MW-
5/6

Klasyczna technologia wytwarzania 

wyrobów węglowych i grafitowych

Materiały węglowe

Konwencjonalne:

 

konstrukcyjne materiały i wyroby węglowe –

 

elektrody, wykładziny, wymienniki ciepła, włókna 
węglowe, kompozyty C/C i inne wzmacniane włóknem 
węglowym, elementy maszyn i urządzeń grzewczych, 
mechanicznych i elektronicznych, anody ogniwa litowo-
jonowego

 porowate materiały węglowe –

 

oczyszczanie wody, 

ścieków i gazów, rozdział mieszanin gazowych, 
odzyskiwanie cennych składników z mieszanin, 
katalizatory i nośniki katalizatorów, magazynowanie 
gazów, ciepła i energii elektrycznej 

 Nanostruktury węglowe 

– fulereny, nanorurki, 

nanorożki etc.

MW-
5/6

Główne kategorie wyrobów przemysłu 

elektrodowego

 Wyroby grafitowe: 

• 

elektrody do produkcji stali (zużycie ~ 5,5 kg/1 tonę stali) 

• elektrody do elektrolizy NaCl
• elementy reaktorów jądrowych
• wykładziny (katody) wanien do elektrolizy aluminium
• wykładziny pieców i urządzeń
• wymienniki ciepła
• drobne wyroby – tygle, szczotki maszyn elektrycznych, 
pierścienie 
  uszczelniające, kontakty

Wyroby węglowe:

• anody do elektrolizy aluminium (zużycie 0,4-0,5 kg/1 kg Al)
• wykładziny wielkich pieców (wymiana co 10-15 lat)
• wykładziny (katody) wanien do elektrolizy aluminium 

(wymiana co ~5 lat)

• elektrody węglowe do produkcji stali stopowych, karbidu

MW-
5/6

Wytwarzanie 
wyrobów węglowych 
i grafitowych metodą 
plastycznego 
formowania

Stały materiał
węglowy o 
odpowiednich 
właściwościac
h i uziarnieniu

Substancja termoplastyczna 
zdolna do tworzenia 
pozostałości koksowej podczas 
obróbki termicznej

MW-
5/6

Materiały węglowe stosowane jako wypełniacze

Podstawowe  - koksy elektrodowe naftowe i pakowe

 antracyty

Pomocnicze  -

grafit naturalny

elektrografit
sadza
koks węglowy

Materiały stosowane jako lepiszcza elektrodowe: 

 paki węglowe ze smoły koksowniczej
paki mieszane węglowo-naftowe

Materiały stosowane jako syciwa elektrodowe:

paki węglowe ze smoły koksowniczej
paki naftowe
paki specjalne np. z oleju antracenowego

Kok
s

Woda 
(Para)

Olej 
opałowy

2

1

3

4

7

5

6

Gaz

Benzyn
a

Frakcje 
olejowe

Surowiec do 
koksowania

1 – piec rurowy; 2 – komory koksownicze; 3 – pompy; 4 – 
kolumna destylacyjna wstępna; 5, 6 – kolumny 
frakcjonujące; 7 - rozdzielacz

MW-
5/6

Wytwarzanie surowych koksów 

elektrodowych z surowców organicznych 

Opóźnione koksowanie (delayed coking), 
ok. 500

o

C

MW-
5/6

Mechanizm tworzenia się koksu podczas spowolnionego 
koksowania

MW-
5/6

Schemat kalcynatora z trzonem obrotowym

1 – zbiornik surowego koksu, 2- kalcynator, 3 – łopaty 
rozgarniające,       4 – urządzenie uszczelniające, 5 – palniki, 6 – 
chłodnica, 7 – urządzenie wyładowcze, 8 – kocioł, 9 – 
podgrzewacz powietrza, 10, 11 - wentylatory

Kalcynacja koksów surowych, ok. 

