Grafit elektrot, petrolün yoğrulması, iğne kokunun agrega olarak, kömür bitümünün ise bağlayıcı olarak kullanılmasıyla elde edilen, yoğurma, kalıplama, kavurma, emdirme, grafitleme ve mekanik işleme gibi bir dizi işlemden geçirilerek üretilen, yüksek sıcaklığa dayanıklı grafit iletken bir malzemedir.
Grafit elektrot, elektrikli çelik üretimi için önemli bir yüksek sıcaklık iletken malzemesidir. Grafit elektrot, elektrik fırınına elektrik enerjisi girişi için kullanılır ve elektrot ucu ile yük arasındaki ark tarafından üretilen yüksek sıcaklık, çelik üretimi için yükü eritmek için bir ısı kaynağı olarak kullanılır. Sarı fosfor, endüstriyel silikon ve aşındırıcılar gibi malzemeleri eriten diğer cevher fırınları da iletken malzeme olarak grafit elektrotlar kullanır. Grafit elektrotların mükemmel ve özel fiziksel ve kimyasal özellikleri diğer endüstriyel sektörlerde de yaygın olarak kullanılmaktadır.
Grafit elektrot üretiminin hammaddeleri petrol koku, iğne koku ve kömür katranı ziftidir.
Petrol koku, kok kömürü kalıntısı ve petrol zifti ile elde edilen yanıcı bir katı üründür. Rengi siyah ve gözeneklidir, ana elementi karbondur ve kül içeriği çok düşüktür, genellikle %0,5'in altındadır. Petrol koku, kolayca grafitlenen karbon sınıfına aittir. Petrol kokunun kimya ve metalurji endüstrilerinde geniş bir kullanım alanı vardır. Yapay grafit ürünleri ve elektrolitik alüminyum için karbon ürünleri üretmek için ana hammaddedir.
Petrol koku, ısıl işlem sıcaklığına göre iki türe ayrılabilir: ham kok ve kalsine edilmiş kok. Gecikmeli koklaştırma ile elde edilen eski petrol koku, büyük miktarda uçucu madde içerir ve mekanik mukavemeti düşüktür. Kalsine edilmiş kok, ham kokun kalsinasyonu ile elde edilir. Çin'deki çoğu rafineri yalnızca kok üretir ve kalsinasyon işlemleri çoğunlukla karbon tesislerinde gerçekleştirilir.
Petrol koku, yüksek kükürtlü kok (%1,5'ten fazla kükürt içeren), orta kükürtlü kok (%0,5-%1,5 kükürt içeren) ve düşük kükürtlü kok (%0,5'ten az kükürt içeren) olarak ayrılabilir. Grafit elektrotların ve diğer yapay grafit ürünlerinin üretimi genellikle düşük kükürtlü kok kullanılarak üretilir.
İğne kok, belirgin lifli dokuya, çok düşük termal genleşme katsayısına ve kolay grafitlenmeye sahip yüksek kaliteli bir kok türüdür. Kok kırıldığında, dokuya göre ince şeritlere ayrılabilir (görüntü oranı genellikle 1,75'in üzerindedir). Polarize mikroskop altında anizotropik lifli bir yapı gözlemlenebilir ve bu nedenle iğne kok olarak adlandırılır.
İğne kok kömürünün fiziko-mekanik özelliklerinin anizotropisi çok açıktır. Parçacığın uzun eksen yönüne paralel olarak iyi elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptir ve termal genleşme katsayısı düşüktür. Ekstrüzyon kalıplama sırasında çoğu parçacığın uzun ekseni ekstrüzyon yönünde düzenlenir. Bu nedenle, iğne kok kömürü yüksek güçlü veya ultra yüksek güçlü grafit elektrotların üretimi için temel hammaddedir. Üretilen grafit elektrot düşük özdirenç, küçük termal genleşme katsayısı ve iyi termal şok direncine sahiptir.
İğne kok, petrol artığından üretilen petrol bazlı iğne kok ve rafine edilmiş kömür zift hammaddelerinden üretilen kömür bazlı iğne kok olmak üzere ikiye ayrılır.
