กระบวนการผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์

1. วัตถุดิบ
โค้ก (มีปริมาณประมาณ 75-80%)

ปิโตรเลียมโค้ก
ปิโตรเลียมโค้กเป็นวัตถุดิบที่สำคัญที่สุด และถูกผลิตขึ้นในโครงสร้างที่หลากหลาย ตั้งแต่โค้กเข็มแอนไอโซทรอปิกสูงไปจนถึงโค้กของเหลวเกือบไอโซทรอปิก โค้กเข็มแอนไอโซทรอปิกสูงมีโครงสร้างที่ขาดไม่ได้สำหรับการผลิตอิเล็กโทรดประสิทธิภาพสูงที่ใช้ในเตาเผาไฟฟ้าแบบอาร์กไฟฟ้า ซึ่งต้องมีความสามารถในการรับน้ำหนักไฟฟ้า กลไก และความร้อนสูงมาก ปิโตรเลียมโค้กผลิตขึ้นเกือบทั้งหมดด้วยกระบวนการโค้กแบบล่าช้า ซึ่งเป็นกระบวนการคาร์บอนไนเซชันแบบช้าๆ ที่ไม่รุนแรงของสารตกค้างจากการกลั่นน้ำมันดิบ

โค้กเข็มเป็นคำศัพท์ทั่วไปที่ใช้เรียกโค้กประเภทพิเศษที่มีความสามารถในการสร้างกราไฟต์ได้สูงมาก ซึ่งเป็นผลมาจากการวางแนวขนานที่ต้องการของโครงสร้างชั้นเทอร์โบสตราติก และรูปร่างทางกายภาพเฉพาะตัวของเมล็ดพืช

สารยึดเกาะ (ประมาณ 20-25% ของเนื้อหา)

น้ำมันดินถ่านหิน
สารยึดเกาะใช้เพื่อจับอนุภาคของแข็งเข้าด้วยกัน ความสามารถในการทำให้เปียกสูงของสารยึดเกาะจะเปลี่ยนส่วนผสมให้เป็นสถานะพลาสติกสำหรับการขึ้นรูปหรือการอัดรีดในภายหลัง

น้ำมันดินถ่านหินเป็นสารประกอบอินทรีย์และมีโครงสร้างอะโรมาติกที่โดดเด่น เนื่องจากมีวงแหวนเบนซินที่ถูกแทนที่และควบแน่นในปริมาณสูง จึงทำให้มีโครงสร้างตาข่ายหกเหลี่ยมที่ก่อตัวไว้ล่วงหน้าอย่างโดดเด่นของกราไฟต์ จึงช่วยให้เกิดโดเมนกราไฟต์ที่มีการเรียงลำดับที่ดีในระหว่างการสร้างกราไฟต์ น้ำมันดินเป็นสารยึดเกาะที่มีประโยชน์มากที่สุด โดยเป็นสารตกค้างจากการกลั่นของน้ำมันดินถ่านหิน

2. การผสมและการอัดรีด
ถ่านโค้กที่บดแล้วจะถูกผสมกับน้ำมันดินถ่านหินและสารเติมแต่งบางชนิดเพื่อสร้างเนื้อเดียวกัน จากนั้นจะนำส่วนผสมนี้ไปใส่ในกระบอกอัดรีด ในขั้นตอนแรก จะต้องเอาอากาศออกก่อนการอัดรีด จากนั้นจึงเข้าสู่ขั้นตอนการอัดรีดจริง โดยจะอัดส่วนผสมเพื่อสร้างอิเล็กโทรดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวตามต้องการ เพื่อให้สามารถผสมและโดยเฉพาะอย่างยิ่งกระบวนการอัดรีด (ดูภาพทางขวา) ส่วนผสมจะต้องมีความหนืด ซึ่งทำได้โดยรักษาอุณหภูมิให้สูงประมาณ 120°C (ขึ้นอยู่กับปริมาณดิน) ตลอดกระบวนการผลิตแบบเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมทั้งหมด รูปแบบพื้นฐานที่มีรูปทรงกระบอกนี้เรียกว่า “อิเล็กโทรดสีเขียว”

3. การอบ
เตาเผาที่ใช้มี 2 ประเภท:

