Графитна електрода је графитни проводни материјал отпоран на високе температуре произведен од нафтног гњечења, игличастог кокса као агрегата и угљеног битумена као везива, који се производе кроз низ процеса као што су гњечење, обликовање, пржење, импрегнација, графитизација и механичка обрада.
Графитна електрода је важан високотемпературни проводљиви материјал за електротехничку производњу челика. Графитна електрода се користи за унос електричне енергије у електричну пећ, а висока температура коју генерише лук између краја електроде и упаривања користи се као извор топлоте за топљење упаривања за производњу челика. Друге пећи за руду које топе материјале као што су жути фосфор, индустријски силицијум и абразиви такође користе графитне електроде као проводљиве материјале. Одлична и посебна физичка и хемијска својства графитних електрода се такође широко користе у другим индустријским секторима.
Сировине за производњу графитних електрода су нафтни кокс, игличасти кокс и смола од угљеног катрана.
Нафтни кокс је запаљиви чврсти производ добијен коксовањем остатака угља и нафтне смоле. Боја је црна и порозна, главни елемент је угљеник, а садржај пепела је веома низак, генерално испод 0,5%. Нафтни кокс спада у класу лако графитизованог угљеника. Нафтни кокс има широк спектар примене у хемијској и металуршкој индустрији. Главна је сировина за производњу вештачких графитних производа и угљеничних производа за електролитички алуминијум.
Нафтни кокс се може поделити на две врсте: сирови кокс и калцинисани кокс према температури термичке обраде. Бивши нафтни кокс добијен одложеним коксовањем садржи велику количину испарљивих материја, а механичка чврстоћа је ниска. Калцинисани кокс се добија калцинацијом сировог кокса. Већина рафинерија у Кини производи само кокс, а операције калцинације се углавном изводе у постројењима за производњу угља.
Нафтни кокс се може поделити на кокс са високим садржајем сумпора (који садржи више од 1,5% сумпора), кокс са средњим садржајем сумпора (који садржи 0,5%-1,5% сумпора) и кокс са ниским садржајем сумпора (који садржи мање од 0,5% сумпора). Производња графитних електрода и других производа од вештачког графита се генерално врши коришћењем кокса са ниским садржајем сумпора.
Игличасти кокс је врста висококвалитетног кокса са очигледном влакнастом текстуром, веома ниским коефицијентом термичког ширења и лаком графитизацијом. Када се кокс разбије, може се поделити на танке траке према текстури (однос ширине и висине је генерално изнад 1,75). Анизотропна влакнаста структура може се посматрати под поларизационим микроскопом и стога се назива игличасти кокс.
Анизотропија физичко-механичких својстава игличастог кокса је веома очигледна. Има добру електричну и топлотну проводљивост паралелно са правцем дужине осе честице, а коефицијент термичког ширења је низак. Приликом екструзионог обликовања, дужа оса већине честица је распоређена у правцу екструзије. Стога је игличасти кокс кључна сировина за производњу графитних електрода велике или ултра велике снаге. Добијена графитна електрода има ниску отпорност, мали коефицијент термичког ширења и добру отпорност на термичке ударе.
Игличасти кокс се дели на игличасти кокс на бази нафте, произведен од остатака нафте, и игличасти кокс на бази угља, произведен од рафинисаних сировина угљене смоле.
Катран угља је један од главних производа дубоке прераде катрана угља. То је мешавина различитих угљоводоника, црн на високој температури, получврст или чврст на високој температури, без фиксне тачке топљења, омекшава се након загревања, а затим се топи, са густином од 1,25-1,35 г/цм3. Према тачки омекшавања, дели се на асфалт ниске температуре, средње температуре и високе температуре. Принос асфалта на средњој температури је 54-56% катрана угља. Састав катрана угља је изузетно сложен, што је повезано са својствима катрана угља и садржајем хетероатома, а такође је под утицајем система процеса коксовања и услова прераде катрана угља. Постоји много индикатора за карактеризацију смоле катрана угља, као што су тачка омекшавања битумена, нерастворљиве материје у толуену (TI), нерастворљиве материје у хинолину (QI), вредности коксовања и реологија смоле угља.
