Grafīta elektrods ir augstas temperatūras izturīgs grafīta vadošs materiāls, ko iegūst, mīcot naftas produktus, izmantojot adatu koksu kā agregātu un akmeņogļu bitumenu kā saistvielu, izmantojot virkni procesu, piemēram, mīcīšanu, formēšanu, apdedzināšanu, piesūcināšanu, grafitizāciju un mehānisko apstrādi.
Grafīta elektrods ir svarīgs augstas temperatūras vadošs materiāls elektrotērauda ražošanā. Grafīta elektrodu izmanto, lai piegādātu elektroenerģiju elektriskajai krāsnij, un augstā temperatūra, ko rada loks starp elektroda galu un lādiņu, tiek izmantota kā siltuma avots lādiņa kausēšanai tērauda ražošanā. Citas rūdas krāsnis, kas kausē tādus materiālus kā dzeltenais fosfors, rūpnieciskais silīcijs un abrazīvie materiāli, arī izmanto grafīta elektrodus kā vadošus materiālus. Grafīta elektrodu lieliskās un īpašās fizikālās un ķīmiskās īpašības tiek plaši izmantotas arī citās rūpniecības nozarēs.
Grafīta elektrodu ražošanas izejvielas ir naftas kokss, adatu kokss un akmeņogļu darvas piķis.
Naftas kokss ir viegli uzliesmojošs ciets produkts, ko iegūst, koksējot ogļu atlikumus un naftas darvu. Krāsa ir melna un poraina, galvenais elements ir ogleklis, un pelnu saturs ir ļoti zems, parasti zem 0,5%. Naftas kokss pieder pie viegli grafitizējamas oglekļa klases. Naftas koksam ir plašs pielietojums ķīmiskajā un metalurģiskajā rūpniecībā. Tas ir galvenais izejmateriāls mākslīgā grafīta produktu un oglekļa produktu ražošanai elektrolītiskam alumīnijam.
Naftas koksu var iedalīt divos veidos: neapstrādāts kokss un kalcinēts kokss atkarībā no termiskās apstrādes temperatūras. Iepriekšējais naftas kokss, kas iegūts ar aizkavētu koksēšanu, satur lielu daudzumu gaistošo vielu, un tam ir zema mehāniskā izturība. Kalcinēts kokss tiek iegūts, kalcinējot neapstrādātu koksu. Lielākā daļa Ķīnas naftas pārstrādes rūpnīcu ražo tikai koksu, un kalcinēšanas operācijas galvenokārt tiek veiktas oglekļa rūpnīcās.
Naftas koksu var iedalīt koksā ar augstu sēra saturu (kas satur vairāk nekā 1,5 % sēra), koksā ar vidēju sēra saturu (kas satur 0,5–1,5 % sēra) un koksā ar zemu sēra saturu (kas satur mazāk nekā 0,5 % sēra). Grafīta elektrodu un citu mākslīgā grafīta produktu ražošanā parasti izmanto koksu ar zemu sēra saturu.
Adatu kokss ir augstas kvalitātes kokss ar izteiktu šķiedrainu tekstūru, ļoti zemu termiskās izplešanās koeficientu un vieglu grafitizāciju. Kad kokss ir salauzts, to var sadalīt plānās sloksnēs atbilstoši tekstūrai (malu attiecība parasti ir virs 1,75). Anizotropisku šķiedrainu struktūru var novērot polarizācijas mikroskopā, tāpēc to sauc par adatu koksu.
Adatveida koksa fizikāli mehānisko īpašību anizotropija ir ļoti acīmredzama. Tam ir laba elektriskā un siltumvadītspēja paralēli daļiņu gareniskās ass virzienam, un termiskās izplešanās koeficients ir zems. Ekstrūzijas formēšanas laikā vairuma daļiņu gareniskā ass ir novietota ekstrūzijas virzienā. Tāpēc adatveida kokss ir galvenā izejviela augstas jaudas vai īpaši augstas jaudas grafīta elektrodu ražošanā. Iegūtajam grafīta elektrodam ir zema pretestība, mazs termiskās izplešanās koeficients un laba termiskā trieciena izturība.
Adatu koksu iedala uz eļļas bāzes ražotā adatu koksā, kas ražots no naftas atlikumiem, un uz ogļu bāzes ražotā adatu koksā, kas ražots no rafinētām ogļu piķa izejvielām.
