흑연 전극 생산 공정

흑연 전극은 석유 반죽, 골재로 침상 코크스, 결합제로 석탄 비투멘을 사용하여 반죽, 성형, 배소, 함침, 흑연화 및 기계적 가공과 같은 일련의 공정을 거쳐 생산되는 고온 내성 흑연 전도성 재료입니다.

흑연 전극은 전기제강에 중요한 고온 전도성 재료입니다. 흑연 전극은 전기로에 전기 에너지를 공급하는 데 사용되며, 전극 끝과 장입물 사이에 발생하는 아크에서 발생하는 고온은 제강을 위한 장입물을 용융하는 열원으로 사용됩니다. 황인, 산업용 실리콘, 연마재와 같은 재료를 제련하는 다른 광석로에서도 흑연 전극을 전도성 재료로 사용합니다. 흑연 전극의 우수하고 특별한 물리적 및 화학적 특성은 다른 산업 분야에서도 널리 사용됩니다.
흑연 전극 생산에 사용되는 원료는 석유 코크스, 침상 코크스, 콜타르 피치입니다.

석유 코크스는 석탄 잔류물과 석유 피치를 코크스로 만들어 얻은 가연성 고체 제품입니다. 색상은 검은색이며 다공성이며, 주성분은 탄소이고, 회분 함량은 일반적으로 0.5% 미만으로 매우 낮습니다. 석유 코크스는 쉽게 흑연화되는 탄소 계열에 속합니다. 석유 코크스는 화학 및 야금 산업에서 광범위하게 사용됩니다. 인조 흑연 제품과 전해 알루미늄용 탄소 제품의 주요 원료입니다.

석유 코크스는 열처리 온도에 따라 생코크스와 소성 코크스로 나눌 수 있습니다. 지연 코킹으로 얻은 전자의 석유 코크스는 휘발성 물질이 많고 기계적 강도가 낮습니다. 소성 코크스는 생코크스를 소성하여 얻습니다. 중국의 대부분 정유 공장은 코크스만 생산하며, 소성 작업은 주로 탄소 공장에서 이루어집니다.

석유 코크스는 고황 코크스(황 함량 1.5% 이상), 중황 코크스(황 함량 0.5~1.5%), 저황 코크스(황 함량 0.5% 미만)로 구분할 수 있습니다. 흑연 전극 및 기타 인조 흑연 제품은 일반적으로 저황 코크스를 사용하여 생산됩니다.

침상 코크스는 섬유질 조직이 뚜렷하고 열팽창 계수가 매우 낮으며 흑연화가 용이한 고품질 코크스입니다. 코크스를 파쇄하면 조직에 따라 가느다란 띠 모양으로 갈라질 수 있습니다(종횡비는 일반적으로 1.75 이상). 편광 현미경으로 이방성 섬유 구조를 관찰할 수 있으므로 침상 코크스라고 합니다.

침상 코크스의 물리·기계적 특성 이방성은 매우 명백합니다. 입자의 장축 방향에 평행한 우수한 전기 및 열 전도도를 가지며 열팽창 계수가 낮습니다. 압출 성형 시 대부분의 입자의 장축은 압출 방향으로 배열됩니다. 따라서 침상 코크스는 고출력 또는 초고출력 흑연 전극 제조의 핵심 원료입니다. 생산된 흑연 전극은 저항률이 낮고 열팽창 계수가 작으며 열충격 저항성이 우수합니다.

침상코크스는 석유잔사유로부터 생산되는 석유계 침상코크스와 정제된 석탄피치 원료로부터 생산되는 석탄계 침상코크스로 구분된다.

콜타르는 콜타르 심층 가공의 주요 산물 중 하나입니다. 다양한 탄화수소의 혼합물로 고온에서는 흑색이고, 고온에서는 반고체 또는 고체이며, 고정된 융점이 없고, 가열 후 연화되고 용융되며, 밀도는 1.25-1.35 g/cm3입니다. 연화점에 따라 저온, 중온 및 고온 아스팔트로 구분됩니다. 중온 아스팔트 수율은 콜타르의 54-56%입니다. 콜타르의 조성은 매우 복잡하며, 이는 콜타르의 특성 및 헤테로원자 함량과 관련이 있으며 코킹 공정 시스템 및 콜타르 가공 조건의 영향을 받습니다. 콜타르 피치를 특성화하는 데는 비투멘 연화점, 톨루엔 불용성물(TI), 퀴놀린 불용성물(QI), 코킹 값 및 콜 피치 유동학과 같은 많은 지표가 있습니다.

