Графитната електрода е графитен спроводлив материјал отпорен на високи температури, произведен со месење на нафта, иглен кокс како агрегат и јагленов битумен како врзивно средство, кои се произведуваат преку серија процеси како што се месење, лиење, печење, импрегнација, графитизација и механичка обработка.
Графитната електрода е важен материјал за спроводливост на високи температури за електрично производство на челик. Графитната електрода се користи за внесување електрична енергија во електричната печка, а високата температура генерирана од лакот помеѓу крајот на електродата и полнежот се користи како извор на топлина за топење на полнежот за производство на челик. Други рудни печки кои топат материјали како што се жолт фосфор, индустриски силициум и абразиви, исто така, користат графитни електроди како спроводливи материјали. Одличните и посебни физички и хемиски својства на графитните електроди се широко користени и во други индустриски сектори.
Суровините за производство на графитни електроди се нафтен кокс, иглен кокс и катран од јаглен.
Нафтениот кокс е запалив цврст производ добиен со коксирање на остатоци од јаглен и нафтена смола. Бојата е црна и порозна, главниот елемент е јаглерод, а содржината на пепел е многу ниска, генерално под 0,5%. Нафтениот кокс спаѓа во класата на лесно графитизиран јаглерод. Нафтениот кокс има широк спектар на употреба во хемиската и металуршката индустрија. Тој е главна суровина за производство на вештачки графитни производи и јаглеродни производи за електролитски алуминиум.
Нафтениот кокс може да се подели на два вида: суров кокс и калциниран кокс според температурата на термичка обработка. Првиот нафтен кокс добиен со одложено коксирање содржи голема количина на испарливи материи, а механичката цврстина е ниска. Калцинираниот кокс се добива со калцинација на суров кокс. Повеќето рафинерии во Кина произведуваат само кокс, а операциите на калцинација најчесто се изведуваат во постројки за производство на јаглен.
Нафтениот кокс може да се подели на кокс со висока содржина на сулфур (кој содржи повеќе од 1,5% сулфур), кокс со среден сулфур (кој содржи 0,5%-1,5% сулфур) и кокс со ниска содржина на сулфур (кој содржи помалку од 0,5% сулфур). Производството на графитни електроди и други вештачки графитни производи генерално се произведува со употреба на кокс со ниска содржина на сулфур.
Иглестиот кокс е вид на висококвалитетен кокс со очигледна влакнеста текстура, многу низок коефициент на термичка експанзија и лесна графитизација. Кога коксот е скршен, може да се подели на тенки ленти според текстурата (односот на ширина и висина е генерално над 1,75). Анизотропна влакнеста структура може да се набљудува под поларизирачки микроскоп и затоа се нарекува иглест кокс.
Анизотропијата на физичко-механичките својства на игличниот кокс е многу очигледна. Има добра електрична и топлинска спроводливост паралелно со насоката на долгата оска на честичката, а коефициентот на термичка експанзија е низок. При екструдирање, долгата оска на повеќето честички е поставена во насоката на екструдирање. Затоа, игличниот кокс е клучна суровина за производство на графитни електроди со висока или ултра-висока моќност. Добиената графитна електрода има ниска отпорност, мал коефициент на термичка експанзија и добра отпорност на термички шок.
Иглениот кокс е поделен на иглест кокс на база на нафта, произведен од остатоци од нафта и иглест кокс на база на јаглен, произведен од рафинирани суровини од јагленова смола.
Катранот од јаглен е еден од главните производи на длабока обработка на катран од јаглен. Тој е мешавина од разни јаглеводороди, црн на висока температура, полуцврст или цврст на висока температура, без фиксна точка на топење, омекнува по загревањето, а потоа се топи, со густина од 1,25-1,35 g/cm3. Според точката на омекнување, се дели на асфалт на ниска температура, средна температура и висока температура. Приносот на асфалт на средна температура е 54-56% од катранот од јаглен. Составот на катранот од јаглен е исклучително сложен, што е поврзано со својствата на катранот од јаглен и содржината на хетероатомите, а исто така е под влијание на системот на процесот на коксирање и условите за обработка на катранот од јаглен. Постојат многу индикатори за карактеризирање на катранот од јаглен, како што се точката на омекнување на битуменот, нерастворливите во толуен (TI), нерастворливите во хинолин (QI), вредностите на коксирање и реологијата на катранот од јаглен.
