Elektroda e grafitit është një material përçues grafiti rezistent ndaj temperaturave të larta, i prodhuar nga brumi i naftës, koksi i gjilpërës si agregat dhe bitumi i qymyrit si lidhës, të cilat prodhohen përmes një sërë procesesh si brumosja, formëzimi, pjekja, impregnimi, grafitizimi dhe përpunimi mekanik.
Elektroda e grafitit është një material i rëndësishëm përçues në temperaturë të lartë për prodhimin elektrik të çelikut. Elektroda e grafitit përdoret për të futur energji elektrike në furrën elektrike, dhe temperatura e lartë e gjeneruar nga harku midis skajit të elektrodës dhe ngarkesës përdoret si burim nxehtësie për të shkrirë ngarkesën për prodhimin e çelikut. Furrat e tjera të xeherorit që shkrijnë materiale si fosfori i verdhë, silici industrial dhe gërryesit përdorin gjithashtu elektroda grafiti si materiale përçuese. Vetitë e shkëlqyera dhe të veçanta fizike dhe kimike të elektrodave të grafitit përdoren gjerësisht edhe në sektorë të tjerë industrialë.
Lëndët e para për prodhimin e elektrodave të grafitit janë koksi i naftës, koksi i gjilpërës dhe katran i qymyrit.
Koksi i naftës është një produkt i ngurtë i ndezshëm i përftuar nga koksimi i mbetjeve të qymyrit dhe katranit të naftës. Ngjyra është e zezë dhe poroze, elementi kryesor është karboni, dhe përmbajtja e hirit është shumë e ulët, përgjithësisht nën 0.5%. Koksi i naftës i përket klasës së karbonit që grafitohet lehtë. Koksi i naftës ka një gamë të gjerë përdorimesh në industrinë kimike dhe metalurgjike. Është lënda e parë kryesore për prodhimin e produkteve artificiale të grafitit dhe produkteve të karbonit për alumin elektrolitik.
Koksi i naftës mund të ndahet në dy lloje: koks i papërpunuar dhe koks i kalcinuar sipas temperaturës së trajtimit termik. Koksi i mëparshëm i naftës i përftuar nga koksi i vonuar përmban një sasi të madhe të substancave të paqëndrueshme dhe forca mekanike është e ulët. Koksi i kalcinuar përftohet nga kalcinimi i koksit të papërpunuar. Shumica e rafinerive në Kinë prodhojnë vetëm koks dhe operacionet e kalcinimit kryhen kryesisht në uzina karboni.
Koksi i naftës mund të ndahet në koks me përmbajtje të lartë squfuri (që përmban më shumë se 1.5% squfur), koks me përmbajtje të mesme squfuri (që përmban 0.5%-1.5% squfur) dhe koks me përmbajtje të ulët squfuri (që përmban më pak se 0.5% squfur). Prodhimi i elektrodave të grafitit dhe produkteve të tjera artificiale të grafitit në përgjithësi prodhohet duke përdorur koks me përmbajtje të ulët squfuri.
Koksi me gjilpërë është një lloj koksi me cilësi të lartë me teksturë të dukshme fibroze, koeficient shumë të ulët të zgjerimit termik dhe grafitizim të lehtë. Kur koksi thyhet, ai mund të ndahet në shirita të hollë sipas teksturës (raporti i aspektit është përgjithësisht mbi 1.75). Një strukturë fibroze anizotropike mund të vërehet nën një mikroskop polarizues, dhe për këtë arsye quhet koks me gjilpërë.
Anizotropia e vetive fiziko-mekanike të koksit me gjilpërë është shumë e dukshme. Ai ka përçueshmëri të mirë elektrike dhe termike paralel me drejtimin e boshtit gjatësor të grimcës, dhe koeficienti i zgjerimit termik është i ulët. Gjatë derdhjes me ekstrudim, boshti i gjatë i shumicës së grimcave është i rregulluar në drejtimin e ekstrudimit. Prandaj, koksi me gjilpërë është lënda e parë kryesore për prodhimin e elektrodave grafiti me fuqi të lartë ose ultra të lartë. Elektroda e grafitit e prodhuar ka rezistencë të ulët, koeficient të vogël të zgjerimit termik dhe rezistencë të mirë ndaj goditjeve termike.
Koksi gjilpëror ndahet në koks gjilpëror me bazë nafte të prodhuar nga mbetjet e naftës dhe koks gjilpëror me bazë qymyri të prodhuar nga lëndët e para të katraneve të qymyrit të rafinuar.
