Elektrod grafit ialah bahan konduktif grafit tahan suhu tinggi yang dihasilkan oleh uli petroleum, kokas jarum sebagai agregat dan bitumen arang batu sebagai pengikat, yang dihasilkan melalui satu siri proses seperti menguli, membentuk, memanggang, menghadam, menggrafitkan dan memproses bahan tersebut secara mekanikal.
Elektrod grafit merupakan bahan pengalir suhu tinggi yang penting untuk pembuatan keluli elektrik. Elektrod grafit digunakan untuk memasukkan tenaga elektrik ke relau elektrik, dan suhu tinggi yang dihasilkan oleh arka antara hujung elektrod dan cas digunakan sebagai sumber haba untuk mencairkan cas bagi pembuatan keluli. Relau bijih lain yang melebur bahan seperti fosforus kuning, silikon perindustrian dan bahan pengkakis juga menggunakan elektrod grafit sebagai bahan pengalir. Sifat fizikal dan kimia elektrod grafit yang sangat baik dan istimewa juga digunakan secara meluas dalam sektor perindustrian lain.
Bahan mentah untuk penghasilan elektrod grafit ialah kok petroleum, kok jarum dan pic tar arang batu.
Kok petroleum ialah produk pepejal mudah terbakar yang diperoleh melalui proses koking sisa arang batu dan pic petroleum. Warnanya hitam dan berliang, unsur utamanya ialah karbon, dan kandungan abunya sangat rendah, biasanya di bawah 0.5%. Kok petroleum tergolong dalam kelas karbon mudah digrafitkan. Kok petroleum mempunyai pelbagai kegunaan dalam industri kimia dan metalurgi. Ia merupakan bahan mentah utama untuk menghasilkan produk grafit tiruan dan produk karbon untuk aluminium elektrolitik.
Kok petroleum boleh dibahagikan kepada dua jenis: kok mentah dan kok terkalsinasi mengikut suhu rawatan haba. Kok petroleum terdahulu yang diperoleh melalui pengkokan tertunda mengandungi sejumlah besar bahan meruap, dan kekuatan mekanikalnya rendah. Kok terkalsinasi diperoleh melalui pengkalsinasan kok mentah. Kebanyakan kilang penapisan di China hanya menghasilkan kok, dan operasi pengkalsinasan kebanyakannya dijalankan di loji karbon.
Kok petroleum boleh dibahagikan kepada kok sulfur tinggi (mengandungi lebih daripada 1.5% sulfur), kok sulfur sederhana (mengandungi 0.5%-1.5% sulfur), dan kok sulfur rendah (mengandungi kurang daripada 0.5% sulfur). Pengeluaran elektrod grafit dan produk grafit tiruan lain biasanya dihasilkan menggunakan kok sulfur rendah.
Kok jarum ialah sejenis kok berkualiti tinggi dengan tekstur berserat yang jelas, pekali pengembangan haba yang sangat rendah dan penggrafitan yang mudah. Apabila kok dipecahkan, ia boleh dibahagikan kepada jalur nipis mengikut tekstur (nisbah aspek biasanya melebihi 1.75). Struktur berserat anisotropik boleh diperhatikan di bawah mikroskop polarisasi, dan oleh itu dirujuk sebagai kok jarum.
Anisotropi sifat fiziko-mekanikal kok jarum sangat jelas. Ia mempunyai kekonduksian elektrik dan terma yang baik selari dengan arah paksi panjang zarah, dan pekali pengembangan haba adalah rendah. Apabila pengacuan penyemperitan, paksi panjang kebanyakan zarah disusun dalam arah penyemperitan. Oleh itu, kok jarum merupakan bahan mentah utama untuk pembuatan elektrod grafit berkuasa tinggi atau berkuasa ultra tinggi. Elektrod grafit yang dihasilkan mempunyai kerintangan yang rendah, pekali pengembangan haba yang kecil dan rintangan kejutan haba yang baik.
Kok jarum dibahagikan kepada kok jarum berasaskan minyak yang dihasilkan daripada sisa petroleum dan kok jarum berasaskan arang batu yang dihasilkan daripada bahan mentah arang batu yang ditapis.