Катран угља се користи као везиво и импрегнант у индустрији угљеника, а његове перформансе имају велики утицај на производни процес и квалитет угљеничних производа. Везивајући асфалт се генерално користи као средњетемпературни или средњетемпературно модификовани асфалт са умереном тачком омекшавања, високом вредношћу коксовања и високим садржајем β смоле. Импрегнационо средство је средњетемпературни асфалт са ниском тачком омекшавања, ниским QI и добрим реолошким својствима.
Следећа слика приказује процес производње графитне електроде у предузећу за производњу угљеника.
Калцинација: Угљенична сировина се термички обрађује на високој температури како би се ослободила влага и испарљиве материје које се у њој налазе, а производни процес који одговара побољшању оригиналних карактеристика кувања назива се калцинација. Генерално, угљенична сировина се калцинише коришћењем гаса и сопствених испарљивих материја као извора топлоте, а максимална температура је 1250-1350 °C.
Калцинација прави дубоке промене у структури и физичко-хемијским својствима угљеничних сировина, углавном у побољшању густине, механичке чврстоће и електричне проводљивости кокса, побољшању хемијске стабилности и отпорности кокса на оксидацију, постављајући темеље за наредни процес.
Опрема за калцинацију углавном укључује резервоарски калцинатор, ротациону пећ и електрични калцинатор. Индекс контроле квалитета калцинације је да стварна густина петролног кокса није мања од 2,07 г/цм3, отпорност није већа од 550 μΩ·м, стварна густина игличастог кокса није мања од 2,12 г/цм3, а отпорност није већа од 500 μΩ·м.
Дробљење сировина и састојци
Пре дозирања, расути калцинисани нафтни кокс и игличасти кокс морају се здробити, самлети и просејати.
Средње дробљење се обично врши опремом за дробљење од око 50 мм кроз чељусну дробилицу, чекићасту дробилицу, ваљкасту дробилицу и слично, како би се додатно дробио материјал величине 0,5-20 мм потребан за дозирање.
Млевење је процес млевења угљеничног материјала до прашкасте мале честице величине 0,15 мм или мање и величине честица од 0,075 мм или мање помоћу млина са прстенастим ваљцима суспензионог типа (Рејмондов млин), кугличног млина или слично.
Просејавање је процес у коме се широк спектар материјала након дробљења дели на неколико распона величина честица са уским распоном величина кроз низ сита са уједначеним отворима. Производња тренутних електрода обично захтева 4-5 пелета и 1-2 врсте праха.
Састојци су производни процеси за израчунавање, мерење и фокусирање различитих агрегата агрегата и прахова и везива према захтевима формулације. Научна подобност формулације и стабилност процеса додавања су међу најважнијим факторима који утичу на индекс квалитета и перформансе производа.
Формула треба да одреди 5 аспеката:
1 Изаберите врсту сировина;
2 одредити удео различитих врста сировина;
3 одређивање састава величине честица чврсте сировине;
4 одредити количину везива;
5 Одредите врсту и количину адитива.
Гњечење: Мешање и квантификација угљеничних гранула и прахова различитих величина честица са одређеном количином везива на одређеној температури и гњечење пластичне пасте у процес који се назива гњечење.
Процес мешања: суво мешање (20-35 мин) мокро мешање (40-55 мин)
Улога гњечења:
1 Приликом сувог мешања, различите сировине се равномерно мешају, а чврсти угљенични материјали различитих величина честица се равномерно мешају и пуне како би се побољшала компактност смеше;
2 Након додавања катрана угља, суви материјал и асфалт се равномерно мешају. Течни асфалт равномерно прекрива и кваси површину гранула формирајући слој везивног слоја за асфалт, а сви материјали се међусобно везују формирајући хомогени пластични размаз. Погодно за обликовање;
3 дела смоле угљеног катрана продиру у унутрашњи простор угљеничног материјала, додатно повећавајући густину и кохезивност пасте.
