Surovina in postopek izdelave grafitnih elektrod
Grafitna elektroda je visokotemperaturno odporen grafitni prevodni material, ki se proizvaja iz naftnega gnetenja, igličastega koksa kot agregata in premogovega bitumna kot veziva, ki se proizvajajo z vrsto postopkov, kot so gnetenje, oblikovanje, praženje, impregnacija, grafitizacija in mehanska obdelava.
Grafitna elektroda je pomemben visokotemperaturni prevodni material za elektroproizvodnjo jekla. Grafitna elektroda se uporablja za dovajanje električne energije v električno peč, visoka temperatura, ki jo ustvari oblok med koncem elektrode in vložkom, pa se uporablja kot vir toplote za taljenje vložka za proizvodnjo jekla. Druge rudarske peči, ki talijo materiale, kot so rumeni fosfor, industrijski silicij in abrazivi, prav tako uporabljajo grafitne elektrode kot prevodne materiale. Odlične in posebne fizikalne in kemijske lastnosti grafitnih elektrod se pogosto uporabljajo tudi v drugih industrijskih sektorjih.
Surovine za proizvodnjo grafitnih elektrod so naftni koks, igličasti koks in premogov katranski smol.
Naftni koks je vnetljiv trdni produkt, pridobljen s koksanjem ostankov premoga in naftne smole. Barva je črna in porozna, glavni element je ogljik, vsebnost pepela pa je zelo nizka, običajno pod 0,5 %. Naftni koks spada v razred zlahka grafitiziranega ogljika. Naftni koks ima široko paleto uporabe v kemični in metalurški industriji. Je glavna surovina za proizvodnjo umetnih grafitnih izdelkov in ogljikovih izdelkov za elektrolitski aluminij.
Naftni koks lahko glede na temperaturo toplotne obdelave razdelimo na dve vrsti: surovi koks in kalcinirani koks. Prvi naftni koks, pridobljen s počasnim koksanjem, vsebuje veliko hlapnih snovi in ima nizko mehansko trdnost. Kalcinirani koks se pridobiva s kalcinacijo surovega koksa. Večina rafinerij na Kitajskem proizvaja samo koks, kalcinacija pa se večinoma izvaja v rafinerijah za predelavo ogljika.
Naftni koks lahko razdelimo na koks z visoko vsebnostjo žvepla (ki vsebuje več kot 1,5 % žvepla), koks s srednjo vsebnostjo žvepla (ki vsebuje 0,5–1,5 % žvepla) in koks z nizko vsebnostjo žvepla (ki vsebuje manj kot 0,5 % žvepla). Grafitne elektrode in drugi umetni grafitni izdelki se običajno proizvajajo z uporabo koksa z nizko vsebnostjo žvepla.
Iglast koks je vrsta visokokakovostnega koksa z očitno vlaknato teksturo, zelo nizkim koeficientom toplotnega raztezanja in enostavno grafitizacijo. Ko se koks zdrobi, ga je mogoče razdeliti na tanke trakove glede na teksturo (razmerje stranic je običajno nad 1,75). Anizotropno vlaknato strukturo je mogoče opazovati pod polarizacijskim mikroskopom in se zato imenuje iglast koks.
Anizotropija fizikalno-mehanskih lastnosti igličastega koksa je zelo očitna. Ima dobro električno in toplotno prevodnost vzporedno z vzdolžno osjo delca, koeficient toplotnega raztezanja pa je nizek. Pri ekstruzijskem oblikovanju je dolga os večine delcev razporejena v smeri ekstruzije. Zato je igličasti koks ključna surovina za izdelavo grafitnih elektrod z visoko ali ultra visoko močjo. Proizvedena grafitna elektroda ima nizko upornost, majhen koeficient toplotnega raztezanja in dobro odpornost proti toplotnim udarcem.
Iglasti koks se deli na iglasti koks na osnovi nafte, proizveden iz naftnih ostankov, in iglasti koks na osnovi premoga, proizveden iz rafiniranih surovin iz premogove smole.
Premogov katran je eden glavnih produktov globoke predelave premogovega katrana. Je mešanica različnih ogljikovodikov, pri visoki temperaturi črne barve, pri visoki temperaturi poltrdne ali trdne snovi, brez fiksnega tališča, po segrevanju se zmehča in nato stopi, z gostoto 1,25–1,35 g/cm3. Glede na zmehčišče se deli na nizkotemperaturni, srednjetemperaturni in visokotemperaturni asfalt. Izkoristek asfalta pri srednji temperaturi je 54–56 % premogovega katrana. Sestava premogovega katrana je izjemno zapletena, kar je povezano z lastnostmi premogovega katrana in vsebnostjo heteroatomov, nanjo pa vplivajo tudi sistem koksanja in pogoji predelave premogovega katrana. Obstaja veliko kazalnikov za karakterizacijo smole premogovega katrana, kot so zmehčišče bitumna, snovi netopne v toluenu (TI), snovi netopne v kinolinu (QI), vrednosti koksanja in reologija premogove smole.
Premogov katran se v industriji ogljika uporablja kot vezivo in impregnacijsko sredstvo, njegova učinkovitost pa močno vpliva na proizvodni proces in kakovost ogljikovih izdelkov. Vezivni asfalt se običajno uporablja kot srednjetemperaturni ali srednjetemperaturno modificiran asfalt z zmerno točko mehčišča, visoko vrednostjo koksanja in visoko β smolo. Impregnacijsko sredstvo je srednjetemperaturni asfalt z nizko točko mehčišča, nizkim QI in dobrimi reološkimi lastnostmi.
Čas objave: 23. september 2019