Катранот од јаглен се користи како врзивно средство и импрегнант во јаглеродната индустрија, а неговите перформанси имаат големо влијание врз процесот на производство и квалитетот на производот од јаглеродни производи. Асфалтот за врзивно средство генерално користи среднотемпературен или среднотемпературно модифициран асфалт со умерена точка на омекнување, висока вредност на коксирање и висока β смола. Средството за импрегнирање е среднотемпературен асфалт со ниска точка на омекнување, низок QI и добри реолошки својства.
Следната слика го прикажува процесот на производство на графитна електрода во јаглеродно претпријатие.
Калцинација: Јаглеродната суровина се термички обработува на висока температура за да се ослободи влагата и испарливите материи содржани во неа, а процесот на производство што одговара на подобрувањето на оригиналните перформанси на готвењето се нарекува калцинација. Општо земено, јаглеродната суровина се калцинира со употреба на гас и сопствени испарливи материи како извор на топлина, а максималната температура е 1250-1350 °C.
Калцинацијата прави длабоки промени во структурата и физичко-хемиските својства на јаглеродните суровини, главно во подобрувањето на густината, механичката цврстина и електричната спроводливост на коксот, подобрувајќи ја хемиската стабилност и отпорноста на коксот на оксидација, поставувајќи основа за последователниот процес.
Калцинираната опрема главно вклучува резервоарски калцинер, ротациона печка и електричен калцинер. Индексот за контрола на квалитетот на калцинацијата е дека вистинската густина на нафтениот кокс не е помала од 2,07 g/cm3, отпорноста не е поголема од 550 μΩ.m, вистинската густина на иглестиот кокс не е помала од 2,12 g/cm3, а отпорноста не е поголема од 500 μΩ.m.
Дробење на суровини и состојки
Пред пакувањето, калцинираниот нафтен кокс и иглестиот кокс мора да се смачкаат, сомелат и просеат.
Средното дробење обично се изведува со опрема за дробење од околу 50 mm преку вилична дробилка, дробилка со чекан, дробилка со ролна и слично за дополнително дробење на материјалот со големина од 0,5-20 mm потребен за мешањето.
Мелењето е процес на мелење на јаглероден материјал до прашкаста мала честичка од 0,15 mm или помалку и големина на честичките од 0,075 mm или помалку со помош на прстенеста валана мелница од типот на суспензија (мелница Рејмонд), топчеста мелница или слично.
Сејењето е процес во кој широк спектар на материјали по дробењето се дели на неколку опсези на големина на честички со тесен опсег на големини преку серија сита со униформни отвори. Сегашното производство на електроди обично бара 4-5 пелети и 1-2 степени на прав.
Состојките се производствените процеси за пресметување, мерење и фокусирање на различните агрегати на агрегати и прашоци и врзива според барањата за формулација. Научната соодветност на формулацијата и стабилноста на операцијата на мешање се меѓу најважните фактори што влијаат на индексот на квалитет и перформансите на производот.
Формулата треба да одреди 5 аспекти:
1Изберете го видот на суровини;
2 одредете го соодносот на различни видови суровини;
3 одредување на составот на цврстата суровина по големина на честичките;
4 одреди ја количината на врзивно средство;
5 Определете го видот и количината на адитиви.
Месење: Мешање и квантификување на јаглеродни гранули и прашоци со различна големина на честички со одредена количина на врзивно средство на одредена температура и месење на пластичната паста во процес наречен месење.
Процес на месење: суво мешање (20-35 мин) влажно мешање (40-55 мин)
Улогата на месењето:
1 При суво мешање, различните суровини се рамномерно мешаат, а цврстите јаглеродни материјали со различна големина на честички се рамномерно мешаат и полнат за да се подобри компактноста на смесата;
2 По додавањето на катран од јаглен, сувиот материјал и асфалтот се рамномерно мешаат. Течниот асфалт рамномерно ја премачкува и навлажнува површината на гранулите за да формира слој од врзувачки слој за асфалт, а сите материјали се лепат еден за друг за да формираат хомогена пластична размачкана смеса. Погодно за обликување;
3 дела катран од јаглен продираат во внатрешниот простор на јаглеродниот материјал, дополнително зголемувајќи ја густината и кохезивноста на пастата.
