Электроди графитӣ маводи ноқили графитӣ ба ҳарорати баланд тобовар аст, ки тавассути хамири нафтӣ, кокси сӯзанӣ ҳамчун агрегат ва битуми ангишт ҳамчун пайвандкунанда ба даст оварда мешавад ва тавассути як қатор равандҳо ба монанди хамир кардан, қолабгузорӣ, бирён кардан, импрегнатсия кардан, графитизатсия ва коркарди механикӣ ба даст оварда мешавад.
Электроди графитӣ маводи муҳими ноқили ҳарорати баланд барои истеҳсоли пӯлоди барқӣ мебошад. Электроди графитӣ барои ворид кардани энергияи барқӣ ба кӯраи барқӣ истифода мешавад ва ҳарорати баланди ҳосилшуда аз камони байни нӯги электрод ва заряд ҳамчун манбаи гармӣ барои об кардани заряд барои истеҳсоли пӯлод истифода мешавад. Дигар кӯраҳои маъданӣ, ки маводҳоро ба монанди фосфори зард, кремнийи саноатӣ ва абразивҳо гудохтаанд, инчунин электродҳои графитиро ҳамчун маводи ноқилӣ истифода мебаранд. Хусусиятҳои аъло ва махсуси физикӣ ва химиявии электродҳои графитӣ низ дар дигар бахшҳои саноатӣ васеъ истифода мешаванд.
Ашёи хом барои истеҳсоли электродҳои графитӣ кокси нафтӣ, кокси сӯзанӣ ва қатрони ангишт мебошанд.
Кокси нафтӣ маҳсулоти сахти оташгиранда аст, ки бо роҳи кокс кардани боқимондаҳои ангишти коксшаванда ва қатрони нафт ба даст оварда мешавад. Рангаш сиёҳ ва сӯрохдор аст, унсури асосӣ карбон аст ва миқдори хокистараш хеле паст, одатан аз 0,5% камтар аст. Кокси нафтӣ ба синфи карбони ба осонӣ графитизатсияшаванда тааллуқ дорад. Кокси нафтӣ дар саноати кимиё ва металлургӣ доираи васеи истифода дорад. Он ашёи хоми асосӣ барои истеҳсоли маҳсулоти графити сунъӣ ва маҳсулоти карбон барои алюминийи электролитӣ мебошад.
Кокси нафтиро вобаста ба ҳарорати коркарди гармӣ ба ду намуд тақсим кардан мумкин аст: кокси хом ва кокси калсинӣ. Кокси нафтии қаблӣ, ки бо роҳи коксикунонии таъхирёфта ба даст оварда шудааст, миқдори зиёди моддаҳои бухоршавандаро дар бар мегирад ва қувваи механикӣ паст аст. Кокси калсинӣ бо роҳи калсин кардани кокси хом ба даст оварда мешавад. Аксари корхонаҳои коркарди нафт дар Чин танҳо кокс истеҳсол мекунанд ва амалиёти калсинӣ асосан дар корхонаҳои карбон анҷом дода мешавад.
Кокси нафтиро метавон ба кокси дорои сулфури баланд (ки зиёда аз 1,5% сулфур дорад), кокси дорои сулфури миёна (ки дорои 0,5%-1,5% сулфур аст) ва кокси дорои сулфури кам (ки дорои камтар аз 0,5% сулфур аст) тақсим кард. Истеҳсоли электродҳои графитӣ ва дигар маҳсулоти графити сунъӣ одатан бо истифода аз кокси дорои сулфури кам истеҳсол карда мешавад.
Кокси сӯзанӣ як навъи кокси баландсифат бо сохтори нахдори намоён, коэффитсиенти хеле пасти васеъшавии гармӣ ва графитизатсияи осон аст. Вақте ки кокс шикаста мешавад, онро мувофиқи сохтор ба тасмаҳои борик тақсим кардан мумкин аст (таносуби паҳлӯӣ одатан аз 1,75 зиёд аст). Сохтори нахдори анизотропиро зери микроскопи поляризатсиякунанда мушоҳида кардан мумкин аст ва аз ин рӯ, онро кокси сӯзанӣ меноманд.
