1. SUROWCE
Koks (zawartość ok. 75-80%)
Koks naftowy
Koks naftowy jest najważniejszym surowcem i występuje w szerokim zakresie struktur, od wysoce anizotropowego koksu igłowego do prawie izotropowego koksu płynnego. Wysoce anizotropowy koks igłowy, ze względu na swoją strukturę, jest niezbędny do produkcji wysokowydajnych elektrod stosowanych w elektrycznych piecach łukowych, gdzie wymagana jest bardzo wysoka nośność elektryczna, mechaniczna i cieplna. Koks naftowy jest wytwarzany niemal wyłącznie w procesie opóźnionego koksowania, który jest łagodnym, powolnym procesem koksowania pozostałości po destylacji ropy naftowej.
Koks igłowy to powszechnie stosowana nazwa specjalnego rodzaju koksu o wyjątkowo wysokiej podatności na grafityzację, wynikającej z preferowanej równoległej orientacji struktury warstw turbostratycznych i szczególnego kształtu fizycznego ziaren.
Spoiwa (zawartość ok. 20-25%)
Smoła węglowa
Środki wiążące służą do aglomerowania cząstek stałych. Ich wysoka zdolność zwilżania przekształca mieszankę w stan plastyczny, umożliwiający jej późniejsze formowanie lub wytłaczanie.
Pak smołowy jest związkiem organicznym o charakterystycznej strukturze aromatycznej. Ze względu na wysoką zawartość podstawionych i skondensowanych pierścieni benzenowych, posiada on już wyraźnie uformowaną heksagonalną strukturę sieciową grafitu, co ułatwia tworzenie uporządkowanych domen grafitowych podczas grafityzacji. Pak okazuje się być najkorzystniejszym spoiwem. Jest to pozostałość po destylacji smoły węglowej.
2. MIESZANIE I WYTŁACZANIE
Zmielony koks jest mieszany z pakiem węglowym i dodatkami, tworząc jednorodną pastę. Jest ona wprowadzana do cylindra wytłaczającego. W pierwszym etapie powietrze musi zostać usunięte poprzez wstępne prasowanie. Następnie następuje właściwy etap wytłaczania, w którym mieszanina jest wytłaczana w celu utworzenia elektrody o pożądanej średnicy i długości. Aby umożliwić mieszanie, a zwłaszcza proces wytłaczania (patrz zdjęcie po prawej), mieszanina musi być lepka. Uzyskuje się to poprzez utrzymywanie jej w podwyższonej temperaturze około 120°C (w zależności od paku) przez cały proces produkcji „zielonej”. Ta podstawowa forma o cylindrycznym kształcie jest znana jako „zielona elektroda”.
3. PIECZENIE
W użyciu są dwa rodzaje pieców piekarniczych:
Tutaj wytłaczane pręty umieszczane są w cylindrycznych pojemnikach ze stali nierdzewnej (saggerach). Aby zapobiec deformacji elektrod podczas procesu nagrzewania, saggery są również wypełniane ochronną warstwą piasku. Saggery są ładowane na platformy wagonów kolejowych (pod spodem wagonu) i walcowane do pieców opalanych gazem ziemnym.
Piec pierścieniowy
Elektrody umieszczane są w kamiennej wnęce w dolnej części hali produkcyjnej. Wnęka ta jest częścią systemu pierścieniowego składającego się z ponad 10 komór. Komory są połączone systemem cyrkulacji gorącego powietrza, co pozwala oszczędzać energię. Przestrzenie między elektrodami są również wypełnione piaskiem, aby zapobiec ich deformacji. Podczas procesu wypalania, w którym następuje karbonizacja smoły, temperatura musi być starannie kontrolowana, ponieważ w temperaturach do 800°C szybkie nagromadzenie gazu może spowodować pęknięcie elektrody.
W tej fazie elektrody mają gęstość około 1,55 – 1,60 kg/dm3.
4. IMPREGNACJA
Wypalane elektrody są impregnowane specjalną smołą (płynną smołą w temperaturze 200°C), co nadaje im większą gęstość, wytrzymałość mechaniczną i przewodność elektryczną, niezbędne do wytrzymania trudnych warunków pracy wewnątrz pieców.
5. PONOWNE PIECZENIE
Drugi cykl wypalania, zwany „rebake”, jest wymagany do zwęglenia impregnacji smołą i usunięcia wszelkich pozostałych substancji lotnych. Temperatura rebake sięga prawie 750°C. W tej fazie elektrody mogą osiągnąć gęstość około 1,67–1,74 kg/dm3.
6. GRAFITYZACJA
Piec Achesona
Ostatnim etapem produkcji grafitu jest konwersja wypalonego węgla w grafit, zwana grafityzacją. Podczas procesu grafityzacji, mniej lub bardziej uporządkowany węgiel (węgiel turbostratyczny) jest przekształcany w trójwymiarowo uporządkowaną strukturę grafitu.
Elektrody są umieszczane w piecach elektrycznych, otoczonych cząsteczkami węgla, tworząc stałą masę. Przez piec przepuszcza się prąd elektryczny, podnosząc temperaturę do około 3000°C. Proces ten zazwyczaj przeprowadza się w piecu Achesona lub piecu podłużnym (LWG).
W piecu Acheson elektrody są grafityzowane metodą wsadową, natomiast w piecu LWG grafitowana jest jednocześnie cała kolumna.
7. OBRÓBKA OBRÓBKOWA
Elektrody grafitowe (po schłodzeniu) są obrabiane mechanicznie do dokładnych wymiarów i tolerancji. Ten etap może również obejmować obróbkę mechaniczną i mocowanie końcówek (gniazd) elektrod za pomocą gwintowanego trzpienia grafitowego (nypla).
Czas publikacji: 08-04-2021