콜타르는 탄소 산업에서 결합제 및 함침제로 사용되며, 그 성능은 탄소 제품의 생산 공정 및 품질에 큰 영향을 미칩니다. 결합제 아스팔트는 일반적으로 중간 연화점, 높은 코킹가, 그리고 높은 β 수지를 갖는 중온 또는 중온 개질 아스팔트를 사용합니다. 함침제는 낮은 연화점, 낮은 QI, 그리고 우수한 유동 특성을 갖는 중온 아스팔트입니다.

다음 그림은 탄소기업에서 흑연전극을 생산하는 과정을 보여줍니다.
소성: 탄소질 원료를 고온에서 열처리하여 그 안에 포함된 수분과 휘발분을 배출하는 공정으로, 본래의 조리 성능을 향상시키는 생산 공정을 소성이라고 합니다. 일반적으로 탄소질 원료는 가스와 자체 휘발분을 열원으로 사용하여 소성하며, 최대 온도는 1250~1350°C입니다.

소성은 탄소 원료의 구조와 물리화학적 성질에 큰 변화를 가져오는데, 주로 코크스의 밀도, 기계적 강도, 전기 전도도를 개선하고, 코크스의 화학적 안정성과 산화 저항성을 향상시켜 후속 공정의 기초를 마련합니다.

소성 장비에는 주로 탱크 소성로, 회전로, 전기 소성로가 포함됩니다. 소성 품질 관리 지표는 석유 코크스의 진밀도가 2.07g/cm³ 이상, 저항률이 550μΩ·m 이하, 침상 코크스의 진밀도가 2.12g/cm³ 이상, 저항률이 500μΩ·m 이하입니다.
원료분쇄 및 재료

배치화하기 전에, 대량 소성 석유 코크스와 침상 코크스를 파쇄, 분쇄, 체질해야 합니다.

중간 분쇄는 일반적으로 턱 분쇄기, 해머 분쇄기, 롤 분쇄기 등을 사용하여 약 50mm 크기의 분쇄 장비를 통해 수행되어 배치에 필요한 0.5~20mm 크기의 재료를 추가로 분쇄합니다.

밀링은 현탁형 링롤 밀(레이몬드 밀), 볼 밀 등을 사용하여 탄소질 재료를 0.15mm 이하의 분말상의 작은 입자와 0.075mm 이하의 입자 크기로 분쇄하는 공정입니다.

스크리닝은 다양한 종류의 재료를 파쇄한 후, 균일한 크기의 체를 여러 개 통과시켜 좁은 범위의 입자 크기를 가진 여러 입자 크기 범위로 나누는 공정입니다. 현재 전극 생산에는 일반적으로 펠릿 4~5개와 분말 1~2개가 필요합니다.

재료는 제형 요건에 따라 다양한 골재, 분말 및 결합제의 양을 계산, 계량 및 집중시키는 생산 공정입니다. 제형의 과학적 적합성과 배칭 작업의 안정성은 제품의 품질 지수와 성능에 영향을 미치는 가장 중요한 요소입니다.

공식은 5가지 측면을 결정해야 합니다.
1. 원자재 종류를 선택하세요.
2 다양한 유형의 원자재의 비율을 결정합니다.
3 고체 원료의 입자 크기 구성을 결정합니다.
4 바인더의 양을 결정하세요.
5. 첨가제의 종류와 양을 확인하세요.

반죽: 다양한 입자 크기의 탄소질 과립 및 분말을 일정량의 결합제와 함께 일정 온도에서 혼합하고 정량화하여 가소성 페이스트를 반죽하는 공정을 반죽이라고 합니다.

반죽 공정 : 건식 혼합(20~35분) 습식 혼합(40~55분)

반죽의 역할:
1 건조혼합시 각종 원료를 균일하게 혼합하고, 입자크기가 다른 고체탄소재료를 균일하게 혼합 충진하여 혼합물의 치밀성을 향상시킨다.
2. 콜타르 피치를 첨가한 후, 건조 재료와 아스팔트를 균일하게 혼합합니다. 액상 아스팔트는 과립 표면을 균일하게 코팅하고 습윤시켜 아스팔트 결합층을 형성합니다. 모든 재료가 서로 접착되어 균질한 플라스틱 도막을 형성합니다. 이는 성형에 유리합니다.
콜타르 피치 3부분이 탄소질 물질의 내부 공간으로 침투하여 페이스트의 밀도와 응집력을 더욱 증가시킵니다.