Katrani i qymyrit është një nga produktet kryesore të përpunimit të thellë të katranit të qymyrit. Është një përzierje e hidrokarbureve të ndryshme, i zi në temperaturë të lartë, gjysmë i ngurtë ose i ngurtë në temperaturë të lartë, pa pikë shkrirjeje fikse, zbutet pas ngrohjes dhe më pas shkrihet, me një dendësi prej 1.25-1.35 g/cm3. Sipas pikës së zbutjes, ndahet në asfalt me temperaturë të ulët, të mesme dhe të lartë. Rendimenti i asfaltit në temperaturë të mesme është 54-56% e katranit të qymyrit. Përbërja e katranit të qymyrit është jashtëzakonisht e ndërlikuar, e cila lidhet me vetitë e katranit të qymyrit dhe përmbajtjen e heteroatomeve, dhe ndikohet gjithashtu nga sistemi i procesit të koksit dhe kushtet e përpunimit të katranit të qymyrit. Ekzistojnë shumë tregues për karakterizimin e katranit të qymyrit, siç janë pika e zbutjes së bitumit, substancat e patretshme të toluenit (TI), substancat e patretshme të kinolinës (QI), vlerat e koksit dhe reologjia e katranit të qymyrit.
Katrani i qymyrit përdoret si lidhës dhe impregnues në industrinë e karbonit, dhe performanca e tij ka një ndikim të madh në procesin e prodhimit dhe cilësinë e produktit të produkteve të karbonit. Asfalti lidhës në përgjithësi përdor një asfalt të temperaturës mesatare ose të modifikuar në temperaturë mesatare që ka një pikë zbutjeje të moderuar, një vlerë të lartë koksi dhe një rrëshirë β të lartë. Agjenti impregnues është një asfalt i temperaturës mesatare që ka një pikë zbutjeje të ulët, një QI të ulët dhe veti të mira reologjike.
Fotografia e mëposhtme tregon procesin e prodhimit të elektrodës grafit në ndërmarrjen e karbonit.
Kalcinimi: Lënda e parë karbonike trajtohet me nxehtësi në një temperaturë të lartë për të nxjerrë lagështinë dhe lëndën e paqëndrueshme që përmbahet në të, dhe procesi i prodhimit që korrespondon me përmirësimin e performancës origjinale të gatimit quhet kalcinim. Në përgjithësi, lënda e parë karbonike kalcinohet duke përdorur gazin dhe lëndët e veta të paqëndrueshme si burim nxehtësie, dhe temperatura maksimale është 1250-1350 °C.
Kalcinimi bën ndryshime të thella në strukturën dhe vetitë fiziko-kimike të lëndëve të para karbonike, kryesisht në përmirësimin e dendësisë, forcës mekanike dhe përçueshmërisë elektrike të koksit, duke përmirësuar stabilitetin kimik dhe rezistencën ndaj oksidimit të koksit, duke hedhur themelet për procesin pasues.
Pajisjet e kalcinuara përfshijnë kryesisht kalcinuesin me rezervuar, furrën rrotulluese dhe kalcinuesin elektrik. Indeksi i kontrollit të cilësisë së kalcinimit është që dendësia e vërtetë e koksit të naftës të mos jetë më pak se 2.07g/cm3, rezistenca nuk është më shumë se 550μΩ.m, dendësia e vërtetë e koksit me gjilpërë të mos jetë më pak se 2.12g/cm3 dhe rezistenca nuk është më shumë se 500μΩ.m.
Thërrmimi i lëndëve të para dhe përbërësve
Përpara paketimit, koksi i naftës i kalcinuar në masë dhe koksi gjilpëror duhet të grimcohen, të bluhen dhe të siten.
Thërmimi i mesëm zakonisht kryhet me anë të pajisjeve të thërrmimit prej rreth 50 mm përmes një thërrmuesi me nofulla, një thërrmuesi me çekiç, një thërrmuesi me rul dhe të ngjashme për të thërrmuar më tej materialin me madhësi 0.5-20 mm të nevojshëm për masën.
Bluarja është një proces i bluarjes së një materiali karbonik në një grimcë të vogël pluhurore prej 0.15 mm ose më pak dhe një madhësi grimcash prej 0.075 mm ose më pak me anë të një mulliri me rul unazor të tipit pezullim (mulli Raymond), një mulliri me sfera ose të ngjashme.
