Grafietelektrode is een geleidend materiaal van grafiet dat bestand is tegen hoge temperaturen. Het wordt geproduceerd door het kneden van aardolie, naaldcokes als aggregaat en steenkoolbitumen als bindmiddel. Deze worden geproduceerd via een reeks processen zoals kneden, vormen, roosteren, impregneren, grafitiseren en mechanische verwerking.
De grafietelektrode is een belangrijk geleidend materiaal voor hoge temperaturen in de elektrische staalproductie. De grafietelektrode wordt gebruikt om elektrische energie in de elektrische oven te brengen, en de hoge temperatuur die wordt gegenereerd door de boog tussen het uiteinde van de elektrode en de lading, wordt gebruikt als warmtebron om de lading te smelten voor de staalproductie. Andere ertsovens die materialen zoals gele fosfor, industrieel silicium en schuurmiddelen smelten, gebruiken ook grafietelektroden als geleidend materiaal. De uitstekende en bijzondere fysische en chemische eigenschappen van grafietelektroden worden ook veel gebruikt in andere industriële sectoren.
De grondstoffen voor de productie van grafietelektroden zijn petroleumcokes, naaldcokes en steenkoolteerpek.
Petroleumcokes is een brandbaar vast product dat wordt verkregen door het vercooksen van steenkoolresten en petroleumpek. De kleur is zwart en poreus, het hoofdelement is koolstof en het asgehalte is zeer laag, doorgaans minder dan 0,5%. Petroleumcokes behoort tot de klasse van gemakkelijk te grafitiseren koolstof. Petroleumcokes kent een breed scala aan toepassingen in de chemische en metallurgische industrie. Het is de belangrijkste grondstof voor de productie van kunstmatig grafiet en koolstofproducten voor elektrolytisch aluminium.
Petroleumcokes kan worden onderverdeeld in twee soorten: ruwe cokes en gecalcineerde cokes, afhankelijk van de warmtebehandelingstemperatuur. De voormalige petroleumcokes, verkregen door vertraagde cokesvorming, bevat een grote hoeveelheid vluchtige stoffen en de mechanische sterkte is laag. De gecalcineerde cokes wordt verkregen door calcinatie van ruwe cokes. De meeste raffinaderijen in China produceren uitsluitend cokes en calcinatieprocessen worden meestal uitgevoerd in koolstoffabrieken.
Petroleumcokes kan worden onderverdeeld in hoogzwavelige cokes (met meer dan 1,5% zwavel), middelzwavelige cokes (met 0,5%-1,5% zwavel) en laagzwavelige cokes (met minder dan 0,5% zwavel). De productie van grafietelektroden en andere kunstmatige grafietproducten gebeurt over het algemeen met laagzwavelige cokes.
Naaldcoke is een soort hoogwaardige coke met een duidelijke vezelachtige textuur, een zeer lage thermische uitzettingscoëfficiënt en een gemakkelijke grafitisering. Wanneer de coke breekt, kan deze worden gesplitst in dunne stroken op basis van textuur (de aspectverhouding is over het algemeen hoger dan 1,75). Een anisotrope vezelachtige structuur is zichtbaar onder een polarisatiemicroscoop en wordt daarom naaldcoke genoemd.
De anisotropie van de fysisch-mechanische eigenschappen van naaldcokes is overduidelijk. Het heeft een goede elektrische en thermische geleidbaarheid parallel aan de lengteas van het deeltje, en de thermische uitzettingscoëfficiënt is laag. Bij extrusievormen is de lengteas van de meeste deeltjes in de extrusierichting geplaatst. Daarom is naaldcokes de belangrijkste grondstof voor de productie van hoogvermogen- of ultrahoogvermogen-grafietelektroden. De geproduceerde grafietelektrode heeft een lage soortelijke weerstand, een kleine thermische uitzettingscoëfficiënt en een goede thermische schokbestendigheid.
Naaldcokes wordt onderverdeeld in op olie gebaseerde naaldcokes, geproduceerd uit aardolieresten, en op steenkool gebaseerde naaldcokes, geproduceerd uit geraffineerde steenkoolpekgrondstoffen.
