Графитовый электрод — это термостойкий графитовый проводящий материал, получаемый путем замешивания нефтяного сырья, игольчатого кокса в качестве заполнителя и каменноугольного битума в качестве связующего, которые производятся с помощью ряда процессов, таких как замешивание, формование, обжиг, пропитка, графитизация и механическая обработка.
Графитовый электрод является важным высокотемпературным проводящим материалом для электросталеплавильного производства. Графитовый электрод используется для ввода электроэнергии в электропечь, а высокая температура, создаваемая дугой между концом электрода и шихтой, используется в качестве источника тепла для плавления шихты для производства стали. Другие рудные печи, которые плавят такие материалы, как желтый фосфор, промышленный кремний и абразивы, также используют графитовые электроды в качестве проводящих материалов. Превосходные и особые физические и химические свойства графитовых электродов также широко используются в других промышленных секторах.
Сырьем для производства графитированных электродов являются нефтяной кокс, игольчатый кокс и каменноугольный пек.
Нефтяной кокс — это горючий твердый продукт, получаемый путем коксования остатков угля и нефтяного пека. Цвет черный, пористый, основным элементом является углерод, зольность очень низкая, обычно ниже 0,5%. Нефтяной кокс относится к классу легко графитизируемых углей. Нефтяной кокс имеет широкий спектр применения в химической и металлургической промышленности. Является основным сырьем для производства изделий из искусственного графита и углеродных изделий для электролитического алюминия.
Нефтяной кокс можно разделить на два типа: сырой кокс и прокаленный кокс в зависимости от температуры термической обработки. Первый нефтяной кокс, полученный замедленным коксованием, содержит большое количество летучих веществ, а механическая прочность низкая. Прокаленный кокс получают путем прокаливания сырого кокса. Большинство нефтеперерабатывающих заводов в Китае производят только кокс, а операции прокаливания в основном проводятся на угольных заводах.
Нефтяной кокс можно разделить на высокосернистый кокс (содержащий более 1,5% серы), среднесернистый кокс (содержащий 0,5%-1,5% серы) и низкосернистый кокс (содержащий менее 0,5% серы). Производство графитовых электродов и других изделий из искусственного графита обычно осуществляется с использованием низкосернистого кокса.
Игольчатый кокс — это вид высококачественного кокса с явной волокнистой текстурой, очень низким коэффициентом теплового расширения и легкой графитизацией. Когда кокс ломается, его можно разделить на тонкие полоски в соответствии с текстурой (соотношение сторон обычно выше 1,75). Анизотропную волокнистую структуру можно наблюдать под поляризационным микроскопом, поэтому его называют игольчатым коксом.
Анизотропия физико-механических свойств игольчатого кокса весьма очевидна. Он имеет хорошую электро- и теплопроводность параллельно направлению длинной оси частицы, а коэффициент теплового расширения низкий. При экструзионном формовании длинная ось большинства частиц располагается в направлении экструзии. Поэтому игольчатый кокс является ключевым сырьем для изготовления графитовых электродов высокой или сверхвысокой мощности. Полученный графитовый электрод имеет низкое удельное сопротивление, малый коэффициент теплового расширения и хорошую стойкость к тепловому удару.
Игольчатый кокс подразделяется на нефтяной игольчатый кокс, получаемый из нефтяных остатков, и угольный игольчатый кокс, получаемый из очищенного каменноугольного пекового сырья.
Каменноугольная смола является одним из основных продуктов глубокой переработки каменноугольной смолы. Это смесь различных углеводородов, черная при высокой температуре, полутвердая или твердая при высокой температуре, не имеющая фиксированной температуры плавления, размягчающаяся после нагревания, а затем расплавленная, с плотностью 1,25-1,35 г/см3. По температуре размягчения ее делят на низкотемпературную, среднетемпературную и высокотемпературную. Выход среднетемпературной смолы составляет 54-56% от каменноугольной смолы. Состав каменноугольной смолы чрезвычайно сложен, что связано со свойствами каменноугольной смолы и содержанием гетероатомов, а также зависит от системы процесса коксования и условий переработки каменноугольной смолы. Существует много показателей для характеристики каменноугольного пека, таких как температура размягчения битума, нерастворимые в толуоле (TI), нерастворимые в хинолине (QI), значения коксования и реология каменноугольного пека.
