Что такое термообработка на электродном заводе
Термическая обработка при производстве графитовых электродов – это не одна операция. Это последовательность термических этапов, применяемых на разных этапах процесса, каждый из которых имеет определенную цель: прокаливание сырого кокса, обжиг экструдированного сырца, пропитка пеком с последующим вторым обжигом и, наконец, графитизация. Вся последовательность действий превращает смесь твердого углеродного наполнителя и связующего пека в плотный, термостойкий графитовый столбик с низким- удельным сопротивлением, который может без сбоев проводить ток в дуговой печи. Пропуск или сокращение любого шага позже проявляется в повышенном сопротивлении, растрескивании или чрезмерном расходе наконечника.
Шаг первый: прокаливание сырого кокса
Нефтяной игольчатый кокс поставляется с летучими веществами, которые могут сжимать и деформировать электрод во время графитации. При прокаливании удаляется эта летучая фракция путем нагрева кокса примерно до температуры 1200–1400°C во вращающейся, шахтной или вращающейся печи с -подом. На выходе получается более плотный, более кристаллический прокаленный кокс с низким содержанием остаточных летучих веществ и стабильными размерами. Это первая точка, в которой качество термической обработки напрямую определяет удельное сопротивление, которого можно достичь в дальнейшем, поскольку структура кокса и уровень примесей определяют потолок конечной производительности электрода.
Шаг второй и третий: запекание и пропитка
После смешивания со связующим пеком и экструзии сырое изделие обычно обжигается при температуре от 800 до 1200 C. Функции ясны: пековое связующее разлагается и карбонизируется, летучие вещества удаляются, внутренняя пористость снижается и материал приобретает механическую прочность. Плотная углеродная структура, образующаяся на этом этапе, делает последующую графитацию эффективной. Поскольку некоторая пористость всегда остается, сорта премиум-класса затем пропитывают смолой под давлением и повторно -обжигают, что заполняет открытые поры, повышает объемную плотность и улучшает как прочность, так и проводимость. Пропитка и повторный-обжиг являются основной причиной того, что марки сверх-высокой-мощности достигают более высокой плотности и более низкого удельного сопротивления, чем стандартные марки из того же кокса.
Шаг четвертый: графитизация при температуре от 2500 до 3000 C.
Графитизация является решающим шагом для улучшения электрических характеристик. Обожженное изделие нагревается примерно до температуры 2500–3000°С в печи типа Ачесона за счет резистивного нагрева самой шихты. При этой температуре неупорядоченный аморфный углерод перестраивается в слоистую кристаллическую структуру графита. Сразу три измеряемых свойства движутся в правильном направлении: резко падает удельное электросопротивление, растет теплопроводность и падает коэффициент теплового расширения. Меньшее тепловое расширение имеет значение, поскольку оно уменьшает термическое напряжение, возникающее во время первых циклов нагрева в печи, и это напряжение является частой причиной продольного растрескивания новых электродов.
| Этап процесса | Типичная температура | Основное воздействие на электрод |
|---|---|---|
| Прокаливание сырого кокса | около 1200–1400 °С | удаляет летучие вещества, стабилизирует структуру кокса |
| Запекание зеленого тела | примерно от 800 до 1200 С | карбонизирует связующее, повышает плотность и прочность |
| Пропитка и повторная-обжиг | согласно выпечке | заполняет поры, повышает плотность и проводимость |
| Графитизация | около 2500–3000 С | образует графитовую решетку, снижает удельное сопротивление и расширение |
Как проверяется эффект
Поскольку термическая обработка — это то, за что в конечном итоге платит клиент, ее результаты измеряются, а не предполагаются. Удельное сопротивление определяется по ASTM C611, прочность на изгиб по ASTM C651, кажущаяся объемная плотность и пористость по ASTM C1039, а зольность по ASTM C561. Тепловое расширение при температуре от 100 до 600°С измеряется дилатометрическим методом в соответствии с ASTM E228. К готовым электродам применяются требования к размерам и соединениям GB/T 3072 и GB/T 3073, при этом особое внимание уделяется конической посадке ниппеля, поскольку неправильное соединение создает локальную горячую точку, что приводит к преждевременному прекращению срока службы электрода.
Точки контроля процесса, определяющие конечное качество
Четыре контрольные точки доминируют в результатах. Во-первых, профиль температуры прокаливания: недо-прокаленный кокс выделяет летучие вещества во время графитизации и вызывает растрескивание. Во-вторых, содержание пека и температура смешивания, которые определяют, насколько закрытая пористость выдержит обжиг. В-третьих, скорость охлаждения после графитации; в организме, охлажденном слишком быстро, возникает внутреннее напряжение, которое проявляется позже в виде поломки. В-четвертых, контроль атмосферы в печи, поскольку окисление во время высоко-температурной обработки приводит к расходованию материала и снижению выхода продукции. Каждый из этих показателей является измеримой переменной, и заводы, регистрирующие их, соотносят их с конечным удельным сопротивлением и жалобами клиентов на поломки.
Часто задаваемые вопросы
Q:Почему графитацию проводят при такой высокой температуре?
Ответ: Потому что преобразование неупорядоченного углерода в решетку графита происходит достаточно быстро только при температуре примерно выше 2500 C. Именно это структурное изменение снижает удельное сопротивление до уровня, необходимого для работы с высокой плотностью тока.
Q:В чем разница между обжигом и графитацией?
Ответ: Обжиг приводит к карбонизации связующего пека при температуре от 800 до 1200°С и повышает механическую прочность. Графитизация при температуре от 2500 до 3000 C реорганизует углерод в кристаллы графита и, главным образом, улучшает электрические и термические свойства.
Q:Изменяет ли пропитка состав электрода?
Ответ: Он добавляет углерод из пропиточного пека в сеть пор. Целью является повышение плотности и снижение пористости без введения золы, поэтому используются пропиточные смолы с низким-низким содержанием золы.
Q:Как термическая обработка связана с растрескиванием при эксплуатации?
Ответ: Хорошо графитированный электрод имеет низкий коэффициент теплового расширения и, следовательно, меньшую термическую нагрузку во время нагрева. Плохая или неравномерная обработка приводит к высокому внутреннему напряжению, которое проявляется в виде продольных трещин или поломок соединений.
Q:Можно ли сократить этапы лечения для снижения затрат?
О: Время пребывания можно оптимизировать, но если загрузка не достигает целевой температуры по всему сечению, удельное сопротивление и плотность выходят за пределы допустимых значений. Экономия времени печи обычно меньше, чем стоимость получаемых отходов.
Q:Какие значения сертификата лучше всего указывают на правильную термическую обработку?
A: Удельное сопротивление, объемная плотность и коэффициент теплового расширения вместе. Плотное, но плохо графитизированное тело может удовлетворить само сопротивление, поэтому его никогда не следует оценивать изолированно.