Сырье и технологический процесс производства графитового электрода
Графитовый электрод — это высокотемпературный проводящий графитовый материал, получаемый путем смешивания нефти, игольчатого кокса в качестве заполнителя и битума в качестве связующего вещества. Производство осуществляется посредством ряда процессов, таких как смешивание, формование, обжиг, пропитка, графитизация и механическая обработка.
Графитовый электрод является важным высокотемпературным проводящим материалом для электросталеплавильного производства. Графитовый электрод используется для подачи электрической энергии в электропечь, а высокая температура, генерируемая дугой между концом электрода и шихтой, используется в качестве источника тепла для плавки шихты при выплавке стали. Графитовые электроды также используются в других рудных печах для выплавки таких материалов, как желтый фосфор, промышленный кремний и абразивы. Превосходные и особые физико-химические свойства графитовых электродов также широко используются в других отраслях промышленности.
В качестве сырья для производства графитовых электродов используются нефтяной кокс, игольчатый кокс и каменноугольная смола.
Нефтяной кокс — это легковоспламеняющийся твердый продукт, получаемый из остатков коксования угля и нефтяного пека. Он имеет черный цвет и пористую структуру, основным элементом является углерод, а содержание золы очень низкое, обычно менее 0,5%. Нефтяной кокс относится к классу легко графитизируемых углеродных материалов. Нефтяной кокс имеет широкий спектр применения в химической и металлургической промышленности. Он является основным сырьем для производства искусственных графитовых продуктов и углеродных продуктов для электролитического алюминия.
В зависимости от температуры термической обработки нефтяной кокс можно разделить на два типа: сырой кокс и прокаленный кокс. Первый, получаемый методом замедленного коксования, содержит большое количество летучих веществ и обладает низкой механической прочностью. Прокаленный кокс получают путем прокаливания сырого кокса. Большинство нефтеперерабатывающих заводов в Китае производят только кокс, а операции по прокаливанию в основном проводятся на углеродных заводах.
Нефтяной кокс можно разделить на высокосернистый (содержащий более 1,5% серы), среднесернистый (содержащий 0,5–1,5% серы) и низкосернистый (содержащий менее 0,5% серы). Для производства графитовых электродов и других изделий из искусственного графита обычно используют низкосернистый кокс.
Игольчатый кокс — это высококачественный кокс с выраженной волокнистой текстурой, очень низким коэффициентом теплового расширения и легкой графитизацией. При измельчении кокс расщепляется на тонкие полоски в зависимости от текстуры (соотношение сторон обычно превышает 1,75). Анизотропная волокнистая структура наблюдается под поляризационным микроскопом, поэтому его называют игольчатым коксом.
Анизотропия физико-механических свойств игольчатого кокса очень очевидна. Он обладает хорошей электрической и тепловой проводимостью параллельно продольной оси частиц, а также низким коэффициентом теплового расширения. При экструзионном формовании продольная ось большинства частиц располагается в направлении экструзии. Поэтому игольчатый кокс является ключевым сырьем для производства высокомощных или сверхвысокомощных графитовых электродов. Полученный графитовый электрод обладает низким сопротивлением, малым коэффициентом теплового расширения и хорошей термостойкостью.
Игольчатый кокс подразделяется на игольчатый кокс на нефтяной основе, получаемый из нефтяных остатков, и игольчатый кокс на угольной основе, получаемый из рафинированного каменноугольного сырья.
Каменноугольная смола является одним из основных продуктов глубокой переработки каменноугольной смолы. Это смесь различных углеводородов, черная при высоких температурах, полутвердая или твердая при высоких температурах, без фиксированной температуры плавления, размягчающаяся после нагревания, а затем расплавленная, с плотностью 1,25-1,35 г/см³. В зависимости от температуры размягчения она делится на низкотемпературный, среднетемпературный и высокотемпературный асфальт. Выход среднетемпературного асфальта составляет 54-56% от каменноугольной смолы. Состав каменноугольной смолы чрезвычайно сложен и зависит от свойств смолы и содержания гетероатомов, а также от системы процесса коксования и условий переработки каменноугольной смолы. Существует множество показателей для характеристики каменноугольной смолы, таких как температура размягчения битума, содержание нерастворимых в толуоле веществ (TI), содержание нерастворимых в хинолине веществ (QI), коксовые свойства и реология каменноугольной смолы.
Каменноугольная смола используется в углеродной промышленности в качестве связующего вещества и пропитки, и её свойства оказывают большое влияние на производственный процесс и качество углеродной продукции. В качестве связующего асфальта обычно используется среднетемпературный или среднетемпературно-модифицированный асфальт с умеренной температурой размягчения, высоким коксовым числом и высоким содержанием β-смол. В качестве пропитки используется среднетемпературный асфальт с низкой температурой размягчения, низким индексом коксования (QI) и хорошими реологическими свойствами.
Дата публикации: 23 сентября 2019 г.