1300

o

C 

 Gazowa 

– 

piece retortowe
piece obrotowe 

piece z trzonem 

obrotowym
 Elektryczna -

średniotemperaturowa
wysokotemperaturowa

MW-
5/6

Typy tekstury charakterystyczne dla kosów 
igłowych

MW-
5/6

Podstawowe funkcje

Lepiszcze (spoiwo) - 

Nadanie masie w czasie 

formowania odpowiedniej plastyczności oraz spojenie 
ziaren wypełniacza silnymi mostkami koksowymi podczas 
karbonizacji lepiszcza w procesie wypalania.
Ważne cechy – wysoki uzysk koksu w czasie karbonizacji, 
dobra zwilżalność ziaren wypełniacza. 

Syciwo 

– wypełnienie porów powstających podczas 

wypalania uformowanego wyrobu w wyniku karbonizacji 
lepiszcza i wydzielania się lotnych produktów jego rozkładu.
Ważne cechy – wysoka zdolność zwilżania materiału 
wypalonego i penetracji w pory wyrobu, wysoki uzysk 
koksu w czasie wypalania.

MW-
5/6

Właściwości technologiczne paków 
stosowanych jako lepiszcza i syciwa

Oznaczenia umowne, znormalizowane, charakteryzujące 
przydatność surowca pakowego do różnych zastosowań. 
• Temperatura mięknienia – metody oznaczania

Kramera-Sarnowa, TM (KS)
Pierścienia i Kuli, TM (PiK)
Mettlera, TM (Mettler) 

     

TM (PiK) = 1,04 TM (KS) +10

• Pozostałość po skoksowaniu LK – wygrzewanie 1 g 
próbki w zamkniętym tyglu porcelanowym w 870

o

C przez 

3 min.
Liczba koksowania (CV – coking value) – wygrzewanie 1 g 
próbki przez 2,5 godz. w 550

o

C w tyglu porcelanowym 

umieszczonym w zasypce koksowej.
• Zawartość składników nierozpuszczalnych w toluenie.
• Zawartość składników nierozpuszczalnych w chinolinie.

MW-
5/6

Właściwości paków stosowanych jako lepiszcza 
i syciwa

Oznaczenie

Pak 

lepiszcz

e

Pak 

syciwo

Temperatura mięknienia  TM (PiK)              

o

C

Temperatura mięknienia  TM (Mettler)        

 

o

C

Pozostałość po skoksowaniu (LK)            % 
mas
Liczba koksowania (CV)                           % 
mas
Zawartość popiołu                                     

% mas
Składniki nierozpuszczalne w toluenie     
% mas
Składniki nierozpuszczalne w chinolinie   
% mas
Skład elementarny (daf):                           

%mas
                                                 C
                                                 H
                                                 N
                                                 S

71 – 76
76 – 81
40 – 41
49 – 50

0,1 – 0,2

25 – 27,5

9,5 – 13

94 – 94,5

~4,2

1,5 – 1,9

~ 0,5

54 - 56
58 - 60
31 - 32
40 - 42

~0,1

15 - 17

4,5 - 

5,5

92,5 - 

94

4,4 - 

4,6

1,4 - 

1,8

~ 0,5

MW-
5/6

Metody formowania 
wyrobów

 

Prasowanie blokowe (moulding)

Tradycyjna metoda.
Obecnie stosowane rzadko, 
głównie do wyrobów drobnych.
Przy dużym nacisku można 
formować wyroby z drobno-
ziarnistych koksów bez lepiszcza

.

 

Prasowanie przelotowe (extrusion)

Powszechnie stosowane do formowania elektrod. 
Formowanie wyrobów o anizotropowych 
właściwościach dzięki orientacji wydłużonych ziaren 
w kierunku prasowania.
Matryca podgrzewana elektrycznie do temperatury 
20-30

o

C powyżej temperatury mięknienia lepiszcza.

