عملية تصنيع أقطاب الجرافيت

1. المواد الخام
فحم الكوك (حوالي 75-80٪ في المحتوى)

فحم الكوك البترولي
يعد فحم الكوك البترولي من أهم المواد الخام، ويتكون في مجموعة واسعة من الهياكل، بدءًا من فحم الكوك الإبري عالي التباين إلى فحم الكوك السائل المتناحي تقريبًا. لا غنى عن فحم الكوك الإبري شديد التباين، نظرًا لبنيته، لتصنيع الأقطاب الكهربائية عالية الأداء المستخدمة في أفران القوس الكهربائي، حيث تكون هناك حاجة إلى درجة عالية جدًا من قدرة التحمل الكهربائية والميكانيكية والحرارية. يتم إنتاج فحم الكوك البترولي بشكل حصري تقريبًا عن طريق عملية التكويك المتأخر، وهي عملية كربنة بطيئة خفيفة لمخلفات تقطير النفط الخام.

فحم الكوك هو المصطلح الشائع الاستخدام لنوع خاص من فحم الكوك ذو قابلية رسومية عالية للغاية ناتجة عن الاتجاه الموازي القوي المفضل لبنية الطبقة التربينية والشكل المادي المحدد للحبيبات.

المجلدات (حوالي 20-25% في المحتوى)

قطران الفحم
تستخدم عوامل الربط لتجميع الجزيئات الصلبة مع بعضها البعض. وبالتالي فإن قدرتها العالية على الترطيب تحول المزيج إلى حالة بلاستيكية من أجل القولبة أو البثق اللاحق.

قطران الفحم مركب عضوي وله تركيب عطري مميز. نظرًا لنسبته العالية من حلقات البنزين المستبدلة والمكثفة، فإنه يمتلك بالفعل بنية شبكية سداسية مشكلة مسبقًا من الجرافيت، مما يسهل تكوين مجالات جرافيتية جيدة التنظيم أثناء عملية الجرافيت. ثبت أن الملعب هو الموثق الأكثر فائدة. إنها بقايا التقطير لقطران الفحم.

2. الخلط والبثق
يتم خلط فحم الكوك المطحون مع قطران الفحم وبعض المواد المضافة لتشكيل عجينة موحدة. يتم جلب هذا إلى اسطوانة البثق. في الخطوة الأولى، يجب إزالة الهواء عن طريق الضغط المسبق. تتبع خطوة البثق الفعلية حيث يتم بثق الخليط ليشكل قطبًا كهربائيًا بالقطر والطول المطلوبين. لتمكين الخلط وخاصة عملية البثق (انظر الصورة على اليمين) يجب أن يكون الخليط لزجًا. يتم تحقيق ذلك عن طريق إبقائه عند درجة حرارة مرتفعة تقريبًا. 120 درجة مئوية (اعتمادًا على درجة الحرارة) أثناء عملية الإنتاج الخضراء بأكملها. يُعرف هذا الشكل الأساسي ذو الشكل الأسطواني باسم "القطب الأخضر".

3. الخبز
يتم استخدام نوعين من أفران الخبز:

هنا يتم وضع القضبان المبثوقة في عبوات أسطوانية من الفولاذ المقاوم للصدأ (ساجرز). لتجنب تشوه الأقطاب الكهربائية أثناء عملية التسخين، يتم أيضًا ملء الترهلات بغطاء واقي من الرمل. يتم تحميل المتدليات على منصات عربات السكك الحديدية (قيعان السيارات) ثم يتم دحرجتها في أفران تعمل بالغاز الطبيعي.

الفرن الدائري

هنا يتم وضع الأقطاب الكهربائية في تجويف حجري سري في الجزء السفلي من قاعة الإنتاج. هذا التجويف جزء من نظام حلقي يتكون من أكثر من 10 غرف. ترتبط الغرف معًا بنظام تدوير الهواء الساخن لتوفير الطاقة. يتم أيضًا ملء الفراغات الموجودة بين الأقطاب الكهربائية بالرمل لتجنب التشوه. أثناء عملية الخبز، حيث يتم تفحيم القار، يجب التحكم في درجة الحرارة بعناية لأنه عند درجات حرارة تصل إلى 800 درجة مئوية، يمكن أن يؤدي تراكم الغاز السريع إلى تشقق القطب الكهربائي.

في هذه المرحلة، تبلغ كثافة الأقطاب الكهربائية حوالي 1.55 – 1.60 كجم/دم3.

4. التشريب
يتم تشريب الأقطاب الكهربائية المخبوزة بطبقة خاصة (درجة سائلة عند 200 درجة مئوية) لمنحها الكثافة الأعلى والقوة الميكانيكية والتوصيل الكهربائي التي ستحتاجها لتحمل ظروف التشغيل القاسية داخل الأفران.

5. إعادة الخبز
يلزم إجراء دورة خبز ثانية، أو "إعادة الخبز"، لتفحم تشريب القار والتخلص من أي مواد متطايرة متبقية. تصل درجة حرارة إعادة الخبز إلى 750 درجة مئوية تقريبًا. في هذه المرحلة يمكن أن تصل كثافة الأقطاب الكهربائية إلى حوالي 1,67 – 1,74 كجم/دم3.

6. الرسم الجرافيتي
فرن أتشيسون
الخطوة الأخيرة في تصنيع الجرافيت هي تحويل الكربون المخبوز إلى جرافيت، وهو ما يسمى بالجرافيت. أثناء عملية الجرافيت، يتم تحويل الكربون المطلوب بشكل أو بآخر (الكربون التوربيني) إلى هيكل جرافيت مرتب ثلاثي الأبعاد.

يتم تعبئة الأقطاب الكهربائية في أفران كهربائية محاطة بجزيئات الكربون لتكوين كتلة صلبة. يتم تمرير تيار كهربائي عبر الفرن، مما يؤدي إلى رفع درجة الحرارة إلى حوالي 3000 درجة مئوية. يتم تحقيق هذه العملية عادة باستخدام إما فرن أتشيسون أو الفرن الطويل (LWG).

في فرن أتشيسون، يتم رسم الأقطاب الكهربائية باستخدام عملية مجمعة، بينما في فرن LWG يتم رسم العمود بأكمله في نفس الوقت.

7. التصنيع
يتم تشكيل أقطاب الجرافيت (بعد التبريد) وفقًا للأبعاد والتفاوتات الدقيقة. قد تتضمن هذه المرحلة أيضًا تصنيع وتركيب الأطراف (المقابس) للأقطاب الكهربائية باستخدام نظام ربط دبوس الجرافيت الملولب (الحلمة).