Przyczyny pęknięć grafityzacyjnych w wyrobach grafitowych

Grafityzacja jest jednym z głównych procesów obróbki cieplnej w procesie wytwarzania wyrobów węglowo-grafitowych. Piec grafityzacyjny Acheson jest głównym typem pieca do bieżącej produkcji grafityzacyjnej wyrobów węglowo-grafitowych. Przestrzeń, w której produkty i materiały oporowe są ładowane do pieca, nazywana jest rdzeniem pieca. Pole przekroju poprzecznego rdzenia pieca wynosi zwykle 3-6M2. Do pieca grafityzacyjnego przepuszczany jest silny prąd. Za pomocą rezystancji rdzenia pieca grafityzacyjnego energia elektryczna jest zamieniana na energię cieplną, która doprowadza produkt do najwyższej temperatury grafityzacji i kończy proces grafityzacji, który przebiega zgodnie z prawem Joule'a-Lenza.

Można zauważyć, że temperatura w różnych punktach rdzenia pieca grafityzacyjnego jest różna, a w tym samym punkcie temperatura jest różna w różnych momentach. Można zauważyć, że temperatura rdzenia pieca grafityzacyjnego jest nie tylko funkcją przestrzeni, ale także funkcją czasu. Dlatego rozkład temperatury każdej części w rdzeniu pieca jest niezrównoważony.

Po włączeniu zasilania piec grafityzacyjny Acheson opiera się na cieple wytwarzanym przez materiał oporowy w celu podgrzania produktu, dzięki czemu temperatura rdzenia pieca stopniowo rośnie. Wzrost temperatury rdzenia pieca jest bardzo nierównomierny, a rozkład temperatury jest bardzo różny. Różnica temperatur między środkową częścią rdzenia a dwiema stronami rdzenia pieca w pobliżu materiału izolacyjnego może wynosić setki stopni Celsjusza, a różnica temperatur między górną i dolną częścią rdzenia pieca może również osiągnąć 100 stopni Celsjusz. Dlatego też nierównomierny rozkład temperatury nagrzewania w tym samym rdzeniu pieca grafityzacyjnego jest główną przyczyną pęknięć wyrobów rdzenia pieca.

Przyczyny pęknięć grafityzacyjnych w wyrobach

W procesie grafityzacji wewnętrznym czynnikiem pęknięć w produkcie jest to, że jakość produktu nie jest wysoka, a odporność na ciepło jest słaba; czynnikiem zewnętrznym jest to, że temperatura rdzenia pieca rośnie zbyt szybko podczas procesu grafityzacji, a różnica temperatur między górną i dolną stroną produktu również Wraz ze wzrostem odpowiednio wzrasta naprężenie termiczne, co jest głównym powodem na pęknięcia w produkcie.

1. System procesu grafityzacji jest nieuzasadniony

1. Sposób załadunku pieca

Produkty pieca grafityzacyjnego Acheson są zwykle instalowane metodą instalacji pionowej, a metoda instalacji pionowej ma dwie formy: normalną instalację i niewłaściwą instalację. Gdy instalowany jest produkt rdzenia pieca, dla każdego produktu jest tylko jeden pas grzewczy prądu o dużej gęstości. Im szersza taśma grzewcza, tym bardziej równomierne nagrzewanie produktu. W przypadku nieprawidłowej instalacji dla każdego produktu są dwa pasy grzewcze o dużej gęstości prądu, a ogrzewanie produktu jest bardziej równomierne niż w przypadku formalnej instalacji. W związku z tym sposób załadunku produktów pieca grafityzacyjnego nie jest odpowiednio dobrany. Podczas procesu grafityzacji i przenoszenia mocy tempo wzrostu temperatury wokół produktu jest bardzo zróżnicowane, a naprężenie termiczne generowane przez produkt przekracza naprężenie termiczne, które może wytrzymać ciało, co bardzo łatwo powoduje pęknięcia w produkcie.