Koolteer is een van de belangrijkste producten van de diepe verwerking van koolteer. Het is een mengsel van verschillende koolwaterstoffen, zwart bij hoge temperatuur, halfvast of vast bij hoge temperatuur, zonder vast smeltpunt, verzacht na verhitting en vervolgens gesmolten, met een dichtheid van 1,25-1,35 g/cm3. Afhankelijk van het verwekingspunt wordt het onderverdeeld in asfalt bij lage temperatuur, gemiddelde temperatuur en hoge temperatuur. De opbrengst van asfalt bij gemiddelde temperatuur is 54-56% van koolteer. De samenstelling van koolteer is uiterst complex, wat verband houdt met de eigenschappen van koolteer en het gehalte aan heteroatomen, en wordt ook beïnvloed door het cokesvormingsproces en de verwerkingsomstandigheden van koolteer. Er zijn veel indicatoren voor het karakteriseren van koolteerpek, zoals het verwekingspunt van bitumen, onoplosbare tolueenbestanddelen (TI), onoplosbare chinolinebestanddelen (QI), cokeswaarden en de reologie van koolteerpek.
Koolteer wordt gebruikt als bindmiddel en impregneermiddel in de koolstofindustrie en de werking ervan heeft een grote invloed op het productieproces en de productkwaliteit van koolstofproducten. Het bindmiddelasfalt wordt doorgaans gemaakt van een middeltemperatuur- of middeltemperatuurgemodificeerd asfalt met een gematigd verwekingspunt, een hoge cokeswaarde en een hoge β-hars. Het impregneermiddel is een middeltemperatuurasfalt met een laag verwekingspunt, een lage QI en goede reologische eigenschappen.
De onderstaande afbeelding toont het productieproces van een grafietelektrode in een koolstofbedrijf.
Calcineren: De koolstofhoudende grondstof ondergaat een warmtebehandeling op hoge temperatuur om het vocht en de vluchtige bestanddelen die erin aanwezig zijn te verwijderen. Het productieproces dat nodig is om de oorspronkelijke kookprestaties te verbeteren, wordt calcineren genoemd. Over het algemeen wordt de koolstofhoudende grondstof gecalcineerd met behulp van gas en de eigen vluchtige bestanddelen als warmtebron, en de maximumtemperatuur bedraagt 1250-1350 °C.
Calcinatie zorgt voor grote veranderingen in de structuur en de fysisch-chemische eigenschappen van koolstofhoudende grondstoffen. Dit komt vooral door de verbetering van de dichtheid, mechanische sterkte en elektrische geleidbaarheid van cokes. Ook de chemische stabiliteit en oxidatiebestendigheid van cokes worden verbeterd, waarmee de basis wordt gelegd voor het daaropvolgende proces.
Calcinatieapparatuur omvat voornamelijk tankcalciners, draaiovens en elektrische calciners. De kwaliteitscontrole-index voor calcinatie is dat de werkelijke dichtheid van petroleumcokes niet minder is dan 2,07 g/cm³, de soortelijke weerstand niet meer dan 550 μΩ.m bedraagt, de werkelijke dichtheid van naaldcokes niet minder is dan 2,12 g/cm³ en de soortelijke weerstand niet meer dan 500 μΩ.m bedraagt.
Vermalen van grondstoffen en ingrediënten
Voordat het batchproces begint, moeten de gecalcineerde petroleumcokes en naaldcokes worden gebroken, gemalen en gezeefd.
Het middelgroot breken wordt gewoonlijk uitgevoerd met behulp van breekapparatuur van ongeveer 50 mm door middel van een kaakbreker, een hamerbreker, een walsbreker en dergelijke om het materiaal met een korrelgrootte van 0,5-20 mm dat nodig is voor het doseren verder te breken.
Maalproces is het vermalen van een koolstofhoudend materiaal tot een poedervormig klein deeltje van 0,15 mm of kleiner en een deeltjesgrootte van 0,075 mm of kleiner door middel van een ringwalsmolen van het suspensietype (Raymondmolen), een kogelmolen of iets dergelijks.
