1. MATERIE PRIME
Coca-Cola (contenuto di circa il 75-80%)
Coke di petrolio
Il coke di petrolio è la materia prima più importante e si forma in un'ampia gamma di strutture, dal coke aghiforme altamente anisotropo al coke fluido quasi isotropo. Il coke aghiforme altamente anisotropo, grazie alla sua struttura, è indispensabile per la produzione di elettrodi ad alte prestazioni utilizzati nei forni elettrici ad arco, dove è richiesta un'elevatissima capacità di carico elettrico, meccanico e termico. Il coke di petrolio viene prodotto quasi esclusivamente mediante il processo di coking ritardato, che consiste in una lenta e delicata carbonizzazione dei residui di distillazione del petrolio greggio.
Coke aghiforme è il termine comunemente usato per indicare un tipo speciale di coke con un'elevatissima grafitizzabilità, dovuta a un forte orientamento parallelo preferenziale della struttura del suo strato turbostratico e a una particolare forma fisica dei grani.
Leganti (circa il 20-25% del contenuto)
Pece di catrame di carbone
Gli agenti leganti vengono utilizzati per agglomerare le particelle solide tra loro. La loro elevata capacità bagnante trasforma quindi la miscela in uno stato plastico per il successivo stampaggio o estrusione.
La pece di catrame di carbone è un composto organico con una struttura aromatica ben definita. Grazie all'elevata percentuale di anelli benzenici sostituiti e condensati, presenta già la struttura reticolare esagonale preformata tipica della grafite, facilitando così la formazione di domini grafitici ben ordinati durante la grafitizzazione. La pece si rivela il legante più vantaggioso. È il residuo di distillazione del catrame di carbone.
2. MISCELAZIONE ED ESTRUSIONE
Il coke macinato viene miscelato con pece di catrame di carbone e alcuni additivi per formare una pasta uniforme. Questa viene introdotta nel cilindro di estrusione. In una prima fase, l'aria deve essere rimossa tramite pre-pressatura. Segue poi la fase di estrusione vera e propria, in cui la miscela viene estrusa per formare un elettrodo del diametro e della lunghezza desiderati. Per consentire la miscelazione e soprattutto il processo di estrusione (vedi immagine a destra), la miscela deve essere viscosa. Ciò si ottiene mantenendola a una temperatura elevata di circa 120 °C (a seconda della pece) durante l'intero processo di produzione "green". Questa forma base cilindrica è nota come "elettrodo green".
3. COTTURA AL FORNO
Vengono utilizzati due tipi di forni di cottura:
Qui le barre estruse vengono inserite in contenitori cilindrici in acciaio inossidabile (sagger). Per evitare la deformazione degli elettrodi durante il processo di riscaldamento, i sagger sono anche riempiti con uno strato protettivo di sabbia. I sagger vengono caricati su piattaforme ferroviarie (fondi di vagoni) e laminati in forni alimentati a gas naturale.
Forno ad anello
Qui gli elettrodi vengono posizionati in una cavità nascosta in pietra sul fondo del capannone produttivo. Questa cavità fa parte di un sistema ad anello di oltre 10 camere. Le camere sono collegate tra loro tramite un sistema di circolazione dell'aria calda per risparmiare energia. Gli spazi vuoti tra gli elettrodi vengono inoltre riempiti di sabbia per evitare deformazioni. Durante il processo di cottura, durante il quale la pece viene carbonizzata, la temperatura deve essere controllata attentamente perché a temperature fino a 800 °C un rapido accumulo di gas può causare la rottura dell'elettrodo.
In questa fase gli elettrodi hanno una densità di circa 1,55 – 1,60 kg/dm3.
4. IMPREGNAZIONE
Gli elettrodi cotti vengono impregnati con una pece speciale (pece liquida a 200°C) per conferire loro la maggiore densità, resistenza meccanica e conduttività elettrica necessarie per resistere alle difficili condizioni operative all'interno dei forni.
5. RI-COTTURA
Un secondo ciclo di cottura, o "rebake", è necessario per carbonizzare l'impregnazione di pece e rimuovere eventuali sostanze volatili rimanenti. La temperatura di rebake raggiunge quasi 750 °C. In questa fase gli elettrodi possono raggiungere una densità di circa 1,67-1,74 kg/dm³.
6. GRAFITAZIONE
Fornace Acheson
La fase finale nella produzione della grafite è la conversione del carbonio cotto in grafite, chiamata grafitizzazione. Durante il processo di grafitizzazione, il carbonio più o meno preordinato (carbonio turbostratico) viene convertito in una struttura di grafite ordinata tridimensionale.
Gli elettrodi vengono imballati in forni elettrici circondati da particelle di carbonio per formare una massa solida. Una corrente elettrica viene fatta passare attraverso il forno, portando la temperatura a circa 3000 °C. Questo processo viene solitamente ottenuto utilizzando un forno ACHESON o un forno longitudinale (LWG).
Nel forno Acheson gli elettrodi vengono grafitizzati mediante un processo discontinuo, mentre nel forno LWG l'intera colonna viene grafitizzata contemporaneamente.
7. LAVORAZIONE MECCANICA
Gli elettrodi di grafite (dopo il raffreddamento) vengono lavorati meccanicamente secondo dimensioni e tolleranze precise. Questa fase può anche includere la lavorazione meccanica e il montaggio delle estremità (prese) degli elettrodi con un sistema di giunzione a perno filettato in grafite (nipplo).
Data di pubblicazione: 08-04-2021