2. System włączania jest nieuzasadniony

Krzywa zmian temperatury rdzenia pieca grafityzacyjnego Acheson jest kontrolowana przez krzywą mocy stałego rozkładu mocy. Jeśli system włączania pieca grafityzacyjnego jest nieuzasadniony, określona krzywa włączania pieca grafityzacyjnego zaczyna się od zbyt dużej mocy i rośnie zbyt szybko, tak że gdy produkt jest zasilany, gradient temperatury wewnątrz i na zewnątrz jest zbyt duże, a powstające naprężenia termiczne znacznie przekraczają odporność produktu, powodując pęknięcia. Zwłaszcza gdy temperatura pieca wynosi 1300-1800 stopni, aby ściśle kontrolować etap wzrostu temperatury pieca, na tym etapie struktura fizyczna i skład chemiczny produktu zaczynają się znacznie zmieniać, a grafityzacja węgla amorficznego nie rozpoczyna się . W rzeczywistości reakcja chemiczna polega głównie na ulatnianiu się pierwiastków, takich jak wodór, tlen, azot, siarka i inne pierwiastki związane w strukturze krystalicznej węgla amorficznego. W wyniku ucieczki pierwiastków domieszkowych w części krawędziowej struktury krystalicznej węgla amorficznego nadal maleje, a niektóre defekty sieciowe pozostają. , Jednocześnie naprężenia termiczne są stosunkowo skoncentrowane i bardzo łatwo jest spowodować pęknięcia w produkcie.

3. Odporność materiału oporowego

Rezystancja rdzenia pieca grafityzacyjnego składa się z rezystancji produktu i rezystancji materiału oporowego szeregowo. Kiedy piec grafityzacyjny zaczyna się zasilać, rezystancja materiału oporowego stanowi około 99 procent rezystancji rdzenia pieca. Około 97 proc. można zauważyć, że w całym procesie grafityzacji to głównie ciepło wytwarzane przez prąd przepływający przez materiał oporowy ogrzewa produkt. Gdy rezystancja materiału oporowego znacznie różni się od rezystancji produktu, ciepło wytwarzane przez materiał oporowy jest daleko podczas procesu grafityzacji i elektryfikacji. Jest znacznie większe niż ciepło samego produktu, powodując, że różnica temperatur między wewnętrzną i zewnętrzną stroną produktu jest zbyt duża, co spowoduje nadmierne naprężenia termiczne powodujące pęknięcia produktu.

2. Jakość operacji grafityzacji nie jest wysoka

1. Jakość załadunku pieca nie jest wysoka

Eksploatacja pieca do grafityzacji nie spełnia wymagań norm technicznych procesu. Gdy piec jest załadowany, produkty rdzenia pieca nie są starannie ułożone, odstępy między grupami produktów są niespójne, wypełnienie materiału oporowego jest nierówne, a nawet występuje zjawisko „ekspandowanego materiału” materiału oporowego, co będzie pojawiają się w piecu grafityzacyjnym. W procesie przenoszenia mocy rozkład prądu wokół rdzenia pieca jest bardzo nierównomierny, co powoduje nierównomierne nagrzewanie i tempo wzrostu temperatury produktu, a różnica temperatur wewnątrz produktu jest zbyt duża, a wytworzony stres termiczny spowoduje, że produkt pękać i marnować.

2. Jakość materiału oporowego jest nierówna

Gdy grafityzowany piec załadowczy wykorzystuje mieszany koks jako materiał oporowy, rezystywność koksu metalurgicznego jest 5-8 razy większa niż rezystywność koksu grafityzowanego. Gdy rdzeń pieca jest zasilany energią, prędkość wzrostu temperatury każdej części rdzenia pieca jest bardzo nierówna, różnica temperatur między górną i dolną częścią produktu a otaczającym obszarem jest zbyt duża, a naprężenie termiczne również wzrasta, co łatwo jest wytworzyć dużą liczbę krakowanych produktów odpadowych.

3. Przepływ skośny rdzenia pieca grafityzacyjnego

Zgodnie z prawem ogrzewania elektrycznego pieca grafityzacyjnego Acheson rozkład temperatury w rdzeniu pieca grafityzacyjnego jest nie tylko związany z rezystancją rdzenia pieca, ale także ściśle związany z prądem przepływającym przez rdzeń pieca. Gdy rdzeń pieca grafityzacyjnego Acheson jest obciążony z różnych powodów, prąd przepływający przez rdzeń pieca jest bardzo różny, a rozkład temperatury rdzenia pieca jest bardzo różny. Gdy różnica między rozkładem prądu rdzenia pieca jest duża, część o dużym prądzie generuje więcej ciepła, wzrost temperatury produktów w tym obszarze jest szybszy, a ciepło wytwarzane w części o małym prądzie jest mniejsze, temperatura wzrost produktów w tym obszarze jest wolniejszy, więc temperatura rdzenia pieca Różnica w dystrybucji jest duża, więc wewnętrzna różnica temperatur produktu jest również duża, a generowany stres termiczny jest odpowiednio zwiększony, powodując pękanie i marnowanie produktu .