Zeefproces is een proces waarbij een breed scala aan materialen na vermaling wordt verdeeld in verschillende deeltjesgroottebereiken met een smal bereik door middel van zeven met uniforme openingen. Voor de huidige elektrodenproductie zijn doorgaans 4-5 pellets en 1-2 poedersoorten nodig.
Ingrediënten zijn de productieprocessen voor het berekenen, wegen en concentreren van de verschillende aggregaten, poeders en bindmiddelen volgens de formuleringseisen. De wetenschappelijke geschiktheid van de formulering en de stabiliteit van het batchproces behoren tot de belangrijkste factoren die de kwaliteitsindex en de prestaties van het product beïnvloeden.
De formule moet 5 aspecten bepalen:
1Selecteer het type grondstof;
2 de verhouding van verschillende soorten grondstoffen bepalen;
3 het bepalen van de deeltjesgroottesamenstelling van de vaste grondstof;
4 bepaal de hoeveelheid bindmiddel;
5 Bepaal het type en de hoeveelheid additieven.
Kneden: Het mengen en kwantificeren van koolstofhoudende korrels en poeders van verschillende deeltjesgroottes met een bepaalde hoeveelheid bindmiddel bij een bepaalde temperatuur, en het kneden van de plasticiteitspasta in een proces dat kneden wordt genoemd.
Kneedproces: droog mengen (20-35 min) nat mengen (40-55 min)
De rol van kneden:
1 Bij het droog mengen worden de verschillende grondstoffen gelijkmatig gemengd en worden de vaste koolstofhoudende materialen met verschillende deeltjesgroottes gelijkmatig gemengd en gevuld om de compactheid van het mengsel te verbeteren;
2 Na het toevoegen van koolteerpek worden het droge materiaal en het asfalt gelijkmatig gemengd. Het vloeibare asfalt bedekt en bevochtigt het oppervlak van de korrels gelijkmatig en vormt een laag asfalthechting. Alle materialen hechten zich aan elkaar en vormen een homogene plastische laag. Bevordert de vormgeving;
3 delen teerpek dringen door tot in de binnenruimte van het koolstofhoudende materiaal, waardoor de dichtheid en samenhang van de pasta verder toenemen.
Gieten: Met het gieten van koolstofmateriaal wordt het proces bedoeld waarbij de gekneedde koolstofpasta plastisch wordt vervormd onder invloed van de externe kracht die door de gietapparatuur wordt uitgeoefend, om uiteindelijk een groen lichaam (of ruw product) te vormen met een bepaalde vorm, grootte, dichtheid en sterkte.
Soorten mallen, apparatuur en geproduceerde producten:
Vormmethode
Gemeenschappelijke uitrusting
belangrijkste producten
Vormgeving
Verticale hydraulische pers
Elektrische koolstof, laagwaardige fijnstructuurgrafiet
Knijpen
Horizontale hydraulische extruder
Schroefextruder
Grafietelektrode, vierkante elektrode
Trillingsgieten
Trillingsvormmachine
Aluminiumkoolstofsteen, hoogovenkoolstofsteen
Isostatisch persen
Isostatische gietmachine
Isotroop grafiet, anisotroop grafiet
Knijpbewerking
1. Koelmateriaal: schijfkoelmateriaal, cilinderkoelmateriaal, meng- en kneedkoelmateriaal, etc.
Ontlaad de vluchtige stoffen, verlaag de temperatuur tot een geschikte temperatuur (90-120 ° C) om de hechting te vergroten, zodat de blokkerigheid van de pasta gedurende 20-30 minuten gelijkmatig is
2 Laden: druk op de liftplaat —– 2-3 keer snijden —-4-10MPa verdichting
3 voordruk: druk 20-25MPa, tijd 3-5min, tijdens het vacuüm trekken
4 extrusie: druk de baffle naar beneden — 5-15 MPa extrusie — snij — in de koelgootsteen
Technische parameters van extrusie: compressieverhouding, perskamer- en spuitmondtemperatuur, koeltemperatuur, voorspanningstijd, extrusiedruk, extrusiesnelheid, koelwatertemperatuur
Inspectie van groene lichamen: bulkdichtheid, uiterlijke kenmerken, analyse
Calcineren: Dit is een proces waarbij het koolstofproduct in een speciaal ontworpen oven wordt gebracht onder bescherming van de vulstof. Een hogetemperatuur-warmtebehandeling wordt uitgevoerd om de steenkoolpek in het product te carboniseren. De bitumencokes die na de carbonisatie van het steenkoolbitumen ontstaat, stolt het koolstofhoudende aggregaat en de poederdeeltjes samen. Het gecalcineerde koolstofproduct heeft een hoge mechanische sterkte, een lage elektrische weerstand, een goede thermische stabiliteit en een goede chemische stabiliteit.
