Điện cực than chì là vật liệu dẫn điện than chì chịu nhiệt độ cao được sản xuất bằng cách nhào dầu mỏ, cốc kim làm cốt liệu và bitum than làm chất kết dính, được sản xuất thông qua một loạt các quy trình như nhào, đúc, nung, tẩm, than chì hóa và gia công cơ học. vật liệu.
Điện cực than chì là vật liệu dẫn nhiệt độ cao quan trọng cho sản xuất thép điện. Điện cực than chì được sử dụng để đưa năng lượng điện vào lò điện và nhiệt độ cao tạo ra bởi hồ quang giữa đầu điện cực và điện tích được sử dụng làm nguồn nhiệt để làm nóng chảy điện tích để sản xuất thép. Các lò quặng khác nấu chảy các vật liệu như phốt pho vàng, silic công nghiệp và chất mài mòn cũng sử dụng điện cực than chì làm vật liệu dẫn điện. Các tính chất vật lý và hóa học tuyệt vời và đặc biệt của điện cực than chì cũng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác.
Nguyên liệu thô để sản xuất điện cực than chì là cốc dầu mỏ, cốc kim và nhựa than đá.
Than cốc dầu mỏ là sản phẩm rắn dễ cháy thu được bằng cách cốc hóa cặn than và nhựa dầu mỏ. Màu đen và xốp, thành phần chính là cacbon, hàm lượng tro rất thấp, thường dưới 0,5%. Than cốc dầu mỏ thuộc loại cacbon dễ bị than hóa. Than cốc dầu mỏ có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp hóa chất và luyện kim. Đây là nguyên liệu chính để sản xuất các sản phẩm than chì nhân tạo và các sản phẩm cacbon cho nhôm điện phân.
Cốc dầu mỏ có thể được chia thành hai loại: cốc thô và cốc nung theo nhiệt độ xử lý nhiệt. Cốc dầu mỏ trước đây thu được bằng cách cốc hóa chậm chứa một lượng lớn chất dễ bay hơi và độ bền cơ học thấp. Cốc nung thu được bằng cách nung cốc thô. Hầu hết các nhà máy lọc dầu ở Trung Quốc chỉ sản xuất cốc và các hoạt động nung chủ yếu được thực hiện trong các nhà máy cacbon.
Cốc dầu mỏ có thể được chia thành cốc lưu huỳnh cao (chứa hơn 1,5% lưu huỳnh), cốc lưu huỳnh trung bình (chứa 0,5%-1,5% lưu huỳnh) và cốc lưu huỳnh thấp (chứa ít hơn 0,5% lưu huỳnh). Việc sản xuất điện cực than chì và các sản phẩm than chì nhân tạo khác thường được sản xuất bằng cốc lưu huỳnh thấp.
Than cốc kim là một loại than cốc chất lượng cao có kết cấu dạng sợi rõ ràng, hệ số giãn nở nhiệt rất thấp và dễ than hóa. Khi than cốc bị phá vỡ, nó có thể được chia thành các dải mỏng theo kết cấu (tỷ lệ khung hình thường là trên 1,75). Cấu trúc dạng sợi dị hướng có thể được quan sát dưới kính hiển vi phân cực và do đó được gọi là than cốc kim.
Tính dị hướng của các tính chất cơ lý của than cốc kim rất rõ ràng. Nó có độ dẫn điện và dẫn nhiệt tốt song song với hướng trục dài của hạt và hệ số giãn nở nhiệt thấp. Khi đúc đùn, trục dài của hầu hết các hạt được sắp xếp theo hướng đùn. Do đó, than cốc kim là nguyên liệu thô chính để sản xuất điện cực than chì công suất cao hoặc cực cao. Điện cực than chì được sản xuất có điện trở suất thấp, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ và khả năng chống sốc nhiệt tốt.
Than cốc kim được chia thành than cốc kim gốc dầu được sản xuất từ cặn dầu mỏ và than cốc kim gốc than được sản xuất từ nguyên liệu thô là nhựa than đá tinh chế.