Калуповање: Калуповање угљеничног материјала односи се на процес пластичног деформисања умесене угљеничне пасте под дејством спољашње силе коју примењује опрема за калуповање, како би се коначно формирало зелено тело (или сирови производ) одређеног облика, величине, густине и чврстоће.
Врсте калупа, опреме и произведених производа:
Метода обликовања
Уобичајена опрема
главни производи
Калупи
Вертикална хидраулична преса
Електрични угљеник, нискоквалитетни графит фине структуре
Стиснути
Хоризонтални хидраулични екструдер
Екструдер са завртњем
Графитна електрода, квадратна електрода
Вибрационо обликовање
Машина за вибрационо обликовање
Алуминијумска угљенична цигла, угљенична цигла високе пећи
Изостатско пресовање
Изостатска машина за обликовање
Изотропни графит, анизотропни графит
Операција стискања
1 хладни материјал: материјал за хлађење диска, материјал за хлађење цилиндра, материјали за хлађење мешања и гњечења итд.
Испразните испарљиве материје, смањите температуру на одговарајућу (90-120 °C) да бисте повећали адхезију, тако да је блокада пасте уједначена 20-30 минута.
2 Утовар: притиснути подизни преградни елемент —– 2-3 пута сечење —-4-10MPa сабијање
3 предпритиска: притисак 20-25MPa, време 3-5 мин, током усисавања
4 екструзија: притисните преграду — екструзија од 5-15 МПа — исеците — у расхладни судопер
Технички параметри екструзије: степен компресије, температура коморе за пресовање и млазнице, температура хлађења, време претходног притиска, притисак екструзије, брзина екструзије, температура расхладне воде
Инспекција зеленог тела: густина, изглед тапкањем, анализа
Калцинација: То је процес у коме се зелено тело угљеничног производа пуни у посебно дизајнирану пећ за грејање под заштитом пунила ради извођења високотемпературне термичке обраде ради карбонизације угљене смоле у зеленом телу. Битуменски кокс који се формира након карбонизације угљеног битумена учвршћује угљенични агрегат и честице праха заједно, а калцинисани угљенични производ има високу механичку чврстоћу, ниску електричну отпорност, добру термичку стабилност и хемијску стабилност.
Калцинација је један од главних процеса у производњи угљеничних производа и такође је важан део три главна процеса термичке обраде у производњи графитних електрода. Производни циклус калцинације је дуг (22-30 дана за печење, 5-20 дана за пећи за 2 печења) и има већу потрошњу енергије. Квалитет зеленог пржења утиче на квалитет готовог производа и трошкове производње.
Зелени угљени смола у зеленом телу се коксује током процеса пржења, при чему се испушта око 10% испарљивих материја, а запремина се повећава скупљањем од 2-3%, а губитак масе је 8-10%. Физичка и хемијска својства угљеничног билета су се такође значајно променила. Порозност је смањена са 1,70 г/цм3 на 1,60 г/цм3, а отпорност је смањена са 10000 μΩ·м на 40-50 μΩ·м због повећања порозности. Механичка чврстоћа калцинисаног билета је такође била велика. Ради побољшања.
Секундарно печење је процес у коме се калцинисани производ урања, а затим калцинише да би се карбонизовала смола уроњена у поре калцинисаног производа. Електроде које захтевају већу густину (све врсте осим RP) и спојени бланкови морају бити двоструко печени, а спојени бланкови се такође подвргавају троструком четвороструком печењу или двоструком троструком печењу.
Главни тип пећи за пржење:
Непрекидни рад — прстенаста пећ (са поклопцем, без поклопца), тунелска пећ
Повремени рад — обрнута пећ, пећ за печење испод пода, пећ за печење у кутији
Крива калцинације и максимална температура:
Једнократно печење—-320, 360, 422, 480 сати, 1250 °C
Секундарно печење — -125, 240, 280 сати, 700-800 °C
Инспекција печених производа: изглед куцањем, електрична отпорност, густина у насипу, чврстоћа на притисак, анализа унутрашње структуре
Импрегнација је процес у коме се угљенични материјал ставља у посуду под притиском, а течни импрегнант се урања у поре производне електроде под одређеним условима температуре и притиска. Сврха је смањење порозности производа, повећање густине и механичке чврстоће производа и побољшање електричне и топлотне проводљивости производа.