Калапирање: Калапирањето на јаглероден материјал се однесува на процесот на пластично деформирање на месената јаглеродна паста под дејство на надворешна сила применета од опремата за калапирање, за конечно да се формира зелено тело (или суров производ) со одредена форма, големина, густина и цврстина.
Видови на лиење, опрема и произведени производи:
Метод на обликување
Заедничка опрема
главни производи
Калапи
Вертикална хидраулична преса
Електричен јаглерод, нискоквалитетен финоструктурен графит
Стисни
Хоризонтален хидрауличен екструдер
Екструдер со завртки
Графитна електрода, квадратна електрода
Вибрационо обликување
Машина за вибрационо обликување
Алуминиумска јаглеродна тула, јаглеродна тула од висока печка
Изостатично притискање
Изостатична машина за лиење
Изотропен графит, анизотропен графит
Операција на стискање
1 ладен материјал: материјал за ладење на диск, материјал за ладење на цилиндар, материјали за ладење за мешање и месење, итн.
Испуштете ги испарливите материи, намалете ја температурата на соодветна температура (90-120 °C) за да се зголеми адхезијата, така што блокадата на пастата ќе биде униформна 20-30 минути.
2 Вчитување: преграда со подигнување со притискање —– 2-3 пати сечење—-4-10MPa набивање
3 претходен притисок: притисок 20-25MPa, време 3-5 минути, додека усисува
4 екструзија: притиснете ја преградата — 5-15MPa екструзија — исечена — во ладилникот
Технички параметри на екструзија: однос на компресија, температура на комората за преса и млазницата, температура на ладење, време на притисок пред оптоварување, притисок на екструзија, брзина на екструзија, температура на водата за ладење.
Инспекција на зелени тела: густина на волумен, тапкање по изглед, анализа
Калцинација: Тоа е процес во кој зеленото тело од јаглероден производ се полни во специјално дизајнирана печка за греење под заштита на филер за да се изврши високотемпературна термичка обработка за да се карбонизира јагленовата смола во зеленото тело. Битуменскиот кокс формиран по карбонизацијата на јагленовиот битумен ги стврднува јаглеродниот агрегат и честичките од прав заедно, а калцинираниот јаглероден производ има висока механичка цврстина, низок електричен отпор, добра термичка стабилност и хемиска стабилност.
Калцинацијата е еден од главните процеси во производството на јаглеродни производи, а е исто така важен дел од трите главни процеси на термичка обработка на производството на графитни електроди. Производствениот циклус на калцинација е долг (22-30 дена за печење, 5-20 дена за печки за 2 печења) и поголема потрошувачка на енергија. Квалитетот на зеленото печење има влијание врз квалитетот на готовиот производ и цената на производството.
Зелениот јагленов смола во зеленото тело се коксира за време на процесот на печење, при што се испушта околу 10% од испарливата материја, а волуменот се создава со 2-3% собирање, а загубата на маса е 8-10%. Физичките и хемиските својства на јаглеродното парче исто така значително се променија. Порозноста се намали од 1,70 g/cm3 на 1,60 g/cm3, а отпорноста се намали од 10000 μΩ·m на 40-50 μΩ·m поради зголемувањето на порозноста. Механичката цврстина на калцинираното парче исто така беше голема. За подобрување.
Секундарното печење е процес во кој калцинираниот производ се потопува, а потоа се калцинира за да се карбонизира смолата потопена во порите на калцинираниот производ. Електродите на кои им е потребна поголема густина на волумен (сите варијанти освен RP) и споевите празнини се бараат двојно печење, а споевите празнини се подложени и на трикратно печење со четири печења или двекратно печење со три печења.
Тип на главна печка на печење:
Континуирано работење - прстенеста печка (со капак, без капак), тунелна печка
Повремено работење - обратна печка, подна печка, кутија за печење
Крива на калцинација и максимална температура:
Еднократно печење - 320, 360, 422, 480 часа, 1250 °C
Секундарно печење - 125, 240, 280 часа, 700-800 °C
Инспекција на печени производи: изглед, електрична отпорност, густина на волумен, цврстина на притисок, анализа на внатрешна структура
Импрегнацијата е процес во кој јаглероден материјал се става во сад под притисок, а течниот импрегнантен слој се потопува во порите на електродата на производот под одредени температурни и притисни услови. Целта е да се намали порозноста на производот, да се зголеми густината на волуменот и механичката цврстина на производот и да се подобри електричната и топлинската спроводливост на производот.
