תהליך ייצור של אלקטרודות גרפיט

1. חומרי גלם
קולה (בערך 75-80% בתוכן)

קוקס נפט
קוק נפט הוא חומר הגלם החשוב ביותר, והוא נוצר במגוון רחב של מבנים, מקוק מחט אנזוטרופי מאוד ועד קוקס נוזלי כמעט איזוטרופי.קוקס המחט האניזוטרופי מאוד, בשל המבנה שלו, הוא הכרחי לייצור אלקטרודות בעלות ביצועים גבוהים המשמשים בתנורי קשת חשמליים, שבהם נדרשת רמה גבוהה מאוד של יכולת נשיאת עומס חשמלית, מכנית ותרמית.קוקה נפט מיוצר כמעט אך ורק בתהליך הקוקינג המושהה, שהוא הליך התפחה איטי עדין של שאריות זיקוק נפט גולמי.

קוקה מחט היא המונח הנפוץ לסוג מיוחד של קוק עם יכולת גרפית גבוהה במיוחד הנובעת מכיוון מקביל מועדף חזק של מבנה השכבה הטורבוסטרטית שלו וצורה פיזית מסוימת של הגרגרים.

קלסרים (בערך 20-25% בתוכן)

זפת זפת פחם
חומרי קשירה משמשים כדי לצבור את החלקיקים המוצקים זה לזה.יכולת ההרטבה הגבוהה שלהם הופכת לפיכך את התערובת למצב פלסטי עבור יציקה או שחול לאחר מכן.

זפת זפת פחם היא תרכובת אורגנית ובעלת מבנה ארומטי מובהק.בשל השיעור הגבוה שלו של טבעות בנזן מוחלפות ומעובה, יש לו כבר את מבנה הסריג המשושה המובהק של גרפיט, ובכך מקל על היווצרותם של תחומים גרפיטיים מסודרים היטב במהלך גרפיטציה.הפיץ' מתגלה כקלסר המועיל ביותר.זה שאריות הזיקוק של זפת פחם.

2. ערבוב ושיחול
את הקולה הטחונה מערבבים עם זפת זפת פחם וכמה תוספים ליצירת משחה אחידה.זה מובא לתוך גליל האקסטרוזיה.בשלב ראשון יש להסיר את האוויר על ידי לחיצה מוקדמת.לאחר מכן יגיע שלב ההשחול בפועל שבו התערובת מחולצת ליצירת אלקטרודה בקוטר ובאורך הרצויים.כדי לאפשר את הערבוב ובעיקר את תהליך האקסטרוזיה (ראה תמונה מימין) התערובת צריכה להיות צמיגה.זה מושג על ידי שמירה על טמפרטורה גבוהה של כ.120 מעלות צלזיוס (תלוי במגרש) במהלך כל תהליך הייצור הירוק.צורה בסיסית זו בעלת צורה גלילית ידועה בשם "אלקטרודה ירוקה".

3. אפייה
שני סוגים של תנורי אפייה נמצאים בשימוש:

כאן מניחים את המוטות המחולצים במיכלי נירוסטה גליליים (סאגרים).כדי למנוע עיוות של האלקטרודות בתהליך החימום, ממלאים את הסאג'רים גם בכיסוי מגן של חול.הסאגרים מועמסים על רציפי קרונות (תחתית קרונות) ומגולגלים לגז טבעי - כבשנים.

תנור טבעת

כאן מניחים את האלקטרודות בחלל נסתר מאבן בתחתית אולם הייצור.חלל זה הוא חלק ממערכת טבעת של יותר מ-10 חדרים.החדרים מחוברים יחד עם מערכת זרימת אוויר חם כדי לחסוך באנרגיה.החללים בין האלקטרודות גם מלאים בחול כדי למנוע דפורמציה.במהלך תהליך האפייה, שבו המגרש מופחם, יש לשלוט בקפידה על הטמפרטורה מכיוון שבטמפרטורות של עד 800 מעלות צלזיוס הצטברות גז מהירה עלולה לגרום לסדק של האלקטרודה.

בשלב זה לאלקטרודות יש צפיפות סביב 1,55 - 1,60 ק"ג/דמ"ק.

4. הספגה
האלקטרודות האפויות ספוגות בפס מיוחד (גובה נוזל ב-200 מעלות צלזיוס) כדי להעניק להן את הצפיפות הגבוהה יותר, החוזק המכני והמוליכות החשמלית להן יצטרכו כדי לעמוד בתנאי ההפעלה הקשים בתוך התנורים.

5. אפייה מחדש
נדרש מחזור אפייה שני, או "אפייה חוזרת", כדי לפחמם את הספגת הזפת ולהרחיק את כל החומרים הנדיפים שנותרו.טמפרטורת האפייה החוזרת מגיעה לכמעט 750 מעלות צלזיוס.בשלב זה האלקטרודות יכולות להגיע לצפיפות סביב 1,67 - 1,74 ק"ג/דמ"ק.

6. גרפיזציה
תנור אצ'סון
השלב האחרון בייצור גרפיט הוא המרה של פחמן אפוי לגרפיט, הנקרא גרפיטיזציה.במהלך תהליך הגרפיטציה, הפחמן שהוזמן פחות או יותר (פחמן טורבוסטרטי) הופך למבנה גרפיט מסודר בתלת מימד.

האלקטרודות נארזות בתנורים חשמליים המוקפים בחלקיקי פחמן ליצירת מסה מוצקה.זרם חשמלי מועבר דרך התנור, ומעלה את הטמפרטורה לכ-3000 מעלות צלזיוס.תהליך זה מושג בדרך כלל באמצעות תנור ACHESON או תנור LENGTHWISE (LWG).

עם תנור Acheson, האלקטרודות עוברות גרפיטציה בתהליך אצווה, בעוד שבתנור LWG כל העמוד עובר גרפיט בו-זמנית.

7. עיבוד שבבי
אלקטרודות הגרפיט (לאחר קירור) מעובדות לפי מידות וסובלנות מדויקות.שלב זה עשוי לכלול גם עיבוד והרכבה של הקצוות (שקעים) של האלקטרודות עם מערכת חיבור פין גרפיט (פטמה) מושחלת.