Powstawanie defektów w wyniku przemieszczania 
się masy przy przejściu z części cylindrycznej do 
stożkowej,

Ciśnieni
e

Ziarna 
wypełniacza

Pasta węglowa

Forma

MW-
5/6

- pokrywa górna

- obudowa boczna

- izolacja pieca

- elementy grzejne
- elastyczna forma

- prasowana 
mieszanka
- perforowany 
pojemnik

- pokrywa dolna

Prasowanie wibracyjne

1 – zbiornik masy
2 – forma
3 – cięgna hydrauliczne
4 – stół wibracyjny
5 – prasowana masa
6 – płyta dociskowa

Prasowanie izostatyczne

 

    

Ciśnienie

Woda lub olej

Gumowy pojemnik
Zbiornik 
ciśnieniowy
Prasowana masa
Ziarna 
wypełniacza

Metody formowania 
wyrobów c.d.

MW-
5/6

Wypalanie wyrobów

Wypalanie – obróbka termiczna uformowanych (nasyconych) 
wyrobów w temperaturze 1100-1300

o

C. Cel -  skarbonizowanie 

lepiszcza i wytworzenie silnych, odpornych termicznie mostków 
koksowych wiążących ziarna wypełniacza. Wypalanie w piecach 
kręgowych typu komorowego, rzadko w tunelowych. Piece 
kręgowe -16-32 komory w dwóch rzędach. Wyroby umieszczane w 
zasypce koksowej w kasetach lub stalowych kokilach. Ogrzewanie 
gazowe. Piec pracuje w sposób ciągły, komory – okresowo. 
Wspólny system ogrzewania i odprowadzenia spalin. 

Widok pieca 
kręgowego

1- otwór na termoparę, 2- pokrywa, 3- 
kaseta, 4- kanały grzewcze, 5- podłoga 
kasety, 6- wsporniki, 7- kanały gazów, 8- 
komora spalania, 9- palniki, 10- rurociąg 
gazu, 11- rurociąg spalin, 12- kanał łączący, 
13- kanał zbiorczy

MW-
5/6

Elektrolizer z samospiekającą się 
anodą:

1- cegła szamotowa; 2 – bloki węglowe 

katodowe; 3,4 – szyny katodowe; 5 – 

płyty węglowe boczne; 6 – rama 

anody; 7 – żebra usztywniające anodę; 8 

– przewody giętkie;

9 – strzemię oporowe; 10 – rama do 

zawieszania anody; 11 – anoda; 12 – 

sworznie stalowe; 13 – szyna prądowa

Elektrolizer z anodami 
wypalonymi

1 – Anody; 2 – Elektrolit; 3 – Płyty 
węglowe boczne; 4 – Aluminium; 5 – 
Bloki katodowe
6 – Kolektor prądowy; 7 – Obudowa 
stalowa

1
2
3
4

5

6

7

Boksyt + 
topniki

Izolacj
a

Temperatura kąpieli ~950

o

C. 

W wyniku utleniania zużycie 
~0,5 kg anody  na 1 kg 
aluminium. 
Węglowa katoda pracuje przez 
okres 4-8 lat. Zużycie na skutek 
penetracji alkaliów. 
Światowa produkcja aluminium 
~35 mln t.

Termoelektroliza 
aluminium

MW-
5/6

Nasycanie wyrobów wypalonych

Cel – zmniejszenie porowatości / zwiększenie gęstości pozornej, z 
czym wiąże się wyraźny wzrost wytrzymałości mechanicznej i 
odporności termicznej, spadek oporu elektrycznego. Nasycanie 
syciwem pakowym wyrobów gruboziarnistych, elektrod 
grafitowych i złącz elektrodowych.
Nasycanie w aparaturze próżniowo-ciśnieniowej. 