Каменноугольная смола используется в качестве связующего и пропиточного вещества в углеродной промышленности, и ее эксплуатационные характеристики оказывают большое влияние на процесс производства и качество углеродных продуктов. В качестве связующего асфальта обычно используется среднетемпературный или среднетемпературный модифицированный асфальт, имеющий умеренную температуру размягчения, высокую коксуемость и высокую β-смолу. Пропиточным агентом является среднетемпературный асфальт, имеющий низкую температуру размягчения, низкий QI и хорошие реологические свойства.
На следующем рисунке показан процесс производства графитового электрода на углеродном предприятии.
Прокаливание: Углеродосодержащее сырье подвергается термической обработке при высокой температуре для удаления содержащейся в нем влаги и летучих веществ, а производственный процесс, соответствующий улучшению исходных показателей приготовления, называется прокаливанием. Обычно углеродистое сырье прокаливают, используя газ и собственные летучие вещества в качестве источника тепла, а максимальная температура составляет 1250-1350 °C.
Прокалка вносит глубокие изменения в структуру и физико-химические свойства углеродсодержащего сырья, главным образом, в повышение плотности, механической прочности и электропроводности кокса, повышение химической стабильности и стойкости к окислению кокса, закладывая основу для последующего процесса.
Оборудование для кальцинирования в основном включает в себя кальцинатор, вращающуюся печь и электрическую кальцинатор. Показателем контроля качества кальцинирования является то, что истинная плотность нефтяного кокса составляет не менее 2,07 г/см3, удельное сопротивление не более 550 мкОм.м, истинная плотность игольчатого кокса составляет не менее 2,12 г/см3, а удельное сопротивление не более 500 мкОм.м.
Дробление сырья и ингредиенты
Перед замесом шихту прокаленного нефтяного кокса и игольчатого кокса необходимо измельчить, измельчить и просеять.
Среднее дробление обычно осуществляется с помощью дробильного оборудования с размером частиц около 50 мм, например, щековой дробилки, молотковой дробилки, валковой дробилки и т. п. для дальнейшего дробления материала размером 0,5–20 мм, необходимого для дозирования.
Измельчение представляет собой процесс измельчения углеродсодержащего материала до порошкообразного состояния мелких частиц размером 0,15 мм или менее и размером частиц 0,075 мм или менее с помощью кольцевой валковой мельницы подвесного типа (мельницы Раймонда), шаровой мельницы или аналогичного оборудования.
Просеивание — это процесс, в котором широкий спектр материалов после дробления разделяется на несколько диапазонов размеров частиц с узким диапазоном размеров через ряд сит с равномерными отверстиями. Для производства текущих электродов обычно требуется 4-5 гранул и 1-2 сорта порошка.
Ингредиенты - это производственные процессы для расчета, взвешивания и фокусировки различных агрегатов, порошков и связующих в соответствии с требованиями рецептуры. Научная пригодность рецептуры и стабильность операции дозирования являются одними из важнейших факторов, влияющих на индекс качества и производительность продукта.
Формула должна определять 5 аспектов:
1Выберите тип сырья;
2 определить соотношение различных видов сырья;
3 определение гранулометрического состава твердого сырья;
4 определить количество связующего;
5 Определите тип и количество добавок.
Замешивание: смешивание и количественное определение углеродистых гранул и порошков с различным размером частиц с определенным количеством связующего вещества при определенной температуре, а также замешивание пластичной пасты в процессе, называемом замешиванием.
Процесс замешивания: сухое смешивание (20-35 мин) мокрое смешивание (40-55 мин)
Роль замешивания:
1 При смешивании в сухом виде различные виды сырья равномерно перемешиваются, а твердые углеродистые материалы с разным размером частиц равномерно перемешиваются и заполняются для улучшения компактности смеси;
2 После добавления каменноугольного пека сухой материал и асфальт равномерно смешиваются. Жидкий асфальт равномерно покрывает и смачивает поверхность гранул, образуя слой асфальтового связующего слоя, и все материалы связываются друг с другом, образуя однородную пластичную массу. Способствует формованию;
3 части каменноугольного пека проникают во внутреннее пространство углеродистого материала, дополнительно увеличивая плотность и связность пасты.