Calcineren is een van de belangrijkste processen bij de productie van koolstofproducten en tevens een belangrijk onderdeel van de drie belangrijkste warmtebehandelingsprocessen voor de productie van grafietelektroden. De calcinatiecyclus is lang (22-30 dagen voor het bakken, 5-20 dagen voor ovens voor 2 bakken) en het energieverbruik is hoger. De kwaliteit van het groen branden heeft invloed op de kwaliteit van het eindproduct en de productiekosten.
De groene steenkoolpek in de groene massa wordt tijdens het roostproces verkookst, waarbij ongeveer 10% van de vluchtige stoffen wordt afgevoerd. Het volume wordt geproduceerd door 2-3% krimp, en het massaverlies bedraagt 8-10%. De fysische en chemische eigenschappen van de koolstofstaaf veranderden ook aanzienlijk. De porositeit daalde van 1,70 g/cm³ naar 1,60 g/cm³ en de soortelijke weerstand daalde van 10.000 μΩ·m naar 40-50 μΩ·m als gevolg van de toename van de porositeit. De mechanische sterkte van de gecalcineerde staaf was ook hoog. Verbetering gewenst.
Het secundair bakken is een proces waarbij het gecalcineerde product wordt ondergedompeld en vervolgens gecalcineerd om de pek die in de poriën van het gecalcineerde product is ondergedompeld, te carboniseren. Elektroden die een hogere bulkdichtheid vereisen (alle varianten behalve RP) en lasplaten moeten dubbel worden gebakken. De lasplaten worden vervolgens ook onderworpen aan een drie-onderdompeling-vier-baking of een twee-onderdompeling-drie-baking.
Hoofdtype van de roosteroven:
Continue werking - ringoven (met deksel, zonder deksel), tunneloven
Intermitterende werking - omgekeerde oven, ondervloerrooster, doosrooster
Calcinatiecurve en maximumtemperatuur:
Eenmalig branden: 320, 360, 422, 480 uur, 1250 °C
Secundair roosteren - 125, 240, 280 uur, 700-800 °C
Inspectie van gebakken producten: uiterlijk, elektrische weerstand, bulkdichtheid, druksterkte, interne structuuranalyse
Impregneren is een proces waarbij koolstofmateriaal in een drukvat wordt geplaatst en de vloeibare impregneerpek onder bepaalde temperatuur- en drukomstandigheden in de poriën van de productelektrode wordt ondergedompeld. Het doel is om de porositeit van het product te verminderen, de bulkdichtheid en mechanische sterkte van het product te verhogen en de elektrische en thermische geleidbaarheid van het product te verbeteren.
Het impregnatieproces en de bijbehorende technische parameters zijn: roosteren van het blok – oppervlaktereiniging – voorverwarmen (260-380 °C, 6-10 uur) – vullen van de impregneertank – vacuümzuigen (8-9 kPa, 40-50 min) – injectie van bitumen (180-200 °C) – drukverhoging (1,2-1,5 MPa, 3-4 uur) – terugvoeren naar asfalt – koeling (binnen of buiten de tank)
Inspectie van geïmpregneerde producten: gewichtstoename door impregneren G=(W2-W1)/W1×100%
Eén dipgewichtstoenamepercentage ≥14%
Gewichtstoename van secundair geïmpregneerd product ≥ 9%
Gewichtstoenamepercentage van drie dipproducten ≥ 5%
Grafitisering is een warmtebehandelingsproces bij hoge temperatuur, waarbij een koolstofproduct in een beschermend medium in een elektrische oven met hoge temperatuur wordt verhit tot een temperatuur van 2300 °C of meer. Op deze manier wordt een amorfe, gelaagde koolstofstructuur omgezet in een driedimensionale, geordende grafietkristalstructuur.
