Ce înseamnă tratamentul termic într-o instalație cu electrozi
Tratamentul termic în fabricarea electrozilor de grafit nu este o singură operațiune. Este o succesiune de etape termice aplicate în diferite puncte ale procesului, fiecare având un scop definit: calcinarea cocsului brut, coacerea corpului verde extrudat, impregnarea cu smoală urmată de o a doua coacere și, în final, grafitizarea. Întreaga secvență transformă un amestec de umplutură de carbon solid și pas de liant într-o coloană de grafit densă, cu rezistivitate scăzută-, stabilă termic, care poate transporta curent într-un cuptor cu arc electric fără a se defecta. Omiterea sau scurtarea oricărui pas va apărea mai târziu ca rezistivitate ridicată, crăpare sau consum excesiv de vârf.
Pasul unu: calcinarea Coca-Cola brută
Cocsul de petrol de ac sosește cu materii volatile care ar micșora și distorsiona un electrod în timpul grafitizării. Calcinarea îndepărtează acea fracțiune volatilă prin încălzirea cocsului la aproximativ 1.200 până la 1.400 C într-un cuptor rotativ, cu ax sau cu vatră rotativă-. Produsul este un cocs calcinat mai dens, mai cristalin, cu substanțe volatile reziduale scăzute și dimensiuni stabile. Acesta este primul punct în care calitatea tratamentului termic determină direct rezistivitatea care poate fi atinsă ulterior, deoarece structura cocsului și nivelul de impurități stabilesc plafonul performanței finale a electrodului.
Pasul doi și trei: coacere și impregnare
După amestecarea cu smoală de liant și extrudare, corpul verde este copt de obicei la 800 până la 1200 C. Funcțiile sunt clare: liantul de smoală se descompune și se carbonizează, substanțele volatile sunt îndepărtate, porozitatea internă scade și materialul câștigă rezistență mecanică. O structură densă de carbon formată în această etapă este ceea ce face ca grafitizarea ulterioară să fie eficientă. Deoarece rămâne o anumită porozitate, clasele premium sunt apoi impregnate cu smoală sub presiune și re-coapte, ceea ce umple porii deschiși, crește densitatea în vrac și îmbunătățește atât rezistența, cât și conductivitatea. Impregnarea și re-coacerea sunt motivul principal pentru care clasele de putere ultra-înaltă- obțin o densitate mai mare și o rezistivitate mai mică decât clasele standard din același cocs.
Pasul patru: Grafitizare În jur de 2.500 până la 3.000 C
Grafitizarea este pasul decisiv pentru performanța electrică. Corpul copt este încălzit la aproximativ 2.500 până la 3.000 C într-un cuptor de tip Acheson, condus de încălzirea cu rezistență a încărcăturii în sine. La acea temperatură, carbonul amorf dezordonat se rearanjează într-o structură de cristal de grafit stratificat. Trei proprietăți măsurate se mișcă în direcția corectă simultan: rezistivitatea electrică specifică scade brusc, conductivitatea termică crește și coeficientul de dilatare termică scade. Expansiunea termică mai scăzută contează deoarece reduce stresul termic generat în timpul primelor cicluri de încălzire în cuptor și această solicitare este o cauză comună a fisurii longitudinale a electrozilor noi.
| Etapa procesului | Temperatura tipică | Efectul principal asupra electrodului |
|---|---|---|
| Calcinarea cocsului brut | aproximativ 1.200 până la 1.400 C | elimină substanțele volatile, stabilizează structura cocsului |
| Coacerea corpului verde | aproximativ 800 până la 1.200 C | carbonizează liantul, crește densitatea și rezistența |
| Impregnare și re{0}}coacere | ca la coacere | umple porii, crește densitatea și conductivitatea |
| Grafitizarea | aproximativ 2.500 până la 3.000 C | formează o rețea de grafit, reduce rezistivitatea și expansiunea |
Cum se verifică efectul
Deoarece tratamentul termic este ceea ce plătește în cele din urmă clientul, rezultatele sale sunt măsurate mai degrabă decât presupuse. Rezistivitatea este determinată de ASTM C611, rezistența la încovoiere de ASTM C651, densitatea aparentă și porozitatea de ASTM C1039 și cenușa de ASTM C561. Dilatarea termică peste 100 până la 600 C este măsurată prin dilatometrie conform ASTM E228. Pentru electrozii finiți se aplică cerințele dimensionale și de îmbinare ale GB/T 3072 și GB/T 3073, cu o atenție specială la potrivirea conică a mamelonului, deoarece o îmbinare care nu se așează corect creează punctul fierbinte local care termină devreme durata de viață a electrodului.
Puncte de control al procesului care decid calitatea finală
Patru puncte de control domină rezultatele. În primul rând, profilul temperaturii de calcinare: sub-cocsul calcinat eliberează substanțe volatile în timpul grafitizării și produce crăpare. În al doilea rând, conținutul de smoală și temperatura de amestecare, care determină cât de multă porozitate închisă supraviețuiește coacerii. În al treilea rând, viteza de răcire după grafitizare; un corp răcit prea repede dezvoltă stres intern care apare abia mai târziu ca rupere. În al patrulea rând, controlul atmosferei cuptorului, deoarece oxidarea în timpul tratamentului la temperatură înaltă-consumă material și reduce randamentul. Fiecare dintre acestea este o variabilă măsurabilă, iar instalațiile care le înregistrează le corelează cu rezistivitatea finală și cu plângerile de rupere ale clienților.
Întrebări frecvente
Q:De ce se face grafitizarea la o temperatură atât de ridicată?
R: Deoarece transformarea carbonului dezordonat într-o rețea de grafit are loc doar suficient de rapid peste aproximativ 2.500 C. Această modificare structurală este cea care reduce rezistivitatea la nivelul necesar pentru funcționarea cu densitate mare de curent.
Q:Care este diferența dintre coacere și grafitizare?
R: Coacerea carbonizează liantul de smoală la aproximativ 800 până la 1.200 C și crește rezistența mecanică. Grafitizarea la aproximativ 2.500 până la 3.000 C reorganizează carbonul în cristale de grafit și îmbunătățește în principal proprietățile electrice și termice.
Q:Impregnarea modifică compoziția electrodului?
R: Se adaugă carbon din smoala de impregnare în rețeaua de pori. Scopul este o densitate mai mare și o porozitate mai scăzută fără introducerea de cenușă, astfel încât se folosesc smoale de impregnare cu cenușă -scăzută.
Q:Cum se leagă tratamentul termic cu fisurarea în exploatare?
R: Un electrod bine grafitizat are un coeficient scăzut de dilatare termică și, prin urmare, stres termic mai mic în timpul încălzirii. Tratamentul slab sau inegal lasă un stres intern ridicat și care se manifestă ca fisuri longitudinale sau ruperea articulațiilor.
Q:Se pot scurta etapele de tratament pentru a reduce costurile?
R: Timpul de rezidență poate fi optimizat, dar dacă încărcarea nu atinge temperatura țintă pe toată secțiunea sa, rezistivitatea și densitatea nu sunt specificate. Economisirea timpului cuptorului este de obicei mai mică decât costul rebuturilor rezultate.
Q:Ce valori ale certificatului indică cel mai bine tratamentul termic corect?
R: Rezistivitatea, densitatea în vrac și coeficientul de dilatare termică împreună. Numai rezistivitatea poate fi îndeplinită de un corp dens, dar slab grafitizat, așa că nu ar trebui niciodată judecată izolat.