Tar arang batu merupakan salah satu produk utama pemprosesan mendalam tar arang batu. Ia merupakan campuran pelbagai hidrokarbon, hitam pada suhu tinggi, separa pepejal atau pepejal pada suhu tinggi, tiada takat lebur tetap, dilembutkan selepas pemanasan, dan kemudian dicairkan, dengan ketumpatan 1.25-1.35 g/cm3. Mengikut takat pelembutannya, ia dibahagikan kepada asfalt suhu rendah, suhu sederhana dan suhu tinggi. Hasil asfalt suhu sederhana ialah 54-56% daripada tar arang batu. Komposisi tar arang batu sangat rumit, yang berkaitan dengan sifat tar arang batu dan kandungan heteroatom, dan juga dipengaruhi oleh sistem proses koking dan keadaan pemprosesan tar arang batu. Terdapat banyak petunjuk untuk mencirikan pic tar arang batu, seperti takat pelembutan bitumen, toluena tidak larut (TI), kuinolin tidak larut (QI), nilai koking, dan reologi pic arang batu.
Tar arang batu digunakan sebagai pengikat dan impregnant dalam industri karbon, dan prestasinya mempunyai kesan yang besar terhadap proses pengeluaran dan kualiti produk karbon. Asfalt pengikat secara amnya menggunakan asfalt diubah suai suhu sederhana atau suhu sederhana yang mempunyai takat pelembutan sederhana, nilai koking yang tinggi, dan resin β yang tinggi. Agen impregnating ialah asfalt suhu sederhana yang mempunyai takat pelembutan rendah, QI yang rendah, dan sifat reologi yang baik.
Gambar berikut menunjukkan proses pengeluaran elektrod grafit dalam perusahaan karbon.
Kalsinasi: Bahan mentah berkarbon dirawat haba pada suhu tinggi untuk mengeluarkan kelembapan dan bahan meruap yang terkandung di dalamnya, dan proses pengeluaran yang sepadan dengan peningkatan prestasi memasak asal dipanggil kalsinasi. Secara amnya, bahan mentah berkarbon dikalsinasi dengan menggunakan gas dan bahan meruapnya sendiri sebagai sumber haba, dan suhu maksimum ialah 1250-1350 °C.
Pengkalsinan membuat perubahan besar dalam struktur dan sifat fizikokimia bahan mentah berkarbon, terutamanya dalam meningkatkan ketumpatan, kekuatan mekanikal dan kekonduksian elektrik kok, meningkatkan kestabilan kimia dan rintangan pengoksidaan kok, meletakkan asas untuk proses seterusnya.
Peralatan yang dikalsin terutamanya merangkumi tangki pengkalsin, tanur berputar dan pengkalsin elektrik. Indeks kawalan kualiti pengkalsinan ialah ketumpatan sebenar kok petroleum tidak kurang daripada 2.07g/cm3, kerintangan tidak lebih daripada 550μΩ.m, ketumpatan sebenar kok jarum tidak kurang daripada 2.12g/cm3, dan kerintangan tidak lebih daripada 500μΩ.m.
Penghancuran bahan mentah dan ramuan
Sebelum penggabungan, kok petroleum dan kok jarum yang telah dikalsinkan pukal mesti dihancurkan, dikisar dan diayak.
Penghancuran sederhana biasanya dijalankan dengan peralatan penghancuran kira-kira 50 mm melalui penghancur rahang, penghancur tukul, penghancur gulung dan sebagainya untuk menghancurkan lagi bahan bersaiz 0.5-20 mm yang diperlukan untuk pengelompokan.
Pengisaran ialah proses pengisaran bahan berkarbon kepada zarah kecil seperti serbuk berukuran 0.15 mm atau kurang dan saiz zarah 0.075 mm atau kurang menggunakan kilang gulung cincin jenis suspensi (kilang Raymond), kilang bebola atau sebagainya.