Kömür katranı, kömür katranı derin işleme işleminin ana ürünlerinden biridir. Yüksek sıcaklıkta siyah, yüksek sıcaklıkta yarı katı veya katı, sabit bir erime noktası olmayan, ısıtıldıktan sonra yumuşayan ve daha sonra eritilen, 1,25-1,35 g/cm3 yoğunluğa sahip çeşitli hidrokarbonların bir karışımıdır. Yumuşama noktasına göre düşük sıcaklık, orta sıcaklık ve yüksek sıcaklık asfaltı olarak ayrılır. Orta sıcaklık asfalt verimi kömür katranının %54-56'sıdır. Kömür katranının bileşimi, kömür katranının özellikleri ve heteroatom içeriği ile ilgili olan son derece karmaşıktır ve ayrıca koklaştırma proses sistemi ve kömür katranı işleme koşullarından da etkilenir. Kömür katranı ziftini karakterize etmek için bitüm yumuşama noktası, toluen çözünmeyenler (TI), kinolin çözünmeyenler (QI), koklaşma değerleri ve kömür zift reolojisi gibi birçok gösterge vardır.
Kömür katranı karbon endüstrisinde bağlayıcı ve emdirici olarak kullanılır ve performansı karbon ürünlerinin üretim süreci ve ürün kalitesi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Bağlayıcı asfalt genellikle orta sıcaklıkta veya orta sıcaklıkta modifiye edilmiş asfalt kullanır, orta yumuşama noktasına, yüksek kok değerine ve yüksek β reçinesine sahiptir. Emprenye maddesi düşük yumuşama noktasına, düşük QI'ye ve iyi reolojik özelliklere sahip orta sıcaklıkta bir asfalttır.
Aşağıdaki resim karbon işletmesinde grafit elektrot üretim sürecini göstermektedir.
Kalsinasyon: Karbonlu ham madde, içindeki nemi ve uçucu maddeleri boşaltmak için yüksek bir sıcaklıkta ısıl işleme tabi tutulur ve orijinal pişirme performansının iyileştirilmesine karşılık gelen üretim sürecine kalsinasyon denir. Genellikle karbonlu ham madde, ısı kaynağı olarak gaz ve kendi uçucu maddeleri kullanılarak kalsine edilir ve maksimum sıcaklık 1250-1350 °C'dir.
Kalsinasyon, karbonlu hammaddelerin yapısında ve fizikokimyasal özelliklerinde köklü değişikliklere neden olur, özellikle kok kömürünün yoğunluğunu, mekanik mukavemetini ve elektrik iletkenliğini iyileştirir, kok kömürünün kimyasal kararlılığını ve oksidasyon direncini iyileştirir ve sonraki proses için temel oluşturur.
Kalsine edilmiş ekipmanlar esas olarak tank kalsinatörü, döner fırın ve elektrikli kalsinatörü içerir. Kalsinasyonun kalite kontrol endeksi, petrol kokunun gerçek yoğunluğunun 2,07 g/cm3'ten az olmaması, özdirencin 550 μΩ.m'den fazla olmaması, iğne kokunun gerçek yoğunluğunun 2,12 g/cm3'ten az olmaması ve özdirencin 500 μΩ.m'den fazla olmamasıdır.
Hammadde kırma ve bileşenler
Partilemeden önce, dökme kalsine petrol koku ve iğne kokunun kırılması, öğütülmesi ve elenmesi gerekir.
Orta kırma, genellikle 50 mm civarında kırma ekipmanları kullanılarak, parti için gerekli 0,5-20 mm büyüklüğündeki malzemeyi daha ileri kırmak için çeneli kırıcı, çekiçli kırıcı, silindirli kırıcı ve benzeri kırıcılar kullanılarak gerçekleştirilir.
Öğütme, karbonlu bir malzemenin süspansiyon tipi halkalı silindir değirmen (Raymond değirmeni), bilyalı değirmen veya benzeri araçlarla 0,15 mm veya daha küçük ve parçacık boyutu 0,075 mm veya daha küçük toz halinde küçük bir parçacığa öğütülmesi işlemidir.
Eleme, geniş bir malzeme yelpazesinin, bir kırma işleminden sonra, bir dizi düzgün açıklıklı elek aracılığıyla dar bir boyut aralığına sahip çeşitli parçacık boyut aralıklarına bölündüğü bir işlemdir. Mevcut elektrot üretimi genellikle 4-5 pelet ve 1-2 toz sınıfı gerektirir.