Akmeņogļu darva ir viens no galvenajiem akmeņogļu darvas dziļās pārstrādes produktiem. Tā ir dažādu ogļūdeņražu maisījums, kas augstā temperatūrā kļūst melns, augstā temperatūrā pusciets vai ciets, bez noteiktas kušanas temperatūras, pēc karsēšanas mīkstina un pēc tam izkausē, ar blīvumu 1,25–1,35 g/cm3. Pēc mīkstināšanas temperatūras to iedala zemas temperatūras, vidējas temperatūras un augstas temperatūras asfaltā. Vidējas temperatūras asfalta iznākums ir 54–56% no akmeņogļu darvas. Akmeņogļu darvas sastāvs ir ārkārtīgi sarežģīts, kas ir saistīts ar akmeņogļu darvas īpašībām un heteroatomu saturu, kā arī to ietekmē koksēšanas procesa sistēma un akmeņogļu darvas pārstrādes apstākļi. Akmeņogļu darvas piķi raksturo daudzi rādītāji, piemēram, bitumena mīkstināšanas temperatūra, toluolā nešķīstošās vielas (TI), hinolīnā nešķīstošās vielas (QI), koksēšanas vērtības un akmeņogļu piķa reoloģija.
Akmeņogļu darvu izmanto kā saistvielu un impregnētāju oglekļa rūpniecībā, un tās veiktspējai ir liela ietekme uz oglekļa produktu ražošanas procesu un kvalitāti. Saistviela asfaltā parasti izmanto vidējas temperatūras vai vidējas temperatūras modificētu asfaltu ar mērenu mīkstināšanas temperatūru, augstu koksēšanas vērtību un augstu β sveķu saturu. Impregnēšanas līdzeklis ir vidējas temperatūras asfalts ar zemu mīkstināšanas temperatūru, zemu QI un labām reoloģiskajām īpašībām.
Nākamajā attēlā parādīts grafīta elektroda ražošanas process oglekļa uzņēmumā.
Kalcinēšana: Oglekļa izejvielu termiski apstrādā augstā temperatūrā, lai atbrīvotos no tajā esošā mitruma un gaistošajām vielām, un ražošanas procesu, kas atbilst sākotnējās gatavošanas veiktspējas uzlabošanai, sauc par kalcinēšanu. Parasti oglekļa izejvielu kalcinēšanai izmanto gāzi un tās pašas gaistošās vielas kā siltuma avotu, un maksimālā temperatūra ir 1250–1350 °C.
Kalcinēšana rada būtiskas izmaiņas oglekļa izejvielu struktūrā un fizikāli ķīmiskajās īpašībās, galvenokārt uzlabojot koksa blīvumu, mehānisko izturību un elektrovadītspēju, uzlabojot koksa ķīmisko stabilitāti un oksidācijas izturību, liekot pamatu turpmākajam procesam.
Kalcinēšanas iekārtas galvenokārt ietver tvertnes kalcinētājus, rotācijas krāsnis un elektriskās kalcinētājas. Kalcinēšanas kvalitātes kontroles indekss ir tāds, ka naftas koksa patiesais blīvums nav mazāks par 2,07 g/cm3, pretestība nepārsniedz 550 μΩ·m, adatas koksa patiesais blīvums nav mazāks par 2,12 g/cm3 un pretestība nepārsniedz 500 μΩ·m.
Izejvielu sasmalcināšana un sastāvdaļas
Pirms partijas sagatavošanas kalcinētais naftas kokss un adatu kokss ir jāsasmalcina, jāmaļ un jāsijā.
Vidējo drupināšanu parasti veic ar aptuveni 50 mm drupināšanas iekārtām, izmantojot žokļu drupinātāju, āmuru drupinātāju, ruļļu drupinātāju un tamlīdzīgus līdzekļus, lai vēl vairāk sasmalcinātu 0,5–20 mm izmēra materiālu, kas nepieciešams partijas veidošanai.
Malšana ir process, kurā oglekli saturošu materiālu sasmalcina pulverveida sīkās daļiņās, kuru izmērs ir 0,15 mm vai mazāks un daļiņu izmērs 0,075 mm vai mazāks, izmantojot suspensijas tipa gredzenveida veltņdzirnavas (Reimonda dzirnavas), lodīšu dzirnavas vai tamlīdzīgu ierīci.