Sitja është një proces në të cilin një gamë e gjerë materialesh pas një thërrmimi ndahet në disa diapazon madhësish grimcash me një gamë të ngushtë madhësish përmes një serie sitash me hapje uniforme. Prodhimi aktual i elektrodave zakonisht kërkon 4-5 kokrriza dhe 1-2 gradë pluhuri.
Përbërësit janë proceset e prodhimit për llogaritjen, peshimin dhe përqendrimin e agregateve të ndryshme të agregateve, pluhurave dhe lidhësve sipas kërkesave të formulimit. Përshtatshmëria shkencore e formulimit dhe stabiliteti i operacionit të grumbullimit janë ndër faktorët më të rëndësishëm që ndikojnë në indeksin e cilësisë dhe performancën e produktit.
Formula duhet të përcaktojë 5 aspekte:
1Zgjidhni llojin e lëndëve të para;
2 përcaktoni proporcionin e llojeve të ndryshme të lëndëve të para;
3 përcaktimi i përbërjes së madhësisë së grimcave të lëndës së parë të ngurtë;
4 përcaktoni sasinë e lidhësit;
5 Përcaktoni llojin dhe sasinë e aditivëve.
Brumosja: Përzierja dhe përcaktimi sasior i granulave dhe pluhurave karbonike të madhësisë së grimcave të ndryshme me një sasi të caktuar të lëndës lidhëse në një temperaturë të caktuar, dhe brumosja e pastës së plasticitetit në një proces të quajtur brumosje.
Procesi i brumosjes: përzierje e thatë (20-35 min) përzierje e lagësht (40-55 min)
Roli i brumosjes:
1 Kur përzihen në gjendje të thatë, lëndët e para të ndryshme përzihen në mënyrë uniforme, dhe materialet e ngurta karbonike me madhësi të ndryshme grimcash përzihen dhe mbushen në mënyrë uniforme për të përmirësuar kompaktësinë e përzierjes;
2 Pas shtimit të katranit të qymyrit, materiali i thatë dhe asfalti përzihen në mënyrë uniforme. Asfalti i lëngshëm vesh dhe lag në mënyrë uniforme sipërfaqen e granulave për të formuar një shtresë lidhëse asfalti, dhe të gjitha materialet lidhen me njëri-tjetrin për të formuar një shtresë plastike homogjene. I favorshëm për derdhje;
3 pjesë të katraneve të qymyrit depërtojnë në hapësirën e brendshme të materialit karbonik, duke rritur më tej dendësinë dhe kohezionin e pastës.
Formëzimi: Formëzimi i materialit të karbonit i referohet procesit të deformimit plastik të pastës së karbonit të brumosur nën forcën e jashtme të aplikuar nga pajisjet e formimit për të formuar përfundimisht një trup të gjelbër (ose produkt të papërpunuar) që ka një formë, madhësi, dendësi dhe forcë të caktuar.
Llojet e derdhjeve, pajisjeve dhe produkteve të prodhuara:
Metoda e derdhjes
Pajisje të zakonshme
produktet kryesore
Formëzimi
Presë vertikale hidraulike
Karbon elektrik, grafit me strukturë të imët me cilësi të ulët
Shtrydh
Ekstruder hidraulik horizontal
Ekstrudues me vidë
Elektrodë grafiti, elektrodë katrore
Formëzimi me vibrim
Makinë derdhjeje me dridhje
Tullë karboni alumini, tullë karboni furre shpërthimi
Presimi izostatik
Makinë derdhjeje izostatike
Grafit izotropik, grafit anizotropik
Operacioni i shtrydhjes
1 material ftohës: material ftohës për disk, material ftohës për cilindër, materiale ftohëse për përzierje dhe brumosje, etj.
Shkarkoni substancat e avullueshme, uleni në një temperaturë të përshtatshme (90-120 °C) për të rritur ngjitjen, në mënyrë që trashësia e pastës të jetë uniforme për 20-30 minuta.
2 Ngarkimi: deflektor me ngritje shtypi —– 2-3 herë prerje—- ngjeshje 4-10MPa
3 para-presion: presion 20-25MPa, kohë 3-5min, gjatë fshesës me korrent
4 nxjerrje: shtypni poshtë deflektorin —5-15MPa nxjerrje — prerje — në lavamanin e ftohjes
Parametrat teknikë të ekstrudimit: raporti i ngjeshjes, temperatura e dhomës së presës dhe e grykës, temperatura e ftohjes, koha e presionit të parangarkesës, presioni i ekstrudimit, shpejtësia e ekstrudimit, temperatura e ujit ftohës.
