กระบวนการผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์

1. วัตถุดิบ
โค้ก (มีส่วนประกอบประมาณ 75-80%)

ปิโตรเลียมโค้ก
ปิโตรเลียมโค้กเป็นวัตถุดิบที่สำคัญที่สุด และมีโครงสร้างหลากหลายรูปแบบ ตั้งแต่เข็มโค้กที่มีคุณสมบัติไม่เป็นเนื้อเดียวกันสูง ไปจนถึงของเหลวโค้กที่มีคุณสมบัติเกือบจะเป็นเนื้อเดียวกัน เข็มโค้กที่มีคุณสมบัติไม่เป็นเนื้อเดียวกันสูงนั้น เนื่องจากโครงสร้างของมัน จึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการผลิตอิเล็กโทรดประสิทธิภาพสูงที่ใช้ในเตาหลอมไฟฟ้า ซึ่งต้องการความสามารถในการรับน้ำหนักทางไฟฟ้า ทางกล และทางความร้อนในระดับสูงมาก ปิโตรเลียมโค้กผลิตขึ้นเกือบทั้งหมดโดยกระบวนการโค้กกิ้งแบบหน่วงเวลา ซึ่งเป็นกระบวนการคาร์บอนไนเซชันแบบช้าๆ ที่ไม่รุนแรงของกากที่เหลือจากการกลั่นน้ำมันดิบ

นีเดิลโค้กเป็นคำที่ใช้กันทั่วไปสำหรับโค้กชนิดพิเศษที่มีความสามารถในการเปลี่ยนเป็นกราไฟต์สูงมาก ซึ่งเป็นผลมาจากการเรียงตัวแบบขนานที่โดดเด่นของโครงสร้างชั้นเทอร์โบสแตรติกและรูปร่างทางกายภาพเฉพาะของเม็ดโค้ก

สารยึดเกาะ (ประมาณ 20-25% ของเนื้อหา)

น้ำมันดินถ่านหิน
สารยึดเกาะใช้เพื่อรวมอนุภาคของแข็งเข้าด้วยกัน คุณสมบัติการเปียกสูงของสารยึดเกาะจึงเปลี่ยนส่วนผสมให้เป็นสถานะพลาสติกสำหรับการขึ้นรูปหรือการอัดรีดในขั้นตอนต่อไป

น้ำมันดินถ่านหินเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีโครงสร้างอะโรมาติกที่โดดเด่น เนื่องจากมีสัดส่วนของวงแหวนเบนซีนที่ถูกแทนที่และควบแน่นสูง จึงมีโครงสร้างตาข่ายหกเหลี่ยมที่ชัดเจนของกราไฟต์อยู่แล้ว ซึ่งช่วยให้การก่อตัวของโดเมนกราไฟต์ที่มีระเบียบดีเกิดขึ้นได้ง่ายในระหว่างกระบวนการกราไฟต์ไลเซชัน น้ำมันดินถ่านหินพิสูจน์แล้วว่าเป็นสารยึดเกาะที่มีประโยชน์มากที่สุด เป็นกากที่เหลือจากการกลั่นน้ำมันดินถ่านหิน

2. การผสมและการอัดรีด
ถ่านโค้กบดจะถูกผสมกับน้ำมันดินและสารเติมแต่งบางชนิดเพื่อให้ได้เนื้อเนียนสม่ำเสมอ จากนั้นจึงนำส่วนผสมนี้ใส่ลงในกระบอกอัดขึ้นรูป ขั้นตอนแรกคือการไล่อากาศออกโดยการอัดก่อน จากนั้นจึงเข้าสู่ขั้นตอนการอัดขึ้นรูปจริง โดยส่วนผสมจะถูกอัดขึ้นรูปเป็นอิเล็กโทรดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวตามต้องการ เพื่อให้สามารถผสมและโดยเฉพาะอย่างยิ่งกระบวนการอัดขึ้นรูป (ดูภาพด้านขวา) ส่วนผสมจะต้องมีความหนืด ซึ่งทำได้โดยการรักษาอุณหภูมิให้สูงประมาณ 120°C (ขึ้นอยู่กับน้ำมันดิน) ตลอดกระบวนการผลิตดิบทั้งหมด รูปแบบพื้นฐานที่มีรูปทรงกระบอกนี้เรียกว่า "อิเล็กโทรดดิบ"

3. การอบขนม
เตาอบที่ใช้กันอยู่มีสองประเภท:

