Grafitización de piezas en bruto calcinadas
Grafitización de productos de carbón tostado.
El cuerpo calcinado se somete a un tratamiento térmico a alta temperatura de 2000 ~ 3000 °C para aumentar el tamaño de los cristalitos de la rejilla de carbono, reducir el espacio entre capas y acercar la constante de la red al grafito natural, obteniendo así el Materiales necesarios para electrodos de grafito. Propiedades físicas y químicas. La grafitización del bloque calcinado es un proceso clave en la producción de electrodos de grafito. Las propiedades físicas y químicas de los electrodos de grafito dependen en gran medida de la temperatura de grafitización. La temperatura para producir electrodos de grafito de alta calidad debe superar los 2800°C. Económicamente hablando, se necesitan 5000kW para producir 1t de electrodos de grafito. h, el costo de la electricidad representa aproximadamente del 25 al 35% del costo de producción del electrodo de grafito y aproximadamente el 80% de la electricidad se consume en el horno de grafitización. Por lo tanto, cómo reducir el consumo de energía y al mismo tiempo garantizar la calidad del producto también es una tarea importante en el proceso de grafitización.
Tipos de hornos de grafitización Actualmente, los hornos de grafitización ampliamente utilizados en las fábricas de electrodos de grafito son todos calentadores eléctricos, que utilizan una gran cantidad de energía eléctrica para calentar los productos tostados a la alta temperatura requerida para la grafitización. Los hornos de grafitización se pueden dividir en hornos de calentamiento directo y hornos de calentamiento indirecto según el método de calentamiento. Según las posiciones relativas del horno de grafitización y el dispositivo de suministro de energía, se pueden dividir en hornos de grafitización móviles y hornos de grafitización fijos. Según el modo de operación, se puede dividir en producción por lotes y producción continua, y según las propiedades de consumo de electricidad, se puede dividir en grafitización DC y grafitización AC. El horno de calentamiento directo se refiere al producto después de que la corriente eléctrica pasa directamente a través de la grafitización y el tostado. En este momento, el producto horneado cargado en el horno no es solo un conductor que genera alta temperatura a través de corriente eléctrica, sino también un objeto que se calienta a alta temperatura. El horno de grafitización de calentamiento directo se utiliza principalmente para producir electrodos de grafito. Hay dos tipos de hornos de grafitización de calentamiento directo, uno se llama horno de grafitización Acheson y el otro se llama horno de grafitización longitudinal (horno LWG para abreviar). El horno de grafitización Acheson tiene una larga historia y se ha utilizado ampliamente en plantas de carbón. Sin embargo, como horno de ahorro de energía, el horno de grafitización longitudinal se ha utilizado ampliamente en las plantas de carbón que producían electrodos grandes en la década de 1980. A medida que la calidad de los electrodos de grafito continúa mejorando y las secciones transversales del producto aumentan, se utilizan continuamente hornos de grafitización longitudinal. Existen muchos informes de patentes sobre hornos de grafitización de calentamiento indirecto, pero hay pocas aplicaciones prácticas. A principios de la década de 1970, la británica Morgan Company desarrolló con éxito un horno de grafitización de calentamiento indirecto que podía producir una producción continua, pero que solo podía producir productos eléctricos de carbono a pequeña escala. Dado que los equipos de suministro de energía de CC favorecen el mantenimiento del equilibrio trifásico y el alto factor de potencia de la red eléctrica, la mayoría de los hornos de grafitización en las fábricas de carbono de China cambiaron su suministro de energía de CA a un suministro de energía de CC en la década de 1980, y la inversión en suministro de energía de CC es relativamente grande. Además del transformador, también se requiere un dispositivo rectificador de capacidad correspondiente para rectificar la energía de CA en energía de CC y luego introducirla en el horno de grafitización. A continuación se presentan cinco tipos diferentes de hornos de grafitización.