Właściwość

Liczba cykli nasycania

0

1

2

3

Gęstość pozorna, kg/dm

3

Opór elektryczny właściwy, μΩ m
Wytrzymałość na zginanie, MPa

Współcz. rozszerzalności liniowej, 10

-6 

K

-1

 

Porowatość całkowita, %

Porowatość otwarta, %
Przyrost masy, %

1,62
10,6

5,3

0,80

~31
~30

1,77

8,0
8,1

0,93

~24
~20

8-12

1,83

7,1

12,9

0,92

~21
~16

3-6

1,87

6,7

16,1

0,94

~18
~13

1,5-3

MW-
5/6

Zmiana właściwości wyrobu w wyniku 
nasycania
1- gęstość helowa, 2- gęstość pozorna, 
3- porowatość całkowita, 4- porowatość 
otwarta, 
5- porowatość zamknięta 

Kolejne etapy nasycania:

• nagrzewanie wyrobów do 250-350

o

C 

(3-4 h) 

• przeniesienie wyrobów do nasycalnika 
   (autoklaw z płaszczem grzejnym)

• odpompowanie nasycalnika, próżnia 
~80%
   przez 0,5 godz.

• napełnienie nasycalnika syciwem o 
temp.
  120-160

o

C

• wtłaczanie syciwa w pory wyrobu, 
ciśnienie
   1-1,5 MPa przez ~4 godz.

• usuwanie nadmiaru syciwa do 
zbiornika

• chłodzenie wyrobu powietrzem lub 
wodą

MW-
5/6

1– ściany pieca, 2- elektrod prądowa stała, 3-elektroda prądowa 
ruchoma, 4- docisk, 5-źródło prądu, 6- kolumna elektrod, 7- 
zasypka

Piec do grafityzacji metodą 
Achesona
Grafityzacja bezpośrednia – 
przepływ prądu przez wsad 
stanowiący element oporowy – z 
zastosowaniem oporu pośredniego 
(zasypka oporowa).
Temperatura procesu 2500-2800

o

C.

Cały cykl grafityzacji trwa od 500-
600 godz., najdłużej chłodzenie.
Tylko 30% energii wykorzystanej.

Piec do grafityzacji metodą 
Castnera
Grafityzacja bezpośrednia bez 
oporu
pośredniego. Cykl grafityzacji 
skrócony do ~250 godz.

Właściwości elektrody wypalonej i 
zgrafityzowanej

Właściwość

Elektroda 

wypalona

Elektroda 

zgrafityzowa

na

Gęstość pozorna                            

kg/dm

3

Porowatość                                          
%
Opór elektryczny właściwy          (μΩ 

m)
Wytrzymałość na zginanie               
MPa
Wytrzymałość na ściskanie              

MPa
Moduł sprężystości liniowej             
GPa  
Współcz. rozszerzalności liniowej 

1/MK
Prędkość ultradźwięków                  
km/s

1,57
24,5

65

6,5

35

7,5
5,0
2,1

1,59
29,2

9
6

16,5

4,1
2,3
1,6

MW-
5/6

MW-
5/6

MW-
5/6

Piece łukowe do produkcji 
stali

1 - Uchwyt
2 - Elektroda grafitowa
3 - Obudowa ogniotrwała
4 - Łuk elektryczny
5 - Stopiona stal
6 – Elektroda

Kolumna elektrod ~ 7 m długości.
Olbrzymie gradienty temperatury:

• temperatura końcówki 3600-4000

o

C,

• temperatura kolumny w piecu 
~2000

o

C,

• uchwyt – temperatura otoczenia.
Do załadunku pieca elektrody 
wyjmowane.
Zużycie elektrody, ~0,5 kg/t stali, w 
wyniku sublimacji końcówki i 
utleniania pobocznicy. 

1
2

3
4
5

1
2
3
4

5
6

Prąd 
stały

Prąd 
zmienny

Produkcja SGL Carbon S.A., Nowy Sącz

Elektrody grafitowe (φ 350-600 mm) 

– 15 000 ton

Bloki katodowe amorficzne i grafitowe

-    8 000 ton

Wykładziny wielkich pieców

-    5 000 ton

Pasty i kleje

-    4 000 ton

MW-
5/6