Grafitisering er en af de primære varmebehandlingsprocesser i produktionen af carbon-grafitprodukter. Acheson-grafitiseringsovnen er den dominerende ovntype, der i øjeblikket bruges til grafitisering af carbon-grafitprodukter. Det er en særlig modstandsovn, der driver intermitterende ved hjælp af produkter og modstandsmateriale inden for ovnen som en "intern varmekilde" til direkte opvarmning. Rummet inden for grafitiseringsovnen, hvor produkterne og modstandsmaterialet placeres, kaldes ovnens kerne med et tværsnitsareal, der typisk spænder fra 3 til 6 kvadratmeter.
En stærk strøm føres gennem ovnen, og kernens modstand konverterer elektrisk energi til varmen, hvilket bringer produkterne til den maksimale grafitiseringstemperatur og afsluttet grafitiseringsprocessen. Denne proces følger Joule-Lenz-loven.
Som det kan ses, varierer temperaturen på forskellige punkter inden for grafitiseringsovnens kerne, og selv på samme punkt varierer temperaturen over tid. Derfor er temperaturen på grafitiseringsovnens kerne en funktion af både rum og tid, hvilket resulterer i ujævn temperaturfordeling i kernen.
Når Acheson -grafitiseringsovnen er tændt, opvarmer den varme, der genereres af modstandens materiale, produktet, hvilket gradvist hæver ovnens kernetemperatur. Denne temperaturstigning er meget ujævn over kernen, hvilket resulterer i betydelige temperaturvariationer. Temperaturforskellen mellem midten af ovnens kerne og isoleringen på hver side kan nå hundreder af grader celsius, og temperaturforskellen mellem toppen og bunden af ovnens kerne kan også nå hundreder af grader celsius. Derfor er denne ujævne temperaturfordeling inden for den samme grafitiseringsovn kerne den primære årsag til revner i produkterne inden for kernen.
Baseret på mange års grafitiseringsproduktionserfaring har vi kort opsummeret og analyseret årsagerne til revner og afvisning i carbon-grafitprodukter under grafitiseringsprocessen. Denne diskussion, der udføres i forbindelse med kulstofteknikere, sigter mod at reducere revner og afviser i grafitiseringsprocessen, forbedre udbyttet af grafitiseringsprocessen, reducere produktionsomkostningerne og forbedre økonomisk effektivitet.
Årsager til grafitiserings revner i produkter
Under grafitiseringsprocessen er interne faktorer, der bidrager til produktkrakning, lav produktkvalitet og dårlig varmemodstand. Eksterne faktorer inkluderer den hurtige stigning i temperaturen inden for ovnens kerne under grafitisering, hvilket øger temperaturforskellen mellem toppen og bunden af produktet og omkring produktet. Dette øger igen termisk stress, som er den primære årsag til produktkrakning.
1. Irrationel grafitiseringsproces
① Indlæsningsmetode
Acheson -grafitiseringsovne indlæses typisk ved hjælp af den lodrette belastningsmetode, som enten kan være lodret eller forskudt. Når du indlæser produktet i ovnen i lodret position, udsættes hvert produkt for en enkelt højdensitetsstrømvarmezone. Jo bredere denne zone, jo mere jævnt opvarmede produktet; Ellers er opvarmningen meget ujævn. Når du indlæser produktet i den forskudte position, udsættes hvert produkt for to strømopvarmningszoner med høj densitet, hvilket resulterer i mere jævn opvarmning sammenlignet med lodret belastning. Derfor kan forkerte belastningsmetoder føre til signifikante forskelle i temperaturstigningshastighederne omkring produktet under grafitisering, hvilket resulterer i termiske spændinger, der overstiger produktets tolerance, hvilket gør det meget modtageligt for revner.
② Irrationel strømforsyningssystem
Temperaturprofilen for Acheson Graphitization Furnace Core styres ved hjælp af en konstant effektfordelingseffektkurve. Hvis strømforsyningssystemet ikke er optimeret, kan den oprindelige effekt af grafitiseringsovnen være for høj og øges for hurtigt, hvilket resulterer i overdreven temperaturgradienter mellem produktets indre og udvendige under strømforsyningsprocessen. Dette genererer termiske belastninger, der i høj grad overstiger produktets modstand og forårsager revner. Dette gælder især, når ovnstemperaturen er mellem 1300 grader og 1800 grader, et kritisk temperaturstigningsstadium. I løbet af dette trin begynder den fysiske struktur og den kemiske sammensætning af produktet at gennemgå betydelige ændringer. Grafitisering af det amorfe kulstof er endnu ikke begyndt; I stedet er kemiske reaktioner fremherskende. Elementer såsom brint, ilt, nitrogen og svovl bundet til den amorfe carbonmikrokrystallinske struktur undslipper kontinuerligt. Denne frigivelse reducerer antallet af urenhedselementer i kanterne af den mikrokrystallinske struktur, hvilket efterlader flere gitterdefekter. Dette fører også til en relativt koncentreret termisk stress, hvilket gør det meget modtageligt for revner.