Анизотропияи хосиятҳои физикӣ-механикии кокси сӯзанӣ хеле возеҳ аст. Он дорои гузариши хуби барқӣ ва гармӣ мебошад, ки ба самти меҳвари дарозии зарра мувозӣ аст ва коэффитсиенти васеъшавии гармӣ паст аст. Ҳангоми қолаби экструзионӣ, меҳвари дарозии аксари зарраҳо дар самти экструзионӣ ҷойгир карда мешавад. Аз ин рӯ, кокси сӯзанӣ ашёи хоми калидӣ барои истеҳсоли электродҳои графити баландқувват ё ултрабаланд мебошад. Электроди графити истеҳсолшуда муқовимати паст, коэффитсиенти хурди васеъшавии гармӣ ва муқовимати хуби зарбаи гармӣ дорад.
Кокси сӯзанӣ ба кокси сӯзании нафтӣ, ки аз боқимондаҳои нафт истеҳсол мешавад ва кокси сӯзании ангиштӣ, ки аз ашёи хоми қатрони ангишти тозашуда истеҳсол мешавад, тақсим мешавад.
Қатрони ангишт яке аз маҳсулоти асосии коркарди амиқи қатрони ангишт мебошад. Он омехтаи карбогидридҳои гуногун аст, дар ҳарорати баланд сиёҳ, дар ҳарорати баланд нимсахт ё сахт, нуқтаи обшавии муқаррарӣ надорад, пас аз гармкунӣ нарм карда мешавад ва сипас гудохта мешавад, зичии он 1,25-1,35 г/см3 аст. Мувофиқи нуқтаи нармшавии он, он ба асфалти ҳарорати паст, ҳарорати миёна ва ҳарорати баланд тақсим мешавад. Ҳосили асфалти ҳарорати миёна 54-56% қатрони ангиштро ташкил медиҳад. Таркиби қатрони ангишт хеле мураккаб аст, ки бо хосиятҳои қатрони ангишт ва миқдори гетероатомҳо алоқаманд аст ва инчунин аз системаи раванди кокскунӣ ва шароити коркарди қатрони ангишт таъсир мерасонад. Барои тавсифи қатрони ангишт нишондиҳандаҳои зиёде мавҷуданд, ба монанди нуқтаи нармкунии битум, ҳалнашавандаҳои толуол (TI), ҳалнашавандаҳои хинолин (QI), арзишҳои кокскунӣ ва реологияи қатрони ангишт.
Қатрони ангишт ҳамчун пайвандкунанда ва ҳоркунанда дар саноати карбон истифода мешавад ва самаранокии он ба раванди истеҳсол ва сифати маҳсулоти карбон таъсири калон мерасонад. Асфалти пайвандкунанда одатан аз асфалти тағйирёфтаи ҳарорати миёна ё ҳарорати миёна истифода мебарад, ки нуқтаи нармшавии миёна, арзиши баланди коксшавӣ ва қатрони баланди β дорад. Агенти ҳоркунанда асфалти ҳарорати миёна аст, ки нуқтаи нармшавии паст, QI паст ва хосиятҳои хуби реологӣ дорад.
Дар расми зерин раванди истеҳсоли электроди графитӣ дар корхонаҳои карбон нишон дода шудааст.
Калсинг: Ашёи хоми карбондор дар ҳарорати баланд барои хориҷ кардани намӣ ва моддаҳои бухоршавандаи дар он мавҷудбуда бо гармӣ коркард карда мешавад ва раванди истеҳсолӣ, ки ба беҳтар шудани сифати пухтупази аввала мувофиқ аст, калсинг номида мешавад. Умуман, ашёи хоми карбондор бо истифода аз газ ва моддаҳои бухоршавандаи худ ҳамчун манбаи гармӣ калсинг карда мешавад ва ҳарорати ҳадди аксар 1250-1350 °C аст.
Калсинатсия дар сохтор ва хосиятҳои физикию химиявии ашёи хоми карбонӣ тағйироти амиқ ворид мекунад, асосан дар беҳтар кардани зичӣ, мустаҳкамии механикӣ ва гузаронандагии электрикии кокс, беҳтар кардани устувории химиявӣ ва муқовимати оксидшавии кокс ва гузоштани замина барои раванди минбаъда.
