Electrodul de grafit este un material conductiv din grafit rezistent la temperaturi ridicate, produs prin frământare petrolieră, cocs acicular ca agregat și bitum de cărbune ca liant, care sunt produse printr-o serie de procese precum frământarea, turnarea, prăjirea, impregnarea, grafitizarea și prelucrarea mecanică a materialului.
Electrodul de grafit este un material conductiv important la temperaturi ridicate pentru fabricarea oțelului electric. Electrodul de grafit este utilizat pentru a introduce energie electrică în cuptorul electric, iar temperatura ridicată generată de arcul dintre capătul electrodului și încărcătură este utilizată ca sursă de căldură pentru a topi încărcătura în scopul fabricării oțelului. Alte cuptoare de minereu care topesc materiale precum fosfor galben, siliciu industrial și abrazivi utilizează, de asemenea, electrozi de grafit ca materiale conductive. Proprietățile fizice și chimice excelente și speciale ale electrozilor de grafit sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în alte sectoare industriale.
Materiile prime pentru producerea electrozilor de grafit sunt cocsul de petrol, cocsul de aci și smoala de gudron de cărbune.
Cocsul de petrol este un produs solid inflamabil obținut prin cocsificarea reziduurilor de cărbune și a smoalei petroliere. Culoarea este neagră și poroasă, elementul principal este carbonul, iar conținutul de cenușă este foarte scăzut, în general sub 0,5%. Cocsul de petrol aparține clasei de carbon ușor grafitizabil. Cocsul de petrol are o gamă largă de utilizări în industria chimică și metalurgică. Este principala materie primă pentru producerea de produse din grafit artificial și produse din carbon pentru aluminiul electrolitic.
Cocsul de petrol poate fi împărțit în două tipuri: cocs brut și cocs calcinat, în funcție de temperatura de tratament termic. Cocsul de petrol obținut prin cocsificare întârziată conține o cantitate mare de substanțe volatile, iar rezistența mecanică este scăzută. Cocsul calcinat se obține prin calcinarea cocsului brut. Majoritatea rafinăriilor din China produc doar cocs, iar operațiunile de calcinare se desfășoară în mare parte în instalații de carbon.
Cocsul de petrol poate fi împărțit în cocs cu conținut ridicat de sulf (care conține mai mult de 1,5% sulf), cocs cu conținut mediu de sulf (care conține 0,5%-1,5% sulf) și cocs cu conținut scăzut de sulf (care conține mai puțin de 0,5% sulf). Producția de electrozi de grafit și alte produse artificiale din grafit se realizează în general folosind cocs cu conținut scăzut de sulf.
Cocsul ac este un tip de cocs de înaltă calitate cu o textură fibroasă evidentă, un coeficient de dilatare termică foarte scăzut și o grafitizare ușoară. Când cocsul este spart, acesta poate fi divizat în fâșii subțiri în funcție de textură (raportul de aspect este în general peste 1,75). O structură fibroasă anizotropă poate fi observată la un microscop polarizor și, prin urmare, este denumit cocs ac.
Anizotropia proprietăților fizico-mecanice ale cocsului ac este foarte evidentă. Acesta are o conductivitate electrică și termică bună, paralelă cu direcția axei lungi a particulei, iar coeficientul de dilatare termică este scăzut. La turnarea prin extrudare, axa lungă a majorității particulelor este aranjată în direcția de extrudare. Prin urmare, cocsul ac este materia primă cheie pentru fabricarea electrozilor de grafit de mare putere sau ultra-mare putere. Electrodul de grafit produs are o rezistivitate scăzută, un coeficient de dilatare termică mic și o rezistență bună la șocuri termice.
Cocsul aciform se împarte în cocs aciform pe bază de petrol, produs din reziduuri petroliere, și cocs aciform pe bază de cărbune, produs din materii prime rafinate de smoală de cărbune.
Gudronul de cărbune este unul dintre principalele produse ale prelucrării profunde a gudronului de cărbune. Este un amestec de diverse hidrocarburi, negru la temperatură înaltă, semisolid sau solid la temperatură înaltă, fără punct de topire fix, înmuiat după încălzire și apoi topit, cu o densitate de 1,25-1,35 g/cm3. În funcție de punctul său de înmuiere, se împarte în asfalt de temperatură joasă, temperatură medie și temperatură înaltă. Randamentul asfaltului la temperatură medie este de 54-56% din gudronul de cărbune. Compoziția gudronului de cărbune este extrem de complicată, fiind legată de proprietățile gudronului de cărbune și de conținutul de heteroatomi, fiind, de asemenea, afectată de sistemul procesului de cocsificare și de condițiile de prelucrare a gudronului de cărbune. Există mulți indicatori pentru caracterizarea smoalei de cărbune, cum ar fi punctul de înmuiere a bitumului, substanțele insolubile în toluen (TI), substanțele insolubile în chinolină (QI), valorile de cocsificare și reologia smoalei de cărbune.
