La graphitisation est l'un des principaux processus de traitement thermique dans la production de produits de graphite de carbone. La fournaise de graphitisation Acheson est le type de fournaise prédominant actuellement utilisé pour le graphitisation des produits de carbone-graphite. Il s'agit d'une fournaise de résistance spéciale qui fonctionne par intermittence, en utilisant les produits et les matériaux résistants de la fournaise sous forme de "source de chaleur interne" pour le chauffage direct. L'espace à l'intérieur du four à graphization où les produits et les matériaux résistants sont placés sont appelés noyau de fournaise, avec une zone de coupe transversale allant généralement de 3 à 6 mètres carrés.
Un courant fort est passé à travers le four, et la résistance du noyau convertit l'énergie électrique en chaleur, amenant les produits à la température de graphitisation maximale et en terminant le processus de graphitisation. Ce processus suit la loi Joule-Lenz.
Comme on peut le voir, la température à différents points dans le noyau du four à graphitisation varie, et même au même point, la température varie au fil du temps. Par conséquent, la température du noyau du four à graphitisation est fonction de l'espace et du temps, entraînant une distribution de température inégale dans le noyau.
Lorsque la fournaise de graphitisation Acheson est mise sous tension, la chaleur générée par le matériau résistant chauffe le produit, augmentant progressivement la température centrale du four. Cette augmentation de la température est très inégale à travers le noyau, entraînant des variations de température significatives. La différence de température entre le centre du noyau du four et l'isolation de chaque côté peut atteindre des centaines de degrés Celsius, et la différence de température entre le haut et le bas du noyau de la fournaise peut également atteindre des centaines de degrés Celsius. Par conséquent, cette distribution de température inégale dans le même noyau de fournaise de graphitisation est la principale cause de fissures dans les produits dans le noyau.
Sur la base des années d'expérience de production de graphitisation, nous avons brièvement résumé et analysé les causes de fissuration et de rejet dans les produits de carbone-graphite pendant le processus de graphitisation. Cette discussion, menée en conjonction avec des techniciens d'ingénierie du carbone, vise à réduire les fissures et les rejets dans le processus de graphitisation, à améliorer le rendement du processus de graphitisation, à réduire les coûts de production et à améliorer l'efficacité économique.
Causes des fissures de graphitisation dans les produits
Pendant le processus de graphitisation, les facteurs internes contribuant à la fissuration du produit sont une faible qualité de produit et une mauvaise résistance à la chaleur. Les facteurs externes comprennent l'augmentation rapide de la température dans le noyau du four pendant le graphitisation, ce qui augmente la différentiel de température entre le haut et le bas du produit et autour du produit. Ceci, à son tour, augmente la contrainte thermique, qui est la principale cause de fissuration du produit.
1. Processus de graphitisation irrationnelle
① Méthode de chargement
Les fournais de graphitisation Acheson sont généralement chargés à l'aide de la méthode de chargement vertical, qui peut être verticale ou décalée. Lors du chargement du produit dans la fournaise en position verticale, chaque produit est exposé à une seule zone de chauffage de courant à haute densité. Plus cette zone est plus large, plus le produit a chauffé le produit; Sinon, le chauffage est très inégal. Lors du chargement du produit en position échelonnée, chaque produit est exposé à deux zones de chauffage à haute densité, ce qui entraîne un chauffage plus uniforme par rapport à la charge verticale. Par conséquent, les méthodes de chargement inappropriées peuvent entraîner des différences significatives dans les taux d'élévation de la température autour du produit pendant le graphitisation, ce qui entraîne des contraintes thermiques dépassant la tolérance du produit, ce qui le rend très susceptible de fissurer.
② Système d'alimentation irrationnelle
Le profil de température du noyau du four à graphitisation Acheson est contrôlé à l'aide d'une courbe de puissance de distribution de puissance constante. Si le système d'alimentation n'est pas optimisé, la puissance initiale du four à graphitisation peut être trop élevée et augmenter trop rapidement, entraînant des gradients de température excessifs entre l'intérieur et l'extérieur du produit pendant le processus d'alimentation. Cela génère des contraintes thermiques qui dépassent considérablement la résistance du produit et provoquent des fissures. Cela est particulièrement vrai lorsque la température du four est comprise entre 1300 degrés et 1800 degrés, un stade d'élévation de la température critique. Au cours de cette étape, la structure physique et la composition chimique du produit commencent à subir des changements importants. La graphitisation du carbone amorphe n'a pas encore commencé; Au lieu de cela, les réactions chimiques sont prédominantes. Des éléments tels que l'hydrogène, l'oxygène, l'azote et le soufre liés à la structure microcristalline de carbone amorphe s'échappent en continu. Cette version réduit le nombre d'éléments d'impureté aux bords de la structure microcristalline, laissant derrière lui plusieurs défauts de réseau. Cela conduit également à une contrainte thermique relativement concentrée, ce qui le rend hautement sensible à la fissuration.