Bileşenler, agregaların ve tozların ve bağlayıcıların çeşitli agregalarını formülasyon gereksinimlerine göre hesaplamak, tartmak ve odaklamak için üretim süreçleridir. Formülasyonun bilimsel uygunluğu ve partileme işleminin kararlılığı, ürünün kalite endeksini ve performansını etkileyen en önemli faktörler arasındadır.
Formülün 5 hususu belirlemesi gerekiyor:
1Hammadde türünü seçin;
2 Farklı hammadde türlerinin oranını belirlemek;
3 Katı hammaddenin parçacık boyut kompozisyonunun belirlenmesi;
4 bağlayıcı miktarını belirleyin;
5 Katkı maddelerinin türünü ve miktarını belirleyin.
Yoğurma: Çeşitli parçacık boyutlarındaki karbonlu granül ve tozların belirli bir sıcaklıkta belirli bir miktar bağlayıcı ile karıştırılıp miktarlarının belirlenmesi ve elde edilen plastiklik hamurunun yoğurularak yoğurulması işlemine yoğurma denir.
Yoğurma işlemi: kuru karıştırma (20-35 dk) ıslak karıştırma (40-55 dk)
Yoğurmanın rolü:
1 Kuru karıştırmada, çeşitli hammaddeler eşit şekilde karıştırılır ve farklı parçacık boyutlarındaki katı karbonlu malzemeler eşit şekilde karıştırılarak doldurulur ve karışımın sıkılığı artırılır;
2 Kömür katranı zifti eklendikten sonra kuru malzeme ve asfalt eşit şekilde karıştırılır. Sıvı asfalt granüllerin yüzeyini eşit şekilde kaplar ve ıslatır, böylece bir asfalt bağlama tabakası oluşturur ve tüm malzemeler birbirine bağlanarak homojen bir plastik leke oluşturur. Kalıplamaya elverişli;
3 kısım kömür katranı zifti karbonlu malzemenin iç boşluğuna nüfuz ederek macunun yoğunluğunu ve kohezyonunu daha da arttırır.
Kalıplama: Karbon malzemenin kalıplanması, yoğrulmuş karbon hamurunun, kalıplama ekipmanı tarafından uygulanan dış kuvvet altında plastik olarak deforme edilmesi ve sonunda belirli bir şekil, boyut, yoğunluk ve mukavemete sahip yeşil bir gövdenin (veya ham ürünün) oluşturulması sürecini ifade eder.
Üretilen kalıp çeşitleri, ekipmanlar ve ürünler:
Kalıplama yöntemi
Ortak ekipman
ana ürünler
Kalıplama
Dikey hidrolik pres
Elektrik karbonu, düşük dereceli ince yapı grafiti
Sıkmak
Yatay hidrolik ekstruder
Vidalı ekstruder
Grafit elektrot, kare elektrot
Titreşimli kalıplama
Titreşimli kalıplama makinesi
Alüminyum karbon tuğlası, yüksek fırın karbon tuğlası
İzostatik presleme
İzostatik kalıplama makinesi
İzotropik grafit, anizotropik grafit
Sıkma işlemi
1 soğutma malzemesi: disk soğutma malzemesi, silindir soğutma malzemesi, soğutma malzemelerinin karıştırılması ve yoğrulması, vb.
Uçucu maddeleri boşaltın, yapışmayı artırmak için uygun bir sıcaklığa (90-120 ° C) düşürün, böylece macunun blokluluğu 20-30 dakika boyunca düzgün olur.
2 Yükleme: pres kaldırma deflektör —– 2-3 kez kesme—-4-10MPa sıkıştırma
3 ön basınç: basınç 20-25MPa, süre 3-5dk, vakumlama sırasında
4 ekstrüzyon: deflektörü aşağıya doğru bastırın —5-15MPa ekstrüzyon — kesin — soğutma havuzuna
Ekstrüzyonun teknik parametreleri: sıkıştırma oranı, pres odası ve nozul sıcaklığı, soğutma sıcaklığı, ön yükleme basınç süresi, ekstrüzyon basıncı, ekstrüzyon hızı, soğutma suyu sıcaklığı
Yeşil gövde muayenesi: yığın yoğunluğu, görünüm, analiz
Kalsinasyon: Karbon ürünü yeşil gövdenin, dolgu maddesinin koruması altında özel olarak tasarlanmış bir ısıtma fırınına doldurularak yeşil gövdedeki kömür ziftini karbonize etmek için yüksek sıcaklıkta ısıl işlem uygulanması işlemidir. Kömür bitümünün karbonizasyonundan sonra oluşan bitüm kok, karbonlu agrega ve toz parçacıklarını birlikte katılaştırır ve kalsine edilmiş karbon ürünü yüksek mekanik mukavemete, düşük elektrik direncine, iyi termal kararlılığa ve kimyasal kararlılığa sahiptir.
