Grafit elektrod - bu neft yoğurma, agregat sifatida igna koksi va bog'lovchi sifatida ko'mir bitumi tomonidan ishlab chiqarilgan yuqori haroratga chidamli grafit o'tkazuvchan material bo'lib, ular yoğurma, qoliplash, qovurish, singdirish, grafitlash va mexanik ishlov berish kabi bir qator jarayonlar orqali ishlab chiqariladi.
Grafit elektrod elektr po'lat quyish uchun muhim yuqori haroratli o'tkazuvchan materialdir. Grafit elektrod elektr pechiga elektr energiyasini kiritish uchun ishlatiladi va elektrod uchi va zaryad orasidagi yoy tomonidan hosil bo'lgan yuqori harorat po'lat quyish uchun zaryadni eritish uchun issiqlik manbai sifatida ishlatiladi. Sariq fosfor, sanoat kremniy va abraziv materiallar kabi materiallarni eritib yuboradigan boshqa ruda pechlari ham grafit elektrodlarini o'tkazuvchan materiallar sifatida ishlatadi. Grafit elektrodlarining ajoyib va maxsus fizik va kimyoviy xususiyatlari boshqa sanoat tarmoqlarida ham keng qo'llaniladi.
Grafit elektrodlarini ishlab chiqarish uchun xom ashyo neft koksi, igna koksi va ko'mir smolasi qatroni hisoblanadi.
Neft koksi - kokslash ko'mir qoldig'i va neft qatroni orqali olinadigan yonuvchan qattiq mahsulot. Rangi qora va g'ovak, asosiy element uglerod va kul miqdori juda past, odatda 0,5% dan past. Neft koksi oson grafitlanadigan uglerod sinfiga kiradi. Neft koksi kimyo va metallurgiya sanoatida keng qo'llaniladi. U sun'iy grafit mahsulotlari va elektrolitik alyuminiy uchun uglerod mahsulotlarini ishlab chiqarish uchun asosiy xom ashyo hisoblanadi.
Neft koksini issiqlik bilan ishlov berish haroratiga ko'ra ikki turga bo'lish mumkin: xom koks va kaltsiylangan koks. Kechiktirilgan kokslash orqali olingan avvalgi neft koksida ko'p miqdorda uchuvchi moddalar mavjud va mexanik mustahkamligi past. Kaltsiylangan koks xom koksni kaltsiylash orqali olinadi. Xitoydagi ko'pgina neftni qayta ishlash zavodlari faqat koks ishlab chiqaradi va kaltsiylash operatsiyalari asosan uglerod zavodlarida amalga oshiriladi.
Neft koksini yuqori oltingugurtli koks (tarkibida 1,5% dan ortiq oltingugurt bor), o'rta oltingugurtli koks (tarkibida 0,5% - 1,5% oltingugurt bor) va kam oltingugurtli koks (tarkibida 0,5% dan kam oltingugurt bor) ga bo'lish mumkin. Grafit elektrodlari va boshqa sun'iy grafit mahsulotlarini ishlab chiqarish odatda kam oltingugurtli koks yordamida amalga oshiriladi.
Ignali koks - bu aniq tolali tuzilishga, juda past issiqlik kengayish koeffitsientiga va oson grafitizatsiyaga ega yuqori sifatli koks turi. Koks parchalanganda, uni teksturaga ko'ra ingichka chiziqlarga bo'lish mumkin (asl nisbati odatda 1,75 dan yuqori). Anizotrop tolali tuzilishni polyarizatsiya mikroskopi ostida kuzatish mumkin va shuning uchun u ignali koks deb ataladi.
Ignali koksning fizik-mexanik xususiyatlarining anizotropiyasi juda aniq. U zarrachaning uzun o'qi yo'nalishiga parallel ravishda yaxshi elektr va issiqlik o'tkazuvchanligiga ega va issiqlik kengayish koeffitsienti past. Ekstruziya qoliplashda ko'pgina zarrachalarning uzun o'qi ekstruziya yo'nalishi bo'yicha joylashtirilgan. Shuning uchun ignali koks yuqori quvvatli yoki ultra yuqori quvvatli grafit elektrodlarini ishlab chiqarish uchun asosiy xom ashyo hisoblanadi. Ishlab chiqarilgan grafit elektrodi past qarshilikka, kichik issiqlik kengayish koeffitsientiga va yaxshi issiqlik zarbasiga chidamlilikka ega.
Ignali koks neft qoldiqlaridan ishlab chiqarilgan neftga asoslangan ignali koks va tozalangan ko'mir qatroni xom ashyosidan ishlab chiqarilgan ko'mirga asoslangan ignali koksga bo'linadi.
