1. SUROWCE
Koks (zawartość ok. 75-80%)
Koks naftowy
Koks naftowy jest najważniejszym surowcem i powstaje 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 wymagany jest bardzo wysoki stopień nośności elektrycznej, mechanicznej i cieplnej. Koks naftowy jest produkowany niemal wyłącznie w procesie opóźnionego koksowania, który jest łagodną, powolną procedurą karbonizacji pozostałości destylacji ropy naftowej.
Koks igłowy to powszechnie stosowana nazwa specjalnego rodzaju koksu o wyjątkowo wysokiej podatności na grafityzację, wynikającej z silnie preferowanej równoległej orientacji jego turbostratycznej struktury warstwowej i szczególnego fizycznego kształtu ziaren.
Spoiwa (zawartość ok. 20-25%)
Smoła węglowa
Środki wiążące służą do aglomerowania cząstek stałych ze sobą. Ich wysoka zdolność zwilżania przekształca mieszankę w stan plastyczny do późniejszego formowania lub wytłaczania.
Smoła węglowa jest związkiem organicznym i ma wyraźną strukturę aromatyczną. Ze względu na wysoki udział podstawionych i skondensowanych pierścieni benzenowych ma już wyraźnie uformowaną heksagonalną strukturę sieciową grafitu, ułatwiając w ten sposób formowanie uporządkowanych domen grafitowych podczas grafityzacji. Smoła okazuje się być najbardziej korzystnym spoiwem. Jest to pozostałość po destylacji smoły węglowej.
2. MIESZANIE I WYTŁACZANIE
Zmielony koks miesza się z smołą węglową i dodatkami, aby utworzyć jednolitą pastę. Jest ona wprowadzana do cylindra wytłaczającego. W pierwszym kroku powietrze musi zostać usunięte przez wstępne prasowanie. Następnie następuje właściwy etap wytłaczania, w którym mieszanka jest wytłaczana w celu utworzenia elektrody o pożądanej średnicy i długości. Aby umożliwić mieszanie, a zwłaszcza proces wytłaczania (patrz zdjęcie po prawej), mieszanka musi być lepka. Uzyskuje się to poprzez utrzymywanie jej w podwyższonej temperaturze ok. 120°C (w zależności od smoły) podczas całego zielonego procesu produkcyjnego. Ta podstawowa forma o cylindrycznym kształcie jest znana jako „zielona elektroda”.
3. PIECZENIE
W użyciu są dwa rodzaje pieców wypiekowych:
Tutaj wytłaczane pręty umieszczane są w cylindrycznych pojemnikach ze stali nierdzewnej (saggers). Aby uniknąć deformacji elektrod podczas procesu nagrzewania, saggers są również wypełniane ochronną warstwą piasku. Saggers są ładowane na platformy wagonów kolejowych (podstawy wagonów) i wtaczane do pieców opalanych gazem ziemnym.
Piec pierścieniowy
Tutaj elektrody są umieszczane w kamiennej, ukrytej wnęce na dnie hali produkcyjnej. Ta wnęka jest częścią pierścieniowego systemu ponad 10 komór. Komory są połączone ze sobą za pomocą systemu cyrkulacji gorącego powietrza, aby oszczędzać energię. Puste przestrzenie między elektrodami są również wypełnione piaskiem, aby uniknąć deformacji. Podczas procesu wypiekania, w którym smoła jest karbonizowana, temperatura musi być ostrożnie kontrolowana, ponieważ w temperaturach do 800°C szybkie gromadzenie się gazu może spowodować pęknięcie elektrody.
W tej fazie elektrody mają gęstość rzędu 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 wypiekania, lub „ponowne wypiekanie”, jest wymagany do zwęglenia impregnacji smołą i usunięcia wszelkich pozostałych substancji lotnych. Temperatura ponownego wypiekania osiąga 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 na grafit, zwana grafityzacją. Podczas procesu grafityzacji mniej lub bardziej uporządkowany węgiel (węgiel turbostratyczny) jest przekształcany w trójwymiarowo uporządkowaną strukturę grafitu.
Elektrody są pakowane w piecach elektrycznych otoczonych cząsteczkami węgla, tworząc stałą masę. Przez piec przepuszcza się prąd elektryczny, podnosząc temperaturę do około 3000°C. Proces ten jest zwykle przeprowadzany przy użyciu PIECA ACHESON lub PIECA WZDŁUŻNEGO (LWG).
W piecu Achesona elektrody są grafityzowane metodą wsadową, natomiast w piecu LWG grafitowana jest jednocześnie cała kolumna.
7. OBRÓBKA METODĄ MASZYNOWĄ
Elektrody grafitowe (po schłodzeniu) są obrabiane maszynowo do dokładnych wymiarów i tolerancji. Ten etap może również obejmować obróbkę maszynową i dopasowanie końcówek (gniazd) elektrod za pomocą gwintowanego systemu łączenia kołków grafitowych (nypli).
Czas publikacji: 08-kwi-2021