Sijāšana ir process, kurā plašs materiālu klāsts pēc sasmalcināšanas tiek sadalīts vairākos daļiņu izmēru diapazonos ar šauru izmēru diapazonu, izmantojot sietu sēriju ar vienādiem atvērumiem. Pašreizējai elektrodu ražošanai parasti nepieciešamas 4–5 granulas un 1–2 pulvera kategorijas.
Sastāvdaļas ir ražošanas procesi, kuros aprēķinām, sveram un fokusējam dažādas pildvielu, pulveru un saistvielu sastāvdaļas atbilstoši formulas prasībām. Formulas zinātniskā piemērotība un partijas sagatavošanas stabilitāte ir vieni no svarīgākajiem faktoriem, kas ietekmē produkta kvalitātes rādītāju un veiktspēju.
Formulai ir jānosaka 5 aspekti:
1. Izvēlieties izejvielu veidu;
2. noteikt dažādu izejvielu veidu proporcijas;
3. cietās izejvielas daļiņu izmēra sastāva noteikšana;
4. nosaka saistvielas daudzumu;
5. Nosakiet piedevu veidu un daudzumu.
Mīcīšana: dažāda izmēra oglekļa granulu un pulveru sajaukšana un kvantitatīva noteikšana ar noteiktu saistvielas daudzumu noteiktā temperatūrā un plastiskuma pastas mīcīšana procesā, ko sauc par mīcīšanu.
Mīcīšanas process: sausā maisīšana (20–35 min) mitrā maisīšana (40–55 min)
Mīcīšanas loma:
1 Sajaucot sausā veidā, dažādas izejvielas tiek vienmērīgi sajauktas, un dažādu daļiņu izmēru cietie oglekļa materiāli tiek vienmērīgi sajaukti un piepildīti, lai uzlabotu maisījuma kompaktumu;
2 Pēc akmeņogļu darvas pievienošanas sausā viela un asfalts tiek vienmērīgi sajaukti. Šķidrais asfalts vienmērīgi pārklāj un samitrina granulu virsmu, veidojot asfalta saistvielas slāni, un visi materiāli ir savienoti viens ar otru, veidojot viendabīgu plastmasas masu. Veicina formēšanu;
3 daļas akmeņogļu darvas piķa iekļūst oglekļa materiāla iekšējā telpā, vēl vairāk palielinot pastas blīvumu un kohēziju.
Formēšana: Oglekļa materiāla formēšana attiecas uz mīcītas oglekļa pastas plastisku deformēšanu ārējā spēka ietekmē, ko pieliek formēšanas iekārta, lai beidzot izveidotu zaļu ķermeni (vai neapstrādātu produktu) ar noteiktu formu, izmēru, blīvumu un izturību.
Formēšanas veidi, iekārtas un ražotie produkti:
Formēšanas metode
Kopīgs aprīkojums
galvenie produkti
Formēšana
Vertikālā hidrauliskā prese
Elektriskais ogleklis, zemas kvalitātes smalkas struktūras grafīts
Saspiest
Horizontālais hidrauliskais ekstrūderis
Skrūvju ekstrūderis
Grafīta elektrods, kvadrātveida elektrods
Vibrācijas formēšana
Vibrācijas formēšanas mašīna
Alumīnija oglekļa ķieģelis, domnas oglekļa ķieģelis
Izostatiskā presēšana
Izostatiskā formēšanas mašīna
Izotropisks grafīts, anizotropisks grafīts
Saspiešanas darbība
1. Vēss materiāls: disku dzesēšanas materiāls, cilindru dzesēšanas materiāls, dzesēšanas materiālu sajaukšana un mīcīšana utt.
Izvadiet gaistošās vielas, samaziniet temperatūru līdz piemērotai temperatūrai (90–120 °C), lai palielinātu adhēziju, lai pastas blokveida konsistence būtu vienmērīga 20–30 minūtes.