Gudronul de cărbune este utilizat ca liant și impregnant în industria carbonului, iar performanța sa are un impact mare asupra procesului de producție și a calității produselor din carbon. Asfaltul liant utilizează, în general, un asfalt modificat la temperatură medie sau la temperatură medie, având un punct de înmuiere moderat, o valoare de cocsificare ridicată și o rășină β ridicată. Agentul de impregnare este un asfalt la temperatură medie, având un punct de înmuiere scăzut, un QI scăzut și proprietăți reologice bune.
Următoarea imagine prezintă procesul de producție a electrodului de grafit într-o întreprindere de carbon.
Calcinare: Materia primă carbonică este tratată termic la temperatură ridicată pentru a elimina umiditatea și substanțele volatile conținute în aceasta, iar procesul de producție corespunzător îmbunătățirii performanței de gătire inițiale se numește calcinare. În general, materia primă carbonică este calcinată folosind gaz și substanțe volatile proprii ca sursă de căldură, iar temperatura maximă este de 1250-1350 °C.
Calcinarea produce modificări profunde în structura și proprietățile fizico-chimice ale materiilor prime carbonice, în principal prin îmbunătățirea densității, rezistenței mecanice și conductivității electrice a cocsului, îmbunătățind stabilitatea chimică și rezistența la oxidare a cocsului, punând bazele procesului ulterior.
Echipamentele de calcinare includ în principal calcinatoare cu rezervor, cuptoare rotative și calcinatoare electrice. Indicele de control al calității calcinării este acela că densitatea reală a cocsului de petrol nu este mai mică de 2,07 g/cm3, rezistivitatea nu este mai mare de 550 μΩ.m, densitatea reală a cocsului cu ace nu este mai mică de 2,12 g/cm3, iar rezistivitatea nu este mai mare de 500 μΩ.m.
Concasare materii prime și ingrediente
Înainte de dozare, cocsul de petrol calcinat în vrac și cocsul de aci trebuie zdrobite, măcinate și cernute.
Concasarea medie se realizează de obicei cu echipamente de concasare de aproximativ 50 mm, printr-un concasor cu fălci, un concasor cu ciocane, un concasor cu role și altele asemenea, pentru a concasa în continuare materialul cu dimensiunea de 0,5-20 mm necesar pentru dozare.
Măcinarea este un proces de măcinare a unui material carbonic până la particule mici sub formă de pulbere de 0,15 mm sau mai puțin și o dimensiune a particulelor de 0,075 mm sau mai puțin, cu ajutorul unei mori cu role inelare de tip suspensie (moară Raymond), a unei mori cu bile sau a uneia similare.
Cernerea este un proces în care o gamă largă de materiale, după o concasare, este împărțită în mai multe intervale granulometrice cu o gamă îngustă de dimensiuni, printr-o serie de site cu deschideri uniforme. Producția actuală de electrozi necesită de obicei 4-5 pelete și 1-2 grade de pulbere.
Ingredientele reprezintă procesele de producție pentru calcularea, cântărirea și concentrarea diferitelor agregate de agregate, pulberi și lianți în funcție de cerințele formulării. Adecvarea științifică a formulării și stabilitatea operațiunii de dozare sunt printre cei mai importanți factori care afectează indicele de calitate și performanța produsului.
Formula trebuie să determine 5 aspecte:
1Selectați tipul de materii prime;
2. a determina proporția diferitelor tipuri de materii prime;
3 determinarea compoziției granulometrice a materiei prime solide;
4. se determină cantitatea de liant;
5 Determinați tipul și cantitatea de aditivi.
Frământare: Amestecarea și cuantificarea granulelor și pulberilor carbonice de diferite dimensiuni ale particulelor cu o anumită cantitate de liant la o anumită temperatură și frământarea pastei de plasticitate într-un proces numit frământare.
Proces de frământare: amestecare uscată (20-35 min) amestecare umedă (40-55 min)
Rolul frământării:
1. La amestecarea uscată, diferitele materii prime sunt amestecate uniform, iar materialele carbonice solide de diferite dimensiuni ale particulelor sunt amestecate și umplute uniform pentru a îmbunătăți compactitatea amestecului;
2 După adăugarea smoalei de cărbune, materialul uscat și asfaltul sunt amestecate uniform. Asfaltul lichid acoperă și umezește uniform suprafața granulelor pentru a forma un strat de liant asfaltic, iar toate materialele sunt lipite între ele pentru a forma o pastă plastică omogenă. Predispozitiv pentru turnare;
3 părți de smoală de gudron de cărbune pătrund în spațiul interior al materialului carbonic, crescând și mai mult densitatea și coeziunea pastei.
