Grafitisasi adalah salah satu proses perlakuan panas primer dalam produksi produk karbon-grafit. Tungku grafitisasi Acheson adalah jenis tungku dominan yang saat ini digunakan untuk grafitisasi produk karbon-grafit. Ini adalah tungku resistensi khusus yang beroperasi sebentar -sebentar, menggunakan produk dan bahan resistor di dalam tungku sebagai "sumber panas internal" untuk pemanasan langsung. Ruang di dalam tungku grafitisasi di mana produk dan bahan resistor ditempatkan disebut inti tungku, dengan area cross-sectional biasanya mulai dari 3 hingga 6 meter persegi.
Arus yang kuat dilewatkan melalui tungku, dan resistensi inti mengubah energi listrik menjadi panas, membawa produk ke suhu grafitisasi maksimum dan menyelesaikan proses grafitisasi. Proses ini mengikuti hukum Joule-Lenz.
Seperti yang dapat dilihat, suhu pada titik yang berbeda dalam inti tungku grafitisasi bervariasi, dan bahkan pada titik yang sama, suhu bervariasi dari waktu ke waktu. Oleh karena itu, suhu inti tungku grafitisasi adalah fungsi dari ruang dan waktu, yang menghasilkan distribusi suhu yang tidak rata di dalam inti.
Ketika tungku grafitisasi Acheson didukung, panas yang dihasilkan oleh bahan resistor memanaskan produk, secara bertahap menaikkan suhu inti tungku. Kenaikan suhu ini sangat tidak merata di seluruh inti, menghasilkan variasi suhu yang signifikan. Perbedaan suhu antara pusat inti tungku dan isolasi di kedua sisi dapat mencapai ratusan derajat Celcius, dan perbedaan suhu antara bagian atas dan bawah inti tungku juga dapat mencapai ratusan derajat Celcius. Oleh karena itu, distribusi suhu yang tidak rata dalam inti tungku grafitisasi yang sama adalah penyebab utama retakan pada produk dalam inti.
Berdasarkan pengalaman produksi grafitisasi bertahun-tahun, kami telah merangkum secara singkat dan menganalisis penyebab retak dan menolak dalam produk karbon-grafit selama proses grafitisasi. Diskusi ini, yang dilakukan bersama dengan teknisi rekayasa karbon, bertujuan untuk mengurangi retak dan menolak dalam proses grafitisasi, meningkatkan hasil dari proses grafitisasi, mengurangi biaya produksi, dan meningkatkan efisiensi ekonomi.
Penyebab retak grafitisasi dalam produk
Selama proses grafitisasi, faktor -faktor internal yang berkontribusi terhadap retak produk adalah kualitas produk yang rendah dan ketahanan panas yang buruk. Faktor -faktor eksternal termasuk kenaikan suhu yang cepat dalam inti tungku selama grafitisasi, yang meningkatkan perbedaan suhu antara bagian atas dan bawah produk dan di sekitar produk. Ini, pada gilirannya, meningkatkan tegangan termal, yang merupakan penyebab utama retak produk.
1. Proses grafitisasi irasional
① Metode pemuatan
Tungku grafitisasi Acheson biasanya dimuat menggunakan metode pemuatan vertikal, yang dapat tegak atau terhuyung -huyung. Saat memuat produk di tungku di posisi tegak, setiap produk terpapar ke zona pemanas arus kepadatan tinggi tunggal. Semakin luas zona ini, semakin merata memanaskan produk; Kalau tidak, pemanasannya sangat tidak merata. Saat memuat produk di posisi terhuyung-huyung, setiap produk terpapar dua zona pemanas arus densitas tinggi, menghasilkan lebih banyak pemanasan lebih merata dibandingkan dengan pemuatan tegak. Oleh karena itu, metode pemuatan yang tidak tepat dapat menyebabkan perbedaan yang signifikan dalam laju kenaikan suhu di sekitar produk selama grafitisasi, yang mengakibatkan tekanan termal melebihi toleransi produk, membuatnya sangat rentan terhadap retak.
