1. GRONDSTOFFEN
Coca-Cola (ongeveer 75-80% gehalte)
Petroleumcokes
Petroleumcokes is de belangrijkste grondstof en komt voor in een breed scala aan structuren, van sterk anisotrope naaldcokes tot bijna isotrope vloeibare cokes. De sterk anisotrope naaldcokes is, vanwege zijn structuur, onmisbaar voor de productie van hoogwaardige elektroden die worden gebruikt in elektrische vlamboogovens, waar een zeer hoge mate van elektrisch, mechanisch en thermisch draagvermogen vereist is. Petroleumcokes wordt vrijwel uitsluitend geproduceerd via het vertraagde cokesproces, een milde, langzame carbonisatieprocedure van residuen uit ruwe-oliedestillatie.
Naaldcokes is de gangbare term voor een speciaal type cokes met een extreem hoge grafitiseerbaarheid, die voortkomt uit een sterke voorkeur voor parallelle oriëntatie van de turbostratische laagstructuur en een specifieke fysieke vorm van de korrels.
Bindmiddelen (ongeveer 20-25% van het gehalte)
Steenkoolteerpek
Bindmiddelen worden gebruikt om de vaste deeltjes aan elkaar te hechten. Hun hoge bevochtigingsvermogen zorgt ervoor dat het mengsel plastisch wordt, waarna het kan worden gevormd of geëxtrudeerd.
Koolteerpek is een organische verbinding met een kenmerkende aromatische structuur. Door het hoge gehalte aan gesubstitueerde en gecondenseerde benzeenringen heeft het al de duidelijk aanwezige hexagonale roosterstructuur van grafiet, waardoor de vorming van goed geordende grafietdomeinen tijdens de grafitisatie wordt vergemakkelijkt. Pek blijkt een zeer geschikt bindmiddel te zijn. Het is het distillatieresidu van koolteer.
2. MENGEN EN EXTRUSIE
De gemalen cokes wordt gemengd met koolteerpek en enkele additieven tot een homogene pasta. Deze pasta wordt in de extrusiecilinder gebracht. In een eerste stap moet de lucht worden verwijderd door voorpersen. Daarna volgt de eigenlijke extrusie, waarbij het mengsel wordt geëxtrudeerd tot een elektrode met de gewenste diameter en lengte. Om het mengen en met name het extrusieproces mogelijk te maken (zie afbeelding rechts), moet het mengsel stroperig zijn. Dit wordt bereikt door het gedurende het gehele groene productieproces op een verhoogde temperatuur van circa 120 °C te houden (afhankelijk van de peksoort). Deze basisvorm met cilindrische vorm staat bekend als de "groene elektrode".
3. BAKKEN
Er zijn twee soorten bakovens in gebruik:
Hier worden de geëxtrudeerde staven in cilindrische roestvrijstalen containers (saggers) geplaatst. Om vervorming van de elektroden tijdens het verhittingsproces te voorkomen, worden de saggers ook gevuld met een beschermende laag zand. De saggers worden op wagonplatforms (car bottoms) geladen en naar aardgasgestookte ovens gerold.
Ringoven
Hier worden de elektroden in een stenen holte onderin de productiehal geplaatst. Deze holte maakt deel uit van een ringsysteem met meer dan tien kamers. De kamers zijn met elkaar verbonden door een heteluchtcirculatiesysteem om energie te besparen. De ruimtes tussen de elektroden zijn bovendien gevuld met zand om vervorming te voorkomen. Tijdens het bakproces, waarbij de pek wordt gecarboniseerd, moet de temperatuur zorgvuldig worden gecontroleerd, omdat bij temperaturen tot 800 °C een snelle gasvorming scheuren in de elektrode kan veroorzaken.
In deze fase hebben de elektroden een dichtheid van ongeveer 1,55 – 1,60 kg/dm3.
4. BEVRUCHTING
De gebakken elektroden worden geïmpregneerd met een speciale pek (vloeibare pek bij 200 °C) om ze de hogere dichtheid, mechanische sterkte en elektrische geleidbaarheid te geven die ze nodig hebben om de zware bedrijfsomstandigheden in de ovens te weerstaan.
5. OPNIEUW BAKKEN
Een tweede bakcyclus, ofwel "herbakken", is nodig om de pekimpregnatie te carboniseren en eventuele resterende vluchtige stoffen te verwijderen. De temperatuur tijdens het herbakken kan oplopen tot bijna 750 °C. In deze fase kunnen de elektroden een dichtheid bereiken van ongeveer 1,67 – 1,74 kg/dm³.
6. GRAFISCH VERWERKING
Acheson-oven
De laatste stap in de productie van grafiet is de omzetting van gebakken koolstof in grafiet, een proces dat grafitisatie wordt genoemd. Tijdens het grafitisatieproces wordt de min of meer geordende koolstof (turbostratische koolstof) omgezet in een driedimensionaal geordende grafietstructuur.
De elektroden worden in elektrische ovens geplaatst, omgeven door koolstofdeeltjes, om een vaste massa te vormen. Er wordt een elektrische stroom door de oven geleid, waardoor de temperatuur oploopt tot ongeveer 3000 °C. Dit proces wordt doorgaans uitgevoerd met behulp van een Acheson-oven of een lengteoven (LWG).
Bij een Acheson-oven worden de elektroden in batches gegrafiteerd, terwijl bij een LWG-oven de gehele kolom tegelijkertijd wordt gegrafiteerd.
7. BEWERKING
De grafietelektroden worden (na afkoeling) machinaal bewerkt tot exacte afmetingen en toleranties. Deze fase kan ook het bewerken en monteren van de uiteinden (aansluitingen) van de elektroden omvatten, inclusief een schroefdraadverbinding met een grafietpen (nippel).
Geplaatst op: 8 april 2021