Turnare: Turnarea materialului de carbon se referă la procesul de deformare plastică a pastei de carbon frământate sub forța externă aplicată de echipamentul de turnare pentru a forma în final un corp crud (sau produs brut) având o anumită formă, dimensiune, densitate și rezistență.
Tipuri de turnare, echipamente și produse fabricate:
Metoda de turnare
Echipament comun
produse principale
Turnare
Presă hidraulică verticală
Carbon electric, grafit cu structură fină de calitate inferioară
Stoarce
Extruder hidraulic orizontal
Extruder cu șurub
Electrod de grafit, electrod pătrat
Turnare prin vibrații
Mașină de turnare prin vibrații
Cărămidă de carbon din aluminiu, cărămidă de carbon de furnal
Presare izostatică
Mașină de turnare izostatică
Grafit izotrop, grafit anizotrop
Operațiune de strângere
1 material răcitor: material de răcire a discului, material de răcire a cilindrului, materiale de răcire pentru amestecare și frământare etc.
Eliminați substanțele volatile, reduceți temperatura la o temperatură adecvată (90-120 °C) pentru a crește aderența, astfel încât pasta să fie uniformă timp de 20-30 de minute.
2 Încărcare: apăsați deflectorul de ridicare —– tăiere de 2-3 ori —- compactare 4-10MPa
3 pre-presiune: presiune 20-25MPa, timp 3-5min, în timpul vidării
4 extrudare: apăsați deflectorul — extrudare 5-15MPa — tăiați — în chiuveta de răcire
Parametrii tehnici ai extrudării: raportul de compresie, temperatura camerei de presare și a duzei, temperatura de răcire, timpul de preîncărcare, presiunea de extrudare, viteza de extrudare, temperatura apei de răcire
Inspecția corpului verde: densitatea în vrac, aspectul prin sondă, analiza
Calcinare: Este un proces în care corpul crud al produsului carbonizat este umplut într-un cuptor de încălzire special conceput sub protecția materialului de umplutură pentru a efectua un tratament termic la temperatură înaltă pentru a carboniza smoala de cărbune din corpul crud. Cocsul bituminos format după carbonizarea bitumului de cărbune solidifică agregatul carbonic și particulele de pulbere împreună, iar produsul carbonizat are o rezistență mecanică ridicată, o rezistivitate electrică scăzută, o stabilitate termică bună și o stabilitate chimică bună.
Calcinarea este unul dintre principalele procese în producția de produse din carbon și este, de asemenea, o parte importantă a celor trei procese majore de tratament termic pentru producția de electrozi de grafit. Ciclul de producție prin calcinare este lung (22-30 de zile pentru coacere, 5-20 de zile pentru cuptoare pentru coacere) și are un consum de energie mai mare. Calitatea prăjirii verzi are un impact asupra calității produsului finit și a costului de producție.
Smoala de cărbune verde din corpul verde este cocsificată în timpul procesului de prăjire, iar aproximativ 10% din materia volatilă este eliminată, iar volumul este produs printr-o contracție de 2-3%, iar pierderea de masă este de 8-10%. Proprietățile fizice și chimice ale țaglei de carbon s-au modificat, de asemenea, semnificativ. Porozitatea a scăzut de la 1,70 g/cm3 la 1,60 g/cm3, iar rezistivitatea a scăzut de la 10000 μΩ·m la 40-50 μΩ·m datorită creșterii porozității. Rezistența mecanică a țaglei calcinate a fost, de asemenea, mare. Este necesară îmbunătățirea.
Coacerea secundară este un proces în care produsul calcinat este imersat și apoi calcinat pentru a carboniza smoala imersată în porii produsului calcinat. Electrozii care necesită o densitate volumetrică mai mare (toate varietățile, cu excepția RP) și semifabricatele de îmbinare trebuie să fie coapte în două straturi, iar semifabricatele de îmbinare sunt, de asemenea, supuse unei cocții în trei imersii, patru cocții, sau în două imersii, trei cocții.
Tipul principal de cuptor de prăjire:
Funcționare continuă - cuptor inelar (cu capac, fără capac), cuptor tunel
Funcționare intermitentă - cuptor invers, prăjitor sub podea, prăjitor cu cutie
Curba de calcinare și temperatura maximă:
Prăjire unică - 320, 360, 422, 480 de ore, 1250 °C
Prăjire secundară — 125, 240, 280 ore, 700-800 °C
Inspecția produselor de patiserie: aspectul prin lovire prin atingere, rezistivitatea electrică, densitatea volumetrică, rezistența la compresiune, analiza structurii interne
Impregnarea este un proces în care un material carbon este plasat într-un vas sub presiune, iar smoala impregnantă lichidă este imersată în porii electrodului produsului în anumite condiții de temperatură și presiune. Scopul este de a reduce porozitatea produsului, de a crește densitatea în vrac și rezistența mecanică a produsului și de a îmbunătăți conductivitatea electrică și termică a produsului.