Inspektimi i trupit të gjelbër: dendësia në masë, prekja e pamjes, analiza
Kalcinimi: Është një proces në të cilin trupi i gjelbër i produktit të karbonit mbushet në një furrë ngrohjeje të projektuar posaçërisht nën mbrojtjen e mbushësit për të kryer trajtim termik me temperaturë të lartë për të karbonizuar katran e qymyrit në trupin e gjelbër. Koksi i bitumit i formuar pas karbonizimit të bitumit të qymyrit ngurtëson agregatin karbonik dhe grimcat e pluhurit së bashku, dhe produkti i karbonit i kalcinuar ka forcë të lartë mekanike, rezistencë të ulët elektrike, stabilitet të mirë termik dhe stabilitet kimik.
Kalcinimi është një nga proceset kryesore në prodhimin e produkteve të karbonit dhe është gjithashtu një pjesë e rëndësishme e tre proceseve kryesore të trajtimit termik të prodhimit të elektrodave të grafitit. Cikli i prodhimit të kalcinimit është i gjatë (22-30 ditë për pjekje, 5-20 ditë për furrat për pjekje 2-vjeçare) dhe konsum më i lartë i energjisë. Cilësia e pjekjes së gjelbër ka ndikim në cilësinë e produktit të përfunduar dhe në koston e prodhimit.
Katran i qymyrit të gjelbër në trupin e gjelbër koksifikohet gjatë procesit të pjekjes, dhe rreth 10% e lëndës së paqëndrueshme shkarkohet, dhe vëllimi prodhohet me tkurrje 2-3%, dhe humbja e masës është 8-10%. Vetitë fizike dhe kimike të shufrës së karbonit gjithashtu ndryshuan ndjeshëm. Poroziteti u ul nga 1.70 g/cm3 në 1.60 g/cm3 dhe rezistenca u ul nga 10000 μΩ·m në 40-50 μΩ·m për shkak të rritjes së porozitetit. Rezistenca mekanike e shufrës së kalcinuar ishte gjithashtu e madhe. Për përmirësim.
Pjekja sekondare është një proces në të cilin produkti i kalcinuar zhytet dhe më pas kalcinohet për të karbonizuar katran e zhytur në poret e produktit të kalcinuar. Elektrodat që kërkojnë dendësi më të lartë në masë (të gjitha varietetet përveç RP) dhe boshllëqet e bashkimit duhet të piqen dy herë, dhe boshllëqet e bashkimit i nënshtrohen gjithashtu pjekjes me tre zhytje me katër ose pjekjes me dy zhytje me tre.
Lloji i furrës kryesore të pjekjes:
Funksionim i vazhdueshëm - furrë unazore (me mbulesë, pa mbulesë), furrë tuneli
Funksionim me ndërprerje—-furrë e kundërt, furrë nën dysheme, furrë kutie
Kurba e kalcinimit dhe temperatura maksimale:
Pjekje një herëshe—-320, 360, 422, 480 orë, 1250 °C
Pjekje dytësore—-125, 240, 280 orë, 700-800 °C
Inspektimi i produkteve të pjekura: pamja e jashtme, rezistenca elektrike, dendësia vëllimore, rezistenca ndaj shtypjes, analiza e strukturës së brendshme
Impregnimi është një proces në të cilin një material karboni vendoset në një enë nën presion dhe katrani i lëngshëm i impregnimit zhytet në poret e elektrodës së produktit në kushte të caktuara temperature dhe presioni. Qëllimi është të zvogëlohet poroziteti i produktit, të rritet dendësia vëllimore dhe forca mekanike e produktit, si dhe të përmirësohet përçueshmëria elektrike dhe termike e produktit.
Procesi i impregnimit dhe parametrat teknikë përkatës janë: pjekja e copës së punuar – pastrimi i sipërfaqes – parangrohja (260-380 °C, 6-10 orë) – ngarkimi i rezervuarit të impregnimit – thithja me vakum (8-9KPa, 40-50 minuta) – Injektimi i bitumit (180-200 °C) – Presioni (1.2-1.5 MPa, 3-4 orë) – Kthimi në asfalt – Ftohja (brenda ose jashtë rezervuarit)
Inspektimi i produkteve të impregnuara: shkalla e shtimit në peshë të impregnimit G=(W2-W1)/W1×100%
Një normë shtimi në peshë me një rënie ≥14%
Shkalla e shtimit në peshë të produktit të impregnuar sekondar ≥ 9%
Shkalla e shtimit në peshë me tre produkte zhytjeje ≥ 5%
Grafitizimi i referohet një procesi të trajtimit të nxehtësisë me temperaturë të lartë, në të cilin një produkt karboni nxehet në një temperaturë prej 2300 ° C ose më shumë në një medium mbrojtës në një furrë elektrike me temperaturë të lartë për të shndërruar një karbon me strukturë të shtresuar amorfe në një strukturë kristalore grafiti të porositur tre-dimensionale.