Таҷҳизоти калсинӣ асосан калсинатори зарфӣ, кӯраи чархзананда ва калсинатори барқиро дар бар мегирад. Нишондиҳандаи назорати сифати калсинӣ дар он аст, ки зичии воқеии кокси нафтӣ на камтар аз 2.07 г/см3, муқовимат на бештар аз 550 мкОм.м, зичии воқеии кокси сӯзанӣ на камтар аз 2.12 г/см3 ва муқовимат на бештар аз 500 мкОм.м мебошад.
Майда кардани ашёи хом ва компонентҳо
Пеш аз омехта кардан, кокси нафтии калсиншуда ва кокси сӯзанӣ бояд майда карда, орд карда ва аз ғалбер гузаронда шаванд.
Майдакунии миёна одатан бо таҷҳизоти майдакунии тақрибан 50 мм тавассути майдакунаки ҷоғӣ, майдакунаки болғадор, майдакунаки ғелонда ва ғайра анҷом дода мешавад, то маводи андозаи 0,5-20 мм, ки барои партиякунӣ зарур аст, минбаъд майда карда шавад.
Ордкунӣ раванди майда кардани маводи карбонӣ ба зарраҳои хурди хокашакли 0,15 мм ё камтар ва андозаи зарраҳои 0,075 мм ё камтар аз он бо истифода аз осиёби ғалтаки ҳалқавии навъи суспензия (осиёби Реймонд), осиёби курадор ё монанди инҳо мебошад.
Элементкунӣ равандест, ки дар он доираи васеи маводҳо пас аз майдакунӣ тавассути як қатор ҷумбонидан бо сӯрохиҳои якхела ба якчанд диапазонҳои андозаи зарраҳо бо диапазони танг тақсим карда мешаванд. Истеҳсоли электродҳои ҷорӣ одатан 4-5 гранула ва 1-2 навъи хокаро талаб мекунад.
Компонентҳо равандҳои истеҳсолӣ барои ҳисоб кардан, вазн кардан ва фокус кардани агрегатҳои гуногуни агрегатҳо, хокаҳо ва пайвасткунандаҳо мувофиқи талаботи формула мебошанд. Мутобиқати илмии формула ва устувории амалиёти партиявӣ аз ҷумлаи омилҳои муҳимтарине мебошанд, ки ба нишондиҳандаи сифат ва самаранокии маҳсулот таъсир мерасонанд.
Формула бояд 5 ҷанбаро муайян кунад:
1 Навъи ашёи хомро интихоб кунед;
2 таносуби намудҳои гуногуни ашёи хомро муайян кунед;
3 муайян кардани таркиби андозаи зарраҳои ашёи хоми сахт;
4 миқдори моддаи пайвасткунандаро муайян кунед;
5 Намуд ва миқдори иловаҳоро муайян кунед.
Хамир кардан: Омехта ва муайян кардани миқдори гуногуни гранулаҳо ва хокаҳои карбонӣ бо андозаи зарраҳо бо миқдори муайяни пайвандкунанда дар ҳарорати муайян ва хамир кардани хамираи пластикӣ ба раванде, ки хамир кардан номида мешавад.
Раванди хамиркунӣ: омехтаи хушк (20-35 дақиқа) омехтаи тар (40-55 дақиқа)
Нақши хамир кардан:
1 Ҳангоми омехта кардани хушк, ашёи хоми гуногун яксон омехта карда мешаванд ва маводҳои сахти карбондор бо андозаҳои гуногуни зарраҳо яксон омехта ва пур карда мешаванд, то зичии омехта беҳтар карда шавад;
2 Пас аз илова кардани қатрони ангишт, маводи хушк ва асфалт баробар омехта карда мешаванд. Асфалти моеъ сатҳи гранулаҳоро баробар пӯшонида, тар мекунад, то қабати пайвандкунандаи асфалтро ташкил диҳад ва ҳамаи маводҳо ба якдигар часпида, як қабати якхелаи пластикӣ ташкил медиҳанд. Барои қолабсозӣ мусоид аст;
3 қисм қатрони ангиштсанг ба фазои дарунии маводи карбондор ворид шуда, зичӣ ва пайвастагии хамирро боз ҳам зиёд мекунад.