성형: 탄소재료의 성형은 성형장비를 이용하여 외부에서 힘을 가하여 반죽한 탄소페이스트를 소성변형시켜 최종적으로 일정한 모양, 크기, 밀도, 강도를 가진 성형체(또는 원료)를 만드는 공정을 말한다.

성형 유형, 장비 및 생산 제품:
성형방법
공통 장비
주요 제품
조형
수직 유압 프레스
전기탄소, 저품위 미세구조 흑연
짜내다
수평 유압 압출기
스크류 압출기
흑연 전극, 사각 전극
진동 성형
진동 성형기
알루미늄 탄소벽돌, 고로 탄소벽돌
등방성 프레싱
등방성형기
등방성 흑연, 이방성 흑연

스퀴즈 작업
1 냉각소재: 디스크 냉각소재, 실린더 냉각소재, 혼합 및 반죽 냉각소재 등
휘발성 물질을 방출하고 접착력을 높이기 위해 적절한 온도(90~120°C)로 낮추어 페이스트의 블록성이 균일해지도록 20~30분간 유지합니다.
2. 적재 : 리프트 배플을 눌러서 2~3회 절단 - 4~10MPa 압축
3 예압 : 압력 20-25MPa, 시간 3-5분, 진공 청소 중
4 압출: 방벽을 눌러 내리세요 — 5-15MPa 압출 — 절단 — 냉각 싱크로

압출의 기술적 매개변수: 압축비, 프레스 챔버 및 노즐 온도, 냉각 온도, 예압 시간, 압출 압력, 압출 속도, 냉각수 온도

그린바디 검사 : 체적밀도, 외관검사, 분석

소성: 탄소 제품 그린 바디를 특수 설계된 가열로에 충전재의 보호 하에 넣고 고온 열처리하여 그린 바디 내의 석탄 피치를 탄화시키는 공정입니다. 석탄 비투멘이 탄화된 후 생성된 비투멘 코크스는 탄소질 골재와 분말 입자를 함께 응고시키며, 소성된 탄소 제품은 높은 기계적 강도, 낮은 전기 저항률, 우수한 열 안정성 및 화학적 안정성을 갖습니다.

소성은 탄소 제품 생산의 주요 공정 중 하나이며, 흑연 전극 생산의 세 가지 주요 열처리 공정에서도 중요한 부분을 차지합니다. 소성 생산 주기는 길고(소성 시 22~30일, 2회 소성 시 로 5~20일) 에너지 소비량이 높습니다. 그린 로스팅의 품질은 완제품의 품질과 생산 비용에 영향을 미칩니다.

그린 바디의 그린 석탄 피치는 배소 과정에서 코크스화되며, 휘발분의 약 10%가 배출되고, 부피는 2~3% 수축하여 생성되며, 질량 손실은 8~10%입니다. 탄소 빌릿의 물리적 및 화학적 특성 또한 크게 변화했습니다. 기공률은 1.70 g/cm³에서 1.60 g/cm³로 감소했고, 기공률 증가로 인해 저항률은 10000 μΩ·m에서 40~50 μΩ·m로 감소했습니다. 소성된 빌릿의 기계적 강도 또한 우수했습니다. 개선이 필요합니다.

2차 소성은 소성된 제품을 침지한 후 소성하여 소성된 제품의 기공에 침지된 피치를 탄화시키는 공정입니다. 더 높은 겉보기 밀도가 필요한 전극(RP를 제외한 모든 종류)과 접합 블랭크는 2차 소성해야 하며, 접합 블랭크는 3-딥 4-베이킹 또는 2-딥 3-베이킹을 거칩니다.

로스터의 주요 용광로 유형:
연속 운전 - 링로(커버 있음, 커버 없음), 터널로
간헐적 작동 - 역회전 가마, 바닥형 로스터, 박스형 로스터

소성 곡선 및 최대 온도:
1회 로스팅—-320, 360, 422, 480시간, 1250°C
2차 로스팅—-125, 240, 280시간, 700-800°C

구운 제품의 검사: 외관 태핑, 전기 저항률, 체적 밀도, 압축 강도, 내부 구조 분석

함침은 탄소 재료를 압력 용기에 넣고, 액체 함침제 피치를 특정 온도 및 압력 조건에서 제품 전극의 기공에 침지시키는 공정입니다. 함침의 목적은 제품의 기공률을 줄이고, 겉보기 밀도와 기계적 강도를 증가시키며, 제품의 전기 및 열 전도성을 향상시키는 것입니다.

