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. Il se présente sous diverses formes, allant du coke aciculaire très anisotrope au coke fluide quasi isotrope. Le coke aciculaire, de par sa structure, est indispensable à la fabrication d'électrodes haute performance utilisées dans les fours à arc électrique, où une très grande résistance aux contraintes électriques, mécaniques et thermiques est requise. Le coke de pétrole est produit presque exclusivement par cokéfaction différée, un procédé de carbonisation douce et lente des résidus de distillation du pétrole brut.
Le terme « coke en aiguilles » est couramment utilisé pour désigner un type particulier de coke présentant une graphitisabilité extrêmement élevée, résultant d'une forte orientation parallèle préférentielle de sa structure en couches turbostratiques et d'une forme physique particulière des grains.
Liants (environ 20 à 25 % du contenu)
brai de goudron de houille
Des liants sont utilisés pour agglomérer les particules solides. Leur fort pouvoir mouillant confère ainsi au mélange une consistance plastique, en vue d'un moulage ou d'une extrusion ultérieurs.
Le brai de goudron 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 hexagonale préformée du graphite, facilitant ainsi la formation de domaines graphitiques bien ordonnés lors de la graphitisation. Le brai s'avère être un liant particulièrement 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 goudron de houille et à des additifs pour former une pâte homogène. Celle-ci est introduite dans le cylindre d'extrusion. Dans un premier temps, l'air est éliminé par pré-compression. Vient ensuite l'extrusion proprement dite, au cours de laquelle le mélange est extrudé pour former une électrode du diamètre et de la longueur souhaités. Pour permettre le mélange et surtout l'extrusion (voir l'illustration à droite), le mélange doit être visqueux. On obtient cette viscosité en le maintenant à une température élevée d'environ 120 °C (selon la nature du brai) pendant toute la durée du processus de fabrication. Cette forme cylindrique initiale est appelée « électrode brute ».
3. CUISSON AU FOUR
Deux types de fours de cuisson sont utilisés :
Les barres extrudées sont placées dans des conteneurs cylindriques en acier inoxydable. Afin d'éviter la déformation des électrodes lors du chauffage, ces conteneurs sont également remplis d'une couche protectrice de sable. Ils sont ensuite chargés sur des plateformes de wagons et acheminés vers des fours à gaz naturel.
four annulaire
Ici, les électrodes sont placées dans une cavité creusée dans la pierre, au fond de l'atelier 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 afin d'économiser l'énergie. Les espaces entre les électrodes sont également remplis de sable pour éviter toute déformation. Lors de la cuisson, au cours de laquelle le brai est carbonisé, la température doit être contrôlée avec précision car, à des températures atteignant 800 °C, une accumulation rapide de gaz peut provoquer la fissuration des électrodes.
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 élevées dont elles auront besoin pour résister aux conditions de fonctionnement sévères à l'intérieur des fours.
5. RECUISSON
Une seconde cuisson, ou « recuisson », est nécessaire pour carboniser l’imprégnation de brai et éliminer les composés volatils résiduels. 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 Acheson
La dernière étape de la fabrication du graphite consiste en la conversion du carbone cuit en graphite, un processus appelé graphitisation. Lors de la graphitisation, le carbone plus ou moins pré-ordonné (carbone turbostratique) est transformé en une structure de graphite tridimensionnelle ordonnée.
Les électrodes sont placées dans des fours électriques et entourées de particules de carbone pour former une masse solide. Un courant électrique traverse le four, élevant la température à environ 3 000 °C. Ce procédé est généralement réalisé à l’aide d’un four Acheson ou d’un four longitudinal (LWG).
Avec le four Acheson, les électrodes sont graphitisées par un procédé discontinu, tandis que dans un four LWG, la colonne entière est graphitisée simultanément.
7. USINAGE
Après refroidissement, les électrodes en graphite sont usinées avec précision selon leurs dimensions et tolérances. Cette étape peut également comprendre l'usinage et l'ajustement des extrémités (douilles) des électrodes à l'aide d'un système de jonction par broche (embout) en graphite fileté.
Date de publication : 8 avril 2021