Penyaringan merupakan satu proses di mana pelbagai jenis bahan selepas penghancuran dibahagikan kepada beberapa julat saiz zarah dengan julat saiz yang sempit melalui satu siri penapis dengan bukaan seragam. Pengeluaran elektrod semasa biasanya memerlukan 4-5 pelet dan 1-2 gred serbuk.
Ramuan merupakan proses pengeluaran untuk mengira, menimbang dan memfokuskan pelbagai agregat agregat dan serbuk serta pengikat mengikut keperluan formulasi. Kesesuaian saintifik formulasi dan kestabilan operasi pengelompokan adalah antara faktor terpenting yang mempengaruhi indeks kualiti dan prestasi produk.
Formula tersebut perlu menentukan 5 aspek:
1Pilih jenis bahan mentah;
2 menentukan perkadaran pelbagai jenis bahan mentah;
3 menentukan komposisi saiz zarah bahan mentah pepejal;
4 tentukan jumlah pengikat;
5 Tentukan jenis dan jumlah bahan tambahan.
Menguli: Mencampurkan dan mengukur kuantiti granul dan serbuk karbon pelbagai saiz zarah dengan jumlah pengikat tertentu pada suhu tertentu, dan menguli pes keplastikan ke dalam proses yang dipanggil menguli.
Proses menguli: adunan kering (20-35 minit) adunan basah (40-55 minit)
Peranan menguli:
1 Apabila mencampurkan bahan kering, pelbagai bahan mentah dicampur secara seragam, dan bahan berkarbon pepejal dengan saiz zarah yang berbeza dicampur dan diisi secara seragam untuk meningkatkan kekompakan campuran;
2 Selepas menambah tar arang batu, bahan kering dan asfalt dicampur secara seragam. Asfalt cecair menyalut dan membasahi permukaan granul secara seragam untuk membentuk lapisan ikatan asfalt, dan semua bahan dilekatkan antara satu sama lain untuk membentuk sapuan plastik yang homogen. Kondusif untuk pengacuan;
3 bahagian tar arang batu meresap ke dalam ruang dalam bahan berkarbon, seterusnya meningkatkan ketumpatan dan kekohesifan pes.
Pengacuan: Pengacuan bahan karbon merujuk kepada proses mengubah bentuk pes karbon yang diuli secara plastik di bawah daya luaran yang dikenakan oleh peralatan pengacuan untuk akhirnya membentuk jasad hijau (atau produk mentah) yang mempunyai bentuk, saiz, ketumpatan dan kekuatan tertentu.
Jenis-jenis pengacuan, peralatan dan produk yang dihasilkan:
Kaedah pengacuan
Peralatan biasa
produk utama
Acuan
Tekan hidraulik menegak
Karbon elektrik, grafit struktur halus gred rendah
Picit
Penyemperit hidraulik mendatar
Penyemperit skru
Elektrod grafit, elektrod segi empat sama
Acuan getaran
Mesin pengacuan getaran
Bata karbon aluminium, bata karbon relau bagas
Penekanan isostatik
Mesin pengacuan isostatik
Grafit isotropik, grafit anisotropik
Operasi picit
1 bahan sejuk: bahan penyejuk cakera, bahan penyejuk silinder, bahan penyejuk pencampuran dan penguli, dsb.
Keluarkan bahan meruap, turunkan kepada suhu yang sesuai (90-120°C) untuk meningkatkan lekatan, supaya kekotoran pes seragam selama 20-30 minit
2 Memuatkan: tekan sesekat angkat —– 2-3 kali pemotongan—-pemadatan 4-10MPa
3 pra-tekanan: tekanan 20-25MPa, masa 3-5 minit, semasa menyedut habuk
4 penyemperitan: tekan ke bawah penyemperitan —5-15MPa — potong — ke dalam sinki penyejuk
Parameter teknikal penyemperitan: nisbah mampatan, ruang tekan dan suhu muncung, suhu penyejukan, masa tekanan pramuat, tekanan penyemperitan, kelajuan penyemperitan, suhu air penyejukan
Pemeriksaan jasad hijau: ketumpatan pukal, penorehan rupa, analisis
Kalsinasi: Ia merupakan proses di mana jasad hijau produk karbon diisi dalam relau pemanasan yang direka khas di bawah perlindungan pengisi untuk melakukan rawatan haba suhu tinggi bagi mengkarbonkan cerun arang batu dalam jasad hijau. Kok bitumen yang terbentuk selepas pengkarbonan bitumen arang batu memejalkan agregat karbon dan zarah serbuk bersama-sama, dan produk karbon yang dikalsinasi mempunyai kekuatan mekanikal yang tinggi, kerintangan elektrik yang rendah, kestabilan haba yang baik dan kestabilan kimia.