3. Jakość wyrobów palonych

1. Pęknięcia wewnętrzne wyrobów palonych

Według informacji zakres temperatur od 350-500 stopni do 700 stopni i więcej podczas procesu prażenia produktu jest najbardziej niebezpiecznym zakresem temperatur, w którym może dojść do uszkodzenia materiału węglowego. Gdy temperatura zewnętrznej powierzchni produktu wynosi 800 stopni, a maksymalna promieniowa różnica temperatur wynosi 10,7 stopnia, obszar o promieniu 50-65 mm określa wytrzymałość materiału, a w obrębie tego obszaru powstaje niebezpieczny obszar naprężeń rozciągających promieniu 65 mm od środka wykroju. Gdy temperatura wynosi 700 stopni lub więcej, naprężenia w tym obszarze są znacznie większe niż granica wytrzymałości materiału na zerwanie, dlatego produkt wytwarza podłużne proste pęknięcia, które generalnie nie rozciągają się na zewnętrzną powierzchnię produktu , czyli produkt pęknięć wewnętrznych.

2. Jednorodność produktu

Jednorodność rozkładu gęstości produktów węglowo-grafitowych, jednorodność gęstości promieniowej i osiowej produktu jest ściśle związana z jakością produktu w procesie grafityzacyjnej obróbki cieplnej. Tam, gdzie rozkład gęstości produktu jest nierównomierny, w procesie obróbki cieplnej grafityzacji, ze względu na naprężenia termiczne, produkt jest podatny na naprężenia wewnętrzne, a wewnętrzny rozkład naprężeń produktu jest również nierównomierny. To nierównomierne naprężenie wewnętrzne łatwo powoduje pęknięcia w produkcie. W rezultacie podczas procesu grafityzacji pojawiają się spękane produkty odpadowe.

3. Gęstość nasypowa produktu jest wysoka

Gęstość nasypowa wyrobów węglowo-grafitowych zmienia się głównie w zależności od surowców produkcyjnych i warunków technologicznych. Wytrzymałość na zginanie, moduł sprężystości i przewodność cieplna wyrobów wzrastają wraz ze wzrostem gęstości nasypowej. Gdy gęstość nasypowa jest wysoka, zwiększa się moduł sprężystości produktu i zwiększa się kruchość, co skutkuje słabą odpornością produktu na szok termiczny. Podczas procesu obróbki cieplnej grafityzacji naprężenia termiczne generowane przez wysoką temperaturę znacznie przekraczają naprężenia, które może wytrzymać sam produkt. , Istnieje duża różnica między naprężeniami wewnętrznymi i zewnętrznymi, a produkt wytwarza spękane odpady.

4. Produkcja przedprocesowa jest niestabilna

Ponieważ grafityzacja jest ostatnim procesem obróbki cieplnej w produkcji wyrobów węglowo-grafitowych, jest to również proces obróbki cieplnej o najwyższej temperaturze. Powszechnie uważa się, że gdy produkcja obecnego procesu jest niestabilna lub jakość ulega wahaniom, będzie ona intensywnie eksponowana podczas procesu grafityzacji. Jeśli temperatura kalcynowanego materiału jest niska, temperatura mięknienia asfaltu jest niewykwalifikowana, temperatura prażenia jest niska, a przyrost masy impregnatu jest niewykwalifikowany itp., Produkt spowoduje skurcz wtórny lub nierównomierny skurcz podczas obróbka grafityzacyjna w wysokiej temperaturze i bardzo łatwo jest wytwarzać popękane produkty odpadowe.

5. Zjawisko wzdęcia

Podczas procesu grafityzacji produktu następuje pewien stopień nieodwracalnego rozszerzenia objętości. Głównym powodem jest to, że produkt jest spowodowany szybką ucieczką stężenia siarki podczas procesu grafityzacji. Stopień tego nieodwracalnego rozszerzania wzrasta wraz ze wzrostem zawartości siarki i wzrasta szybkość obróbki cieplnej, a to nieodwracalne zachowanie rozszerzania nazywa się „zjawiskiem dmuchania”.

Jak wszyscy wiemy, zawartość pierwiastków niewęglowych, takich jak wodór, tlen, azot itp., jest na ogół mniejsza niż 0,1 procenta w koksie naftowym po kalcynacji w temperaturze 1350°C; jednak atomy węgla siarki i węglowodorów aromatycznych są związane tak silnie, że wiązanie cs zaczyna pękać powyżej 1400 stopni i powstają związki siarki i siarki z węglem; w wyższych temperaturach, głównie 1500-1800 stopni, powstająca siarka i związki siarki z węglem są szybko uwalniane z produktu w postaci gazu. Gdy zawartość siarki osiągnie określony poziom, często prowadzi to do pęknięć produktów podczas proces grafityzacji.