Процесот на импрегнација и поврзаните технички параметри се: печење на прачката – чистење на површината – претходно загревање (260-380 °C, 6-10 часа) – полнење на резервоарот за импрегнација – вакуумирање (8-9KPa, 40-50 мин) – инјектирање на битумен (180-200 °C) – притискање (1,2-1,5 MPa, 3-4 часа) – враќање во асфалтот – ладење (внатре или надвор од резервоарот)
Инспекција на импрегнирани производи: стапка на зголемување на тежината на импрегнацијата G=(W2-W1)/W1×100%
Еднократна стапка на зголемување на телесната тежина ≥14%
Стапка на зголемување на тежината на секундарниот импрегниран производ ≥ 9%
Стапка на зголемување на телесната тежина со три производи за потопување ≥ 5%
Графитизацијата се однесува на процес на термичка обработка на висока температура во кој јаглероден производ се загрева на температура од 2300 °C или повеќе во заштитна средина во електрична печка на висока температура за да се претвори аморфна слоевита структура на јаглерод во тридимензионална наредена графитна кристална структура.
Целта и ефектот на графитизацијата:
1 подобрување на спроводливоста и топлинската спроводливост на јаглеродниот материјал (отпорноста се намалува за 4-5 пати, а топлинската спроводливост се зголемува за околу 10 пати);
2 подобрување на отпорноста на термички шок и хемиската стабилност на јаглеродниот материјал (коефициент на линеарна експанзија намален за 50-80%);
3 за да се зголеми подмачкувањето и отпорноста на абење на јаглеродниот материјал;
4 Отстранување на нечистотии, подобрување на чистотата на јаглеродниот материјал (содржината на пепел во производот е намалена од 0,5-0,8% на околу 0,3%).
Реализацијата на процесот на графитизација:
Графтизацијата на јаглероден материјал се изведува на висока температура од 2300-3000 °C, па затоа може да се реализира само со електрично загревање во индустријата, односно струјата директно поминува низ загреаниот калциниран производ, а калцинираниот производ наполнет во печката се генерира од електричната струја на висока температура. Проводникот е повторно објект што се загрева на висока температура.
Печките што моментално се широко користени вклучуваат Ачесонови графитизирачки печки и печки со внатрешна топлинска каскада (LWG). Првата има голема моќност, голема температурна разлика и голема потрошувачка на енергија. Втората има кратко време на загревање, мала потрошувачка на енергија, униформен електричен отпор и не е погодна за вградување.
Контролата на процесот на графитизација се контролира со мерење на кривата на електрична моќност што е соодветна за состојбата на покачување на температурата. Времето на напојување е 50-80 часа за печката Ачесон и 9-15 часа за печката LWG.
Потрошувачката на енергија при графитизација е многу голема, генерално 3200-4800 KWh, а трошоците за процесот сочинуваат околу 20-35% од вкупните трошоци за производство.
Инспекција на графитизирани производи: тапкање по изглед, тест на отпорност
Машинска обработка: Целта на механичката обработка на материјали од јаглероден графит е да се постигне потребната големина, облик, прецизност итн. со сечење за да се направи телото и споевите на електродата во согласност со барањата за употреба.
Обработката на графитни електроди е поделена на два независни процеси на обработка: тело на електродата и спој.
Обработката на каросеријата вклучува три чекори: дупчење и груба рамна површина, надворешна кружна површина и рамна површина и навој за глодање. Обработката на конусен спој може да се подели на 6 процеси: сечење, рамна површина, конусна површина за вагон, навој за глодање, завртка за дупчење и жлебење.
Поврзување на спојки на електроди: конусна спојка (три копчиња и една копче), цилиндрична спојка, спојка со испакнатини (машка и женска спојка)
Контрола на точноста на обработката: отстапување на конусот, чекор на конецот, отстапување на големиот дијаметар на спојот (дупката), коаксијалност на дупката на спојот, вертикалност на дупката на спојот, рамност на крајната површина на електродата, отстапување на спојот во четири точки. Проверете со специјални прстенести и плочести калибри.
Инспекција на готови електроди: точност, тежина, должина, дијаметар, волуменска густина, отпорност, толеранција пред склопување, итн.
Време на објавување: 31 октомври 2019 година