③ Résistance du matériau résistant
La résistance du noyau du four à graphitisation est composée de la résistance du produit et de la résistance du matériau résistant en série. Lorsque le four à graphitisation est initialement sous tension, la résistance du matériau de la résistance représente environ 99% de la résistance au noyau du four, et après la fin de l'énergie, la résistance du matériau résistant représente toujours environ 97%. Par conséquent, tout au long du processus de graphitisation, la chaleur générée par le courant circulant à travers le matériau de la résistance chauffe principalement le produit. Si la résistance du matériau résistant diffère considérablement de celle du produit, la chaleur générée par le matériau résistant pendant le processus de graphitisation sera beaucoup plus grande que la chaleur générée par le produit lui-même. Cela crée une différence de température significative entre l'intérieur et l'extérieur du produit, conduisant à une contrainte thermique excessive et à des fissures dans le produit, ce qui entraîne une ferraille.
2. Mauvaise qualité de fonctionnement de graphitisation
① Mauvaise qualité de chargement du four
Les opérations de chargement du four à graphitisation ne répondent pas aux normes de processus et techniques. Pendant le chargement, les produits ne sont pas disposés soigneusement dans le noyau de la fournaise, l'espacement entre les groupes de produits est incohérent, le matériau résistant est rempli de manière inégale, et même le matériau résistant "renflance". Il en résulte une distribution de courant inégale dans tout le noyau du four pendant l'alimentation électrique du four à graphitisation, conduisant à des taux de chauffage et d'élévation de la température inégaux pour les produits. Cela conduit à de grandes différences de température au sein des produits, et la contrainte thermique résultante provoque des fissures et des morceaux.
② Qualité de matériau résistant inégal
Lorsque vous utilisez du coke mixte comme matériau résistant dans une fournaise de graphitisation, la résistivité du coke métallurgique est 5 à 8 fois plus élevée que celle du coke graphique. Si le coke métallurgique et le coke graphitisé ne sont pas uniformément mélangés, la distribution de résistance dans tout le noyau de la fournaise sera très inégale, entraînant des taux d'élévation de la température incohérents à travers le noyau de la fournaise lorsque la puissance est appliquée. Cela conduit à de grandes différences de température entre le haut et le bas et autour des produits, augmentant la contrainte thermique et provoquant un grand nombre de produits fissurés.
③ Graphization Furnace Core Current Deviation
Selon les lois de chauffage électrique d'une fournaise de graphitisation Acheson, la distribution de la température dans le noyau de la fournaise de graphitisation est étroitement liée non seulement à la résistance au noyau mais aussi à le courant qui le traverse. Lorsqu'un écart de courant central se produit dans un four à graphitisation Acheson pour diverses raisons, le courant qui coule à travers le noyau varie considérablement, entraînant des variations significatives de la distribution de la température du noyau. Lorsque la distribution du courant central varie considérablement, les zones à courant élevé génèrent plus de chaleur, ce qui fait augmenter la température du produit plus rapidement. Les zones à faible courant génèrent moins de chaleur, ce qui fait augmenter la température du produit plus lentement. Par conséquent, la distribution de la température centrale varie considérablement, conduisant à de grandes différences de température au sein du produit et à une augmentation de la contrainte thermique, ce qui peut provoquer des fissures et entraîner des morceaux.
3. Qualité du produit calciné
① Fissures internes dans le produit calciné
Les références indiquent que les plages de température de 350 à 500 degrés et 700 degrés et plus pendant le processus de calcination sont les plus dangereuses pour la défaillance du matériau du carbone. Lorsque la température de surface externe du produit atteint 800 degrés et que la différence de température radiale maximale est de 10,7 degrés, la zone avec un rayon de 50 à 65 mm détermine la résistance du matériau. Dans un rayon de 65 mm du centre du blanc, une zone de contrainte de traction dangereuse se forme. À des températures de 700 degrés ou plus, la contrainte dans cette zone dépasse de loin la limite de résistance à la fracture du matériau, conduisant au développement de fissures droites longitudinales dans le produit. Ces fissures ne s'étendent généralement pas à la surface extérieure du produit, entraînant des fissures internes.