Nhựa than là một trong những sản phẩm chính của quá trình chế biến sâu nhựa than. Nó là hỗn hợp của nhiều loại hydrocarbon, đen ở nhiệt độ cao, bán rắn hoặc rắn ở nhiệt độ cao, không có điểm nóng chảy cố định, làm mềm sau khi nung, sau đó tan chảy, với mật độ 1,25-1,35 g / cm3. Theo điểm làm mềm của nó, nó được chia thành nhựa đường nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao. Năng suất nhựa đường nhiệt độ trung bình là 54-56% nhựa than. Thành phần của nhựa than cực kỳ phức tạp, liên quan đến tính chất của nhựa than và hàm lượng các nguyên tử dị loại, đồng thời cũng bị ảnh hưởng bởi hệ thống quy trình cốc hóa và điều kiện chế biến nhựa than. Có nhiều chỉ số để mô tả nhựa than, chẳng hạn như điểm làm mềm bitum, chất không hòa tan toluen (TI), chất không hòa tan quinoline (QI), giá trị cốc hóa và lưu biến nhựa than.
Nhựa than được sử dụng làm chất kết dính và chất thấm trong ngành công nghiệp cacbon, và hiệu suất của nó có tác động lớn đến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm của các sản phẩm cacbon. Nhựa đường chất kết dính thường sử dụng nhựa đường biến tính ở nhiệt độ trung bình hoặc nhiệt độ trung bình có điểm làm mềm vừa phải, giá trị cốc hóa cao và nhựa β cao. Chất thấm là nhựa đường ở nhiệt độ trung bình có điểm làm mềm thấp, QI thấp và đặc tính lưu biến tốt.
Hình ảnh sau đây cho thấy quá trình sản xuất điện cực than chì trong doanh nghiệp cacbon.
Nung: Nguyên liệu cacbon được xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao để loại bỏ độ ẩm và chất dễ bay hơi có trong đó, và quá trình sản xuất tương ứng với việc cải thiện hiệu suất nấu ban đầu được gọi là nung. Nói chung, nguyên liệu cacbon được nung bằng cách sử dụng khí và chất dễ bay hơi của chính nó làm nguồn nhiệt, và nhiệt độ tối đa là 1250-1350 °C.
Quá trình nung tạo ra những thay đổi sâu sắc về cấu trúc và tính chất lý hóa của nguyên liệu cacbon, chủ yếu là cải thiện tỷ trọng, độ bền cơ học và độ dẫn điện của than cốc, cải thiện tính ổn định hóa học và khả năng chống oxy hóa của than cốc, tạo nền tảng cho các quá trình tiếp theo.
Thiết bị nung chủ yếu bao gồm lò nung thùng, lò quay và lò nung điện. Chỉ số kiểm soát chất lượng nung là tỷ trọng thực của than cốc dầu mỏ không nhỏ hơn 2,07g/cm3, điện trở suất không lớn hơn 550μΩ.m, tỷ trọng thực của than cốc kim không nhỏ hơn 2,12g/cm3, điện trở suất không lớn hơn 500μΩ.m.
Nghiền nguyên liệu và thành phần
Trước khi đưa vào quá trình sản xuất, than cốc dầu mỏ và than cốc kim đã nung khối phải được nghiền, xay và sàng.
Quá trình nghiền trung bình thường được thực hiện bằng thiết bị nghiền có kích thước khoảng 50 mm thông qua máy nghiền hàm, máy nghiền búa, máy nghiền trục, v.v. để nghiền tiếp vật liệu có kích thước 0,5-20 mm cần thiết cho quá trình trộn.
Nghiền là quá trình nghiền vật liệu cacbon thành hạt bột nhỏ có kích thước 0,15 mm trở xuống và kích thước hạt 0,075 mm trở xuống bằng máy nghiền vòng loại treo (máy nghiền Raymond), máy nghiền bi hoặc máy tương tự.
Sàng lọc là quá trình trong đó một loạt các vật liệu sau khi nghiền được chia thành nhiều phạm vi kích thước hạt có phạm vi kích thước hẹp thông qua một loạt các sàng có lỗ mở đồng đều. Sản xuất điện cực hiện tại thường yêu cầu 4-5 viên và 1-2 loại bột.
