ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड निर्माण प्रक्रिया

1. कच्चा माल
कोक (लगभग 75-80% मात्रा में)

पेट्रोलियम कोक
पेट्रोलियम कोक सबसे महत्वपूर्ण कच्चा माल है, और यह अत्यधिक विषम संरचना वाले नीडल कोक से लेकर लगभग समरूप संरचना वाले फ्लूइड कोक तक, विभिन्न प्रकार की संरचनाओं में पाया जाता है। अपनी संरचना के कारण, अत्यधिक विषम संरचना वाला नीडल कोक इलेक्ट्रिक आर्क भट्टियों में उपयोग होने वाले उच्च-प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रोड के निर्माण के लिए अपरिहार्य है, जहाँ विद्युत, यांत्रिक और ऊष्मीय भार वहन क्षमता की बहुत अधिक आवश्यकता होती है। पेट्रोलियम कोक का उत्पादन लगभग पूरी तरह से विलंबित कोकिंग प्रक्रिया द्वारा किया जाता है, जो कच्चे तेल के आसवन अवशेषों की एक हल्की और धीमी कार्बनीकरण प्रक्रिया है।

नीडल कोक एक विशेष प्रकार के कोक के लिए आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला शब्द है, जिसमें इसकी टर्बोस्ट्रैटिक परत संरचना के मजबूत पसंदीदा समानांतर अभिविन्यास और कणों के एक विशेष भौतिक आकार के परिणामस्वरूप अत्यधिक उच्च ग्रेफाइटीकरण क्षमता होती है।

बाइंडर्स (सामग्री में लगभग 20-25%)

कोल टार पिच
ठोस कणों को आपस में जोड़ने के लिए बंधनकारी एजेंटों का उपयोग किया जाता है। इनकी उच्च गीलापन क्षमता मिश्रण को प्लास्टिक जैसी अवस्था में बदल देती है, जिससे बाद में इसे सांचे में ढाला या एक्सट्रूज़न किया जा सकता है।

कोल टार पिच एक कार्बनिक यौगिक है और इसकी एक विशिष्ट एरोमैटिक संरचना होती है। इसमें प्रतिस्थापित और संघनित बेंजीन रिंगों की उच्च मात्रा के कारण, इसमें पहले से ही ग्रेफाइट की विशिष्ट षट्कोणीय जाली संरचना मौजूद होती है, जिससे ग्रेफाइटीकरण के दौरान सुव्यवस्थित ग्रेफाइटिक डोमेन का निर्माण आसान हो जाता है। पिच सबसे लाभकारी बाइंडर साबित होती है। यह कोल टार का आसवन अवशेष है।

2. मिश्रण और एक्सट्रूज़न
पिसे हुए कोक को कोल टार पिच और कुछ योजक पदार्थों के साथ मिलाकर एक समान पेस्ट बनाया जाता है। इसे एक्सट्रूज़न सिलेंडर में डाला जाता है। पहले चरण में, प्रीप्रेसिंग द्वारा हवा को निकाला जाता है। इसके बाद वास्तविक एक्सट्रूज़न प्रक्रिया शुरू होती है, जिसमें मिश्रण को वांछित व्यास और लंबाई के इलेक्ट्रोड में एक्सट्रूड किया जाता है। मिश्रण और विशेष रूप से एक्सट्रूज़न प्रक्रिया को सक्षम बनाने के लिए (दाईं ओर चित्र देखें), मिश्रण का गाढ़ा होना आवश्यक है। यह गाढ़ेपन को पूरी ग्रीन उत्पादन प्रक्रिया के दौरान लगभग 120°C (पिच के आधार पर) के उच्च तापमान पर रखकर प्राप्त किया जाता है। बेलनाकार आकार के इस मूल रूप को "ग्रीन इलेक्ट्रोड" के नाम से जाना जाता है।

3. बेकिंग
दो प्रकार की भट्टियां उपयोग में हैं:

यहां एक्सट्रूड की गई छड़ों को बेलनाकार स्टेनलेस स्टील के कनस्तरों (सैगर) में रखा जाता है। तापन प्रक्रिया के दौरान इलेक्ट्रोडों के विरूपण से बचने के लिए, सैगरों को रेत की सुरक्षात्मक परत से भी भरा जाता है। सैगरों को रेलगाड़ी के प्लेटफार्मों (कार बॉटम) पर लादकर प्राकृतिक गैस से चलने वाली भट्टियों में ले जाया जाता है।

रिंग भट्टी

यहां इलेक्ट्रोड उत्पादन हॉल के निचले हिस्से में स्थित पत्थर से बनी एक खोखली गुहा में रखे जाते हैं। यह गुहा 10 से अधिक कक्षों की एक वलय प्रणाली का हिस्सा है। ऊर्जा बचाने के लिए इन कक्षों को गर्म वायु परिसंचरण प्रणाली द्वारा आपस में जोड़ा गया है। इलेक्ट्रोडों के बीच के रिक्त स्थानों को भी विरूपण से बचाने के लिए रेत से भरा जाता है। बेकिंग प्रक्रिया के दौरान, जिसमें पिच का कार्बनीकरण किया जाता है, तापमान को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करना आवश्यक है क्योंकि 800°C तक के तापमान पर तेजी से गैस जमा होने से इलेक्ट्रोड में दरारें पड़ सकती हैं।

इस चरण में इलेक्ट्रोड का घनत्व लगभग 1.55 – 1.60 किलोग्राम/डेसीमीटर³ होता है।

4. गर्भाधान
भट्टियों के अंदर की कठोर परिचालन स्थितियों का सामना करने के लिए आवश्यक उच्च घनत्व, यांत्रिक शक्ति और विद्युत चालकता प्रदान करने के लिए, पके हुए इलेक्ट्रोडों को एक विशेष पिच (200 डिग्री सेल्सियस पर तरल पिच) से संतृप्त किया जाता है।

5. दोबारा पकाना
पिच इम्प्रैग्नेशन को कार्बनयुक्त करने और बचे हुए वाष्पशील पदार्थों को हटाने के लिए दूसरी बार बेकिंग प्रक्रिया, जिसे "रीबेक" भी कहा जाता है, आवश्यक होती है। रीबेक के दौरान तापमान लगभग 750°C तक पहुँच जाता है। इस चरण में इलेक्ट्रोड का घनत्व लगभग 1.67 – 1.74 kg/dm³ तक पहुँच सकता है।

6. ग्रेफाइटीकरण
एचिसन फर्नेस
ग्रेफाइट निर्माण का अंतिम चरण पके हुए कार्बन को ग्रेफाइट में परिवर्तित करना है, जिसे ग्रेफाइटीकरण कहते हैं। ग्रेफाइटीकरण प्रक्रिया के दौरान, लगभग पूर्व-व्यवस्थित कार्बन (टर्बोस्ट्रेटिक कार्बन) को त्रि-आयामी रूप से व्यवस्थित ग्रेफाइट संरचना में परिवर्तित किया जाता है।

इलेक्ट्रोडों को कार्बन कणों से घिरे विद्युत भट्टियों में पैक करके एक ठोस द्रव्यमान बनाया जाता है। भट्टी में विद्युत धारा प्रवाहित की जाती है, जिससे तापमान लगभग 3000°C तक बढ़ जाता है। यह प्रक्रिया आमतौर पर एचिसन भट्टी या अनुदैर्ध्य भट्टी (एलडब्ल्यूजी) का उपयोग करके की जाती है।

एचिसन फर्नेस में इलेक्ट्रोड को बैच प्रक्रिया का उपयोग करके ग्रेफाइटयुक्त किया जाता है, जबकि एलडब्ल्यूजी फर्नेस में संपूर्ण कॉलम को एक ही समय में ग्रेफाइटयुक्त किया जाता है।

7. मशीनिंग
ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड (शीतलन के बाद) को सटीक आयामों और सहनशीलता के अनुसार मशीनिंग किया जाता है। इस चरण में इलेक्ट्रोड के सिरों (सॉकेट) को थ्रेडेड ग्रेफाइट पिन (निप्पल) जॉइनिंग सिस्टम के साथ मशीनिंग और फिटिंग करना भी शामिल हो सकता है।