③ Modstandsmodstand
Modstanden for grafitiseringsovnens kerne er sammensat af produktets modstand og modstanden for modstandens materiale i serie. Når grafitiseringsovnen oprindeligt er energisk, tegner modstanden for modstandens materiale tegner sig for ca. 99% af ovnens kerneringsmodstand, og efter energiudgang tegner modstanden for modstandens materiale stadig ca. 97%. Derfor, gennem hele grafitiseringsprocessen, opvarmer den varme, der genereres af strømmen, der strømmer gennem modstanden, primært produktet. Hvis modstanden for modstandens materiale adskiller sig markant fra produktet, vil varmen, der genereres af modstandens materiale under grafitiseringsprocessen, være meget større end den varme, der genereres af selve produktet. Dette skaber en betydelig temperaturforskel mellem indersiden og ydersiden af produktet, hvilket fører til overdreven termisk stress og revner i produktet, hvilket resulterer i skrot.
2. Dårlig grafitiseringsoperationskvalitet
① Dårlig ovnbelastningskvalitet
Graphitization Furnace Loading Operations opfylder ikke processer og tekniske standarder. Under belastning er produkter ikke arrangeret pænt i ovnkernen, afstanden mellem produktgrupper er inkonsekvent, modstandsmaterialet er ujævnt fyldt, og endda modstandens materiale "buler." Dette resulterer i ujævn strømfordeling i hele ovnens kerne under strømforsyningen til grafitiseringsovnen, hvilket fører til ujævn opvarmning og temperaturstigningshastighed for produkterne. Dette fører til store temperaturforskelle inden for produkterne, og den resulterende termiske stress forårsager revner og skrot.
② ujævn modstandsmateriale kvalitet
Når man bruger blandet koks som modstandsmateriale i en grafitiseringsovn, er resistiviteten af metallurgisk koks 5-8 gange højere end for grafitiseret koks. Hvis den metallurgiske koks og grafitiserede koks ikke er jævnt blandet, vil modstandsfordelingen i hele ovnkernen være meget ujævn, hvilket resulterer i inkonsekvente temperaturstigningshastigheder på tværs af ovnens kerne, når strømmen påføres. Dette fører til store temperaturforskelle mellem toppen og bunden og omkring produkterne, hvilket øger termisk stress og forårsager et stort antal revnede produkter.
③ Graphitization Furnace Core Current Deviation
I henhold til de elektriske opvarmningslove for en ømhedsgrafitiseringsovn, er temperaturfordelingen inden for grafitiseringsovnens kerne tæt ikke kun relateret til kernemodstanden, men også til den nuværende, der strømmer gennem den. Når en kernestrømsafvigelse forekommer i en ømhedsgrafitiseringsovn på grund af forskellige grunde, varierer strømmen, der strømmer gennem kernen markant, hvilket resulterer i betydelige variationer i kernetemperaturfordelingen. Når kernestrømfordelingen varierer markant, genererer områder med høj strøm mere varme, hvilket får produkttemperaturen til at stige hurtigere. Områder med lav strøm genererer mindre varme, hvilket får produkttemperaturen til at stige langsommere. Derfor varierer kernetemperaturfordelingen markant, hvilket fører til store temperaturforskelle inden for produktet og øget termisk stress, hvilket kan forårsage revner og resultere i skrot.
3. Kvaliteten af det kalcinerede produkt
① Interne revner i det kalcinerede produkt
Referencer indikerer, at temperaturområdet 350-500 grader og 700 grader og derover under kalcineringsprocessen er de farligste for carbonmaterialefejl. Når produktets ydre overfladetemperatur når 800 grader, og den maksimale radiale temperaturforskel er 10,7 grader, bestemmer området med en radius på 50-65 mm materialets styrke. Inden for en radius på 65 mm fra midten af det tomme dannes en farlig trækspændingszone. Ved temperaturer på 700 grader eller højere overstiger stresset i dette område langt materialets brudstyrkegrænse, hvilket fører til udvikling af langsgående lige revner i produktet. Disse revner strækker sig generelt ikke til produktets ydre overflade, hvilket resulterer i interne revner.
