады.
2 Жүктеме: көтергіш тежегішті басыңыз —– 2-3 рет кесу—-4-10 МПа тығыздау
3. Алдын ала қысым: қысым 20-25 МПа, уақыты 3-5 мин, шаңсорғышпен тазалау кезінде
4 экструзия: тосқауылды басыңыз —5-15 МПа экструзия — кесу — салқындатқыш раковинаға

Экструзияның техникалық параметрлері: қысу коэффициенті, прес камерасы мен форсунка температурасы, салқындату температурасы, алдын ала жүктеу қысымы уақыты, экструзия қысымы, экструзия жылдамдығы, салқындатқыш су температурасы

Жасыл денені тексеру: көлемдік тығыздық, сыртқы түрін анықтау, талдау

Кальцинация: Бұл көміртекті өнімнің жасыл корпусын толтырғыштың қорғауымен арнайы жасалған қыздыру пешіне толтыру процесі, бұл процесс жасыл корпустағы көмір шайырын көміртекті ету үшін жоғары температуралы термиялық өңдеуді жүзеге асырады. Көмір битумын көміртектілеуден кейін пайда болған битум коксы көміртекті агрегат пен ұнтақ бөлшектерін бірге қатайтады, ал кальцинацияланған көміртекті өнім жоғары механикалық беріктікке, төмен электрлік кедергіге, жақсы термиялық тұрақтылыққа және химиялық тұрақтылыққа ие.

Кальцинация көміртекті өнімдерді өндірудегі негізгі процестердің бірі болып табылады және графит электродын өндірудің үш негізгі термиялық өңдеу процесінің маңызды бөлігі болып табылады. Кальцинация өндірісінің циклі ұзақ (пісіру үшін 22-30 күн, 2 пісіру пештері үшін 5-20 күн) және энергия тұтынуы жоғары. Жасыл күйдіру сапасы дайын өнімнің сапасына және өндіріс құнына әсер етеді.

Жасыл корпустағы жасыл көмір шайыры күйдіру процесінде кокстеледі, ұшпа заттың шамамен 10%-ы шығарылады, ал көлемі 2-3% кішірею арқылы түзіледі, ал масса жоғалуы 8-10% құрайды. Көміртекті дайындаманың физикалық және химиялық қасиеттері де айтарлықтай өзгерді. Кеуектіліктің артуына байланысты кеуектілік 1,70 г/см3-тен 1,60 г/см3-ке дейін төмендеді, ал кедергі 10000 мкΩ·м-ден 40-50 мкΩ·м-ге дейін төмендеді. Күйдірілген дайындаманың механикалық беріктігі де үлкен болды. Жақсарту үшін.

Екінші реттік пісіру - бұл кальцийленген өнім батырылып, содан кейін кальцийленген өнімнің тесіктеріне батырылған шайырды көміртектілеу үшін кальцийленетін процесс. Жоғары көлемдік тығыздықты қажет ететін электродтар (RP-ден басқа барлық түрлері) және буын дайындамалары екі жақты пісірілуі керек, ал буын дайындамалары да үш батырылған төрт пісіруге немесе екі батырылған үш пісіруге ұшырайды.

Пештің негізгі түрі:
Үздіксіз жұмыс — сақиналы пеш (қақпағы бар, қақпағы жоқ), туннельді пеш
Үзіліссіз жұмыс — кері пеш, еден астындағы күйдіру пеші, қорапты күйдіру пеші

Кальцинация қисығы және максималды температура:
Бір реттік қуыру—-320, 360, 422, 480 сағат, 1250 °C
Екінші реттік күйдіру—-125, 240, 280 сағат, 700-800 °C

Пісірілген өнімдерді тексеру: сыртқы түрін анықтау, электрлік кедергі, көлемдік тығыздық, сығылу беріктігі, ішкі құрылымды талдау

Импрегнация - көміртекті материал қысымды ыдысқа салынып, сұйық импрегнация шайыры белгілі бір температура мен қысым жағдайында өнім электродының тесіктеріне батырылатын процесс. Мақсаты - өнімнің кеуектілігін азайту, өнімнің көлемдік тығыздығы мен механикалық беріктігін арттыру, сондай-ақ өнімнің электрлік және жылу өткізгіштігін жақсарту.