Қалбкунӣ: Қалбкунии маводи карбон ба раванди деформатсияи пластикии хамираи карбонии хамиршуда таҳти таъсири қувваи берунае, ки таҷҳизоти қолабкунӣ истифода мебарад, барои ташаккули ниҳоии бадани сабз (ё маҳсулоти хом) бо шакл, андоза, зичӣ ва қуввати муайян ишора мекунад.
Намудҳои қолаббандӣ, таҷҳизот ва маҳсулоти истеҳсолшаванда:
Усули қолабсозӣ
Таҷҳизоти маъмулӣ
маҳсулоти асосӣ
Қолабсозӣ
Пресси гидравликии амудӣ
Карбони электрикӣ, графити сохтори нозуки пастсифат
Фишурдан
Экструдери гидравликии уфуқӣ
Экструдери винтӣ
Электроди графитӣ, электроди чоркунҷа
Қолаббандии ларзишӣ
Мошини қолаби ларзишӣ
Хишти карбонии алюминий, хишти карбонии кӯраи домнагӣ
Фишори изостатикӣ
Мошини қолаби изостатикӣ
Графити изотропӣ, графити анизотропӣ
Амали фишурдан
1 маводи хунуккунанда: маводи хунуккунии дискӣ, маводи хунуккунии силиндрӣ, маводи хунуккунии омехта ва хамиркунӣ ва ғайра.
Моддаҳои бухоршавандаро холӣ кунед, то часпакро зиёд кунед, то ки хамираи бандшаванда дар давоми 20-30 дақиқа яксон бошад, ҳарорати мувофиқро (90-120°C) кам кунед.
2 Боркунӣ: тугмаи бардорандаи пахш —– 2-3 маротиба буридан—-4-10MPa фишурдашавӣ
3. Пеш аз фишор: фишор 20-25MPa, вақт 3-5 дақиқа, ҳангоми чангкашак
4. Экструзия: ба қисмати поёнии 5-15MPa пахш кунед, экструзия — бурида — ба танӯраи хунуккунӣ ворид кунед
Параметрҳои техникии экструзия: таносуби фишурдашавӣ, ҳарорати камераи пресс ва сопло, ҳарорати хунуккунӣ, вақти фишори пешакӣ боркунӣ, фишори экструзия, суръати экструзия, ҳарорати оби хунуккунӣ
Санҷиши бадани сабз: зичии ҳаҷм, чен кардани намуди зоҳирӣ, таҳлил
Калсинатсия: Ин равандест, ки дар он бадани сабзи маҳсулоти карбон дар кӯраи гармидиҳии махсус тарҳрезишуда таҳти ҳимояи пуркунанда пур карда мешавад, то коркарди гармии ҳарорати баландро барои карбонизатсияи қатраи ангишт дар бадани сабз анҷом диҳад. Кокси битум, ки пас аз карбонизатсияи битуми ангишт ба вуҷуд омадааст, агрегати карбонӣ ва зарраҳои хокаро якҷоя сахт мекунад ва маҳсулоти карбони калсиншуда қувваи баланди механикӣ, муқовимати пасти электрикӣ, устувории хуби гармӣ ва устувории кимиёвӣ дорад.
Калсинатсия яке аз равандҳои асосӣ дар истеҳсоли маҳсулоти карбонӣ буда, инчунин қисми муҳими се раванди асосии коркарди гармии истеҳсоли электродҳои графитӣ мебошад. Давраи истеҳсоли калсинатсия тӯлонӣ аст (22-30 рӯз барои нонпазӣ, 5-20 рӯз барои танӯрҳо барои 2 нонпазӣ) ва истеъмоли энергияи баландтар. Сифати бирёнкунии сабз ба сифати маҳсулоти тайёр ва арзиши истеҳсолот таъсир мерасонад.