② Produkthomogenitet
Ensartetheden af densitetsfordelingen af carbon-grafitprodukter og ensartetheden af både de radiale og aksiale densitetsfordelinger er tæt knyttet til produktets kvalitet under grafitiseringsvarmebehandlingen. I områder, hvor produkttætheden er ujævnt fordelt, kan termisk stress under grafitiseringsvarmebehandling let generere intern stress i produktet. Følgelig er fordelingen af intern stress ujævn, hvilket let kan forårsage revner i produktet, hvilket resulterer i revne produkter og afvisninger under grafitiseringsprocessen.
③ Høj produktbulkdensitet
Bulkdensiteten af carbon-grafitprodukter varierer primært med produktionsråmaterialer og procesforhold. Produktets bøjningsstyrke, elastisk modul og termisk ledningsevne stiger med stigende bulkdensitet. Høj bulkdensitet øger den elastiske modul og letthed, hvilket fører til dårlig termisk chokresistens. Under grafitiseringsvarmebehandlingen overstiger den termiske spænding, der genereres af den høje temperatur langt, produktets iboende stresstolerance, hvilket resulterer i en signifikant forskel mellem interne og eksterne spændinger, hvilket fører til revner og afvisninger.
④ Ustabil produktion i tidligere processer
Da grafitisering er det endelige varmebehandlingstrin i produktion af carbon-grafitproduktion og også den højeste temperaturvarmebehandling, antages det generelt, at ustabilitet eller kvalitetsvingninger i tidligere processer vil blive mest fremtrædende afsløret under grafitiseringsprocessen. Hvis beregningstemperaturen er lav, er pitch-blødgøringspunktet substandard, ristningstemperaturen er lav, eller den imprægneringsvægtforøgelseshastighed er substandard, produktet vil opleve sekundær eller ujævn krympning under grafitiseringsprocessen med høj temperatur, hvilket gør det meget sandsynligt, at det er meget sandsynligt, at det bliver skrotet.
⑤ Gas oppustethed
Grafitiseringsprocessen forårsager en vis grad af irreversibel volumenudvidelse i produktet. Dette skyldes primært den hurtige og koncentrerede frigivelse af svovl under grafitiseringsprocessen. Omfanget af denne irreversible ekspansion øges med stigende svovlindhold og hurtigere varmebehandlingshastighed. Denne irreversible ekspansionsadfærd er kendt som "gas hævelse."
Som vi alle ved, er indholdet af ikke-kulstofelementer, såsom brint, ilt og nitrogen i petroleumskoks, der er beregnet ved 1350 grader, generelt mindre end 0,1%. Imidlertid er svovl så tæt bundet til carbonatomerne i aromatiske kulbrinter, at CS-bindingerne ikke begynder at bryde, før temperaturer over 1400 grader, hvilket danner svovl- og svovl-carbonforbindelser. Ved højere temperaturer, primært mellem 1500 grader og 1800 grader, frigøres disse svovl- og svovl-carbonforbindelser hurtigt fra produktet som gasser, hvilket genererer betydelig indre stress og danner små porer og revner inden for produktet. Når svovlindholdet når et bestemt niveau, forårsager det ofte revner i produktet under grafitiseringsprocessen.
4. Forebyggelse af grafitiserings revner i produkter
en. Rimelig grafitiseringsproces
① Valg af ovnbelastningsmetoden
I Acheson -grafitiseringsovnens produktionsproces er en rimelig ovnbelastningsmetode afgørende for at sikre en vellykket grafitisering af produktet. Hvorvidt produkter er indlæst lodret eller vandret, og om de er indlæst lodret eller forskudt, skal bestemmes på baggrund af produkttypen, specifikationer, kvalitetsstandarder og udstyrsprocesparametre. Dette sikrer relativt ensartet opvarmning af produkterne inden for ovnens kerne, hvilket reducerer termisk stress og revner under grafitiseringsprocessen. For store produkter kan forskudt belastning (1/2D) reducere revner og opnå bedre grafitiseringsresultater. For produkter med høje skrothastigheder på grund af grafitiseringskrakning og ustabil kvalitet, kan aktuelle distributionsforanstaltninger også implementeres inden for ovnens kerne.