② Homogénéité du produit
L'uniformité de la distribution de densité des produits de graphite de carbone et l'uniformité des distributions de densité radiale et axiale sont étroitement liées à la qualité du produit pendant le traitement thermique du graphitisation. Dans les zones où la densité du produit est inégalement distribuée, la contrainte thermique pendant le traitement thermique de graphitisation peut facilement générer une contrainte interne dans le produit. Par conséquent, la distribution de la contrainte interne est inégale, ce qui peut facilement provoquer des fissures dans le produit, entraînant des produits fissurés et rejette pendant le processus de graphization.
③ densité en vrac élevée du produit
La densité en vrac des produits de carbone-graphite varie principalement avec les matières premières de production et les conditions de processus. La résistance à la flexion du produit, le module élastique et la conductivité thermique augmentent avec l'augmentation de la densité en vrac. Une densité en vrac élevée augmente le module élastique et la fragilité, conduisant à une mauvaise résistance aux chocs thermiques. Pendant le traitement thermique de graphitisation, la contrainte thermique générée par la température élevée dépasse de loin la tolérance de contrainte inhérente du produit, entraînant une différence significative entre les contraintes internes et externes, conduisant à des fissures et des rejets.
④ Production instable dans les processus précédents
Étant donné que la graphitisation est l'étape finale de traitement thermique dans la production de produits carbone-graphite et également le traitement thermique la plus haute température, il est généralement estimé que les fluctuations d'instabilité ou de qualité dans les processus précédents seront révélées très bien au cours du processus de graphitisation. Si la température de calcination est faible, le point de ramollissement de la hauteur est inférieur à la norme, la température de rôtissage est faible ou le taux de gain de poids d'imprégnation est inférieur à la norme, le produit connaîtra un retrait secondaire ou inégal pendant le processus de graphitisation à haute température, ce qui la rend très susceptible de se fissurer et de se faire abandonner.
⑤ ballonnements à gaz
Le processus de graphitisation provoque un certain degré d'expansion de volume irréversible dans le produit. Cela est principalement dû à la libération rapide et concentrée de soufre pendant le processus de graphitisation. L'étendue de cette expansion irréversible augmente avec l'augmentation de la teneur en soufre et les taux de traitement thermique plus rapides. Ce comportement d'extension irréversible est connu sous le nom de «gonflement du gaz».
Comme nous le savons tous, la teneur en éléments non en carbone tels que l'hydrogène, l'oxygène et l'azote dans le coke de pétrole calqué à 1350 degré est généralement inférieur à 0,1%. Cependant, le soufre est si étroitement lié aux atomes de carbone des hydrocarbures aromatiques que les liaisons CS ne commencent pas à se casser jusqu'à des températures supérieures à 1400 degrés, formant des composés de soufre et de soufre-carbone. À des températures plus élevées, principalement entre 1500 degrés et 1800 degrés, ces composés de soufre et de soufre-carbone sont rapidement libérés du produit sous forme de gaz, générant une contrainte interne importante et formant de minuscules pores et fissures dans le produit. Lorsque la teneur en soufre atteint un certain niveau, elle provoque souvent des fissures dans le produit pendant le processus de graphization.
4. Empêcher les fissures de graphitisation dans les produits
un. Processus de graphitisation raisonnable
① Sélection de la méthode de chargement du four
Dans le processus de production du four à graphitisation Acheson, une méthode de chargement raisonnable de la fournaise est cruciale pour assurer la réussite du graphitisation du produit. Que les produits soient chargés verticalement ou horizontalement, et qu'ils soient chargés debout ou échelonnés, doit être déterminé en fonction du type de produit, des spécifications, des normes de qualité et des paramètres de processus d'équipement. Cela garantit un chauffage relativement uniforme des produits dans le noyau du four, réduisant la contrainte thermique et la fissuration pendant le processus de graphitisation. Pour les produits de grande taille, le chargement échelonné (1 / 2D) peut réduire les fissures et obtenir de meilleurs résultats de graphitisation. Pour les produits avec des taux de ferraille élevés en raison de la fissuration en graphitisation et de la qualité instable, les mesures de distribution de courant peuvent également être mises en œuvre dans le noyau de la fournaise.