Формование: Формование углеродного материала представляет собой процесс пластической деформации замешанной углеродной пасты под действием внешней силы, прикладываемой формовочным оборудованием, для окончательного формирования сырого тела (или сырого продукта), имеющего определенную форму, размер, плотность и прочность. процесс.
Виды формования, оборудования и выпускаемой продукции:
Метод формования
Общее оборудование
основная продукция
Формовка
Вертикальный гидравлический пресс
Электроуглерод, низкосортный мелкоструктурный графит
Сжимать
Горизонтальный гидравлический экструдер
Шнековый экструдер
Графитовый электрод, квадратный электрод
Виброформование
Виброформовочная машина
Алюминиевый углеродистый кирпич, доменный углеродистый кирпич
Изостатическое прессование
Изостатическая формовочная машина
Изотропный графит, анизотропный графит
Операция сжатия
1 охлаждающий материал: охлаждающий материал диска, охлаждающий материал цилиндра, охлаждающие материалы для смешивания и замешивания и т. д.
Удалить летучие вещества, снизить температуру до подходящей (90-120 °C) для увеличения адгезии, чтобы блочность пасты была равномерной в течение 20-30 мин.
2 Загрузка: пресс-подъемная перегородка —– 2-3-кратное резание —-уплотнение 4-10 МПа
3 предварительное давление: давление 20-25 МПа, время 3-5 мин, при вакуумировании
4 экструзия: вдавите перегородку — экструзия 5-15 МПа — вырежьте — в охлаждающую раковину
Технические параметры экструзии: степень сжатия, температура пресс-камеры и сопла, температура охлаждения, время предварительного давления, давление экструзии, скорость экструзии, температура охлаждающей воды.
Проверка сырого тела: насыпная плотность, внешний вид, простукивание, анализ
Кальцинация: Это процесс, в котором сырое тело углеродного продукта заполняется в специально разработанной нагревательной печи под защитой наполнителя для выполнения высокотемпературной термической обработки для карбонизации каменноугольного пека в сыром теле. Битумный кокс, образующийся после карбонизации угольного битума, затвердевает вместе с углеродистым агрегатом и порошковыми частицами, а прокаленный углеродный продукт имеет высокую механическую прочность, низкое электрическое сопротивление, хорошую термическую и химическую стабильность.
Прокалка является одним из основных процессов в производстве углеродных изделий, а также является важной частью трех основных процессов термообработки производства графитовых электродов. Производственный цикл прокалки длительный (22-30 дней для обжига, 5-20 дней для печей на 2 обжига), и более высокое потребление энергии. Качество зеленого обжига влияет на качество готовой продукции и себестоимость производства.
Зеленый угольный пек в сыром теле коксуется в процессе обжига, и около 10% летучих веществ высвобождается, а объем получается за счет 2-3% усадки, а потеря массы составляет 8-10%. Физические и химические свойства углеродной заготовки также значительно изменились. Пористость уменьшилась с 1,70 г/см3 до 1,60 г/см3, а удельное сопротивление уменьшилось с 10000 мкОм·м до 40-50 мкОм·м из-за увеличения пористости. Механическая прочность прокаленной заготовки также была большой. Для улучшения.
Вторичный обжиг — это процесс, в котором обожженный продукт погружается, а затем обжигается для карбонизации пека, погруженного в поры обожженного продукта. Электроды, требующие более высокой насыпной плотности (все разновидности, кроме RP), и заготовки соединений должны быть подвергнуты двойной обжиге, а заготовки соединений также подвергаются трехокунанию с четырьмя обжигами или двухокунанию с тремя обжигами.
Основной тип печи обжарочной печи:
Непрерывный режим работы — кольцевая печь (с крышкой, без крышки), туннельная печь
Периодическая эксплуатация — обратная печь, подпольная обжарочная печь, ящичная обжарочная печь
Кривая прокаливания и максимальная температура:
Однократный обжиг —-320, 360, 422, 480 часов, 1250 °C
Вторичный обжиг —-125, 240, 280 часов, 700-800 °C
Проверка выпеченных изделий: внешний вид, удельное электрическое сопротивление, насыпная плотность, прочность на сжатие, анализ внутренней структуры.