② Bestem et rimeligt strømforsyningssystem
Temperaturen på grafitiseringsovnens kerne styres ved hjælp af en effektkurve med konstant effektfordeling. Korrekt formulering og implementering af grafitiseringsovnens strømforsyningssystem er afgørende for at forbedre udbyttet, spare energi og forkorte grafitiseringscyklussen. Grafitiseringsovnens strømforsyningssystem må ikke kun overveje faktorer såsom ovnstruktur, produkttype og specifikationer, kvalitetsoplysninger, modstandsmateriale, isoleringsydelse og effektfordelingssystemparametre, men endnu vigtigere skal det opfylde produktets forskellige temperaturstigningskrav på forskellige stadier inden for grafitiseringsovn.
Et rimeligt effekt-on-system til grafitiseringsovnen skal være en "hurtig-langsom-hurtig" tre-trins strømkurve for at tilpasse sig de forskellige krav i de tre faser i produkttemperaturstigningsprocessen. Ovnens kerne skal opbevares i en hurtigere temperaturstigningshastighed for at reducere varmetabet af grafitiseringsovnen uden at forårsage temperaturgradienten for ovnkernen til at være for stor, hvilket kan forårsage revner i produktet. For produkter med ustabil grafitiseringskvalitet skal temperaturstigningshastigheden for ovnkernen i temperaturstigningsstadiet kontrolleres strengt for at undgå overdreven temperaturstigning og revner i produktet. På dette tidspunkt skal strømforsyningskurven justeres. Ramp-up-strømmen skal justeres passende for at danne en fire-trins kraftoverførselskurve: "Hurtig-langsom-langsom-hurtig."
③ Bestem det passende modstandsmateriale
Acheson -grafitiseringsovnen opvarmer primært produktet gennem den varme, der genereres af den aktuelle, der passerer gennem modstandens materiale. Modstandsmaterialet er tæt knyttet til temperatursvingningerne i ovnkernen. For at øge temperaturen på grafitiseringsovnens kerne kræver modstandsmaterialet en højere modstand, især i de senere stadier af kraftoverførsel, når transformerens sekundære outputstrøm når sit maksimum. Dette giver mulighed for en højere kernemodstand og opretholder høj elektrisk effektivitet. Imidlertid er overdreven høj modstandsmateriale modstand også upassende. Derfor er det vigtigt at overveje både udstyrets ydelse og produkttype, specifikationer og kraftoverførselskurve for at sikre, at produktmodstanden og modstandens materialemodstand ikke er markant, når man vælger modstandsmaterialet for at sikre modstandsmaterialet for at sikre, at produktmodstanden og modstandsmaterialemodstanden ikke adskiller sig markant. For små og mellemstore produkter kan metallurgisk koks bruges som modstandsmateriale. Selv med en højere startkraft og en hurtigere ramp-up-strøm, knækker produktet generelt ikke. For store produkter er blandet koks eller grafitiseret koks mere velegnet som modstandsmateriale, hvilket sikrer, at produkt- og modstandens materialemodstande er sammenlignelige. Temperaturforskellen er mindre, og temperaturforskellen mellem indersiden og ydersiden af produktet reduceres også. Selv med en hurtigere strømforøgelse forekommer revner i produktet ikke.
b. Operationel kvalitet skal opfylde standarder
I grafitiseringsproduktionsprocessen er ovnbelastning kritisk. Da det produkt, der er indlæst i grafitiseringsovnen, fungerer som både opvarmemodstand og objektet opvarmet, kombineres det med det passende modstandsmateriale til at danne ovnens kerneringsmodstand. Korrekt ovnens kerneringsmodstand er vigtig for produktgrafitisering. Først skal grafitiseringsovnsorganet, Busbar Short Network og udstyr til strømforsyningssystem være i god stand. Under ovnbelastning skal ovnens kerne tværsnit være symmetrisk med det ledende tværsnit for at forhindre strømafvigelse i ovnens kerne. Ovnbelastning skal overholde processteknologi. Forordninger kræver, at produkter arrangeres vandret og lodret inden for ovnkernen med en konsekvent afstand mellem produktgrupper. Modstanden skal være korrekt fyldt for at undgå overhængende dele, hvilket sikrer en afbalanceret temperaturfordeling inden for ovnkernen under strømforsyningen til grafitiseringsovnen. Endvidere skal modstandens materialeforhold opfylde produktionsprocessen og tekniske standarder, hvilket sikrer ensartet kvalitet for at undgå ujævn temperaturfordeling inden for ovnens kerne under strømforsyningen. Endelig skal grafitiseringsovnen levere strøm i henhold til den specificerede strømforsyningskurve, med effektsvingninger opbevares inden for normale grænser for at undgå unormale effektsvingninger, hvilket sikrer en afbalanceret temperaturstigning inden for ovnens kerne.