Qëllimi dhe efekti i grafitizimit:
1 përmirëson përçueshmërinë dhe përçueshmërinë termike të materialit të karbonit (rezistenca zvogëlohet 4-5 herë, dhe përçueshmëria termike rritet rreth 10 herë);
2 përmirëson rezistencën ndaj goditjeve termike dhe stabilitetin kimik të materialit të karbonit (koeficienti i zgjerimit linear zvogëlohet me 50-80%);
3 për të rritur lubrifikimin dhe rezistencën ndaj gërryerjes të materialit të karbonit;
4 Papastërtitë e shkarkimit, përmirësojnë pastërtinë e materialit të karbonit (përmbajtja e hirit të produktit zvogëlohet nga 0.5-0.8% në rreth 0.3%).
Realizimi i procesit të grafitizimit:
Grafitizimi i materialit të karbonit kryhet në një temperaturë të lartë prej 2300-3000 °C, kështu që mund të realizohet vetëm me ngrohje elektrike në industri, domethënë, rryma kalon drejtpërdrejt përmes produktit të kalcinuar të ngrohur, dhe produkti i kalcinuar i ngarkuar në furrë gjenerohet nga rryma elektrike në një temperaturë të lartë. Përçuesi është përsëri një objekt që nxehet në një temperaturë të lartë.
Furrat që përdoren gjerësisht aktualisht përfshijnë furrat e grafitizimit Acheson dhe furrat me kaskadë të brendshme të nxehtësisë (LWG). E para ka një prodhim të madh, një ndryshim të madh temperature dhe një konsum të lartë energjie. E dyta ka një kohë të shkurtër ngrohjeje, konsum të ulët energjie, rezistencë elektrike uniforme dhe nuk është e përshtatshme për montim.
Kontrolli i procesit të grafitizimit kontrollohet duke matur kurbën e fuqisë elektrike që është e përshtatshme për gjendjen e rritjes së temperaturës. Koha e furnizimit me energji është 50-80 orë për furrën Acheson dhe 9-15 orë për furrën LWG.
Konsumi i energjisë i grafitizimit është shumë i madh, përgjithësisht 3200-4800KWh, dhe kostoja e procesit përbën rreth 20-35% të kostos totale të prodhimit.
Inspektimi i produkteve të grafituara: përgjimi i pamjes, testi i rezistencës
Përpunimi mekanik: Qëllimi i përpunimit mekanik të materialeve të grafitit të karbonit është të arrihet madhësia, forma, preciziteti etj. i kërkuar duke prerë për të bërë trupin dhe nyjet e elektrodës në përputhje me kërkesat e përdorimit.
Përpunimi i elektrodës së grafitit ndahet në dy procese të pavarura përpunimi: trupi i elektrodës dhe nyja.
Përpunimi i trupit përfshin tre hapa: shpim dhe prerje të sipërfaqes së sheshtë të ashpër, rreth të jashtëm dhe sipërfaqe të sheshtë si dhe fileto frezimi. Përpunimi i nyjeve konike mund të ndahet në 6 procese: prerja, sipërfaqja e sheshtë, sipërfaqja e konit të makinës, fileto frezimi, buloni i shpimit dhe prerja e çarjeve.
Lidhja e nyjeve të elektrodave: lidhje konike e nyjeve (tre tokëza dhe një tokëz), lidhje cilindrike e nyjeve, lidhje me gunga (lidhje mashkull dhe femër)
Kontrolli i saktësisë së përpunimit: devijimi i konit të filetos, hapi i filetos, devijimi i diametrit të madh të nyjes (vrimës), koaksialiteti i vrimës së nyjes, vertikaliteti i vrimës së nyjes, rrafshësia e sipërfaqes së fundit të elektrodës, devijimi i nyjes në katër pika. Kontrolloni me matësa specialë unazorë dhe matësa pllakë.
Inspektimi i elektrodave të përfunduara: saktësia, pesha, gjatësia, diametri, dendësia vëllimore, rezistenca, toleranca para montimit, etj.
Koha e postimit: 31 tetor 2019