El horno de grafitización Acheson es un tipo de horno mejorado basado en el horno de resistencia utilizado para producir carburo de silicio a finales de 2019. Su característica principal es que el producto tostado y el material de resistencia (partículas de coque) instalados en el horno forman conjuntamente la resistencia del horno. Después de la energización, se genera una temperatura alta de 2000 ~ 3000°C para grafitizar el producto tostado. La estructura del horno de grafitización Acheson es relativamente simple: el horno de grafitización está construido sobre una base de hormigón armado. Consta de una mampostería de cabeza de horno y una mampostería de cola de horno con la misma estructura y un cuerpo de horno rectangular entre ellos. La cabeza y la cola del horno están hechas de mampostería, con ladrillos refractarios en el exterior, bloques de carbón en la parte superior e inferior del interior y bloques de tinta en el medio. Varios electrodos conductores (electrodos de grafito) pasan a través de la mampostería del cabezal y la cola del horno. El diámetro y el número de los electrodos conductores dependen de la intensidad de la corriente cuando se activa el horno de grafitización. (Figura 1) La temperatura del electrodo conductor continúa aumentando cuando se aplica electricidad y es necesario enfriar el electrodo conductor. Hay dos métodos de enfriamiento: pulverización directa de agua sobre la superficie o enfriamiento indirecto. El enfriamiento indirecto se puede dividir en dos métodos: perforar agujeros en el electrodo para enfriarlo e instalar una camisa de enfriamiento en la superficie del electrodo. Coloque varias capas de ladrillos refractarios en el fondo de un horno rectangular que contenga productos tostados, construya paredes del horno a ambos lados del horno o coloque paneles de pared de hormigón resistente al calor verticalmente a ambos lados del horno. El horno de grafitización de Little Acheson tiene entre 10 y 12 m de largo y aproximadamente 2 millones de ancho, y puede cargar alrededor de 20 toneladas de productos tostados a la vez. La longitud del horno de grafitización Acheson de tamaño mediano es de 14 a 16 m y el ancho del horno es de aproximadamente 3 m. Puede cargar entre 40 y 60 toneladas de productos horneados a la vez. La longitud del gran horno de grafitización Acheson es de 18 a 20 pulgadas, el ancho del horno es de aproximadamente 4,0 m y puede cargar alrededor de 100 toneladas de productos tostados a la vez.
Un horno Acheson de 25 a 30 m de largo tiene un cuerpo de horno estrecho y una capacidad de horno de sólo unas 100 toneladas. El horno de grafitización Acheson tiene una estructura simple y es fácil de mantener. Es conveniente cargar y descargar productos semiacabados con una grúa. Sin embargo, tiene las siguientes desventajas: (1) El tiempo de encendido es largo, la pérdida de calor es grande y la tasa de utilización de energía es baja. Cuando se calienta con electricidad, se utiliza una gran cantidad de energía eléctrica para calentar el material de resistencia, la mampostería de la cabeza y la cola del horno, y el material aislante fuera del horno también pierde mucho calor hacia el espacio circundante. Por lo tanto, sólo alrededor del 35% de la energía eléctrica se utiliza para calentar y hornear. (2) El espacio en el horno de grafitización lleno de productos tostados y materiales resistentes se llama núcleo del horno. La temperatura del núcleo del horno de grafitización Acheson cambia enormemente. La diferencia de temperatura entre la parte media del núcleo del horno y los materiales aislantes en ambos lados del núcleo del horno puede alcanzar varios cientos de grados, y la diferencia de temperatura entre las partes superior e inferior del núcleo del horno también puede alcanzar varios cientos de grados. , la resistividad de los productos en el mismo horno tiene ciertas diferencias. Las temperaturas de calentamiento desiguales en el horno también pueden causar grietas en algunos productos. Las razones principales son (3) hay mucho polvo al cargar y descargar el horno, y cuando se enciende la calefacción se emiten grandes cantidades de gases nocivos que contaminan el medio ambiente (4) el ciclo de producción es largo; El ciclo de producción del horno de grafitización dura hasta L2 14 días, desde la limpieza hasta la carga, calentamiento, enfriamiento y descarga, de los cuales el calentamiento solo demora de 2 a 3 días. Aunque cada grupo de hornos tiene de 6 a 8 hornos de grafitización, cada horno de grafitización solo puede rotar una vez al mes. (5) Se debe utilizar una gran cantidad de partículas de coque metalúrgico como material de resistencia, y cada tonelada de producto tostado consume alrededor de 300 k9.
Horno de grafitización Acheson, una variante del horno de grafitización tipo U, dentro del rango permitido de voltaje y corriente de salida del transformador de suministro de energía, para mejorar la eficiencia térmica del horno de grafitización y ahorrar electricidad. energía, es beneficioso tener un cuerpo de horno más largo, pero la longitud del cuerpo del horno a veces está limitada por la luz del edificio de la fábrica, por lo que se diseña un horno de grafitización Acheson longitudinal, doblado 180 grados desde el centro. Se ha convertido en un nuevo tipo de horno con la cabeza y la cola del horno en el mismo lado (Figura 2). Solo se construye una pared divisoria en el medio del cuerpo del horno para dividir el cuerpo del horno en dos áreas de carga paralelas. colocado en el interior de la pared del horno, de modo que la corriente se dirige de una zona de carga a otra a través de la mampostería de bloques de grafito. La ventaja de este horno de grafitización en forma de U es que la longitud del cuerpo del horno aumenta relativamente, se pueden cargar más productos tostados y la barra colectora de transmisión de potencia está en un extremo del horno. Se omiten las barras colectoras móviles a ambos lados del horno y el consumo de energía por tonelada de productos semiacabados es ligeramente menor que el del horno de grafitización Acheson general. Sin embargo, tiene la desventaja de una distribución desigual de la corriente en el horno (principal). a temperatura desigual en el horno), por lo que se instala en diferentes partes. La calidad de los electrodos de grafito es diferente y la pared divisoria en el medio es fácil de quemar. El proceso de producción de este horno de grafitización es el mismo que el del horno Acheson.