Het doel en effect van grafitisering:
1. Verbeter de geleidbaarheid en thermische geleidbaarheid van het koolstofmateriaal (de weerstand wordt 4-5 keer verlaagd en de thermische geleidbaarheid wordt ongeveer 10 keer verhoogd);
2 Verbetering van de thermische schokbestendigheid en de chemische stabiliteit van het koolstofmateriaal (lineaire uitzettingscoëfficiënt verlaagd met 50-80%);
3 om het koolstofmateriaal glad en slijtvast te maken;
4 Uitlaatverontreinigingen, verbeteren de zuiverheid van het koolstofmateriaal (het asgehalte van het product wordt verlaagd van 0,5-0,8% tot ongeveer 0,3%).
De realisatie van het grafitiseringsproces:
Grafitisering van koolstofmateriaal vindt plaats bij een hoge temperatuur van 2300-3000 °C en kan daarom in de industrie alleen worden gerealiseerd door elektrische verhitting. Dit betekent dat de stroom rechtstreeks door het verhitte gecalcineerde product gaat en het gecalcineerde product dat in de oven wordt geladen, wordt gegenereerd door de elektrische stroom bij een hoge temperatuur. De geleider is wederom een object dat tot een hoge temperatuur wordt verhit.
Momenteel veelgebruikte ovens zijn onder andere Acheson-grafitiseringsovens en interne warmtecascadeovens (LWG). De eerste heeft een groot rendement, een groot temperatuurverschil en een hoog stroomverbruik. De laatste heeft een korte verwarmingstijd, een laag stroomverbruik, een uniforme elektrische weerstand en is niet geschikt voor montage.
De besturing van het grafitiseringsproces wordt geregeld door het meten van de elektrische vermogenscurve die geschikt is voor de temperatuurstijging. De voedingstijd bedraagt 50-80 uur voor de Acheson-oven en 9-15 uur voor de LWG-oven.
Het energieverbruik van grafitisering is zeer hoog, doorgaans 3200-4800 kWh, en de proceskosten bedragen ongeveer 20-35% van de totale productiekosten.
Inspectie van gegrafitiseerde producten: uiterlijke aftakking, weerstandstest
Bewerken: Het doel van mechanische bewerking van koolstofgrafietmaterialen is om de gewenste afmeting, vorm, precisie etc. te bereiken door middel van snijden, zodat de elektrodebehuizing en de verbindingen voldoen aan de gebruiksvereisten.
De verwerking van grafiet-elektroden wordt onderverdeeld in twee onafhankelijke verwerkingsprocessen: elektrodelichaam en elektrodeverbinding.
De bewerking van de carrosserie omvat drie stappen: boren en ruwen van het vlakke eindvlak, de buitencirkel en het vlakke eindvlak en het frezen van de schroefdraad. De bewerking van conische verbindingen kan worden onderverdeeld in zes processen: snijden, het vlakke eindvlak, het kartelvlak, het frezen van de schroefdraad, het boren van bouten en het maken van sleuven.
Aansluiting van elektrodeverbindingen: conische verbinding (drie gespen en één gesp), cilindrische verbinding, bultverbinding (mannelijke en vrouwelijke verbinding)
Controle van de bewerkingsnauwkeurigheid: afwijking van de tapsheid van de draad, spoed van de draad, afwijking van de grote diameter van het verbindingsgat, coaxialiteit van het verbindingsgat, verticaliteit van het verbindingsgat, vlakheid van het elektrode-eindvlak, afwijking van de vierpuntsverbinding. Controleer met speciale ringkalibers en plaatkalibers.
Inspectie van voltooide elektroden: nauwkeurigheid, gewicht, lengte, diameter, bulkdichtheid, soortelijke weerstand, tolerantie vóór montage, enz.
Geplaatst op: 31-10-2019