② Sistem catu daya yang tidak rasional
Profil suhu inti tungku grafitisasi Acheson dikendalikan menggunakan kurva daya distribusi daya konstan. Jika sistem catu daya tidak dioptimalkan, daya awal tungku grafitisasi mungkin terlalu tinggi dan meningkat terlalu cepat, menghasilkan gradien suhu yang berlebihan antara interior dan eksterior produk selama proses catu daya. Ini menghasilkan tekanan termal yang sangat melebihi resistensi produk dan menyebabkan retakan. Ini terutama benar ketika suhu tungku antara 1300 derajat dan 1800 derajat, tahap kenaikan suhu kritis. Selama tahap ini, struktur fisik dan komposisi kimia produk mulai mengalami perubahan yang signifikan. Grafitisasi karbon amorf belum dimulai; Sebaliknya, reaksi kimia dominan. Unsur -unsur seperti hidrogen, oksigen, nitrogen, dan sulfur terikat pada struktur mikrokristalin karbon amorf terus menerus keluar. Rilis ini mengurangi jumlah elemen pengotor di tepi struktur mikrokristalin, meninggalkan beberapa cacat kisi. Ini juga menyebabkan tekanan termal yang relatif terkonsentrasi, membuatnya sangat rentan terhadap retak.
③ Resistensi bahan resistor
Resistansi inti tungku grafitisasi terdiri dari resistansi produk dan resistansi bahan resistor secara seri. Ketika tungku grafitisasi pada awalnya diberi energi, resistensi bahan resistor menyumbang sekitar 99% dari resistensi inti tungku, dan setelah energi berakhir, resistensi bahan resistor masih menyumbang sekitar 97%. Oleh karena itu, sepanjang proses grafitisasi, panas yang dihasilkan oleh arus yang mengalir melalui bahan resistor terutama memanaskan produk. Jika resistansi bahan resistor berbeda secara signifikan dari produk, panas yang dihasilkan oleh bahan resistor selama proses grafitisasi akan jauh lebih besar daripada panas yang dihasilkan oleh produk itu sendiri. Ini menciptakan perbedaan suhu yang signifikan antara bagian dalam dan luar produk, yang mengarah pada tegangan termal yang berlebihan dan retakan pada produk, yang mengakibatkan memo.
2. Kualitas operasi grafitisasi yang buruk
① Kualitas pemuatan tungku yang buruk
Operasi pemuatan tungku grafitisasi tidak memenuhi proses proses dan teknis. Selama pemuatan, produk tidak disusun dengan rapi di inti tungku, jarak antar kelompok produk tidak konsisten, bahan resistor diisi secara tidak merata, dan bahkan bahan resistor "menonjol." Hal ini menghasilkan distribusi arus yang tidak merata di seluruh inti tungku selama catu daya ke tungku grafitisasi, yang mengarah pada tingkat pemanasan dan kenaikan suhu yang tidak merata untuk produk. Hal ini menyebabkan perbedaan suhu besar dalam produk, dan tegangan termal yang dihasilkan menyebabkan retak dan memo.
② Kualitas bahan resistor yang tidak rata
Saat menggunakan kokas campuran sebagai bahan resistor dalam tungku grafitisasi, resistivitas kokas metalurgi adalah 5-8 kali lebih tinggi daripada kokas yang dipenuhi. Jika kokas metalurgi dan kokas yang dipicu tidak dicampur secara merata, distribusi resistensi di seluruh inti tungku akan sangat tidak merata, menghasilkan tingkat kenaikan suhu yang tidak konsisten di seluruh inti tungku ketika daya diterapkan. Hal ini menyebabkan perbedaan suhu yang besar antara bagian atas dan bawah dan di sekitar produk, meningkatkan tekanan termal dan menyebabkan sejumlah besar produk retak.