Сіңдіру процесі және онымен байланысты техникалық параметрлер: дайындаманы күйдіру – бетін тазалау – алдын ала қыздыру (260-380 °C, 6-10 сағат) – сіңдіру цистернасын тиеу – шаңсорғышпен тазалау (8-9 КПа, 40-50 мин) – Битумды айдау (180-200 °C) – Қысыммен өңдеу (1,2-1,5 МПа, 3-4 сағат) – Асфальтқа қайтару – Салқындату (цистерна ішінде немесе сыртында)

Сіңірілген өнімдерді тексеру: сіңдіру кезінде салмақ қосу жылдамдығы G=(W2-W1)/W1×100%
Бір реттік салмақ қосу көрсеткіші ≥14%
Екінші реттік сіңдірілген өнімнің салмақ қосу жылдамдығы ≥ 9%
Үш батырылған өнімнің салмақ қосу деңгейі ≥ 5%

Графиттеу дегеніміз - аморфты қабатты құрылымды көміртекті үш өлшемді реттелген графит кристалды құрылымына айналдыру үшін көміртекті өнім жоғары температуралы электр пешіндегі қорғаныш ортада 2300°C немесе одан да жоғары температураға дейін қыздырылатын жоғары температуралы термиялық өңдеу процесі.

Графитизацияның мақсаты мен әсері:
1. Көміртекті материалдың өткізгіштігі мен жылу өткізгіштігін жақсарту (кедергі 4-5 есеге төмендейді, ал жылу өткізгіштігі шамамен 10 есеге артады);
2 көміртекті материалдың термиялық соққыға төзімділігін және химиялық тұрақтылығын жақсартады (сызықтық кеңею коэффициенті 50-80%-ға төмендетілген);
3 көміртекті материалдың майлау және тозуға төзімділігін қамтамасыз ету;
4 Шығарылатын қоспаларды кетіру, көміртекті материалдың тазалығын жақсарту (өнімнің күл мөлшері 0,5-0,8%-дан шамамен 0,3%-ға дейін төмендейді).

Графитизация процесінің жүзеге асырылуы:

Көміртекті материалды графиттеу 2300-3000 °C жоғары температурада жүзеге асырылады, сондықтан оны өнеркәсіпте тек электрлік қыздыру арқылы жүзеге асыруға болады, яғни ток тікелей қыздырылған күйдірілген өнім арқылы өтеді, ал пешке зарядталған күйдірілген өнім жоғары температурадағы электр тогымен пайда болады. Өткізгіш тағы да жоғары температураға дейін қыздырылатын зат болып табылады.

Қазіргі уақытта кеңінен қолданылатын пештерге Ачесон графитизация пештері және ішкі жылу каскады (LWG) пештері жатады. Біріншісінің қуаты үлкен, температура айырмашылығы үлкен және қуат тұтынуы жоғары. Соңғысының қыздыру уақыты қысқа, қуат тұтынуы төмен, электр кедергісі біркелкі және орнатуға жарамсыз.

Графиттеу процесін басқару температураның көтерілу жағдайына сәйкес келетін электр қуатының қисығын өлшеу арқылы басқарылады. Acheson пеші үшін қуат беру уақыты 50-80 сағат, ал LWG пеші үшін 9-15 сағат.

Графитизацияның энергия тұтынуы өте жоғары, әдетте 3200-4800 кВт/сағ, ал процесс құны жалпы өндіріс құнының шамамен 20-35%-ын құрайды.

Графиттелген өнімдерді тексеру: сыртқы түрін түрту, кедергі сынағы

Өңдеу: Көміртекті графит материалдарын механикалық өңдеудің мақсаты электрод корпусы мен қосылыстарын пайдалану талаптарына сәйкес жасау үшін кесу арқылы қажетті өлшемге, пішінге, дәлдікке және т.б. қол жеткізу болып табылады.

Графит электродын өңдеу екі тәуелсіз өңдеу процесіне бөлінеді: электрод корпусы және буын.

Корпусты өңдеу үш кезеңнен тұрады: бұрғылау және кедір-бұдыр жалпақ бет, сыртқы шеңбер және жалпақ бет және фрезерлеу бұрандасы. Конустық қосылысты өңдеуді 6 процеске бөлуге болады: кесу, жалпақ бет, автомобиль конусының беті, фрезерлеу бұрандасы, бұрғылау болты және ойық.

Электрод қосылыстарын қосу: конустық қосылыс (үш ілмек және бір ілмек), цилиндрлік қосылыс қосылысы, төмпешік қосылысы (аталық және аналық қосылыс)

Өңдеу дәлдігін бақылау: бұранда конусының ауытқуы, бұранда қадамы, қосылыстың (тесіктің) үлкен диаметрінің ауытқуы, қосылыс тесігінің коаксиалдылығы, қосылыс тесігінің тіктігі, электрод ұшының жазықтығы, қосылыстың төрт нүктелі ауытқуы. Арнайы сақиналы өлшеуіштермен және пластиналы өлшеуіштермен тексеріңіз.

Дайын электродтарды тексеру: дәлдігі, салмағы, ұзындығы, диаметрі, көлемдік тығыздығы, меншікті кедергісі, алдын ала жинауға төзімділігі және т.б.