Procesul de impregnare și parametrii tehnici aferenți sunt: prăjirea țaglei – curățarea suprafeței – preîncălzire (260-380 °C, 6-10 ore) – încărcarea rezervorului de impregnare – vidare (8-9 KPa, 40-50 min) – injecție bitum (180-200 °C) – presurizare (1,2-1,5 MPa, 3-4 ore) – returnarea pe asfalt – răcire (în interiorul sau în exteriorul rezervorului)
Inspecția produselor impregnate: rata de creștere în greutate la impregnare G=(W2-W1)/W1×100%
Rata de creștere în greutate la o singură scufundare ≥14%
Rata de creștere în greutate a produsului impregnat secundar ≥ 9%
Rata de creștere în greutate a trei produse de înmuiere ≥ 5%
Grafitizarea se referă la un proces de tratament termic la temperatură înaltă în care un produs carbonizat este încălzit la o temperatură de 2300 °C sau mai mare într-un mediu protector într-un cuptor electric la temperatură înaltă pentru a converti carbonul amorf cu structură stratificată într-o structură cristalină de grafit ordonată tridimensională.
Scopul și efectul grafitizării:
1. îmbunătățirea conductivității și a conductivității termice a materialului de carbon (rezistivitatea este redusă de 4-5 ori, iar conductivitatea termică este crescută de aproximativ 10 ori);
2 îmbunătățesc rezistența la șocuri termice și stabilitatea chimică a materialului din carbon (coeficientul de dilatare liniară este redus cu 50-80%);
3 pentru a îmbunătăți lubrifierea și rezistența la abraziune a materialului de carbon;
4 Eliminați impuritățile, îmbunătățiți puritatea materialului carbonizat (conținutul de cenușă al produsului este redus de la 0,5-0,8% la aproximativ 0,3%).
Realizarea procesului de grafitizare:
Grafitizarea materialului carbonizat se realizează la o temperatură ridicată de 2300-3000 °C, deci poate fi realizată în industrie doar prin încălzire electrică, adică curentul trece direct prin produsul calcinat încălzit, iar produsul calcinat încărcat în cuptor este generat de curentul electric la o temperatură ridicată. Conductorul este din nou un obiect care este încălzit la o temperatură ridicată.
Cuptoarele utilizate pe scară largă în prezent includ cuptoarele de grafitizare Acheson și cuptoarele cu cascadă de căldură internă (LWG). Primele au o putere mare, o diferență mare de temperatură și un consum ridicat de energie. Cele din urmă au un timp de încălzire scurt, un consum redus de energie, o rezistivitate electrică uniformă și nu sunt potrivite pentru montare.
Controlul procesului de grafitizare se face prin măsurarea curbei de putere electrică adecvate condițiilor de creștere a temperaturii. Timpul de alimentare cu energie electrică este de 50-80 de ore pentru cuptorul Acheson și de 9-15 ore pentru cuptorul LWG.
Consumul de energie al grafitizării este foarte mare, în general 3200-4800 kWh, iar costul procesului reprezintă aproximativ 20-35% din costul total de producție.
Inspecția produselor grafitizate: testare prin atingere, test de rezistivitate
Prelucrare: Scopul prelucrării mecanice a materialelor din grafit de carbon este de a obține dimensiunea, forma, precizia etc. necesare prin tăiere pentru a realiza corpul electrodului și îmbinările în conformitate cu cerințele de utilizare.
Prelucrarea electrodului de grafit este împărțită în două procese independente de prelucrare: corpul electrodului și îmbinarea.
Prelucrarea corpului include trei etape: găurire și degroșare a feței frontale plate, cerc exterior și față frontală plată și frezare filetare. Prelucrarea îmbinării conice poate fi împărțită în 6 procese: tăiere, față frontală plată, față conică auto, frezare filetare, găurire șurub și canelare.
Conectarea îmbinărilor electrozilor: conexiune conică (trei catarame și o cataramă), conexiune cilindrică, conexiune cu proeminență (conexiune mascul și femelă)
Controlul preciziei de prelucrare: abaterea conicității filetului, pasul filetului, abaterea diametrului mare al îmbinării (găurii), coaxialitatea găurii îmbinării, verticalitatea găurii îmbinării, planitatea feței terminale a electrodului, abaterea în patru puncte ale îmbinării. Verificați cu calibre inelare speciale și calibre cu placă.
Inspecția electrozilor finiți: precizie, greutate, lungime, diametru, densitate în vrac, rezistivitate, toleranță de pre-asamblare etc.
Data publicării: 31 oct. 2019