ในขั้นตอนนี้ แท่งโลหะที่ขึ้นรูปแล้วจะถูกบรรจุลงในกระบอกสแตนเลสทรงกระบอก (แซกเกอร์) เพื่อป้องกันการเสียรูปของอิเล็กโทรดระหว่างกระบวนการให้ความร้อน แซกเกอร์จึงถูกเติมด้วยทรายเพื่อป้องกันความเสียหาย แซกเกอร์เหล่านี้จะถูกวางบนแท่นวางของรถไฟ (ท้องรถ) และกลิ้งเข้าไปในเตาเผาที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง

เตาเผาแบบวงแหวน

ที่นี่ อิเล็กโทรดจะถูกวางไว้ในช่องหินที่ซ่อนอยู่ใต้พื้นของโรงงานผลิต ช่องนี้เป็นส่วนหนึ่งของระบบวงแหวนที่มีห้องมากกว่า 10 ห้อง ห้องต่างๆ เชื่อมต่อกันด้วยระบบหมุนเวียนอากาศร้อนเพื่อประหยัดพลังงาน ช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรดก็ถูกเติมด้วยทรายเพื่อป้องกันการเสียรูป ในระหว่างกระบวนการอบ ซึ่งทำให้ยางมะตอยกลายเป็นคาร์บอน อุณหภูมิจะต้องถูกควบคุมอย่างระมัดระวัง เพราะที่อุณหภูมิสูงถึง 800°C การสะสมของก๊าซอย่างรวดเร็วอาจทำให้เกิดรอยแตกในอิเล็กโทรดได้

ในขั้นตอนนี้ อิเล็กโทรดมีความหนาแน่นประมาณ 1.55 – 1.60 กก./ลบ.ดม.

4. การตั้งครรภ์
อิเล็กโทรดที่ผ่านการอบจะถูกชุบด้วยน้ำมันดินชนิดพิเศษ (น้ำมันดินเหลวที่อุณหภูมิ 200°C) เพื่อให้มีความหนาแน่น ความแข็งแรงเชิงกล และการนำไฟฟ้าที่สูงขึ้น ซึ่งจำเป็นต่อความทนทานต่อสภาวะการทำงานที่รุนแรงภายในเตาเผา

5. การอบซ้ำ
จำเป็นต้องอบซ้ำอีกรอบ หรือ "อบซ้ำ" เพื่อทำให้สารที่แทรกซึมอยู่ในน้ำมันดินกลายเป็นคาร์บอน และขับไล่สารระเหยที่เหลืออยู่ อุณหภูมิในการอบซ้ำจะสูงถึงเกือบ 750°C ในขั้นตอนนี้ อิเล็กโทรดจะมีค่าความหนาแน่นประมาณ 1.67 – 1.74 กก./ลบ.ดม.

6. การแปลงภาพเป็นกราฟิก
เตาหลอมเอเชสัน
ขั้นตอนสุดท้ายในการผลิตกราไฟต์คือการเปลี่ยนคาร์บอนที่ผ่านการอบให้เป็นกราไฟต์ ซึ่งเรียกว่ากระบวนการกราไฟต์ซิง ในระหว่างกระบวนการกราไฟต์ซิง คาร์บอนที่มีระเบียบโครงสร้างอยู่แล้ว (คาร์บอนเทอร์โบสแตรติก) จะถูกเปลี่ยนเป็นโครงสร้างกราไฟต์ที่มีระเบียบแบบสามมิติ

อิเล็กโทรดจะถูกบรรจุในเตาไฟฟ้าโดยมีอนุภาคคาร์บอนล้อมรอบเพื่อสร้างเป็นมวลแข็ง กระแสไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านเตา ทำให้Sอุณหภูมิสูงขึ้นถึงประมาณ 3000°C กระบวนการนี้โดยทั่วไปจะทำได้โดยใช้เตาแบบ ACHESON หรือเตาแบบ LENGTHWISE (LWG)

เตาเผาแบบ Acheson จะทำการเคลือบกราไฟต์ให้กับอิเล็กโทรดโดยใช้กระบวนการแบบเป็นชุด ในขณะที่เตาเผาแบบ LWG จะเคลือบกราไฟต์ให้กับทั้งคอลัมน์พร้อมกัน

7. การกลึง
หลังจากทำให้อิเล็กโทรดกราไฟต์เย็นตัวลงแล้ว จะถูกกลึงให้ได้ขนาดและความคลาดเคลื่อนที่แม่นยำ ขั้นตอนนี้อาจรวมถึงการกลึงและการประกอบปลาย (เบ้า) ของอิเล็กโทรดด้วยระบบเชื่อมต่อแบบเกลียว (หัวนม) กราไฟต์ด้วย