Процес импрегнације и повезани технички параметри су: печење обртке – чишћење површине – претходно загревање (260-380 °C, 6-10 сати) – пуњење резервоара за импрегнацију – усисавање (8-9KPa, 40-50min) – Убризгавање битумена (180-200 °C) – Притисак (1,2-1,5 MPa, 3-4 сата) – Повратак на асфалт – Хлађење (унутар или изван резервоара)
Инспекција импрегнираних производа: стопа повећања тежине импрегнације G=(W2-W1)/W1×100%
Стопа повећања телесне тежине након једног умакања ≥14%
Стопа повећања тежине секундарно импрегнираног производа ≥ 9%
Стопа повећања тежине три производа за умакање ≥ 5%
Графитизација се односи на процес термичке обраде на високој температури у којем се угљенични производ загрева на температуру од 2300 °C или више у заштитном медијуму у електричној пећи на високој температури како би се аморфна слојевита структура угљеника претворила у тродимензионалну уређену кристалну структуру графита.
Сврха и ефекат графитизације:
1 побољшати проводљивост и топлотну проводљивост угљеничног материјала (отпорност се смањује 4-5 пута, а топлотна проводљивост се повећава око 10 пута);
2 побољшати отпорност на термички удар и хемијску стабилност угљеничног материјала (коефицијент линеарног ширења смањен за 50-80%);
3 да би се осигурала мазивост и отпорност угљеничног материјала на хабање;
4 Нечистоће из издувних гасова, побољшавају чистоћу угљеничног материјала (садржај пепела у производу је смањен са 0,5-0,8% на око 0,3%).
Реализација процеса графитизације:
Графитизација угљеничног материјала се врши на високој температури од 2300-3000 °C, тако да се у индустрији може остварити само електричним загревањем, односно струја директно пролази кроз загрејани калцинисани производ, а калцинисани производ који се пуни у пећ генерише се електричном струјом на високој температури. Проводник је поново предмет који се загрева на високу температуру.
Пећи које се тренутно широко користе укључују Ачесонове пећи за графитизацију и пећи са унутрашњом каскадом загревања (LWG). Прве имају велики излаз, велику температурну разлику и велику потрошњу енергије. Друге имају кратко време загревања, ниску потрошњу енергије, равномерну електричну отпорност и нису погодне за монтажу.
Контрола процеса графитизације се контролише мерењем криве електричне снаге која је погодна за услове пораста температуре. Време напајања је 50-80 сати за Ачесонову пећ и 9-15 сати за LWG пећ.
Потрошња енергије графитизације је веома велика, генерално 3200-4800 kWh, а трошкови процеса чине око 20-35% укупних трошкова производње.
Инспекција графитизованих производа: испитивање изгледа тапкањем, испитивање отпорности
Машинска обрада: Сврха механичке обраде угљенично-графитних материјала је постизање потребне величине, облика, прецизности итд. резањем како би се тело електроде и спојеви направили у складу са захтевима употребе.
Обрада графитних електрода је подељена на два независна процеса обраде: тело електроде и спој.
Обрада тела обухвата три корака: бушење и грубо обраду равне чеоне површине, спољни круг и равна чеона површина и глодање навоја. Обрада конусног споја може се поделити на 6 процеса: сечење, равна чеона површина, конусни спој, глодање навоја, бушење вијка и прорезивање.
Спајање електродних спојева: конусни спој (три копче и једна копча), цилиндрични спој, избочни спој (мушки и женски спој)
Контрола тачности обраде: одступање конуса навоја, корак навоја, одступање великог пречника споја (рупе), коаксијалност рупе споја, вертикалност рупе споја, равност чеоне површине електроде, одступање споја у четири тачке. Проверити помоћу специјалних прстенастих мерила и мерила за плоче.
Инспекција готових електрода: тачност, тежина, дужина, пречник, густина у насипу, отпорност, толеранција пре монтаже итд.
Време објаве: 31. октобар 2019.