ที่นี่แท่งรีดจะถูกวางในกระป๋องสแตนเลสทรงกระบอก (saggers) เพื่อหลีกเลี่ยงการเสียรูปของอิเล็กโทรดในระหว่างกระบวนการให้ความร้อน sagger จะถูกเติมด้วยทรายเพื่อป้องกัน sagger จะถูกโหลดบนชานชาลารถราง (ด้านล่างของรถยนต์) และกลิ้งเข้าไปในเตาเผาที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง

เตาเผาวงแหวน

ที่นี่ อิเล็กโทรดจะถูกวางไว้ในโพรงหินที่ปกคลุมอยู่ด้านล่างของห้องผลิต โพรงนี้เป็นส่วนหนึ่งของระบบวงแหวนที่มีมากกว่า 10 ห้อง ห้องต่างๆ เชื่อมต่อกันด้วยระบบหมุนเวียนอากาศร้อนเพื่อประหยัดพลังงาน ช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรดยังถูกเติมด้วยทรายเพื่อหลีกเลี่ยงการเสียรูป ในระหว่างกระบวนการอบ ซึ่งดินจะถูกคาร์บอไนซ์ จะต้องควบคุมอุณหภูมิอย่างระมัดระวัง เนื่องจากที่อุณหภูมิสูงถึง 800°C ก๊าซที่สะสมอย่างรวดเร็วสามารถทำให้อิเล็กโทรดแตกร้าวได้

ในเฟสนี้ อิเล็กโทรดจะมีความหนาแน่นอยู่ที่ประมาณ 1.55 – 1.60 กก./ดม.3

4. การชุบ
อิเล็กโทรดที่อบแล้วจะถูกชุบด้วยสารพิทช์ชนิดพิเศษ (สารพิทช์เหลวที่อุณหภูมิ 200°C) เพื่อให้มีความหนาแน่น ความแข็งแรงเชิงกล และสภาพนำไฟฟ้าที่สูงขึ้น ซึ่งจำเป็นต่อการทนต่อสภาวะการทำงานที่รุนแรงภายในเตาเผา

5. การอบซ้ำ
จำเป็นต้องมีการอบรอบที่สองหรือที่เรียกว่า “การอบซ้ำ” เพื่อทำให้สารที่ชุบด้วยน้ำมันดินเป็นคาร์บอนและกำจัดสารระเหยที่เหลือออกไป อุณหภูมิการอบซ้ำจะสูงถึงเกือบ 750°C ในระยะนี้ อิเล็กโทรดจะมีความหนาแน่นประมาณ 1.67 – 1.74 กก./ดม.3

6. การสร้างภาพกราฟิค
เตาเผาเอเคสัน
ขั้นตอนสุดท้ายในการผลิตกราไฟต์คือการแปลงคาร์บอนที่อบแล้วให้เป็นกราไฟต์ ซึ่งเรียกว่าการกราไฟต์ไทซิ่ง ในระหว่างกระบวนการกราไฟต์ไทซิ่ง คาร์บอนที่เรียงลำดับไว้ล่วงหน้า (คาร์บอนเทอร์โบสตราติก) จะถูกแปลงเป็นโครงสร้างกราไฟต์ที่มีการเรียงลำดับแบบสามมิติ

อิเล็กโทรดจะถูกบรรจุในเตาเผาไฟฟ้าที่ล้อมรอบด้วยอนุภาคคาร์บอนเพื่อสร้างมวลแข็ง กระแสไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านเตาเผาเพื่อเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นถึงประมาณ 3,000°C กระบวนการนี้มักจะใช้เตาเผา ACHESON หรือเตาเผา LENGTHWISE (LWG)

ในเตา Acheson อิเล็กโทรดจะถูกทำให้เป็นกราไฟต์โดยใช้กระบวนการแบตช์ ในขณะที่เตา LWG คอลัมน์ทั้งหมดจะถูกทำให้เป็นกราไฟต์ในเวลาเดียวกัน

7. การตัดเฉือน
อิเล็กโทรดกราไฟต์ (หลังจากระบายความร้อนแล้ว) จะถูกกลึงให้ได้ขนาดและความคลาดเคลื่อนที่แน่นอน ขั้นตอนนี้อาจรวมถึงการกลึงและการประกอบปลาย (ซ็อกเก็ต) ของอิเล็กโทรดด้วยระบบการเชื่อมต่อหมุดกราไฟต์แบบมีเกลียว (จุก)