2 Iekraušana: preses pacelšanas deflektors —– 2-3 reizes griešana —-4-10MPa blīvēšana
3. iepriekšējais spiediens: spiediens 20–25 MPa, laiks 3–5 minūtes, vakuuma laikā
4. ekstrūzija: nospiediet deflektoru — 5–15 MPa ekstrūziju — sagrieziet — dzesēšanas izlietnē
Ekstrūzijas tehniskie parametri: saspiešanas pakāpe, preses kameras un sprauslas temperatūra, dzesēšanas temperatūra, iepriekšējas slodzes spiediena laiks, ekstrūzijas spiediens, ekstrūzijas ātrums, dzesēšanas ūdens temperatūra
Zaļā korpusa pārbaude: tilpuma blīvums, izskata pārbaude, analīze
Kalcinēšana: tas ir process, kurā oglekļa produkta zaļo ķermeni iepilda speciāli izstrādātā karsēšanas krāsnī pildvielas aizsardzībā, lai veiktu augstas temperatūras termisko apstrādi un karbonizētu zaļā ķermeņa ogļu darvu. Pēc ogļu bitumena karbonizācijas izveidojies bitumena kokss sacietē oglekļa agregātu un pulvera daļiņas kopā, un kalcinētajam oglekļa produktam ir augsta mehāniskā izturība, zema elektriskā pretestība, laba termiskā stabilitāte un ķīmiskā stabilitāte.
Kalcinēšana ir viens no galvenajiem oglekļa produktu ražošanas procesiem, kā arī svarīga grafīta elektrodu ražošanas trīs galveno termiskās apstrādes procesu sastāvdaļa. Kalcinēšanas ražošanas cikls ir ilgs (22–30 dienas cepšanai, 5–20 dienas krāsnīm 2 cepšanas reizēm) un ar augstāku enerģijas patēriņu. Zaļās apgrauzdēšanas kvalitāte ietekmē gatavā produkta kvalitāti un ražošanas izmaksas.
Zaļās ogles darva zaļajā ķermenī apdedzināšanas procesā koksējas, un aptuveni 10% gaistošo vielu tiek izvadīti, un tilpums rodas 2–3% saraušanās dēļ, un masas zudums ir 8–10%. Ievērojami mainījās arī oglekļa sagataves fizikālās un ķīmiskās īpašības. Porainība samazinājās no 1,70 g/cm3 līdz 1,60 g/cm3, un pretestība samazinājās no 10 000 μΩ·m līdz 40–50 μΩ·m porainības palielināšanās dēļ. Arī kalcinētās sagataves mehāniskā izturība bija liela. Uzlabojumiem.
Otrreizējā cepšana ir process, kurā kalcinēto produktu iegremdē un pēc tam kalcinē, lai karbonizētu darvu, kas iegremdēta kalcinētā produkta porās. Elektrodiem, kuriem nepieciešams lielāks tilpuma blīvums (visiem veidiem, izņemot RP), un savienojumu sagatavēm jāveic divkārša cepšana, un savienojumu sagataves tiek pakļautas arī trīskāršai cepšanai četrkāršā vai divu cepšanu trīs reizes.
Galvenās krāsns tips:
Nepārtraukta darbība — gredzenveida krāsns (ar vāku, bez vāka), tuneļa krāsns
Periodiska darbība — apgrieztā krāsns, zemgrīdas ceplis, kastes ceplis
Kalcinēšanas līkne un maksimālā temperatūra:
Vienreizēja cepšana — 320, 360, 422, 480 stundas, 1250 °C
Otrreizējā grauzdēšana — 125, 240, 280 stundas, 700–800 °C
Ceptu produktu pārbaude: izskata pārbaude, elektriskā pretestība, tilpuma blīvums, spiedes izturība, iekšējās struktūras analīze
Impregnēšana ir process, kurā oglekļa materiāls tiek ievietots spiedientvertnē un šķidrais impregnējošais darvas materiāls tiek iegremdēts izstrādājuma elektroda porās noteiktos temperatūras un spiediena apstākļos. Mērķis ir samazināt izstrādājuma porainību, palielināt tā tilpuma blīvumu un mehānisko izturību, kā arī uzlabot tā elektrovadītspēju un siltumvadītspēju.
Impregnēšanas process un ar to saistītie tehniskie parametri ir: sagataves apdedzināšana – virsmas tīrīšana – iepriekšēja uzsildīšana (260–380 °C, 6–10 stundas) – impregnēšanas tvertnes ielāde – vakuums (8–9 kPa, 40–50 min) – bitumena inžekcija (180–200 °C) – spiediena palielināšana (1,2–1,5 MPa, 3–4 stundas) – atgriešanās pie asfalta – dzesēšana (tvertnes iekšpusē vai ārpusē)
Impregnētu izstrādājumu pārbaude: impregnēšanas svara pieauguma ātrums G=(W2-W1)/W1×100%
Svara pieauguma temps ≥14% vienā iegremdēšanas reizē
Otrreizēji piesūcinātā produkta svara pieauguma ātrums ≥ 9%
Trīs iegremdēšanas produktu svara pieauguma ātrums ≥ 5%
Grafitizācija ir augstas temperatūras termiskās apstrādes process, kurā oglekļa produkts tiek uzkarsēts līdz 2300 °C vai augstākai temperatūrai aizsargvidē augstas temperatūras elektriskā krāsnī, lai amorfu slāņveida struktūras oglekli pārveidotu par trīsdimensiju sakārtotu grafīta kristāla struktūru.