Қатрони ангишти сабз дар бадани сабз ҳангоми пухтан кокс карда мешавад ва тақрибан 10% моддаҳои бухоршаванда хориҷ карда мешаванд ва ҳаҷм бо 2-3% камшавӣ ба вуҷуд меояд ва талафоти масса 8-10% -ро ташкил медиҳад. Хусусиятҳои физикӣ ва химиявии порчаи карбон низ ба таври назаррас тағйир ёфтанд. Сӯрохнокӣ аз 1,70 г/см3 то 1,60 г/см3 ва муқовимат аз 10000 мкΩ·м то 40-50 мкΩ·м аз сабаби афзоиши сӯрохнокӣ коҳиш ёфт. Қувваи механикии порчаи калсинӣ низ калон буд. Барои такмил.
Пухтупази дуюмдараҷа равандест, ки дар он маҳсулоти калсинӣ ғӯтонида ва сипас калсинӣ карда мешавад, то қатраи дар сӯрохиҳои маҳсулоти калсинӣ ғӯтонидашуда карбонизатсия карда шавад. Электродҳое, ки зичии ҳаҷмии баландтарро талаб мекунанд (ҳама намудҳо ба истиснои RP) ва бланкҳои буғумӣ бояд дукарата пухта шаванд ва бланкҳои буғумӣ низ ба се-тарт чор-пухта ё ду-тарт се-пухта дучор карда мешаванд.
Навъи асосии печи бирён:
Кори доимӣ—-кӯраи ҳалқавӣ (бо сарпӯш, бе сарпӯш), кӯраи нақбӣ
Кори фосилавӣ—-кӯраи баръакс, бирёнкунандаи зери фарш, бирёнкунандаи қуттӣ
Каҷхати калсинатсия ва ҳарорати максималӣ:
Як маротиба бирён кардан—-320, 360, 422, 480 соат, 1250 °C
Бирёнкунии дуюмдараҷа—-125, 240, 280 соат, 700-800 °C
Санҷиши маҳсулоти пухта: намуди зоҳирӣ, муқовимати барқӣ, зичии ҳаҷмӣ, қувваи фишурдашавӣ, таҳлили сохтори дохилӣ
Импрегнатсия равандест, ки дар он маводи карбон дар зарфи фишордор ҷойгир карда мешавад ва қатраи импрегнати моеъ дар сӯрохиҳои электроди маҳсулот таҳти шароити муайяни ҳарорат ва фишор ғӯтонида мешавад. Мақсад кам кардани сӯрохии маҳсулот, зиёд кардани зичии ҳаҷм ва қувваи механикии маҳсулот ва беҳтар кардани гузаронандагии барқӣ ва гармии маҳсулот мебошад.
Раванди импрегнатсия ва параметрҳои техникии марбут ба он инҳоянд: бирён кардани гилза - тоза кардани сатҳ - гармкунии пешакӣ (260-380 °C, 6-10 соат) - бор кардани зарфи импрегнатсия - чангкашак (8-9KPa, 40-50 дақиқа) - Ворид кардани битум (180-200 °C) - Фишордиҳӣ (1.2-1.5 МПа, 3-4 соат) - Бозгашт ба асфалт - Хунуккунӣ (дар дохил ё беруни зарф)
Санҷиши маҳсулоти бордоршуда: суръати афзоиши вазни бордоршавӣ G=(W2-W1)/W1×100%
Сатҳи афзоиши вазн бо як бор ≥14%
Сатҳи афзоиши вазни маҳсулоти дуюмдараҷаи импрегнатсияшуда ≥ 9%
Се маҳсулоти тар кардан суръати афзоиши вазн ≥ 5%
Графитизатсия ба раванди коркарди гармии ҳарорати баланд ишора мекунад, ки дар он маҳсулоти карбон дар муҳити муҳофизатӣ дар кӯраи барқии ҳарорати баланд то ҳарорати 2300°C ё бештар аз он гарм карда мешавад, то карбони сохтори қабатдори аморфӣ ба сохтори кристаллии графити сеченака бо тартиби муайяншуда табдил дода шавад.
