1. СЫРЬЕ
Кока-кола (содержание примерно 75-80%)
Нефтяной кокс
Нефтяной кокс является важнейшим сырьем и образуется в самых разнообразных структурах, от сильно анизотропного игольчатого кокса до почти изотропного жидкого кокса. Сильно анизотропный игольчатый кокс, благодаря своей структуре, незаменим для производства высокоэффективных электродов, используемых в электродуговых печах, где требуется очень высокая степень электрической, механической и термической несущей способности. Нефтяной кокс производится почти исключительно методом замедленного коксования, представляющим собой щадящую медленную процедуру карбонизации остатков перегонки сырой нефти.
Игольчатый кокс — это общепринятый термин для обозначения особого типа кокса с чрезвычайно высокой графитизируемостью, обусловленной сильной преимущественной параллельной ориентацией его турбостратической слоистой структуры и особой физической формой зерен.
Связующие материалы (примерно 20-25% содержимого)
каменноугольная смола
Связующие вещества используются для агломерации твердых частиц друг с другом. Благодаря их высокой смачивающей способности смесь переходит в пластичное состояние для последующего формования или экструзии.
Каменноугольная смола — это органическое соединение с выраженной ароматической структурой. Благодаря высокому содержанию замещенных и конденсированных бензольных колец, она уже имеет отчетливо сформированную гексагональную решетчатую структуру графита, что способствует образованию упорядоченных графитовых доменов в процессе графитизации. Смола оказывается наиболее выгодным связующим веществом. Она представляет собой остаток после дистилляции каменноугольной смолы.
2. СМЕШИВАНИЕ И ЭКСТРУЗИЯ
Измельчённый кокс смешивают с каменноугольной смолой и некоторыми добавками для образования однородной пасты. Эта паста подается в экструзионный цилиндр. На первом этапе необходимо удалить воздух путём предварительного прессования. Затем следует собственно экструзия, в ходе которой смесь экструдируется для образования электрода желаемого диаметра и длины. Для обеспечения смешивания и, особенно, процесса экструзии (см. рисунок справа) смесь должна быть вязкой. Это достигается путём поддержания повышенной температуры около 120 °C (в зависимости от смолы) на протяжении всего процесса производства «зелёного» электрода. Эта базовая цилиндрическая форма известна как «зелёный электрод».
3. ВЫПЕЧКА
Используются два типа печей для обжига:
Здесь экструдированные стержни помещаются в цилиндрические контейнеры из нержавеющей стали (саггеры). Чтобы избежать деформации электродов в процессе нагрева, саггеры также заполняются защитным слоем песка. Саггеры загружаются на платформы железнодорожных вагонов (нижние части вагонов) и закатываются в печи, работающие на природном газе.
Кольцевая печь
Здесь электроды размещаются в скрытой каменной полости в нижней части производственного цеха. Эта полость является частью кольцевой системы, состоящей из более чем 10 камер. Камеры соединены между собой системой циркуляции горячего воздуха для экономии энергии. Пустоты между электродами также заполнены песком, чтобы предотвратить деформацию. Во время процесса обжига, в ходе которого происходит карбонизация смолы, необходимо тщательно контролировать температуру, поскольку при температурах до 800 °C быстрое накопление газа может привести к растрескиванию электрода.
На этом этапе плотность электродов составляет примерно 1,55–1,60 кг/дм³.
4. Пропитка
Запеченные электроды пропитываются специальным битумом (жидкий битум при 200 °C), что придает им более высокую плотность, механическую прочность и электропроводность, необходимые для работы в жестких условиях внутри печей.
5. ПЕРЕПЕКАНИЕ
Для карбонизации смоляной пропитки и удаления оставшихся летучих веществ необходим второй цикл обжига, или «повторный обжиг». Температура повторного обжига достигает почти 750 °C. На этом этапе электроды могут достигать плотности около 1,67–1,74 кг/дм³.
6. Графитизация
Печь Эчесон
Заключительным этапом в производстве графита является превращение обожженного углерода в графит, называемое графитизацией. В процессе графитизации более или менее предварительно упорядоченный углерод (турбостратный углерод) преобразуется в трехмерную упорядоченную графитовую структуру.
Электроды упаковываются в электрические печи в окружении частиц углерода, образуя твердую массу. Через печь пропускается электрический ток, повышая температуру примерно до 3000 °C. Этот процесс обычно осуществляется с использованием печи Ачесона или продольной печи (LWG).
В печи Ачесона графитизация электродов осуществляется в периодическом режиме, тогда как в печи LWG графитизация происходит одновременно по всей колонне.
7. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Графитовые электроды (после охлаждения) обрабатываются с соблюдением точных размеров и допусков. На этом этапе также может выполняться механическая обработка и установка концов (гнезд) электродов с помощью резьбового графитового штифта (ниппеля).
Дата публикации: 08.04.2021