ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड निर्माण प्रक्रिया

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

पेट्रोलियम कोक
पेट्रोलियम कोक सबसे महत्वपूर्ण कच्चा माल है, और यह अत्यधिक अनिसोट्रोपिक नीडल कोक से लेकर लगभग आइसोट्रोपिक द्रव कोक तक कई तरह की संरचनाओं में बनता है। अत्यधिक अनिसोट्रोपिक नीडल कोक, अपनी संरचना के कारण, इलेक्ट्रिक आर्क भट्टियों में उपयोग किए जाने वाले उच्च-प्रदर्शन इलेक्ट्रोड के निर्माण के लिए अपरिहार्य है, जहाँ बहुत उच्च स्तर की विद्युत, यांत्रिक और तापीय भार वहन क्षमता की आवश्यकता होती है। पेट्रोलियम कोक लगभग विशेष रूप से विलंबित कोकिंग प्रक्रिया द्वारा उत्पादित किया जाता है, जो कच्चे तेल के आसवन अवशेषों की एक हल्की धीमी कार्बनीकरण प्रक्रिया है।

नीडल कोक एक विशेष प्रकार के कोक के लिए सामान्यतः प्रयुक्त शब्द है, जिसमें अत्यंत उच्च ग्रेफाइटीकरण क्षमता होती है, जो इसकी टर्बोस्ट्रेटिक परत संरचना के मजबूत वरीय समानांतर अभिविन्यास तथा कणों के विशेष भौतिक आकार के कारण होती है।

बाइंडर (सामग्री लगभग 20-25%)

कोल तार पिच
ठोस कणों को एक दूसरे से जोड़ने के लिए बाइंडिंग एजेंट का उपयोग किया जाता है। उनकी उच्च गीला करने की क्षमता इस प्रकार मिश्रण को बाद में मोल्डिंग या एक्सट्रूज़न के लिए प्लास्टिक अवस्था में बदल देती है।

कोल टार पिच एक कार्बनिक यौगिक है और इसकी एक विशिष्ट सुगंधित संरचना है। प्रतिस्थापित और संघनित बेंजीन रिंगों के उच्च अनुपात के कारण, इसमें पहले से ही ग्रेफाइट की विशिष्ट रूप से पूर्वनिर्मित षट्कोणीय जाली संरचना है, इस प्रकार ग्रेफाइटीकरण के दौरान सुव्यवस्थित ग्रेफाइटिक डोमेन के गठन की सुविधा प्रदान करता है। पिच सबसे अधिक लाभकारी बाइंडर साबित होता है। यह कोल टार का आसवन अवशेष है।

2. मिश्रण और निष्कासन
मिल्ड कोक को कोल टार पिच और कुछ एडिटिव्स के साथ मिलाकर एक समान पेस्ट बनाया जाता है। इसे एक्सट्रूज़न सिलेंडर में लाया जाता है। पहले चरण में प्रीप्रेसिंग द्वारा हवा को निकालना होता है। फिर वास्तविक एक्सट्रूज़न चरण होता है, जहाँ मिश्रण को वांछित व्यास और लंबाई का इलेक्ट्रोड बनाने के लिए बाहर निकाला जाता है। मिश्रण और विशेष रूप से एक्सट्रूज़न प्रक्रिया (दाईं ओर चित्र देखें) को सक्षम करने के लिए मिश्रण को चिपचिपा होना चाहिए। इसे पूरे ग्रीन उत्पादन प्रक्रिया के दौरान लगभग 120 डिग्री सेल्सियस (पिच के आधार पर) के ऊंचे तापमान पर रखकर हासिल किया जाता है। बेलनाकार आकार वाले इस मूल रूप को "ग्रीन इलेक्ट्रोड" के रूप में जाना जाता है।

3. बेकिंग
दो प्रकार की बेकिंग भट्टियां उपयोग में हैं:

यहाँ एक्सट्रूडेड रॉड को बेलनाकार स्टेनलेस स्टील के कनस्तरों (सैगर्स) में रखा जाता है। हीटिंग प्रक्रिया के दौरान इलेक्ट्रोड के विरूपण से बचने के लिए, सैगर्स को रेत के सुरक्षात्मक आवरण से भी भरा जाता है। सैगर्स को रेलकार प्लेटफ़ॉर्म (कार के निचले हिस्से) पर लोड किया जाता है और प्राकृतिक गैस से चलने वाली भट्टियों में रोल किया जाता है।

रिंग भट्टी

यहाँ इलेक्ट्रोड को उत्पादन हॉल के तल में एक पत्थर की छिपी हुई गुहा में रखा जाता है। यह गुहा 10 से अधिक कक्षों की एक रिंग प्रणाली का हिस्सा है। ऊर्जा बचाने के लिए कक्षों को एक गर्म हवा परिसंचरण प्रणाली के साथ एक साथ जोड़ा जाता है। विरूपण से बचने के लिए इलेक्ट्रोड के बीच के रिक्त स्थान को रेत से भी भरा जाता है। बेकिंग प्रक्रिया के दौरान, जहाँ पिच को कार्बनीकृत किया जाता है, तापमान को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाना चाहिए क्योंकि 800 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर तेजी से गैस का निर्माण इलेक्ट्रोड में दरार पैदा कर सकता है।

इस चरण में इलेक्ट्रोड का घनत्व लगभग 1,55 – 1,60 kg/dm3 होता है।

4. गर्भाधान
पके हुए इलेक्ट्रोडों को एक विशेष पिच (200 डिग्री सेल्सियस पर तरल पिच) के साथ संसेचित किया जाता है, जिससे उन्हें उच्च घनत्व, यांत्रिक शक्ति और विद्युत चालकता प्राप्त होती है, जो उन्हें भट्टियों के अंदर गंभीर परिचालन स्थितियों का सामना करने के लिए आवश्यक होगी।

5. पुनः पकाना
पिच संसेचन को कार्बनीकृत करने और किसी भी शेष वाष्पशील पदार्थ को निकालने के लिए दूसरे बेकिंग चक्र या "रीबेक" की आवश्यकता होती है। रीबेक तापमान लगभग 750 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है। इस चरण में इलेक्ट्रोड लगभग 1,67 - 1,74 किलोग्राम/डीएम3 घनत्व तक पहुँच सकते हैं।

6. ग्राफिटाइजेशन
एचेसन फर्नेस
ग्रेफाइट निर्माण में अंतिम चरण पके हुए कार्बन को ग्रेफाइट में बदलना है, जिसे ग्रेफाइटाइज़िंग कहा जाता है। ग्रेफाइटाइज़िंग प्रक्रिया के दौरान, कमोबेश पूर्व-क्रमबद्ध कार्बन (टर्बोस्ट्रेटिक कार्बन) को तीन-आयामी क्रमबद्ध ग्रेफाइट संरचना में परिवर्तित किया जाता है।

इलेक्ट्रोड को कार्बन कणों से घिरे इलेक्ट्रिक भट्टियों में पैक किया जाता है ताकि एक ठोस द्रव्यमान बनाया जा सके। भट्ठी के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह पारित किया जाता है, जिससे तापमान लगभग 3000 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ जाता है। यह प्रक्रिया आमतौर पर एक एचेसन फर्नेस या एक लंबाई के अनुसार फर्नेस (LWG) का उपयोग करके प्राप्त की जाती है।

एचेसन भट्टी में इलेक्ट्रोडों को बैच प्रक्रिया का उपयोग करके ग्रेफाइटीकृत किया जाता है, जबकि एलडब्ल्यूजी भट्टी में पूरे स्तंभ को एक ही समय में ग्रेफाइटीकृत किया जाता है।

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