Thành phần là các quy trình sản xuất để tính toán, cân và tập trung các loại cốt liệu, bột và chất kết dính khác nhau theo yêu cầu của công thức. Tính phù hợp khoa học của công thức và tính ổn định của hoạt động trộn mẻ là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chỉ số chất lượng và hiệu suất của sản phẩm.
Công thức cần xác định 5 khía cạnh:
1Chọn loại nguyên liệu thô;
2 xác định tỷ lệ các loại nguyên liệu thô khác nhau;
3 xác định thành phần kích thước hạt của nguyên liệu rắn;
4 xác định lượng chất kết dính;
5 Xác định loại và lượng phụ gia.
Nhào: Trộn và định lượng các hạt và bột cacbon có kích thước hạt khác nhau với một lượng chất kết dính nhất định ở nhiệt độ nhất định, sau đó nhào thành hỗn hợp dẻo trong một quá trình gọi là nhào.
Quá trình nhào: trộn khô (20-35 phút) trộn ướt (40-55 phút)
Vai trò của việc nhào:
1 Khi trộn khô, các loại nguyên liệu thô được trộn đều, các vật liệu cacbon rắn có kích thước hạt khác nhau được trộn đều và lấp đầy để cải thiện độ chặt của hỗn hợp;
2 Sau khi thêm nhựa than đá, vật liệu khô và nhựa đường được trộn đều. Nhựa đường lỏng phủ đều và làm ướt bề mặt của các hạt để tạo thành một lớp liên kết nhựa đường, và tất cả các vật liệu được liên kết với nhau để tạo thành một lớp nhựa đồng nhất. Thuận lợi cho việc đúc khuôn;
3 phần nhựa đường thâm nhập vào không gian bên trong của vật liệu cacbon, làm tăng thêm mật độ và độ kết dính của hỗn hợp.
Đúc: Đúc vật liệu cacbon là quá trình biến dạng dẻo của bột cacbon nhào dưới tác dụng của lực bên ngoài do thiết bị đúc tạo ra để cuối cùng tạo thành vật thể xanh (hoặc sản phẩm thô) có hình dạng, kích thước, mật độ và độ bền nhất định. quá trình.
Các loại khuôn mẫu, thiết bị và sản phẩm được sản xuất:
Phương pháp đúc
Thiết bị chung
sản phẩm chính
Khuôn đúc
Máy ép thủy lực đứng
Carbon điện, than chì cấu trúc mịn cấp thấp
Vắt kiệt
Máy đùn thủy lực ngang
Máy đùn trục vít
Điện cực than chì, điện cực vuông
Khuôn rung
Máy đúc rung
Gạch cacbon nhôm, gạch cacbon lò cao
ép đẳng tĩnh
Máy đúc đẳng tĩnh
Graphite đẳng hướng, graphite dị hướng
Hoạt động bóp
1. Vật liệu làm mát: vật liệu làm mát đĩa, vật liệu làm mát xi lanh, vật liệu làm mát trộn và nhào, v.v.
Xả bỏ các chất dễ bay hơi, hạ nhiệt độ xuống mức thích hợp (90-120°C) để tăng độ kết dính, sao cho độ đặc của hỗn hợp đồng đều trong 20-30 phút.
2 Tải: ép nâng vách ngăn —– Cắt 2-3 lần—-Lèn chặt 4-10MPa
3. Áp suất trước: áp suất 20-25MPa, thời gian 3-5 phút, trong khi hút chân không
4 đùn: ép xuống vách ngăn — đùn 5-15MPa — cắt — vào bồn làm mát
Thông số kỹ thuật đùn: tỷ số nén, nhiệt độ buồng ép và vòi phun, nhiệt độ làm mát, thời gian áp suất tải trước, áp suất đùn, tốc độ đùn, nhiệt độ nước làm mát
Kiểm tra vật thể xanh: khối lượng riêng, khai thác ngoại quan, phân tích
Nung: Là quá trình trong đó sản phẩm than xanh được nạp vào lò nung được thiết kế đặc biệt dưới sự bảo vệ của chất độn để thực hiện xử lý nhiệt độ cao để cacbon hóa nhựa than trong thân xanh. Than cốc bitum hình thành sau quá trình cacbon hóa bitum than làm đông đặc cốt liệu cacbon và các hạt bột lại với nhau, và sản phẩm than nung có độ bền cơ học cao, điện trở suất thấp, độ ổn định nhiệt và độ ổn định hóa học tốt. .