③ grafitisasi tungku inti deviasi arus
Menurut hukum pemanas listrik dari tungku grafitisasi Acheson, distribusi suhu dalam inti tungku grafitisasi tidak hanya terkait erat dengan resistansi inti tetapi juga dengan arus yang mengalir melalui itu. Ketika deviasi arus inti terjadi pada tungku grafitisasi Acheson karena berbagai alasan, arus yang mengalir melalui inti bervariasi secara signifikan, menghasilkan variasi yang signifikan dalam distribusi suhu inti. Ketika distribusi arus inti bervariasi secara signifikan, area dengan arus tinggi menghasilkan lebih banyak panas, menyebabkan suhu produk naik lebih cepat. Area dengan arus rendah menghasilkan lebih sedikit panas, menyebabkan suhu produk naik lebih lambat. Akibatnya, distribusi suhu inti bervariasi secara signifikan, yang mengarah pada perbedaan suhu yang besar dalam produk dan peningkatan tegangan termal, yang dapat menyebabkan retakan dan mengakibatkan memo.
3. Kualitas produk yang dikalsinasi
① Retakan internal dalam produk yang terkalat
Referensi menunjukkan bahwa rentang suhu 350-500 derajat dan 700 derajat dan di atas selama proses kalsinasi adalah yang paling berbahaya untuk kegagalan bahan karbon. Ketika suhu permukaan luar produk mencapai 800 derajat dan perbedaan suhu radial maksimum adalah 10,7 derajat, area dengan jari-jari 50-65mm menentukan kekuatan material. Dalam radius 65mm dari pusat kosong, zona tegangan tarik berbahaya terbentuk. Pada suhu 700 derajat atau lebih tinggi, tekanan di daerah ini jauh melebihi batas kekuatan fraktur material, yang mengarah pada pengembangan retakan lurus longitudinal dalam produk. Retakan ini umumnya tidak meluas ke permukaan luar produk, yang mengakibatkan retakan internal.
② Homogenitas produk
Keseragaman distribusi kepadatan produk karbon-grafit, dan keseragaman distribusi kepadatan radial dan aksial terkait erat dengan kualitas produk selama perlakuan panas grafitisasi. Di daerah di mana kepadatan produk terdistribusi secara tidak merata, tegangan termal selama grafitisasi perlakuan panas dapat dengan mudah menghasilkan tegangan internal dalam produk. Akibatnya, distribusi tegangan internal tidak rata, yang dapat dengan mudah menyebabkan retakan pada produk, mengakibatkan produk retak dan menolak selama proses grafitisasi.
③ Kepadatan curah produk tinggi
Kepadatan curah produk karbon-grafit terutama bervariasi dengan bahan baku produksi dan kondisi proses. Kekuatan lentur produk, modulus elastis, dan konduktivitas termal meningkat dengan meningkatnya kepadatan curah. Kepadatan curah tinggi meningkatkan modulus elastis dan kerapuhan, yang menyebabkan ketahanan guncangan termal yang buruk. Selama perlakuan panas grafitisasi, tegangan termal yang dihasilkan oleh suhu tinggi jauh melebihi toleransi tegangan yang melekat pada produk, menghasilkan perbedaan yang signifikan antara tegangan internal dan eksternal, yang menyebabkan retak dan penolakan.
④ Produksi yang tidak stabil dalam proses sebelumnya
Karena grafitisasi adalah langkah perlakuan panas akhir dalam produksi produk karbon-grafit dan juga perlakuan panas suhu tertinggi, umumnya diyakini bahwa ketidakstabilan atau fluktuasi kualitas dalam proses sebelumnya akan paling jelas terungkap selama proses grafitisasi. Jika suhu kalsinasi rendah, titik pelunakan pitch di bawah standar, suhu pemanggangan rendah, atau laju kenaikan berat badan impregnasi di bawah standar, produk akan mengalami penyusutan sekunder atau tidak merata selama proses grafitisasi suhu tinggi, sehingga sangat mungkin untuk retak dan menjadi dihapus.