Kalsinasyon, karbon ürünlerinin üretimindeki ana proseslerden biridir ve aynı zamanda grafit elektrot üretiminin üç ana ısıl işlem prosesinin önemli bir parçasıdır. Kalsinasyon üretim döngüsü uzundur (pişirme için 22-30 gün, 2 pişirme için fırınlar için 5-20 gün) ve Daha yüksek enerji tüketimi. Yeşil kavurmanın kalitesi, bitmiş ürünün kalitesi ve üretim maliyeti üzerinde etkilidir.
Yeşil gövdedeki yeşil kömür zifti kavurma işlemi sırasında koklaştırılır ve uçucu maddenin yaklaşık %10'u boşaltılır ve hacim %2-3 büzülme ile üretilir ve kütle kaybı %8-10'dur. Karbon kütüğünün fiziksel ve kimyasal özellikleri de önemli ölçüde değişti. Gözeneklilik 1,70 g/cm3'ten 1,60 g/cm3'e düştü ve özdirenç gözenekliliğin artması nedeniyle 10000 μΩ·m'den 40-50 μΩ·m'ye düştü. Kalsine edilmiş kütüğün mekanik mukavemeti de büyüktü. İyileştirme için.
İkincil pişirme, kalsine edilmiş ürünün daldırılıp daha sonra kalsine edilerek kalsine edilmiş ürünün gözeneklerine daldırılmış ziftin karbonize edildiği bir işlemdir. Daha yüksek yığın yoğunluğu gerektiren elektrotların (RP hariç tüm çeşitleri) ve birleştirme boşluklarının bibake edilmesi gerekir ve birleştirme boşlukları ayrıca üç daldırma dört pişirme veya iki daldırma üç pişirme işlemine tabi tutulur.
Kavurma makinesinin ana fırın tipi:
Sürekli çalışma - halka fırın (kapaklı, kapaksız), tünel fırın
Aralıklı çalışma—-ters fırın, zemin altı kavurma makinesi, kutu kavurma makinesi
Kalsinasyon eğrisi ve maksimum sıcaklık:
Tek seferlik kavurma—-320, 360, 422, 480 saat, 1250 °C
İkincil kavurma—-125, 240, 280 saat, 700-800 °C
Fırınlanmış ürünlerin muayenesi: görünüm, elektriksel direnç, dökme yoğunluk, basınç dayanımı, iç yapı analizi
Emprenye, bir karbon malzemenin bir basınç kabına yerleştirildiği ve sıvı emdirme ziftinin belirli sıcaklık ve basınç koşulları altında ürün elektrodunun gözeneklerine daldırıldığı bir işlemdir. Amaç, ürünün gözenekliliğini azaltmak, ürünün yığın yoğunluğunu ve mekanik mukavemetini artırmak ve ürünün elektriksel ve termal iletkenliğini iyileştirmektir.
Emprenye işlemi ve ilgili teknik parametreler şunlardır: kütük kavurma – yüzey temizleme – ön ısıtma (260-380 °C, 6-10 saat) – emprenye tankının yüklenmesi – vakumlama (8-9KPa, 40-50dk) – bitüm enjeksiyonu (180-200 °C) – basınçlandırma (1,2-1,5 MPa, 3-4 saat) – asfalta geri dönüş – soğutma (tankın içinde veya dışında)
Emprenye edilmiş ürünlerin muayenesi: emprenye ağırlık kazanma oranı G=(W2-W1)/W1×100%
Bir dalma kilo alma oranı ≥%14
İkincil emdirilmiş ürün ağırlık kazanım oranı ≥ %9
Üç daldırma ürünü kilo alma oranı ≥ %5
Grafitleştirme, bir karbon ürününün yüksek sıcaklıklı bir elektrikli fırında koruyucu bir ortamda 2300 °C veya daha yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılarak, amorf tabakalı bir yapıdaki karbonun üç boyutlu düzenli grafit kristal yapısına dönüştürüldüğü yüksek sıcaklıkta bir ısıl işlem sürecini ifade eder.