Grafitizācijas mērķis un ietekme:
1. uzlabot oglekļa materiāla vadītspēju un siltumvadītspēju (pretestība samazinās 4–5 reizes, un siltumvadītspēja palielinās aptuveni 10 reizes);
2. uzlabot oglekļa materiāla termisko triecienizturību un ķīmisko stabilitāti (lineārās izplešanās koeficients samazināts par 50–80%);
3. lai padarītu oglekļa materiāla eļļošanas spējas un nodilumizturību;
4 Izplūdes gāzu piemaisījumi, uzlabo oglekļa materiāla tīrību (produkta pelnu saturs samazinās no 0,5–0,8% līdz aptuveni 0,3%).
Grafitizācijas procesa realizācija:
Oglekļa materiāla grafitizācija tiek veikta augstā temperatūrā 2300–3000 °C, tāpēc rūpniecībā to var realizēt tikai ar elektrisko sildīšanu, tas ir, strāva tieši iet caur uzkarsēto kalcinēto produktu, un krāsnī ielādētais kalcinētais produkts tiek ģenerēts elektriskās strāvas ietekmē augstā temperatūrā. Vadītājs atkal ir objekts, kas tiek uzkarsēts līdz augstai temperatūrai.
Pašlaik plaši izmantotās krāsnis ir Ašesona grafitizācijas krāsnis un iekšējās siltuma kaskādes (LWG) krāsnis. Pirmajai ir liela jauda, liela temperatūras starpība un liels enerģijas patēriņš. Otrajai ir īss uzsilšanas laiks, zems enerģijas patēriņš, vienmērīga elektriskā pretestība, un tā nav piemērota montāžai.
Grafitizācijas procesa vadību kontrolē, mērot elektriskās jaudas līkni, kas ir piemērota temperatūras paaugstināšanās nosacījumam. Barošanas laiks ir 50–80 stundas Ačesona krāsnij un 9–15 stundas LWG krāsnij.
Grafitizācijas enerģijas patēriņš ir ļoti liels, parasti 3200–4800 kWh, un procesa izmaksas veido aptuveni 20–35% no kopējām ražošanas izmaksām.
Grafitizētu izstrādājumu pārbaude: izskata pārbaude, pretestības pārbaude
Apstrāde: Oglekļa grafīta materiālu mehāniskās apstrādes mērķis ir panākt nepieciešamo izmēru, formu, precizitāti utt., griežot, lai elektroda korpuss un savienojumi atbilstu lietošanas prasībām.
Grafīta elektrodu apstrāde ir sadalīta divos neatkarīgos apstrādes procesos: elektroda korpusā un savienojumā.
Virsbūves apstrāde ietver trīs posmus: plakanas gala virsmas, ārējā apļa un plakanas gala virsmas urbšanu un raupjo apstrādi, kā arī vītnes frēzēšanu. Koniskā savienojuma apstrādi var iedalīt 6 procesos: griešana, plakanas gala virsmas apstrāde, konusa virsmas apstrāde, vītnes frēzēšana, skrūvju urbšana un rievu izciršana.
Elektrodu savienojumu savienojums: konisks savienojuma savienojums (trīs sprādzes un viena sprādze), cilindrisks savienojuma savienojums, izciļņa savienojums (vīriešu un sieviešu savienojums)
Apstrādes precizitātes kontrole: vītnes konusveida novirze, vītnes solis, savienojuma (cauruma) liela diametra novirze, savienojuma cauruma koaksialitāte, savienojuma cauruma vertikālums, elektroda gala virsmas plakanums, savienojuma četrpunktu novirze. Pārbauda ar speciāliem gredzenveida mērinstrumentiem un plākšņu mērinstrumentiem.
Gatavo elektrodu pārbaude: precizitāte, svars, garums, diametrs, tilpuma blīvums, pretestība, pirmsmontāžas pielaide utt.
Publicēšanas laiks: 2019. gada 31. oktobris