⑤ kembung gas
Proses grafitisasi menyebabkan tingkat ekspansi volume yang tidak dapat diubah dalam produk. Ini terutama disebabkan oleh pelepasan belerang yang cepat dan terkonsentrasi selama proses grafitisasi. Tingkat ekspansi ireversibel ini meningkat dengan meningkatnya kandungan belerang dan laju perlakuan panas yang lebih cepat. Perilaku ekspansi yang tidak dapat diubah ini dikenal sebagai "pembengkakan gas."
Seperti yang kita semua tahu, kandungan unsur-unsur non-karbon seperti hidrogen, oksigen, dan nitrogen dalam minyak bumi yang dikalsinasi pada 1350 derajat umumnya kurang dari 0,1%. Namun, sulfur sangat terikat pada atom karbon hidrokarbon aromatik sehingga ikatan CS tidak mulai pecah sampai suhu di atas 1400 derajat, membentuk senyawa belerang dan belerang-karbon. Pada suhu yang lebih tinggi, terutama antara 1500 derajat dan 1800 derajat, senyawa belerang dan sulfur-karbon ini dengan cepat dilepaskan dari produk sebagai gas, menghasilkan tegangan internal yang signifikan dan membentuk pori-pori kecil dan retakan di dalam produk. Ketika konten sulfur mencapai tingkat tertentu, sering menyebabkan retakan pada produk selama proses grafitisasi.
4. Mencegah retak grafitisasi dalam produk
A. Proses grafitisasi yang masuk akal
① Memilih metode pemuatan tungku
Dalam proses produksi tungku grafitisasi Acheson, metode pemuatan tungku yang wajar sangat penting untuk memastikan keberhasilan grafitisasi produk. Apakah produk dimuat secara vertikal atau horizontal, dan apakah mereka dimuat tegak atau terhuyung -huyung, harus ditentukan berdasarkan jenis produk, spesifikasi, standar kualitas, dan parameter proses peralatan. Ini memastikan pemanasan produk yang relatif seragam dalam inti tungku, mengurangi tegangan termal dan retak selama proses grafitisasi. Untuk produk berukuran besar, pemuatan yang terhuyung-huyung (1/2D) dapat mengurangi retak dan mencapai hasil grafitisasi yang lebih baik. Untuk produk dengan laju memo tinggi karena retak grafitisasi dan kualitas yang tidak stabil, langkah -langkah distribusi saat ini juga dapat diimplementasikan dalam inti tungku.
② Tentukan sistem catu daya yang masuk akal
Suhu inti tungku grafitisasi dikendalikan menggunakan kurva daya dengan distribusi daya konstan. Merumuskan dan mengimplementasikan sistem catu daya tungku grafitisasi dengan benar sangat penting untuk meningkatkan hasil, menghemat energi, dan memperpendek siklus grafitisasi. Sistem catu daya grafitisasi tungku tidak hanya harus mempertimbangkan faktor -faktor seperti struktur tungku, jenis produk dan spesifikasi, informasi kualitas, bahan resistor, kinerja isolasi, dan parameter sistem distribusi daya, tetapi yang lebih penting, itu harus memenuhi persyaratan kenaikan suhu yang berbeda -beda pada berbagai tahap dalam berbagai tahap grafitisasi.
Sistem power-on yang masuk akal untuk tungku grafitisasi harus menjadi kurva daya tiga tahap yang "cepat cepat" untuk beradaptasi dengan persyaratan yang berbeda dari tiga tahap proses kenaikan suhu produk. Inti tungku harus dijaga pada laju kenaikan suhu yang lebih cepat untuk mengurangi kehilangan panas dari tungku grafitisasi tanpa menyebabkan gradien suhu inti tungku terlalu besar, yang dapat menyebabkan retakan pada produk. Untuk produk dengan kualitas grafitisasi yang tidak stabil, laju kenaikan suhu inti tungku pada tahap kenaikan suhu harus dikontrol secara ketat untuk menghindari kenaikan suhu yang berlebihan dan retak dalam produk. Pada saat ini, kurva catu daya harus disesuaikan. Daya ramp-up harus disesuaikan dengan tepat untuk membentuk kurva transmisi daya empat tahap: "Fast-Slow-Slow-Fast."
