1. SUROWCE
Koks (około 75-80% zawartości)
Koks naftowy
Najważniejszym surowcem jest koks naftowy, który powstaje w szerokiej gamie struktur, od wysoce anizotropowego koksu igłowego po prawie izotropowy koks płynny. Wysoko anizotropowy koks igłowy ze względu na swoją strukturę jest niezbędny do produkcji wysokowydajnych elektrod stosowanych w elektrycznych piecach łukowych, gdzie wymagana jest bardzo duża nośność elektryczna, mechaniczna i cieplna. Koks naftowy produkowany jest prawie wyłącznie w procesie opóźnionego koksowania, czyli łagodnej procedury powolnego karbonizacji pozostałości po destylacji ropy naftowej.
Koks igłowy to powszechnie używane określenie specjalnego rodzaju koksu o wyjątkowo wysokiej podatności na grafityzację, wynikającej z silnej, preferowanej równoległej orientacji jego struktury warstwy turbostratycznej i szczególnego kształtu fizycznego ziaren.
Spoiwa (około 20-25% zawartości)
Smoła węglowa
Środki wiążące służą do aglomeracji cząstek stałych ze sobą. Ich wysoka zdolność zwilżania przekształca zatem mieszankę w stan plastyczny do późniejszego formowania lub wytłaczania.
Pak węglowy jest związkiem organicznym i ma wyraźną strukturę aromatyczną. Ze względu na duży udział podstawionych i skondensowanych pierścieni benzenowych ma już wyraźnie uformowaną sześciokątną strukturę sieciową grafitu, ułatwiając w ten sposób tworzenie dobrze uporządkowanych domen grafitowych podczas grafityzacji. Najkorzystniejszym spoiwem okazuje się pak. Jest to pozostałość po destylacji smoły węglowej.
2. MIESZANIE I WYTŁACZANIE
Zmielony koks miesza się z pakem węglowym i niektórymi dodatkami, aby uzyskać jednolitą pastę. Jest on wprowadzany do cylindra wytłaczającego. W pierwszym etapie należy usunąć powietrze poprzez wstępne prasowanie. Następnie następuje właściwy etap wytłaczania, podczas którego 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. Osiąga się to poprzez utrzymywanie go w podwyższonej temperaturze ok. 120°C (w zależności od paku) podczas całego ekologicznego procesu produkcyjnego. Ta podstawowa forma o cylindrycznym kształcie znana jest jako „zielona elektroda”.
3. PIECZENIE
Stosowane są dwa rodzaje pieców wypiekowych:
Tutaj wytłaczane pręty są umieszczane w cylindrycznych kanistrach ze stali nierdzewnej (zwisach). Aby uniknąć odkształcenia elektrod podczas procesu nagrzewania, zwisy są również wypełnione ochronną warstwą piasku. Zwisy są ładowane na platformy wagonów (dna wagonów) i walcowane do pieców opalanych gazem ziemnym.
Piec pierścieniowy
Tutaj elektrody umieszczane są w kamiennej, ukrytej wnęce na dole hali produkcyjnej. Wnęka ta jest częścią układu pierścieniowego składającego się z ponad 10 komór. Komory połączone są ze sobą systemem cyrkulacji gorącego powietrza, co pozwala oszczędzać energię. Pustki między elektrodami są również wypełnione piaskiem, aby uniknąć deformacji. Podczas procesu wypalania, podczas którego następuje zwęglenie paku, należy dokładnie kontrolować temperaturę, ponieważ w temperaturach dochodzących do 800°C gwałtowne wydzielanie się gazu może spowodować pękanie elektrody.
W tej fazie elektrody mają gęstość około 1,55 – 1,60 kg/dm3.
4. IMPREGNACJA
Wypalone elektrody są impregnowane specjalnym pakem (smoła płynna o temperaturze 200°C), aby zapewnić im większą gęstość, wytrzymałość mechaniczną i przewodność elektryczną, których będą potrzebować, aby wytrzymać trudne warunki pracy wewnątrz pieców.
5. PONOWNE PIECZENIE
Wymagany jest drugi cykl wypalania, czyli „powtórnego wypalania”, w celu zwęglenia impregnacji paku i usunięcia wszelkich pozostałych substancji lotnych. Temperatura dopiekania osiąga prawie 750°C. W tej fazie elektrody mogą osiągnąć gęstość w okolicach 1,67 – 1,74 kg/dm3.
6. GRAFITYZACJA
Piec Achesona
Ostatnim etapem produkcji grafitu jest konwersja wypalanego węgla w grafit, zwana grafityzacją. Podczas procesu grafityzacji mniej lub bardziej uporządkowany węgiel (węgiel turbostratyczny) przekształca się w trójwymiarowo uporządkowaną strukturę grafitu.
Elektrody pakowane są w piecach elektrycznych otoczone cząsteczkami węgla, tworząc stałą masę. Przez piec przepływa prąd elektryczny, podnosząc temperaturę do około 3000°C. Proces ten zwykle osiąga się przy użyciu PIECA ACHESON lub PIECA WZDŁUŻNEGO (LWG).
W piecu Acheson elektrody są grafityzowane w procesie wsadowym, natomiast w piecu LWG grafityzowana jest cała kolumna jednocześnie.
7. OBRÓBKA
Elektrody grafitowe (po schłodzeniu) są obrabiane maszynowo do dokładnych wymiarów i tolerancji. Etap ten może obejmować także obróbkę skrawaniem i dopasowanie końcówek (gniazd) elektrod za pomocą systemu łączenia gwintowanych trzpieni grafitowych (nypli).
Czas publikacji: 8 kwietnia 2021 r