Ko'mir smolasi ko'mir smolasini chuqur qayta ishlashning asosiy mahsulotlaridan biridir. U turli xil uglevodorodlarning aralashmasidir, yuqori haroratda qora, yuqori haroratda yarim qattiq yoki qattiq, qat'iy erish nuqtasi yo'q, qizdirilgandan keyin yumshatiladi va keyin eriydi, zichligi 1,25-1,35 g/sm3. Yumshatilish nuqtasiga ko'ra, u past haroratli, o'rta haroratli va yuqori haroratli asfaltga bo'linadi. O'rta haroratli asfalt chiqishi ko'mir smolasining 54-56% ni tashkil qiladi. Ko'mir smolasining tarkibi juda murakkab, bu ko'mir smolasining xususiyatlari va geteroatomlarning miqdori bilan bog'liq bo'lib, kokslash jarayoni tizimi va ko'mir smolasini qayta ishlash sharoitlariga ham ta'sir qiladi. Ko'mir smolasining pitchini tavsiflash uchun ko'plab ko'rsatkichlar mavjud, masalan, bitumning yumshatish nuqtasi, toluol erimaydigan moddalar (TI), xinolin erimaydigan moddalar (QI), kokslash qiymatlari va ko'mir pitchining reologiyasi.
Ko'mir smolasi uglerod sanoatida bog'lovchi va singdiruvchi sifatida ishlatiladi va uning ishlashi uglerod mahsulotlarini ishlab chiqarish jarayoni va mahsulot sifatiga katta ta'sir ko'rsatadi. Bog'lovchi asfalt odatda o'rtacha yumshatish nuqtasiga, yuqori kokslash qiymatiga va yuqori β qatroniga ega bo'lgan o'rta haroratli yoki o'rta haroratli modifikatsiyalangan asfaltdan foydalanadi. Singdiruvchi vosita past yumshatish nuqtasiga, past QI va yaxshi reologik xususiyatlarga ega bo'lgan o'rta haroratli asfaltdir.
Quyidagi rasmda uglerod korxonasida grafit elektrodini ishlab chiqarish jarayoni ko'rsatilgan.
Kalsinatsiya: Uglerodli xom ashyo tarkibidagi namlik va uchuvchan moddalarni chiqarib yuborish uchun yuqori haroratda issiqlik bilan ishlov beriladi va asl pishirish samaradorligini oshirishga mos keladigan ishlab chiqarish jarayoni kalsinatsiya deb ataladi. Odatda, uglerodli xom ashyo issiqlik manbai sifatida gaz va o'zining uchuvchan moddalari yordamida kalsinlanadi va maksimal harorat 1250-1350 °C ni tashkil qiladi.
Kalsinatsiya uglerodli xom ashyoning tuzilishi va fizik-kimyoviy xususiyatlarida chuqur o'zgarishlarni amalga oshiradi, asosan koksning zichligi, mexanik mustahkamligi va elektr o'tkazuvchanligini oshirish, koksning kimyoviy barqarorligi va oksidlanishga chidamliligini oshirish, keyingi jarayon uchun poydevor qo'yishda.
Kuydirish uskunalari asosan tank kaltsinerini, aylanma pechni va elektr kaltsinerini o'z ichiga oladi. Kuydirishning sifat nazorati indeksi shundan iboratki, neft koksining haqiqiy zichligi 2,07 g/sm3 dan kam emas, qarshilik 550 mkΩ.m dan oshmaydi, igna koksining haqiqiy zichligi 2,12 g/sm3 dan kam emas va qarshilik 500 mkΩ.m dan oshmaydi.
Xom ashyoni maydalash va ingredientlar
Kuyishdan oldin, kaltsiylangan neft koksi va igna koksi maydalanishi, maydalanishi va elakdan o'tkazilishi kerak.
O'rtacha maydalash odatda jag' maydalagich, bolg'a maydalagich, rulonli maydalagich va shunga o'xshash vositalar orqali taxminan 50 mm o'lchamdagi maydalash uskunalari yordamida amalga oshiriladi, bu esa partiyalash uchun zarur bo'lgan 0,5-20 mm o'lchamdagi materialni yanada maydalash imkonini beradi.
Frezalash - bu uglerodli materialni osma tipdagi halqali rulonli tegirmon (Raymond tegirmoni), sharsimon tegirmon yoki shunga o'xshash vositalar yordamida 0,15 mm yoki undan kichik va 0,075 mm yoki undan kichik zarracha o'lchamidagi kukunsimon mayda zarrachaga maydalash jarayonidir.