El horno de grafitización móvil no está construido sobre una base de hormigón armado, sino sobre un vagón con estructura de acero. El vagón puede moverse hacia la izquierda y hacia la derecha a lo largo de la vía colocada en el suelo (Figura 3), pero la posición del dispositivo de suministro de energía es fija. El horno de grafitización Acheson o el horno de grafitización longitudinal se pueden diseñar como un horno móvil, y de 6 a 8 hornos de grafitización forman un grupo de hornos, de modo que el transformador de suministro de energía pueda suministrar energía a cada horno de grafitización por turno. La invención puede cargar y descargar productos y energizar los dos talleres respectivamente, acortando en gran medida la longitud del bus de transmisión de energía que conecta el horno de grafitización. En correspondencia con el horno de grafitización móvil, el transformador móvil se combina con el horno de grafitización construido en una posición fija, es decir, el transformador de alimentación está instalado en el vagón. Cuando es necesario energizar cualquier horno de grafitización, el vagón con el transformador se mueve hacia el cabezal del horno, se conecta al bus de transmisión de energía y luego energiza el horno.
Para las características y proceso de producción del horno de grafitización longitudinal, consultar "Grafitización en Serie".
El horno de grafitización de producción continua de calentamiento indirecto es un horno de grafitización de producción continua de doble canal horizontal especialmente utilizado para la producción de pequeños productos eléctricos de carbono (Figura 4). Este horno de grafitización de producción continua de doble canal dispone de una zona fija de alta temperatura formada por placas de grafito. La longitud total del canal es de 7 m, de los cuales 5 m están enterrados en material aislante de negro de humo y están instalados en ambos extremos.
Fuera del material aislante, el material aislante de negro de humo es una carcasa soldada por placas de acero de doble capa, que pueden enfriarse con agua. El equipo de suministro de energía es de 140 kV. El voltaje de salida del transformador de CA monofásico de a es l2v y un par de abrazaderas conductoras están sujetas en la posición fija del canal dual de grafito.
El horno de grafitización de producción continua adopta alimentación a contracorriente bidireccional. El dispositivo de propulsión mecánica avanza 25 toneladas de nitrógeno por minuto. El tiempo total a través del canal de grafito es de aproximadamente 4,5 horas. El diámetro de los productos producidos es inferior a 50 micras. es inferior a 65438 ± 0 ITL En el canal La temperatura en la zona de alta temperatura puede alcanzar los 2500 ° C y la salida es por hora. h Dado que el canal puede mantener una pequeña cantidad de presión positiva por sí solo, no es necesario introducir gas inerte como protección.
La operación de producción de cada horno de grafitización del grupo de hornos de grafitización consta de seis contenidos, que incluyen limpieza del horno, reparaciones menores, carga del horno, encendido, enfriamiento y descarga del horno, que se llevan a cabo en ciclos. El ciclo de producción del horno de grafitización Acheson es generalmente de 12 a 14 días, de los cuales solo toma 2 a 3 días en encenderse. Para aprovechar al máximo la capacidad del transformador de suministro de energía, cada conjunto de equipos de suministro de energía se puede configurar con 6 a 8 unidades. Sólo cuando un horno está encendido, a veces los contactos del bus de alimentación se cambian de izquierda a derecha para comprobar el tiempo de corte de energía del equipo de suministro de energía. Un conjunto de equipos de suministro de energía y de 6 a 8 hornos de grafitización forman un grupo de hornos de grafitización. Un horno de grafitización en el grupo de hornos de grafitización siempre está encendido y los otros hornos están en carga, enfriamiento, descarga, limpieza y reparaciones menores, respectivamente. durante la operación. La producción de cada grupo de hornos se lleva a cabo según un plan operativo preestablecido.
El tamaño lineal del producto tostado grafitizado por expansión y contracción está en un estado de expansión desde el comienzo de la electricidad hasta aproximadamente 1200 °C. Después de ingresar a la temperatura de calcinación de la materia prima (1200 ~ 1450 °C). continúa aumentando hasta aproximadamente 1600 °C y luego se contrae. La temperatura aumenta aún más hasta alrededor de 1600 ~ 2000 ℃. Por lo tanto, durante este período, el grado de expansión de las dimensiones lineales del producto semiacabado horneado está relacionado con el contenido de azufre y nitrógeno de las materias primas y la velocidad de calentamiento. Cuando la temperatura supera los 2000 °C, el tamaño lineal del producto semiacabado cambia de expansión a contracción. La contracción es mayor que la expansión durante todo el proceso de grafitización. Por lo tanto, el diámetro y la longitud del producto tostado después de la grafitización son. reducido, y la contracción final se ve afectada por muchos factores. Tales como propiedades de la materia prima, composición del tamaño de partículas, dosis de aglutinante, método de moldeo por amasado, presión, temperatura final de tostación y grafitización, etc. Se midió la tasa de contracción de electrodos de grafito de potencia ordinarios producidos con coque de petróleo 75 y coque de brea 25.