Nung là một trong những quá trình chính trong sản xuất các sản phẩm cacbon, và cũng là một phần quan trọng trong ba quá trình xử lý nhiệt chính của sản xuất điện cực than chì. Chu kỳ sản xuất nung dài (22-30 ngày để nung, 5-20 ngày cho lò nung để nung 2 lần), và mức tiêu thụ năng lượng cao hơn. Chất lượng rang xanh có tác động đến chất lượng thành phẩm và chi phí sản xuất.
Nhựa than xanh trong thân than xanh được cốc hóa trong quá trình nung, và khoảng 10% chất dễ bay hơi được thải ra, và thể tích được tạo ra bởi sự co ngót 2-3%, và tổn thất khối lượng là 8-10%. Các tính chất vật lý và hóa học của phôi cacbon cũng thay đổi đáng kể. Độ xốp giảm từ 1,70 g/cm3 xuống 1,60 g/cm3 và điện trở suất giảm từ 10000 μΩ·m xuống 40-50 μΩ·m do độ xốp tăng lên. Độ bền cơ học của phôi nung cũng lớn. Để cải thiện.
Quá trình nung thứ cấp là quá trình trong đó sản phẩm nung được nhúng và sau đó nung để cacbon hóa nhựa đường nhúng trong các lỗ rỗng của sản phẩm nung. Các điện cực đòi hỏi mật độ khối cao hơn (tất cả các loại trừ RP) và phôi mối nối được yêu cầu phải được nung bibaked, và các phôi mối nối cũng được nhúng ba lần, nung bốn lần hoặc nhúng hai lần, nung ba lần.
Loại lò chính của lò rang:
Hoạt động liên tục—-lò nung vòng (có nắp, không có nắp), lò nung tuynel
Hoạt động không liên tục—-lò ngược, lò rang dưới sàn, lò rang hộp
Đường cong nung và nhiệt độ tối đa:
Rang một lần—-320, 360, 422, 480 giờ, 1250 °C
Rang lần hai—-125, 240, 280 giờ, 700-800 °C
Kiểm tra sản phẩm nướng: hình thức khai thác, điện trở suất, khối lượng riêng, cường độ nén, phân tích cấu trúc bên trong
Tẩm là quá trình vật liệu cacbon được đặt trong bình chịu áp suất và ngâm chất tẩm lỏng vào các lỗ rỗng của điện cực sản phẩm trong điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định. Mục đích là để giảm độ xốp của sản phẩm, tăng khối lượng riêng và độ bền cơ học của sản phẩm, cải thiện độ dẫn điện và dẫn nhiệt của sản phẩm.
Quá trình tẩm và các thông số kỹ thuật liên quan là: nung phôi – làm sạch bề mặt – làm nóng trước (260-380 °C, 6-10 giờ) – nạp vào bể tẩm – hút chân không (8-9KPa, 40-50 phút) – Phun bitum (180-200 °C) – Tăng áp (1,2-1,5 MPa, 3-4 giờ) – Trở lại nhựa đường – Làm mát (bên trong hoặc bên ngoài bể)
Kiểm tra sản phẩm tẩm: tỷ lệ tăng trọng tẩm G=(W2-W1)/W1×100%
Tỷ lệ tăng cân giảm dần ≥14%
Tỷ lệ tăng trọng lượng sản phẩm tẩm thứ cấp ≥ 9%
Tỷ lệ tăng cân của 3 sản phẩm nhúng ≥ 5%
Than chì hóa là quá trình xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao trong đó sản phẩm cacbon được nung tới nhiệt độ 2300 °C trở lên trong môi trường bảo vệ trong lò điện nhiệt độ cao để chuyển đổi cacbon có cấu trúc lớp vô định hình thành cấu trúc tinh thể than chì có trật tự ba chiều.