③ Tentukan bahan resistor yang sesuai
Tungku grafitisasi Acheson terutama memanaskan produk melalui panas yang dihasilkan oleh arus yang melewati bahan resistor. Bahan resistor terkait erat dengan fluktuasi suhu di inti tungku. Untuk meningkatkan suhu inti tungku grafitisasi, bahan resistor membutuhkan resistensi yang lebih tinggi, terutama pada tahap selanjutnya dari transmisi daya, ketika arus output sekunder transformator mencapai maksimumnya. Ini memungkinkan resistensi inti yang lebih tinggi dan mempertahankan efisiensi listrik yang tinggi. Namun, resistensi material resistor yang terlalu tinggi juga tidak pantas. Oleh karena itu, ketika memilih bahan resistor, penting untuk mempertimbangkan kinerja peralatan dan jenis produk, spesifikasi, dan kurva transmisi daya untuk memastikan bahwa resistansi produk dan resistansi material resistor tidak berbeda secara signifikan. Untuk produk kecil dan menengah, kokas metalurgi dapat digunakan sebagai bahan resistor. Bahkan dengan daya awal yang lebih tinggi dan daya ramp-up yang lebih cepat, produk umumnya tidak retak. Untuk produk besar, kokas campuran atau kokas yang dipenuhi lebih cocok sebagai bahan resistor, memastikan bahwa resistensi produk dan resistor material sebanding. Perbedaan suhu lebih kecil, dan perbedaan suhu antara bagian dalam dan di luar produk juga berkurang. Bahkan dengan peningkatan daya yang lebih cepat, retakan pada produk tidak akan terjadi.
B. Kualitas operasional harus memenuhi standar
Dalam proses produksi grafitisasi, pemuatan tungku sangat penting. Karena produk dimuat ke dalam tungku grafitisasi berfungsi sebagai resistor pemanas dan objek yang dipanaskan, itu dikombinasikan dengan bahan resistor yang sesuai untuk membentuk resistansi inti tungku. Resistensi inti tungku yang tepat sangat penting untuk grafitisasi produk. Pertama, badan tungku grafitisasi, jaringan pendek busbar, dan peralatan sistem catu daya harus dalam kondisi baik. Selama pemuatan tungku, penampang inti tungku harus simetris dengan penampang konduktif untuk mencegah penyimpangan arus di inti tungku. Pemuatan tungku harus mematuhi teknologi proses. Peraturan mensyaratkan bahwa produk diatur secara horizontal dan vertikal dalam inti tungku, dengan jarak yang konsisten antara kelompok produk. Bahan resistor harus diisi dengan benar untuk menghindari bagian yang menjorok, memastikan distribusi suhu yang seimbang dalam inti tungku selama catu daya ke tungku grafitisasi. Selain itu, rasio bahan resistor harus memenuhi proses produksi dan standar teknis, memastikan kualitas yang konsisten untuk menghindari distribusi suhu yang tidak merata dalam inti tungku selama catu daya. Akhirnya, tungku grafitisasi harus memberikan daya sesuai dengan kurva catu daya yang ditentukan, dengan fluktuasi daya yang disimpan dalam batas normal untuk menghindari fluktuasi daya yang abnormal, memastikan kenaikan suhu yang seimbang dalam inti tungku.
C. Menguasai informasi kualitas dari proses sebelumnya
Mempertahankan akses tepat waktu ke informasi produksi dan kualitas dari proses sebelumnya sangat penting. Berdasarkan stabilitas dan spesifikasi kualitas produk dari proses sebelumnya dan praktik produksi aktual dari proses saat ini, proses produksi grafitisasi yang praktis dan layak dan spesifikasi teknis harus dikembangkan untuk mencegah retakan dan menolak selama proses grafitisasi dan memastikan kualitas grafitisasi yang konsisten. Selama pemuatan tungku grafitisasi, periksa setiap produk untuk penampilan dan kualitas. Produk apa pun yang tidak memenuhi persyaratan proses grafitisasi harus dihapus. Produk yang tidak memenuhi persyaratan teknis tidak boleh dimuat ke tungku grafitisasi untuk grafitisasi dan harus segera dikembalikan ke proses sebelumnya.