Pengapuran merupakan salah satu proses utama dalam penghasilan produk karbon, dan juga merupakan bahagian penting dalam tiga proses rawatan haba utama penghasilan elektrod grafit. Kitaran penghasilan pengapuran adalah panjang (22-30 hari untuk pembakaran, 5-20 hari untuk relau untuk 2 pembakaran), dan penggunaan tenaga yang lebih tinggi. Kualiti pemanggangan hijau mempunyai kesan terhadap kualiti produk siap dan kos pengeluaran.
Bumbung arang batu hijau dalam jasad hijau dibakar semasa proses pemanggangan, dan kira-kira 10% daripada bahan meruap dilepaskan, dan isipadu dihasilkan melalui pengecutan 2-3%, dan kehilangan jisim adalah 8-10%. Sifat fizikal dan kimia bilet karbon juga berubah dengan ketara. Keliangan menurun daripada 1.70 g/cm3 kepada 1.60 g/cm3 dan kerintangan menurun daripada 10000 μΩ·m kepada 40-50 μΩ·m disebabkan oleh peningkatan keliangan. Kekuatan mekanikal bilet yang dikalsin juga besar. Untuk penambahbaikan.
Pembakar sekunder ialah proses di mana produk yang dikalsin direndam dan kemudian dikalsin untuk mengkarbonkan pic yang direndam dalam liang produk yang dikalsin. Elektrod yang memerlukan ketumpatan pukal yang lebih tinggi (semua jenis kecuali RP) dan kosong sambungan perlu dibakar, dan kosong sambungan juga tertakluk kepada pembakaran tiga celup empat atau pembakaran dua celup tiga.
Jenis pemanggang relau utama:
Operasi berterusan—-relau cincin (dengan penutup, tanpa penutup), relau terowong
Operasi berselang-seli—-tanur terbalik, pemanggang bawah lantai, pemanggang kotak
Lengkung kalsinasi dan suhu maksimum:
Pemanggangan sekali sahaja—-320, 360, 422, 480 jam, 1250 °C
Pemanggangan sekunder—-125, 240, 280 jam, 700-800 °C
Pemeriksaan produk bakar: penentuan rupa, kerintangan elektrik, ketumpatan pukal, kekuatan mampatan, analisis struktur dalaman
Pengimpregnasian ialah proses di mana bahan karbon diletakkan di dalam bekas tekanan dan pic pengimpregnasi cecair direndam dalam liang elektrod produk di bawah keadaan suhu dan tekanan tertentu. Tujuannya adalah untuk mengurangkan keliangan produk, meningkatkan ketumpatan pukal dan kekuatan mekanikal produk, dan meningkatkan kekonduksian elektrik dan haba produk.
Proses penghamilan dan parameter teknikal yang berkaitan adalah: memanggang bilet – pembersihan permukaan – pemanasan awal (260-380 °C, 6-10 jam) – mengisi tangki penghamilan – penyedutan vakum (8-9KPa, 40-50 minit) – Suntikan bitumen (180-200 °C) – Penekanan (1.2-1.5 MPa, 3-4 jam) – Kembalikan ke asfalt – Penyejukan (di dalam atau di luar tangki)
Pemeriksaan produk yang diimpregnasi: kadar pertambahan berat impregnasi G=(W2-W1)/W1×100%
Satu kadar pertambahan berat badan menurun ≥14%
Kadar pertambahan berat produk berinfusi sekunder ≥ 9%
Kadar pertambahan berat badan produk celup tiga kali ganda ≥ 5%
Penggrafitan merujuk kepada proses rawatan haba suhu tinggi di mana produk karbon dipanaskan pada suhu 2300 °C atau lebih dalam medium pelindung dalam relau elektrik suhu tinggi untuk menukar struktur berlapis amorfus karbon menjadi struktur kristal grafit tersusun tiga dimensi.