Elaklash - bu maydalashdan so'ng turli xil materiallar bir xil teshiklarga ega bir qator elaklar orqali tor o'lchamdagi bir nechta zarracha o'lchamlari diapazonlariga bo'linadigan jarayon. Hozirgi elektrod ishlab chiqarish uchun odatda 4-5 ta granula va 1-2 ta kukun navlari kerak bo'ladi.
Tarkibi - bu formulalar talablariga muvofiq turli xil agregatlar, kukunlar va bog'lovchi moddalarni hisoblash, tortish va fokuslash uchun ishlab chiqarish jarayonlari. Formulning ilmiy jihatdan yaroqliligi va partiyalash jarayonining barqarorligi mahsulot sifat indeksi va ishlashiga ta'sir qiluvchi eng muhim omillar qatoriga kiradi.
Formula 5 jihatni aniqlashi kerak:
1 Xom ashyo turini tanlang;
2 turli xil xom ashyo turlarining nisbatini aniqlash;
3 qattiq xom ashyoning zarracha hajmi tarkibini aniqlash;
4 bog'lovchi miqdorini aniqlang;
5 Qo'shimchalarning turi va miqdorini aniqlang.
Yoğurma: Turli zarracha o'lchamidagi uglerodli granulalar va kukunlarni ma'lum bir haroratda ma'lum miqdordagi bog'lovchi bilan aralashtirish va miqdorini aniqlash, shuningdek, plastiklik pastasini yoğurma deb ataladigan jarayonga aylantirish.
Yoğurma jarayoni: quruq aralashtirish (20-35 daqiqa) ho'l aralashtirish (40-55 daqiqa)
Yoğurma roli:
1 Quruq holda aralashtirishda turli xil xom ashyolar bir xil aralashtiriladi va turli zarracha o'lchamidagi qattiq uglerodli materiallar aralashmaning ixchamligini oshirish uchun bir xil aralashtiriladi va to'ldiriladi;
2 Ko'mir qatroni qo'shilgandan so'ng, quruq material va asfalt bir tekis aralashtiriladi. Suyuq asfalt granulalar yuzasini bir tekis qoplaydi va namlaydi, asfalt bog'lovchi qatlam qatlamini hosil qiladi va barcha materiallar bir-biriga bir xil plastik surtma hosil qilish uchun bog'lanadi. Qoliplashga qulay;
Ko'mir smolasining 3 qismi uglerodli materialning ichki bo'shlig'iga kirib, pastaning zichligi va yopishqoqligini yanada oshiradi.
Kalıplama: Uglerod materialini kalıplama, kalıplama uskunasi tomonidan qo'llaniladigan tashqi kuch ta'sirida yoğrilgan uglerod pastasini plastik deformatsiya qilish jarayonini anglatadi, natijada ma'lum bir shakl, o'lcham, zichlik va mustahkamlikka ega yashil tanani (yoki xom mahsulotni) hosil qiladi.
Qoliplash turlari, uskunalar va ishlab chiqarilgan mahsulotlar:
Qoliplash usuli
Umumiy uskunalar
asosiy mahsulotlar
Qoliplash
Vertikal gidravlik press
Elektr uglerod, past navli nozik tuzilishli grafit
Siqish
Gorizontal gidravlik ekstruder
Vintli ekstruder
Grafit elektrod, kvadrat elektrod
Vibratsiyali qoliplash
Vibratsiyali qoliplash mashinasi
Alyuminiy uglerodli g'isht, portlash pechining uglerodli g'ishti
Izostatik presslash
Izostatik qoliplash mashinasi
Izotrop grafit, anizotrop grafit
Siqish operatsiyasi
1 ta sovutish materiali: disk sovutish materiali, silindr sovutish materiali, sovutish materiallarini aralashtirish va yoğurish va boshqalar.
Uchuvchi moddalarni chiqarib tashlang, yopishqoqlikni oshirish uchun mos haroratgacha (90-120 ° C) tushiring, shunda pastaning yopishqoqligi 20-30 daqiqa davomida bir xil bo'ladi.