Мақсад ва таъсири графитизатсия:
1. гузаронандагӣ ва гармигузаронии маводи карбонро беҳтар мекунад (муқовимат 4-5 маротиба кам мешавад ва гармигузаронӣ тақрибан 10 маротиба зиёд мешавад);
2. Муқовимати зарбаи гармӣ ва устувории кимиёвии маводи карбонро беҳтар мекунад (коэффитсиенти васеъшавии хаттӣ 50-80% кам карда шудааст);
3 барои баланд бардоштани равғаннокии маводи карбон ва муқовимат ба фарсудашавӣ;
4 Ифлосҳои ихроҷшуда, тозагии маводи карбонро беҳтар мекунанд (миқдори хокистар дар маҳсулот аз 0,5-0,8% то тақрибан 0,3% кам карда мешавад).
Татбиқи раванди графитизатсия:
Графитизатсияи маводи карбон дар ҳарорати баланди 2300-3000°C анҷом дода мешавад, аз ин рӯ, онро дар саноат танҳо бо роҳи гармкунии барқӣ амалӣ кардан мумкин аст, яъне ҷараён мустақиман аз маҳсулоти гармшудаи калсинӣ мегузарад ва маҳсулоти калсинӣ, ки ба кӯра пур карда мешавад, аз ҷониби ҷараёни барқӣ дар ҳарорати баланд тавлид мешавад. Ноқил боз як ашёест, ки то ҳарорати баланд гарм карда мешавад.
Танӯрҳои айни замон ба таври васеъ истифодашаванда инҳоянд: танӯрҳои графитизатсияи Ачесон ва танӯрҳои гармии дохилии каскадӣ (LWG). Танӯрҳои аввалӣ дорои қувваи баланди барқ, фарқияти калони ҳарорат ва истеъмоли қувваи барқ мебошанд. Танӯрҳои дуюмӣ вақти кӯтоҳи гармкунӣ, истеъмоли қувваи барқи кам, муқовимати якхелаи барқӣ доранд ва барои насб мувофиқ нестанд.
Назорати раванди графитизатсия тавассути чен кардани каҷи қувваи барқ, ки барои шароити баландшавии ҳарорат мувофиқ аст, идора карда мешавад. Вақти таъминоти барқ барои кӯраи Ачесон 50-80 соат ва барои кӯраи LWG 9-15 соат аст.
Истеъмоли энергия ҳангоми графитизатсия хеле зиёд буда, одатан 3200-4800 кВт/соатро ташкил медиҳад ва арзиши раванд тақрибан 20-35% аз арзиши умумии истеҳсолотро ташкил медиҳад.
Санҷиши маҳсулоти графитизатсияшуда: ламс кардани намуди зоҳирӣ, санҷиши муқовимат
Коркард: Мақсади коркарди механикии маводҳои графити карбонӣ ба даст овардани андоза, шакл, дақиқӣ ва ғайра бо роҳи буридан барои мувофиқ кардани корпуси электрод ва пайвандҳо мувофиқи талаботи истифода мебошад.
Коркарди электроди графит ба ду раванди мустақили коркард тақсим мешавад: бадани электрод ва пайванд.
Коркарди корпус аз се марҳила иборат аст: рӯи нӯги ҳамвори дилгиркунанда ва ноҳамвор, доираи берунӣ ва рӯи нӯги ҳамвор ва риштаи фрезерӣ. Коркарди пайванди конусшаклро метавон ба 6 раванд тақсим кард: буридан, рӯи нӯги ҳамвор, рӯи конуси мошин, риштаи фрезерӣ, болти пармакунӣ ва сӯрохкунӣ.
Пайвасткунии пайвандҳои электродӣ: пайвасткунии пайванди конусӣ (се қулф ва як қулф), пайвасткунии пайванди силиндрӣ, пайвасткунии ғафсӣ (пайвасткунии мардона ва занона)
Назорати дақиқии коркард: инҳирофи конусии ришта, қадами ришта, инҳирофи диаметри калони пайванд (сӯрох), ҳамбастагии сӯрохи пайванд, амудии сӯрохи пайванд, ҳамвории рӯи нӯги электрод, инҳирофи чорнуқтаи пайванд. Бо ченакҳои махсуси ҳалқавӣ ва пластинавӣ санҷед.
Санҷиши электродҳои тайёр: дақиқӣ, вазн, дарозӣ, диаметр, зичии ҳаҷмӣ, муқовимат, таҳаммулпазирии пеш аз васлкунӣ ва ғайра.
Вақти нашр: 31 октябри соли 2019