Tujuan dan kesan penggrafitan:
1 meningkatkan kekonduksian dan kekonduksian terma bahan karbon (rintangan dikurangkan sebanyak 4-5 kali ganda, dan kekonduksian terma meningkat kira-kira 10 kali ganda);
2 meningkatkan rintangan kejutan haba dan kestabilan kimia bahan karbon (pekali pengembangan linear dikurangkan sebanyak 50-80%);
3 untuk menjadikan bahan karbon mempunyai pelinciran dan rintangan lelasan;
4. Membersihkan bendasing ekzos, meningkatkan ketulenan bahan karbon (kandungan abu produk dikurangkan daripada 0.5-0.8% kepada kira-kira 0.3%).
Realisasi proses penggrafitan:
Penggrafitan bahan karbon dijalankan pada suhu tinggi 2300-3000 °C, jadi ia hanya boleh direalisasikan melalui pemanasan elektrik dalam industri, iaitu arus terus melalui produk yang dikalsinkan yang dipanaskan, dan produk yang dikalsinkan yang dicas ke dalam relau dijana oleh arus elektrik pada suhu tinggi. Konduktor sekali lagi merupakan objek yang dipanaskan pada suhu tinggi.
Relau yang digunakan secara meluas pada masa ini termasuk relau grafitisasi Acheson dan relau lata haba dalaman (LWG). Relau yang pertama mempunyai output yang besar, perbezaan suhu yang besar, dan penggunaan kuasa yang tinggi. Relau yang kedua mempunyai masa pemanasan yang singkat, penggunaan kuasa yang rendah, kerintangan elektrik yang seragam, dan tidak sesuai untuk pemasangan.
Kawalan proses penggrafitan dikawal dengan mengukur lengkung kuasa elektrik yang sesuai untuk keadaan kenaikan suhu. Masa bekalan kuasa adalah 50-80 jam untuk relau Acheson dan 9-15 jam untuk relau LWG.
Penggunaan kuasa grafitisasi adalah sangat besar, secara amnya 3200-4800KWh, dan kos proses menyumbang kira-kira 20-35% daripada jumlah kos pengeluaran.
Pemeriksaan produk bergrafit: penorehan rupa, ujian kerintangan
Pemesinan: Tujuan pemesinan mekanikal bahan grafit karbon adalah untuk mencapai saiz, bentuk, ketepatan, dan sebagainya yang diperlukan dengan memotong untuk menjadikan badan dan sambungan elektrod mengikut keperluan penggunaan.
Pemprosesan elektrod grafit dibahagikan kepada dua proses pemprosesan bebas: badan elektrod dan sambungan.
Pemprosesan badan mesin merangkumi tiga langkah iaitu permukaan hujung rata yang menggerudi dan kasar, bulatan luar dan permukaan hujung rata serta benang penggilingan. Pemprosesan sambungan kon boleh dibahagikan kepada 6 proses: pemotongan, permukaan hujung rata, permukaan kon kereta, benang penggilingan, bolt penggerudian dan slotting.
Sambungan sambungan elektrod: sambungan sambungan kon (tiga gesper dan satu gesper), sambungan sambungan silinder, sambungan bonggol (sambungan lelaki dan perempuan)
Kawalan ketepatan pemesinan: sisihan tirus benang, pic benang, sisihan diameter besar sambungan (lubang), sepaksi lubang sambungan, vertikal lubang sambungan, kerataan permukaan hujung elektrod, sisihan empat titik sambungan. Semak dengan tolok cincin dan tolok plat khas.
Pemeriksaan elektrod siap: ketepatan, berat, panjang, diameter, ketumpatan pukal, kerintangan, toleransi pra-pemasangan, dsb.
Masa siaran: 31 Okt-2019