Пропитка — это процесс, при котором углеродный материал помещается в сосуд под давлением, а жидкий пропиточный пек погружается в поры электрода изделия при определенных условиях температуры и давления. Целью является уменьшение пористости изделия, увеличение насыпной плотности и механической прочности изделия, а также улучшение электро- и теплопроводности изделия.
Процесс пропитки и связанные с ним технические параметры: обжиг заготовки – очистка поверхности – предварительный нагрев (260-380 °C, 6-10 часов) – загрузка пропиточной ванны – вакуумирование (8-9 кПа, 40-50 мин) – впрыскивание битума (180-200 °C) – нагнетание давления (1,2-1,5 МПа, 3-4 часа) – возврат в асфальт – охлаждение (внутри или снаружи ванны)
Проверка пропитанных изделий: скорость увеличения веса пропитки G=(W2-W1)/W1×100%
Скорость набора веса при одном погружении ≥14%
Скорость увеличения веса вторично пропитанного продукта ≥ 9%
Коэффициент увеличения веса трех продуктов с окунанием ≥ 5%
Графитация относится к процессу высокотемпературной термической обработки, при котором углеродное изделие нагревается до температуры 2300 °C и более в защитной среде в высокотемпературной электропечи для преобразования аморфной слоистой структуры углерода в трехмерную упорядоченную кристаллическую структуру графита.
Цель и эффект графитизации:
1 улучшить электропроводность и теплопроводность углеродного материала (удельное сопротивление снижается в 4-5 раз, а теплопроводность увеличивается примерно в 10 раз);
2 повысить термостойкость и химическую стабильность углеродного материала (коэффициент линейного расширения снижается на 50-80%);
3. Придать углеродному материалу смазывающую способность и стойкость к истиранию;
4. Удаляет примеси из выхлопных газов, улучшает чистоту углеродного материала (зольность продукта снижается с 0,5-0,8% до примерно 0,3%).
Реализация процесса графитации:
Графитизация углеродного материала осуществляется при высокой температуре 2300-3000 °C, поэтому в промышленности ее можно реализовать только методом электронагрева, то есть ток непосредственно проходит через нагретый прокаленный продукт, а прокаленный продукт, загруженный в печь, генерируется электрическим током при высокой температуре. Проводником снова является предмет, который нагревается до высокой температуры.
В настоящее время широко используются печи графитизации Ачесона и печи внутреннего нагрева каскада (LWG). Первая имеет большую производительность, большую разницу температур и высокое энергопотребление. Вторая имеет короткое время нагрева, низкое энергопотребление, равномерное электрическое сопротивление и не подходит для подгонки.
Управление процессом графитации осуществляется путем измерения кривой электрической мощности, соответствующей условию повышения температуры. Время подачи электроэнергии составляет 50-80 часов для печи Ачесона и 9-15 часов для печи LWG.
Энергопотребление процесса графитации очень велико, обычно 3200–4800 кВт·ч, а стоимость процесса составляет около 20–35 % от общей себестоимости продукции.
Проверка графитированных изделий: внешний вид, простукивание, испытание на сопротивление
Механическая обработка: Целью механической обработки материалов из углеграфита является достижение требуемых размеров, формы, точности и т. д. путем резки для изготовления корпуса электрода и соединений в соответствии с требованиями эксплуатации.
Обработка графитового электрода делится на два независимых процесса обработки: тела электрода и соединения.
Обработка корпуса включает три этапа расточки и грубой обработки плоского торца, внешнего круга и плоского торца и фрезерования резьбы. Обработка конического соединения может быть разделена на 6 процессов: резка, плоский торец, коническая поверхность автомобиля, фрезерование резьбы, сверление болта и прорезание пазов.
Соединение электродных соединений: коническое соединение (три пряжки и одна пряжка), цилиндрическое соединение, выпуклое соединение (папа и мама)
Контроль точности обработки: отклонение конусности резьбы, шаг резьбы, отклонение большого диаметра стыка (отверстия), соосность стыковых отверстий, вертикальность стыковых отверстий, плоскостность торца электрода, отклонение четырехточечного стыка. Проверка специальными калибрами-кольцами и пластинчатыми калибрами.
Контроль готовых электродов: точность, вес, длина, диаметр, насыпная плотность, удельное сопротивление, допуски предварительной сборки и т. д.
Время публикации: 31 октября 2019 г.