c. Mastering af kvalitetsoplysninger fra tidligere processer
At opretholde rettidig adgang til produktion og kvalitetsoplysninger fra tidligere processer er afgørende. Baseret på stabilitets- og kvalitetsspecifikationerne for produkterne fra den forrige proces og den faktiske produktionspraksis i den aktuelle proces, bør en praktisk og gennemførlig produktionsproces for grafitisering og tekniske specifikationer udvikles for at forhindre revner og afvisninger under grafitiseringsprocessen og sikre ensartet grafitiseringskvalitet. Under grafitiseringsovnsbelastning skal du inspicere hvert produkt for udseende og kvalitet. Eventuelle produkter, der ikke opfylder kravene i grafitiseringsprocessen, skal fjernes. Produkter, der ikke opfylder de tekniske krav, må ikke indlæses i grafitiseringsovnen til grafitisering og skal straks returneres til den forrige proces.
d. Tilføjelse af en passende mængde inflationsinhibitor til batching
Den irreversible ekspansion og revner forårsaget af tilstedeværelsen af svovl under grafitiseringsprocessen kan ikke fjernes, men den skal kontrolleres. I øjeblikket er den mest effektive tilgang at kontrollere hastigheden for svovlfrigivelse under grafitiseringsprocessen. Den mest praktiske metode er at tilføje en passende mængde inflationsinhibitor til batchprocessen, typisk 1% -2% Fe2O3-pulver.
Mekanismen til at tilføje inflationsinhibitorer er, at inhibitoren fanger svovl inden for temperaturområdet for produktets grafitiseringsinflation og danner svovlforbindelser, der frigøres som gasser ved højere temperaturer. Dette udvider temperaturområdet for frigivelse af svovl, hvilket forhindrer, at produktet revner på grund af overdreven intern stress forårsaget af den koncentrerede og hurtigt undslippe gas. Den mest almindeligt anvendte inflationsinhibitor er Fe2O3 -pulver. Dens virkningsmekanisme er, at ved temperaturer over 1000 grad reduceres Fe2O3-pulver let til jern- eller carbonjernforbindelser. Carbonjernforbindelser nedbrydes yderligere til jern og kulstof ved højere temperaturer. Jernet, der er dannet i denne proces, reagerer med svovl frigivet fra nedbrydningen af produktet, hvilket langsomt frigiver det som jernsulfid. Dette bremser frigivelsen af svovl fra produktet og fungerer som en svovlinhibitor.
Fe2O3 -pulver har ikke kun en høj kemisk affinitet for svovl i produktet, hvilket effektivt undertrykker svovl, men er også rigelig og billig og har ingen bivirkninger på den elektriske ovnstålfremstillingsproces. Endvidere har Fe2O3 -pulver en stærk katalytisk effekt på produktets grafitiseringsproces, hvilket gør det til en fremragende grafitiseringskatalysator. Derfor kan en passende mængde Fe2O3 -pulver, en flatulensinhibitor, have en betydelig effekt på produktet. Produktionen af carbon-grafitprodukter kan nå flere mål på én gang.
Kort sagt, årsagerne til revner og afvisning i carbon-grafitprodukter under grafitiseringsvarmebehandlingsprocessen er mangefacetterede og komplekse. For at forhindre revner og afvisning i carbon-grafitprodukter under grafitiseringsvarmebehandlingsprocessen skal der implementeres forskellige proces- og teknologiforbedringer med lige vægt på både selve produktet og selve produktet. De mest kritiske aspekter er at sikre høj produktkvalitet, fremragende varmemodstand og homogen produktion. Kvaliteten og de tekniske indikatorer for de foregående processer skal opfylde kravene til produktionsprocesstandarder, og kvalitetsudsving skal opbevares inden for normale intervaller.
Under grafitiseringsvarmebehandlingsprocessen skal temperaturstigningshastigheden for produktet i Acheson Graphitization Furnace Core endvidere kontrolleres strengt for at undgå for hurtige kernetemperaturstigninger, hvilket ville øge temperaturforskellen inden for produktet og forårsage tilsvarende øget termisk stress, hvilket fører til krakning og afvisning.