함침 공정 및 관련 기술 매개변수는 다음과 같습니다. 빌릿 로스팅 - 표면 세척 - 예열(260-380°C, 6-10시간) - 함침 탱크 적재 - 진공 청소(8-9KPa, 40-50분) - 비투멘 주입(180-200°C) - 가압(1.2-1.5MPa, 3-4시간) - 아스팔트로 복귀 - 냉각(탱크 내부 또는 외부)

함침제품 검사 : 함침중량증가율 G=(W2-W1)/W1×100%
1회 체중 증가율 ≥14%
2차 함침 제품 중량 증가율 ≥ 9%
3가지 디핑제품 체중증가율 ≥ 5%

흑연화는 탄소 생성물을 고온 전기로 내의 보호 매질에서 2300°C 이상의 온도로 가열하여 비정질 층상 구조의 탄소를 3차원 정렬된 흑연 결정 구조로 변환하는 고온 열처리 공정을 말합니다.

흑연화의 목적과 효과:
1 탄소소재의 전도도와 열전도도를 향상시킵니다(저항률은 4~5배 감소하고, 열전도도는 약 10배 증가함).
2 탄소소재의 내열충격성과 화학적 안정성을 향상(선팽창계수 50-80% 감소)
3. 탄소재료의 윤활성과 내마모성을 향상시킨다.
4. 불순물을 배출하고 탄소소재의 순도를 향상시킨다(제품의 회분 함량이 0.5~0.8%에서 약 0.3%로 감소한다).

흑연화 과정의 실현:

탄소 재료의 흑연화는 2300~3000°C의 고온에서 이루어지므로, 산업계에서는 전기 가열을 통해서만 실현 가능합니다. 즉, 가열된 소성물에 전류를 직접 흐르게 하고, 소성물을 고온에서 전류에 의해 가열로에 투입하여 흑연화합니다. 도체는 고온으로 가열된 물체입니다.

현재 널리 사용되는 용광로는 애치슨 흑연로와 내부 열 캐스케이드(LWG)로입니다. 전자는 출력이 크고 온도 차이가 크며 전력 소비가 높습니다. 반면, LWG는 가열 시간이 짧고 전력 소비가 적으며 전기 저항률이 균일하지만, 피팅에 적합하지 않습니다.

흑연화 공정 제어는 온도 상승 조건에 적합한 전력 곡선을 측정하여 제어합니다. 전력 공급 시간은 애치슨로의 경우 50~80시간, LWG로의 경우 9~15시간입니다.

흑연화의 전력 소모는 매우 크며, 일반적으로 3200-4800KWh이며, 공정 비용은 전체 생산 비용의 약 20-35%를 차지합니다.

흑연화 제품 검사: 외관 태핑, 저항률 테스트

기계 가공: 탄소흑연재료의 기계 가공의 목적은 사용 요구 사항에 따라 전극 본체와 접합부를 절단하여 필요한 크기, 형상, 정밀도 등을 달성하는 것입니다.

흑연 전극 가공은 전극 본체와 접합부라는 두 가지 독립적인 가공 공정으로 나뉩니다.

차체 가공은 보링 및 황삭 평면 단면, 외경 원호 및 평면 단면, 그리고 밀링 나사산 가공의 세 단계로 구성됩니다. 원뿔 조인트 가공은 절삭, 평면 단면, 원뿔면, 밀링 나사산 가공, 볼트 드릴링, 슬로팅의 여섯 가지 공정으로 나눌 수 있습니다.

전극 접합부 연결 : 원뿔형 접합부 연결(버클 3개, 버클 1개), 원통형 접합부 연결, 범프 접합(수컷 및 암컷 연결)

가공 정밀도 관리: 나사 테이퍼 편차, 나사 피치, 조인트(구멍) 대구경 편차, 조인트 구멍 동축도, 조인트 구멍 수직도, 전극 단면 평탄도, 조인트 4점 편차. 특수 링 게이지 및 플레이트 게이지를 사용하여 점검하십시오.

완성된 전극 검사: 정확도, 무게, 길이, 직경, 겉보기 밀도, 저항률, 사전 조립 허용 오차 등