D. Menambahkan jumlah inhibitor inflasi yang sesuai ke dalam batching
Ekspansi dan retak yang tidak dapat diubah yang disebabkan oleh keberadaan sulfur selama proses grafitisasi tidak dapat dihilangkan, tetapi harus dikontrol. Saat ini, pendekatan yang paling efektif adalah mengendalikan laju pelepasan sulfur selama proses grafitisasi. Metode yang paling praktis adalah menambahkan jumlah inhibitor inflasi yang tepat untuk proses batching, biasanya 1% -2% bubuk Fe2O3.
Mekanisme penambahan inhibitor inflasi adalah bahwa inhibitor menangkap sulfur dalam kisaran suhu inflasi grafitisasi produk, membentuk senyawa belerang yang dilepaskan sebagai gas pada suhu yang lebih tinggi. Ini memperluas kisaran suhu untuk pelepasan belerang, mencegah produk retak karena stres internal yang berlebihan yang disebabkan oleh gas yang terkonsentrasi dan melarikan diri dengan cepat. Inhibitor inflasi yang paling umum digunakan adalah bubuk Fe2O3. Mekanisme aksinya adalah bahwa pada suhu di atas 1000 derajat, bubuk Fe2O3 mudah dikurangi menjadi senyawa besi atau besi karbon diproduksi. Senyawa karbon-besi semakin terurai menjadi zat besi dan karbon pada suhu yang lebih tinggi. Besi yang terbentuk dalam proses ini bereaksi dengan sulfur yang dilepaskan dari dekomposisi produk, perlahan -lahan melepaskannya sebagai besi sulfida. Ini memperlambat pelepasan belerang dari produk dan bertindak sebagai penghambat belerang.
Bubuk Fe2O3 tidak hanya memiliki afinitas kimia yang tinggi untuk sulfur dalam produk, secara efektif menekan belerang, tetapi juga berlimpah dan murah, dan tidak memiliki efek buruk pada proses pembuatan baja tungku listrik. Selain itu, bubuk Fe2O3 memiliki efek katalitik yang kuat pada proses grafitisasi produk, menjadikannya katalis grafitisasi yang sangat baik. Oleh karena itu, untuk Coke Perminyakan dengan kandungan sulfur tinggi, menambahkan jumlah bubuk Fe2O3 yang sesuai, penghambat perut kembung, dapat memiliki efek yang signifikan pada produk. Produksi produk karbon-grafit dapat mencapai beberapa tujuan sekaligus.
Singkatnya, penyebab retak dan penolakan dalam produk-produk karbon-grafit selama proses perlakuan panas grafitisasi beragam dan kompleks. Untuk mencegah retak dan penolakan dalam produk-produk karbon-grafit selama proses perlakuan panas grafitisasi, berbagai proses dan peningkatan teknologi harus diimplementasikan, dengan penekanan yang sama pada produk itu sendiri dan produk itu sendiri. Aspek yang paling kritis adalah memastikan kualitas produk yang tinggi, ketahanan panas yang sangat baik, dan produksi homogen. Indikator kualitas dan teknis dari proses sebelumnya harus memenuhi persyaratan standar proses produksi, dan fluktuasi kualitas harus disimpan dalam rentang normal.
Selain itu, selama proses perlakuan panas grafitisasi, laju kenaikan suhu produk dalam inti tungku grafitisasi Acheson harus dikontrol secara ketat untuk menghindari peningkatan suhu inti yang sangat cepat, yang akan meningkatkan perbedaan suhu dalam produk dan menyebabkan peningkatan tegangan termal, yang menyebabkan retak dan penolakan.