② Déterminer un système d'alimentation raisonnable
La température du noyau du four à graphitisation est contrôlée à l'aide d'une courbe de puissance avec une distribution de puissance constante. La formulation et la mise en œuvre correctes du système d'alimentation de la fournaise de graphitisation sont cruciales pour améliorer le rendement, économiser de l'énergie et raccourcir le cycle de graphization. Le système d'alimentation de la fournaise de graphitisation doit non seulement prendre en compte des facteurs tels que la structure de la fournaise, le type de produit et les spécifications, les informations de qualité, les matériaux de résistance, les performances d'isolation et les paramètres du système de distribution de puissance, mais plus important encore, il doit répondre aux exigences de hausse de température variables du produit à différentes étapes au sein de la fournaise de graphitisation.
Un système de mise sous tension raisonnable de la fournaise de graphitisation devrait être une courbe de puissance à trois étapes "rapide" pour s'adapter aux différentes exigences des trois étapes du processus d'élévation de la température du produit. Le noyau de la fournaise doit être maintenu à un taux de hausse de température plus rapide pour réduire la perte de chaleur de la fournaise de graphitisation sans que le gradient de température du noyau de la fournaise soit trop grand, ce qui pourrait provoquer des fissures dans le produit. Pour les produits avec une qualité de graphitisation instable, le taux d'élévation de la température du noyau du four au stade de l'élévation de la température doit être strictement contrôlé pour éviter une augmentation excessive de la température et des fissures dans le produit. À l'heure actuelle, la courbe d'alimentation doit être ajustée. La puissance de montée en puissance doit être ajustée de manière appropriée pour former une courbe de transmission de puissance à quatre étapes: "Fast-Slow-Slow-Fast."
③ Déterminez le matériau de résistance approprié
Le four à graphitisation Acheson chauffe principalement le produit à travers la chaleur générée par le courant passant par le matériau résistant. Le matériau résistant est étroitement lié aux fluctuations de température dans le noyau de la fournaise. Pour augmenter la température du noyau du four à graphitisation, le matériau de résistance nécessite une résistance plus élevée, en particulier dans les stades ultérieurs de la transmission de puissance, lorsque le courant de sortie secondaire du transformateur atteint son maximum. Cela permet une résistance au cœur plus élevée et maintient une efficacité électrique élevée. Cependant, une résistance à la résistance excessivement élevée est également inappropriée. Par conséquent, lors de la sélection du matériau de la résistance, il est important de considérer à la fois les performances de l'équipement et le type de produit, les spécifications et la courbe de transmission de puissance pour garantir que la résistance du produit et la résistance au matériau de la résistance ne diffèrent pas de manière significative. Pour les produits de petite et moyenne taille, le coke métallurgique peut être utilisé comme matériau résistant. Même avec une puissance de démarrage plus élevée et une puissance de montée en puissance plus rapide, le produit ne se fissure généralement pas. Pour les grands produits, le coke mixte ou le coke graphitisé est plus approprié comme matériau résistant, garantissant que les résistances du produit et de la résistance des matériaux sont comparables. La différence de température est plus petite et la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur du produit est également réduite. Même avec une augmentation de puissance plus rapide, les fissures du produit ne se produiront pas.
né La qualité opérationnelle doit répondre aux normes
Dans le processus de production de graphitisation, le chargement du four est essentiel. Étant donné que le produit chargé dans le four à graphitisation sert à la fois de résistance de chauffage et de l'objet chauffé, il est combiné avec le matériau de résistance approprié pour former la résistance au noyau du four. Une bonne résistance au noyau du four est essentielle pour le graphitisation des produits. Premièrement, le corps du four à graphitisation, le réseau court-courte et l'équipement du système d'alimentation doivent être en bon état. Pendant le chargement de la fournaise, la section transversale du noyau de la fournaise doit être symétrique avec la section transversale conductrice pour empêcher la déviation du courant dans le noyau de la fournaise. Le chargement du four doit être conforme à la technologie des processus. Les réglementations exigent que les produits soient organisés horizontalement et verticalement dans le noyau de la fournaise, avec un espacement cohérent entre les groupes de produits. Le matériau résistant doit être correctement rempli pour éviter les pièces en surplomb, garantissant une distribution de température équilibrée dans le noyau du four pendant l'alimentation électrique de la fournaise de graphization. De plus, le rapport des matériaux de résistance doit respecter le processus de production et les normes techniques, garantissant une qualité cohérente pour éviter une distribution de température inégale dans le noyau de la fournaise pendant l'alimentation électrique. Enfin, le four à graphitisation doit fournir de la puissance en fonction de la courbe d'alimentation spécifiée, avec des fluctuations de puissance conservées dans les limites normales pour éviter les fluctuations anormales de puissance, garantissant une augmentation de la température équilibrée dans le noyau de la fournaise.
