1. MATIÈRES PREMIÈRES
Coca-Cola (environ 75 à 80 % de contenu)
coke de pétrole
Le coke de pétrole est la matière première la plus importante et se présente sous une grande variété de structures, allant du coke en aiguilles hautement anisotrope au coke fluide quasi isotrope. De par sa structure, le coke en aiguilles hautement anisotrope est indispensable à la fabrication d'électrodes hautes performances utilisées dans les fours à arc électrique, où une très grande capacité de charge électrique, mécanique et thermique est requise. Le coke de pétrole est presque exclusivement produit par le procédé de cokéfaction différée, une procédure de carbonisation lente et douce des résidus de distillation du pétrole brut.
Le coke en aiguilles est le terme couramment utilisé pour désigner un type spécial de coke présentant une graphitisabilité extrêmement élevée résultant d'une forte orientation parallèle préférée de sa structure de couche turbostratique et d'une forme physique particulière des grains.
Liants (environ 20 à 25 % du contenu)
brai de goudron de houille
Des liants servent à agglomérer les particules solides entre elles. Leur fort pouvoir mouillant transforme ainsi le mélange en un état plastique pour le moulage ou l'extrusion ultérieurs.
Le brai de houille est un composé organique doté d'une structure aromatique particulière. Grâce à sa forte proportion de cycles benzéniques substitués et condensés, il présente déjà la structure réticulaire hexagonale préformée du graphite, facilitant ainsi la formation de domaines graphitiques bien ordonnés lors de la graphitisation. Le brai s'avère être le liant le plus avantageux. Il s'agit du résidu de distillation du goudron de houille.
2. MÉLANGE ET EXTRUSION
Le coke broyé est mélangé à du brai de houille et à quelques additifs pour former une pâte uniforme. Celle-ci est introduite dans le cylindre d'extrusion. Dans un premier temps, l'air est éliminé par précompression. Vient ensuite l'étape d'extrusion proprement dite, où le mélange est extrudé pour former une électrode du diamètre et de la longueur souhaités. Pour permettre le mélange et surtout l'extrusion (voir photo de droite), le mélange doit être visqueux. Pour ce faire, il est maintenu à une température élevée d'environ 120 °C (selon le brai) pendant toute la durée du processus de production de l'électrode crue. Cette forme cylindrique est appelée « électrode crue ».
3. CUISSON
Deux types de fours de cuisson sont utilisés :
Les tiges extrudées sont ensuite placées dans des conteneurs cylindriques en acier inoxydable (saggers). Pour éviter la déformation des électrodes pendant le chauffage, les saggers sont également recouverts d'une couche protectrice de sable. Les saggers sont ensuite chargés sur des plateformes de wagons (fonds de wagons) et laminés dans des fours alimentés au gaz naturel.
Four à anneau
Les électrodes sont placées dans une cavité en pierre, dissimulée au fond de la salle de production. Cette cavité fait partie d'un système annulaire de plus de dix chambres. Ces chambres sont reliées entre elles par un système de circulation d'air chaud pour économiser l'énergie. Les espaces vides entre les électrodes sont également remplis de sable pour éviter toute déformation. Lors de la cuisson, qui consiste à carboniser le brai, la température doit être soigneusement contrôlée, car jusqu'à 800 °C, une accumulation rapide de gaz peut provoquer la fissuration de l'électrode.
Dans cette phase, les électrodes ont une densité d’environ 1,55 – 1,60 kg/dm3.
4. IMPRÉGNATION
Les électrodes cuites sont imprégnées d'un brai spécial (brai liquide à 200°C) pour leur conférer la densité, la résistance mécanique et la conductivité électrique plus élevées dont elles auront besoin pour résister aux conditions de fonctionnement sévères à l'intérieur des fours.
5. RECUISSON
Un second cycle de cuisson, ou « recuisson », est nécessaire pour carboniser l'imprégnation de brai et éliminer les matières volatiles restantes. La température de recuisson atteint près de 750 °C. Durant cette phase, les électrodes peuvent atteindre une densité d'environ 1,67 à 1,74 kg/dm³.
6. GRAPHITISATION
Fournaise d'Acheson
L'étape finale de la fabrication du graphite est la conversion du carbone cuit en graphite, appelée graphitisation. Au cours du processus de graphitisation, le carbone plus ou moins préordonné (carbone turbostratique) est converti en une structure de graphite ordonnée tridimensionnelle.
Les électrodes sont placées dans des fours électriques entourés de particules de carbone pour former une masse solide. Un courant électrique traverse le four, portant la température à environ 3 000 °C. Ce processus est généralement réalisé à l'aide d'un four ACHESON ou d'un four longitudinal (LWG).
Avec le four Acheson, les électrodes sont graphitisées selon un procédé par lots, tandis que dans un four LWG, la colonne entière est graphitisée en même temps.
7. USINAGE
Les électrodes en graphite (après refroidissement) sont usinées selon des dimensions et des tolérances précises. Cette étape peut également inclure l'usinage et l'assemblage des extrémités (embases) des électrodes avec un système de raccordement fileté en graphite.
Date de publication : 08/04/2021