2 Yuklanmoqda: lift to'sig'ini bosing —– 2-3 marta kesish—-4-10MPa siqishni
3 ta oldindan bosim: bosim 20-25MPa, vaqt 3-5 daqiqa, vakuum paytida
4. Ekstruziya: to'siqni pastga bosing —5-15MPa ekstruziya — kesish — sovutish lavabosiga
Ekstruziyaning texnik parametrlari: siqish nisbati, press kamerasi va nozul harorati, sovutish harorati, oldindan yuklash bosimi vaqti, ekstruziya bosimi, ekstruziya tezligi, sovutish suvi harorati
Yashil tanani tekshirish: hajm zichligi, tashqi ko'rinishini aniqlash, tahlil
Kalsinatsiya: Bu uglerod mahsuloti yashil korpusi maxsus mo'ljallangan isitish pechiga plomba himoyasi ostida quyiladigan jarayon bo'lib, yashil korpusdagi ko'mir qatlamini karbonlashtirish uchun yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berishni amalga oshiradi. Ko'mir bitumini karbonlashtirishdan keyin hosil bo'lgan bitum koksi uglerodli agregat va kukun zarralarini birgalikda qattiqlashtiradi va kalsinlangan uglerod mahsuloti yuqori mexanik mustahkamlikka, past elektr qarshiligiga, yaxshi issiqlik barqarorligiga va kimyoviy barqarorlikka ega.
Kalsinatsiya uglerod mahsulotlarini ishlab chiqarishdagi asosiy jarayonlardan biri bo'lib, grafit elektrod ishlab chiqarishning uchta asosiy issiqlik bilan ishlov berish jarayonining muhim qismidir. Kalsinatsiya ishlab chiqarish sikli uzoq (pishirish uchun 22-30 kun, 2 ta pishirish uchun pechlar uchun 5-20 kun) va yuqori energiya sarfi. Yashil qovurish sifati tayyor mahsulot sifatiga va ishlab chiqarish tannarxiga ta'sir qiladi.
Yashil korpusdagi yashil ko'mir qatlami qovurish jarayonida kokslanadi va uchuvchan moddaning taxminan 10% i chiqariladi va hajmi 2-3% qisqarish natijasida hosil bo'ladi va massa yo'qotilishi 8-10% ni tashkil qiladi. Uglerod ignasining fizik va kimyoviy xossalari ham sezilarli darajada o'zgardi. G'ovaklikning oshishi tufayli g'ovaklik 1,70 g/sm3 dan 1,60 g/sm3 gacha va qarshilik 10000 mkΩ·m dan 40-50 mkΩ·m gacha kamaydi. Kalsinlangan ignaning mexanik mustahkamligi ham katta edi. Yaxshilash uchun.
Ikkilamchi pishirish - bu kaltsiylangan mahsulot botirilib, keyin kaltsiylangan mahsulotning teshiklariga botirilgan qatronni karbonlashtirish uchun kaltsiylanadigan jarayon. Yuqori hajmli zichlikni talab qiladigan elektrodlar (RP dan tashqari barcha turlari) va bo'g'im blankalari ikki marta pishirilishi kerak, shuningdek, bo'g'im blankalari uch marta to'rt marta pishiriladi yoki ikki marta uch marta pishiriladi.
Asosiy pech turi:
Uzluksiz ishlash — halqali pech (qopqoqli, qopqoqsiz), tunnel pechi
Vaqti-vaqti bilan ishlash — teskari pech, pol ostidagi qovurish mashinasi, qutichali qovurish mashinasi
Kalsinatsiya egri chizig'i va maksimal harorat:
Bir martalik qovurish —-320, 360, 422, 480 soat, 1250 °C
Ikkilamchi qovurish—-125, 240, 280 soat, 700-800 °C
Pishirilgan mahsulotlarni tekshirish: tashqi ko'rinishi, elektr qarshiligi, quyma zichligi, siqish kuchi, ichki tuzilish tahlili
Empregnatsiya - bu uglerod materiali bosimli idishga joylashtiriladigan va suyuq singdiruvchi qatlam ma'lum harorat va bosim sharoitida mahsulot elektrodining teshiklariga botiriladigan jarayon. Maqsad mahsulotning g'ovakliligini kamaytirish, mahsulotning hajm zichligi va mexanik mustahkamligini oshirish hamda mahsulotning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligini yaxshilashdir.
Singdirish jarayoni va unga bog'liq texnik parametrlar quyidagilar: ignani qovurish – sirtni tozalash – oldindan qizdirish (260-380 °C, 6-10 soat) – singdirish bakini yuklash – changyutgich bilan tozalash (8-9KPa, 40-50 daqiqa) – Bitum quyish (180-200 °C) – Bosimlash (1,2-1,5 MPa, 3-4 soat) – Asfaltga qaytarish – Sovutish (bak ichida yoki tashqarisida)
Emprenye qilingan mahsulotlarni tekshirish: emprenye qilingan vazn ortishi darajasi G=(W2-W1)/W1×100%
Bir marta botirish bilan vazn ortish darajasi ≥14%
Ikkilamchi singdirilgan mahsulotning vazn ortishi darajasi ≥ 9%
Uchta botirish mahsulotining vazn ortishi darajasi ≥ 5%
Grafitizatsiya yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish jarayonini anglatadi, bunda uglerod mahsuloti yuqori haroratli elektr pechidagi himoya muhitida 2300 ° C yoki undan yuqori haroratgacha qizdiriladi va amorf qatlamli strukturali uglerodni uch o'lchovli tartibli grafit kristalli strukturaga aylantiradi.
