1. MATERIE PRIME
Coca-Cola (circa 75-80% del contenuto)
Coke di petrolio
Il coke di petrolio è la materia prima più importante e si presenta in una vasta 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 ad arco elettrico, dove è richiesto un altissimo grado di resistenza al carico elettrico, meccanico e termico. Il coke di petrolio viene prodotto quasi esclusivamente tramite il processo di cokizzazione ritardata, una procedura di carbonizzazione lenta e delicata dei residui della distillazione del petrolio greggio.
Il termine comunemente usato per il coke aghiforme indica un tipo speciale di coke con una grafitizzabilità estremamente elevata, derivante da un forte orientamento parallelo preferenziale della sua struttura a strati turbostratici e da 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. La loro elevata capacità di bagnatura trasforma quindi la miscela in uno stato plastico, pronto per la successiva formatura o estrusione.
La pece di catrame di carbone è un composto organico con una distinta struttura aromatica. Grazie all'elevata percentuale di anelli benzenici sostituiti e condensati, presenta già la struttura reticolare esagonale preformata 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 viene rimossa mediante precompressione. 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 a verde. Questa forma base cilindrica è nota come "elettrodo verde".
3. COTTURA AL FORNO
Sono in uso due tipi di forni di cottura:
Qui le barre estruse vengono collocate in contenitori cilindrici di acciaio inossidabile (sagger). Per evitare la deformazione degli elettrodi durante il processo di riscaldamento, i sagger sono inoltre riempiti con uno strato protettivo di sabbia. I sagger vengono caricati su piattaforme ferroviarie (fondi dei vagoni) e fatti rotolare all'interno di forni alimentati a gas naturale.
Forno ad anello
Qui gli elettrodi vengono posizionati in una cavità rivestita di pietra sul fondo del capannone di produzione. Questa cavità fa parte di un sistema ad anello composto da oltre 10 camere. Le camere sono collegate tra loro da un sistema di circolazione di aria calda per risparmiare energia. Gli spazi vuoti tra gli elettrodi vengono inoltre riempiti di sabbia per evitare deformazioni. Durante il processo di cottura, in cui il catrame viene carbonizzato, la temperatura deve essere controllata con attenzione 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 severe condizioni operative all'interno dei forni.
5. RIPETERE IN FORNO
Un secondo ciclo di cottura, o "ricottura", è necessario per carbonizzare l'impregnazione di pece ed eliminare eventuali sostanze volatili residue. La temperatura di ricottura raggiunge quasi i 750 °C. In questa fase gli elettrodi possono raggiungere una densità di circa 1,67 – 1,74 kg/dm³.
6. GRAFITIZZAZIONE
Fornace Acheson
La fase finale della produzione di grafite è la conversione del carbonio cotto in grafite, processo chiamato grafitizzazione. Durante la grafitizzazione, il carbonio più o meno preordinato (carbonio turbostratico) viene convertito in una struttura di grafite tridimensionale ordinata.
Gli elettrodi vengono confezionati 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 realizzato utilizzando un forno Acheson o un forno longitudinale (LWG).
Nel forno Acheson gli elettrodi vengono grafitizzati mediante un processo discontinuo, mentre in un forno LWG l'intera colonna viene grafitizzata simultaneamente.
7. LAVORAZIONE MECCANICA
Gli elettrodi di grafite (dopo il raffreddamento) vengono lavorati con precisione per ottenere dimensioni e tolleranze esatte. Questa fase può includere anche la lavorazione 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