Grafitlemenin amacı ve etkisi:
1 Karbon malzemenin iletkenliğini ve ısıl iletkenliğini iyileştirmek (özdirenç 4-5 kat azalır ve ısıl iletkenlik yaklaşık 10 kat artar);
2 Karbon malzemenin termal şok direncini ve kimyasal kararlılığını artırmak (doğrusal genleşme katsayısı %50-80 oranında azaltılır);
3 karbon malzemenin kayganlığını ve aşınma direncini artırmak;
4 Egzoz kirlilikleri, karbon malzemenin saflığını artırır (ürünün kül içeriği %0,5-0,8'den yaklaşık %0,3'e düşer).
Grafitleme işleminin gerçekleştirilmesi:
Karbon malzemenin grafitlenmesi 2300-3000 °C'lik yüksek bir sıcaklıkta gerçekleştirilir, bu nedenle endüstride yalnızca elektrik ısıtmasıyla gerçekleştirilebilir, yani akım doğrudan ısıtılmış kalsine edilmiş üründen geçer ve fırına yüklenen kalsine edilmiş ürün yüksek sıcaklıktaki elektrik akımıyla üretilir. İletken yine yüksek bir sıcaklığa ısıtılmış bir nesnedir.
Günümüzde yaygın olarak kullanılan fırınlar arasında Acheson grafitleştirme fırınları ve dahili ısı kaskad (LWG) fırınları yer alır. İlki büyük bir çıktıya, büyük bir sıcaklık farkına ve yüksek bir güç tüketimine sahiptir. İkincisi kısa bir ısıtma süresine, düşük güç tüketimine, düzgün elektriksel dirence sahiptir ve montaj için uygun değildir.
Grafitleme işleminin kontrolü, sıcaklık artış koşuluna uygun elektrik güç eğrisinin ölçülmesiyle kontrol edilir. Güç tedarik süresi Acheson fırını için 50-80 saat ve LWG fırını için 9-15 saattir.
Grafitleme işleminin güç tüketimi oldukça büyük olup, genellikle 3200-4800 kWh arasında olup, işlem maliyeti toplam üretim maliyetinin yaklaşık %20-35’ini oluşturmaktadır.
Grafitlenmiş ürünlerin muayenesi: görünüm muayenesi, özdirenç testi
Talaşlı İmalat: Karbon grafit malzemelerin mekanik olarak işlenmesinin amacı, kullanım gereksinimlerine uygun olarak elektrot gövdesi ve ek yerlerini keserek istenilen boyut, şekil, hassasiyet vb. elde etmektir.
Grafit elektrot işleme prosesi, elektrot gövdesi ve eklem olmak üzere iki bağımsız işleme prosesine ayrılır.
Gövde işleme, delme ve kaba düz uç yüzeyi, dış daire ve düz uç yüzeyi ve freze dişi olmak üzere üç adımı içerir. Konik eklemin işlenmesi 6 işleme ayrılabilir: kesme, düz uç yüzeyi, araba koni yüzeyi, freze dişi, delme cıvatası ve yuva açma.
Elektrot bağlantılarının bağlantısı: konik bağlantı (üç toka ve bir toka), silindirik bağlantı, çıkıntılı bağlantı (erkek ve dişi bağlantı)
İşleme hassasiyetinin kontrolü: diş konikliği sapması, diş adımı, eklem (delik) büyük çap sapması, eklem deliği eş eksenliliği, eklem deliği dikeyliği, elektrot uç yüzeyinin düzlüğü, eklem dört nokta sapması. Özel halka ölçüm cihazları ve plaka ölçüm cihazları ile kontrol edin.
Bitmiş elektrotların muayenesi: doğruluk, ağırlık, uzunluk, çap, dökme yoğunluk, özdirenç, ön montaj toleransı, vb.
Gönderi zamanı: 31-Eki-2019