Grafitizatsiyaning maqsadi va ta'siri:
1. Uglerod materialining o'tkazuvchanligi va issiqlik o'tkazuvchanligini oshirish (qarshilik 4-5 baravar kamayadi va issiqlik o'tkazuvchanligi taxminan 10 baravar oshiriladi);
2. Uglerod materialining termal zarbaga chidamliligi va kimyoviy barqarorligini oshirish (chiziqli kengayish koeffitsienti 50-80% ga kamaydi);
3. Uglerod materialining moylash va aşınmaya bardoshliligini ta'minlash;
4 Egzoz aralashmalari, uglerod materialining sofligini yaxshilaydi (mahsulotning kul miqdori 0,5-0,8% dan taxminan 0,3% gacha kamayadi).
Grafitizatsiya jarayonini amalga oshirish:
Uglerod materialini grafitlash 2300-3000 °C yuqori haroratda amalga oshiriladi, shuning uchun sanoatda uni faqat elektr isitish orqali amalga oshirish mumkin, ya'ni tok to'g'ridan-to'g'ri qizdirilgan kaltsiylangan mahsulotdan o'tadi va pechga zaryadlangan kaltsiylangan mahsulot yuqori haroratda elektr toki tomonidan hosil bo'ladi. O'tkazgich yana yuqori haroratgacha qizdirilgan jismdir.
Hozirgi kunda keng qo'llaniladigan pechlar qatoriga Acheson grafitizatsiya pechlari va ichki issiqlik kaskadi (LWG) pechlari kiradi. Birinchisi katta quvvatga, katta harorat farqiga va yuqori quvvat sarfiga ega. Ikkinchisi qisqa isitish vaqtiga, kam quvvat sarfiga, bir xil elektr qarshiligiga ega va o'rnatish uchun mos emas.
Grafitizatsiya jarayonini boshqarish harorat ko'tarilish holatiga mos keladigan elektr quvvati egri chizig'ini o'lchash orqali boshqariladi. Acheson pechi uchun elektr ta'minoti vaqti 50-80 soat va LWG pechi uchun 9-15 soat.
Grafitizatsiyaning energiya sarfi juda katta, odatda 3200-4800 kVt/soatni tashkil qiladi va jarayon narxi umumiy ishlab chiqarish xarajatlarining taxminan 20-35% ni tashkil qiladi.
Grafitlangan mahsulotlarni tekshirish: tashqi ko'rinishga teginish, qarshilik sinovi
Mashinasozlik: Uglerod grafit materiallarini mexanik ishlov berishning maqsadi elektrod korpusi va bo'g'inlarini foydalanish talablariga muvofiq qilish uchun kesish orqali kerakli o'lcham, shakl, aniqlik va boshqalarga erishishdir.
Grafit elektrodini qayta ishlash ikkita mustaqil ishlov berish jarayoniga bo'linadi: elektrod korpusi va bo'g'im.
Korpusni qayta ishlash jarayoni zerikarli va qo'pol tekis uchli yuz, tashqi doira va tekis uchli yuz hamda frezalash ipining uch bosqichini o'z ichiga oladi. Konussimon bo'g'inni qayta ishlash jarayonini 6 jarayonga bo'lish mumkin: kesish, tekis uchli yuz, avtomobil konusi yuzi, frezalash ipi, burg'ulash murvati va tirqish.
Elektrod bo'g'inlarining ulanishi: konussimon bo'g'in ulanishi (uchta qisqich va bitta qisqich), silindrsimon bo'g'in ulanishi, bo'rtma ulanishi (erkak va urg'ochi ulanish)
Ishlov berish aniqligini boshqarish: rezina konusning og'ishi, rezina qadami, bo'g'in (teshik) katta diametrli og'ish, bo'g'in teshigining koaksialligi, bo'g'in teshigining vertikalligi, elektrod uchi tekisligi, bo'g'inning to'rt nuqtali og'ishi. Maxsus halqa o'lchagichlari va plastinka o'lchagichlari bilan tekshiring.
Tayyor elektrodlarni tekshirish: aniqlik, og'irlik, uzunlik, diametr, hajm zichligi, qarshilik, yig'ishdan oldingi bardoshlik va boshqalar.
Nashr vaqti: 2019-yil 31-oktabr