c. Maîtriser les informations de qualité des processus précédents
Il est crucial de maintenir un accès en temps opportun à la production et des informations de qualité des processus précédents. Sur la base de la stabilité et des spécifications de qualité des produits du processus précédent et des pratiques de production réelles du processus actuel, un processus de production de graphitisation pratique et réalisable et de spécifications techniques doit être développé pour empêcher les fissures et les rejets pendant le processus de graphitisation et assurer une qualité de graphitisation cohérente. Pendant le chargement du four à graphitisation, inspectez chaque produit pour l'apparence et la qualité. Tous les produits qui ne répondent pas aux exigences du processus de graphization doivent être supprimés. Les produits qui ne répondent pas aux exigences techniques ne doivent pas être chargés dans la fournaise de graphitisation pour le graphitisation et doivent être rapidement renvoyés au processus précédent.
d. Ajout d'une quantité appropriée d'inhibiteur de l'inflation au lot
L'expansion irréversible et les fissures causées par la présence de soufre pendant le processus de graphitisation ne peuvent pas être éliminées, mais elles doivent être contrôlées. Actuellement, l'approche la plus efficace consiste à contrôler le taux de libération de soufre pendant le processus de graphitisation. La méthode la plus pratique consiste à ajouter une quantité appropriée d'inhibiteur de l'inflation au processus de lots, généralement 1% à 2% de poudre Fe2O3.
Le mécanisme d'ajout d'inhibiteurs de l'inflation est que l'inhibiteur capture le soufre dans la plage de température de l'inflation de graphitisation du produit, formant des composés soufrés qui sont libérés sous forme de gaz à des températures plus élevées. Cela élargit la plage de températures pour la libération de soufre, empêchant le produit de se fissurer en raison d'une contrainte interne excessive provoquée par le gaz concentré et rapide. L'inhibiteur de l'inflation le plus couramment utilisé est la poudre Fe2O3. Son mécanisme d'action est qu'à des températures supérieures à 1000 degrés, la poudre Fe2O3 est facilement réduite en composés en fer ou en fer carbone. Les composés de carbone-fer se décomposent davantage en fer et en carbone à des températures plus élevées. Le fer formé dans ce processus réagit avec le soufre libéré de la décomposition du produit, le libérant lentement sous forme de sulfure de fer. Cela ralentit la libération de soufre du produit et agit comme un inhibiteur du soufre.
La poudre Fe2O3 a non seulement une affinité chimique élevée pour le soufre dans le produit, supprimant efficacement le soufre, mais est également abondante et peu coûteuse, et n'a aucun effet négatif sur le processus de création d'acier de la fournaise électrique. De plus, la poudre Fe2O3 a un fort effet catalytique sur le processus de graphitisation du produit, ce qui en fait un excellent catalyseur de graphitisation. Par conséquent, pour le coke de pétrole avec une teneur élevée en soufre, l'ajout d'une quantité appropriée de poudre Fe2O3, un inhibiteur de flatulence, peut avoir un effet significatif sur le produit. La production de produits carbone-graphite peut atteindre plusieurs objectifs à la fois.
En bref, les causes de fissuration et de rejet dans les produits de graphite de carbone pendant le processus de traitement thermique de graphitisation sont multiformes et complexes. Pour éviter la fissuration et le rejet dans les produits de carbone-graphite pendant le processus de traitement thermique de graphitisation, diverses améliorations de processus et de technologie doivent être mises en œuvre, en mettant un accent égal à la fois sur le produit lui-même et le produit lui-même. Les aspects les plus critiques sont d'assurer une qualité de produit élevée, une excellente résistance à la chaleur et une production homogène. Les indicateurs de qualité et techniques des processus précédents doivent répondre aux exigences des normes de processus de production, et les fluctuations de qualité doivent être conservées dans les gammes normales.
En outre, pendant le processus de traitement thermique de graphitisation, le taux d'élévation de la température du produit dans le noyau du four à graphitisation Acheson doit être strictement contrôlé pour éviter les augmentations de température du noyau excessivement rapides, ce qui augmenterait la différence de température au sein du produit et provoquerait une augmentation de la contrainte thermique accrue, conduisant à la fissuration et au rejet.