Mục đích và tác dụng của than hóa:
1. Cải thiện độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt của vật liệu carbon (điện trở suất giảm 4-5 lần, độ dẫn nhiệt tăng khoảng 10 lần);
2. Cải thiện khả năng chống sốc nhiệt và tính ổn định hóa học của vật liệu carbon (hệ số giãn nở tuyến tính giảm 50-80%);
3 để làm cho vật liệu carbon có khả năng bôi trơn và chống mài mòn;
4. Loại bỏ tạp chất, nâng cao độ tinh khiết của vật liệu carbon (hàm lượng tro của sản phẩm giảm từ 0,5-0,8% xuống còn khoảng 0,3%).
Thực hiện quá trình than hóa:
Quá trình than hóa vật liệu cacbon được thực hiện ở nhiệt độ cao 2300-3000 °C, vì vậy chỉ có thể thực hiện được bằng phương pháp gia nhiệt điện trong công nghiệp, tức là dòng điện trực tiếp đi qua sản phẩm nung nóng, và sản phẩm nung được nạp vào lò được tạo ra bởi dòng điện ở nhiệt độ cao. Vật dẫn điện lại là vật thể được nung nóng đến nhiệt độ cao.
Các lò nung hiện đang được sử dụng rộng rãi bao gồm lò than hóa Acheson và lò nung thác nhiệt bên trong (LWG). Lò trước có công suất lớn, chênh lệch nhiệt độ lớn và mức tiêu thụ điện năng cao. Lò sau có thời gian gia nhiệt ngắn, mức tiêu thụ điện năng thấp, điện trở suất đồng đều và không phù hợp để lắp đặt.
Kiểm soát quá trình than hóa được kiểm soát bằng cách đo đường cong công suất điện phù hợp với điều kiện tăng nhiệt độ. Thời gian cung cấp điện là 50-80 giờ đối với lò Acheson và 9-15 giờ đối với lò LWG.
Tiêu thụ điện năng của quá trình than hóa rất lớn, thường là 3200-4800KWh, chi phí xử lý chiếm khoảng 20-35% tổng chi phí sản xuất.
Kiểm tra sản phẩm than hóa: kiểm tra ngoại quan, kiểm tra điện trở suất
Gia công: Mục đích của gia công cơ học vật liệu than chì cacbon là đạt được kích thước, hình dạng, độ chính xác, v.v. theo yêu cầu bằng cách cắt gọt để tạo ra thân điện cực và mối nối theo yêu cầu sử dụng.
Quá trình gia công điện cực than chì được chia thành hai quy trình gia công độc lập: thân điện cực và mối nối.
Gia công thân máy bao gồm ba bước doa thô và mặt phẳng đầu, vòng ngoài và mặt phẳng đầu và phay ren. Gia công mối nối hình nón có thể chia thành 6 công đoạn: cắt, mặt phẳng đầu, mặt côn xe, phay ren, khoan bu lông và xẻ rãnh.
Kết nối các mối nối điện cực: kết nối mối nối hình nón (ba khóa và một khóa), kết nối mối nối hình trụ, kết nối va chạm (kết nối đực và cái)
Kiểm soát độ chính xác gia công: độ lệch côn ren, bước ren, độ lệch đường kính lớn của mối nối (lỗ), độ đồng trục của lỗ mối nối, độ thẳng đứng của lỗ mối nối, độ phẳng của mặt đầu điện cực, độ lệch bốn điểm của mối nối. Kiểm tra bằng đồng hồ đo vòng và đồng hồ đo tấm chuyên dụng.
Kiểm tra điện cực thành phẩm: độ chính xác, trọng lượng, chiều dài, đường kính, khối lượng riêng, điện trở suất, dung sai trước khi lắp ráp, v.v.
Thời gian đăng: 31-10-2019