Surowiec i proces produkcji elektrody grafitowej
Elektroda grafitowa to odporny na wysoką temperaturę przewodzący materiał grafitowy, produkowany w procesie ugniatania ropy naftowej, przy użyciu koksu igłowego jako kruszywa i bitumu węglowego jako spoiwa. Procesy te obejmują ugniatanie, formowanie, prażenie, impregnację, grafityzację i obróbkę mechaniczną.
Elektroda grafitowa jest ważnym materiałem przewodzącym w wysokiej temperaturze do produkcji stali elektrycznej. Elektroda grafitowa jest używana do wprowadzania energii elektrycznej do pieca elektrycznego, a wysoka temperatura generowana przez łuk między końcem elektrody a wsadem jest używana jako źródło ciepła do topienia wsadu do produkcji stali. Inne piece do wytopu rudy, które wytapiają materiały takie jak żółty fosfor, przemysłowy krzem i materiały ścierne, również wykorzystują elektrody grafitowe jako materiały przewodzące. Doskonałe i wyjątkowe właściwości fizyczne i chemiczne elektrod grafitowych są również szeroko stosowane w innych sektorach przemysłu.
Surowcami do produkcji elektrod grafitowych są koks naftowy, koks igiełkowy i pak węglowy.
Koks naftowy jest łatwopalnym produktem stałym otrzymywanym przez koksowanie pozostałości węgla i smoły naftowej. Ma czarny kolor i jest porowaty, głównym składnikiem jest węgiel, a zawartość popiołu jest bardzo niska, zazwyczaj poniżej 0,5%. Koks naftowy należy do klasy węgla łatwo grafityzowanego. Koks naftowy ma szeroki zakres zastosowań w przemyśle chemicznym i metalurgicznym. Jest głównym surowcem do produkcji sztucznych produktów grafitowych i produktów węglowych do elektrolitycznego aluminium.
Koks naftowy można podzielić na dwa typy: koks surowy i koks kalcynowany w zależności od temperatury obróbki cieplnej. Poprzedni koks naftowy uzyskany przez opóźnione koksowanie zawiera dużą ilość substancji lotnych, a jego wytrzymałość mechaniczna jest niska. Koks kalcynowany uzyskuje się przez kalcynację surowego koksu. Większość rafinerii w Chinach produkuje wyłącznie koks, a operacje kalcynacji są przeprowadzane głównie w zakładach węglowych.
Koks naftowy można podzielić na koks o wysokiej zawartości siarki (zawierający ponad 1,5% siarki), koks o średniej zawartości siarki (zawierający 0,5%-1,5% siarki) i koks o niskiej zawartości siarki (zawierający mniej niż 0,5% siarki). Produkcja elektrod grafitowych i innych sztucznych produktów grafitowych odbywa się zazwyczaj przy użyciu koksu o niskiej zawartości siarki.
Koks igłowy to rodzaj wysokiej jakości koksu o wyraźnej włóknistej teksturze, bardzo niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej i łatwej grafityzacji. Kiedy koks jest rozbity, można go rozdzielić na cienkie paski według tekstury (współczynnik kształtu jest zazwyczaj powyżej 1,75). Anizotropową strukturę włóknistą można zaobserwować pod mikroskopem polaryzacyjnym, dlatego też jest on nazywany koksem igłowym.
Anizotropia właściwości fizyko-mechanicznych koksu igłowego jest bardzo oczywista. Ma on dobrą przewodność elektryczną i cieplną równolegle do kierunku długiej osi cząstki, a współczynnik rozszerzalności cieplnej jest niski. Podczas formowania ekstruzyjnego, długa oś większości cząstek jest ułożona w kierunku wytłaczania. Dlatego koks igłowy jest kluczowym surowcem do produkcji elektrod grafitowych o dużej lub bardzo dużej mocy. Wytworzona elektroda grafitowa ma niską rezystywność, mały współczynnik rozszerzalności cieplnej i dobrą odporność na szok termiczny.
Koks igłowy dzieli się na koks igłowy na bazie oleju, produkowany z pozostałości naftowych, oraz koks igłowy na bazie węgla, produkowany z rafinowanych surowców smoły węglowej.
Smoła węglowa jest jednym z głównych produktów głębokiego przetwarzania smoły węglowej. Jest to mieszanina różnych węglowodorów, czarna w wysokiej temperaturze, półstała lub stała w wysokiej temperaturze, bez ustalonej temperatury topnienia, zmiękczona po podgrzaniu, a następnie stopiona, o gęstości 1,25-1,35 g/cm3. Zgodnie z temperaturą mięknienia dzieli się ją na asfalt niskotemperaturowy, średniotemperaturowy i wysokotemperaturowy. Wydajność asfaltu średniotemperaturowego wynosi 54-56% smoły węglowej. Skład smoły węglowej jest niezwykle skomplikowany, co wiąże się z właściwościami smoły węglowej i zawartością heteroatomów, a także zależy od systemu procesu koksowania i warunków przetwarzania smoły węglowej. Istnieje wiele wskaźników charakteryzujących smołę węglową, takich jak temperatura mięknienia bitumu, nierozpuszczalne w toluenie (TI), nierozpuszczalne w chinolinie (QI), wartości koksowania i reologia smoły węglowej.
Smoła węglowa jest stosowana jako spoiwo i impregnat w przemyśle węglowym, a jej wydajność ma duży wpływ na proces produkcji i jakość produktów węglowych. Asfalt wiążący zazwyczaj wykorzystuje asfalt średniotemperaturowy lub modyfikowany średniotemperaturowo o umiarkowanej temperaturze mięknienia, wysokiej wartości koksowania i wysokiej żywicy β. Środek impregnujący to asfalt średniotemperaturowy o niskiej temperaturze mięknienia, niskim QI i dobrych właściwościach reologicznych.
Czas publikacji: 23-09-2019