الکترود گرافیتی و کک سوزنی

فرآیند تولید مواد کربنی یک سیستم مهندسی کاملاً کنترل‌شده است، تولید الکترود گرافیتی، مواد کربنی ویژه، کربن آلومینیومی، مواد کربنی جدید و باکیفیت، از استفاده از مواد اولیه، تجهیزات، فناوری، مدیریت چهار عامل تولید و فناوری اختصاصی مرتبط جدایی‌ناپذیر هستند.

مواد اولیه عوامل کلیدی تعیین‌کننده ویژگی‌های اساسی مواد کربنی هستند و عملکرد مواد اولیه، عملکرد مواد کربنی تولید شده را تعیین می‌کند. برای تولید الکترودهای گرافیتی UHP و HP، کک سوزنی با کیفیت بالا اولین انتخاب است، اما آسفالت چسباننده و آسفالت آغشته‌کننده با کیفیت بالا نیز انتخاب اول هستند. اما تنها مواد اولیه با کیفیت بالا، کمبود تجهیزات، فناوری، عوامل مدیریتی و فناوری اختصاصی مرتبط، نیز قادر به تولید الکترود گرافیتی UHP و HP با کیفیت بالا نیستند.

این مقاله بر ویژگی‌های کک سوزنی با کیفیت بالا تمرکز دارد تا برخی از دیدگاه‌های شخصی را برای تولیدکنندگان کک سوزنی، تولیدکنندگان الکترود و مؤسسات تحقیقات علمی شرح دهد.

اگرچه تولید صنعتی کک سوزنی در چین دیرتر از شرکت‌های خارجی آغاز شده است، اما در سال‌های اخیر به سرعت توسعه یافته و شروع به شکل‌گیری کرده است. از نظر حجم کل تولید، اساساً می‌تواند تقاضای کک سوزنی برای الکترودهای گرافیتی UHP و HP تولید شده توسط شرکت‌های کربن داخلی را برآورده کند. با این حال، هنوز شکاف مشخصی در کیفیت کک سوزنی در مقایسه با شرکت‌های خارجی وجود دارد. نوسان عملکرد دسته‌ای بر تقاضا برای کک سوزنی با کیفیت بالا در تولید الکترود گرافیتی UHP و HP با اندازه بزرگ تأثیر می‌گذارد، به خصوص هیچ کک سوزنی با کیفیت بالا وجود ندارد که بتواند تولید اتصال الکترود گرافیتی را برآورده کند.

شرکت‌های کربن خارجی که الکترود گرافیتی UHP با مشخصات بزرگ تولید می‌کنند، اغلب اولین انتخاب کک سوزنی نفتی با کیفیت بالا به عنوان کک خام اصلی است. شرکت‌های کربن ژاپنی نیز از مقداری کک سوزنی سری زغال‌سنگ به عنوان ماده خام استفاده می‌کنند، اما فقط برای مشخصات زیر φ ​​600 میلی‌متر برای تولید الکترود گرافیتی. در حال حاضر، کک سوزنی در چین عمدتاً کک سوزنی سری زغال‌سنگ است. تولید الکترود گرافیتی UHP با کیفیت بالا در مقیاس بزرگ توسط شرکت‌های کربن اغلب به کک سوزنی سری نفتی وارداتی، به ویژه تولید مشترک با کک سوزنی سری نفتی Suishima ژاپنی و کک سوزنی سری نفتی HSP بریتانیایی به عنوان کک خام متکی است.

در حال حاضر، کک سوزنی تولید شده توسط شرکت‌های مختلف معمولاً با شاخص‌های عملکرد تجاری کک سوزنی خارجی با شاخص‌های عملکرد مرسوم، مانند میزان خاکستر، چگالی واقعی، میزان گوگرد، میزان نیتروژن، توزیع اندازه ذرات، ضریب انبساط حرارتی و غیره، مقایسه می‌شود. با این حال، هنوز در مقایسه با کشورهای خارجی، درجه‌بندی‌های مختلفی برای کک سوزنی وجود ندارد. بنابراین، تولید کک سوزنی به صورت محاوره‌ای و همچنین برای "کالاهای یکپارچه"، نمی‌تواند درجه کک سوزنی مرغوب و باکیفیت را منعکس کند.

علاوه بر مقایسه عملکرد مرسوم، شرکت‌های کربن باید به ویژگی‌های کک سوزنی، مانند طبقه‌بندی ضریب انبساط حرارتی (CTE)، استحکام ذرات، درجه ناهمسانگردی، داده‌های انبساط در حالت غیرمهار شده و مهار شده و محدوده دمایی بین انبساط و انقباض نیز توجه کنند. از آنجا که این خواص حرارتی کک سوزنی برای کنترل فرآیند گرافیتی شدن در فرآیند تولید الکترود گرافیتی بسیار مهم است، البته تأثیر خواص حرارتی کک آسفالتی تشکیل شده پس از برشته کردن قیر بایندر و عامل اشباع‌کننده نیز مستثنی نیست.

۱. مقایسه ناهمسانگردی کک سوزنی

(الف) نمونه: بدنه الکترود UHP با قطر φ 500 میلی‌متر از کارخانه کربن داخلی A؛

کک سوزنی ماده اولیه: گرید LPC-U شیمیایی جدید ژاپنی، نسبت: ۱۰۰٪ گرید LPC-U؛ آنالیز: کارخانه SGL Griesheim؛ شاخص‌های عملکرد در جدول ۱ نشان داده شده است.

(ب) نمونه: بدنه الکترود φ 450 mmHP یک کارخانه کربن داخلی؛ کک سوزنی مواد اولیه: کک سوزنی نفتی یک کارخانه داخلی، نسبت: 100٪؛ آنالیز: کارخانه کربن شاندونگ بازان؛ شاخص‌های عملکرد در جدول 2 نشان داده شده است.

همانطور که از مقایسه جدول 1 و جدول 2 مشاهده می‌شود، کک سوزنی درجه lPC-U از زغال‌سنگ شیمیایی روزانه جدید، ناهمسانگردی زیادی در خواص حرارتی دارد، که در آن ناهمسانگردی CTE می‌تواند به 3.61 تا 4.55 برسد و ناهمسانگردی مقاومت ویژه نیز زیاد است و به 2.06 تا 2.25 می‌رسد. علاوه بر این، استحکام خمشی کک سوزنی نفتی داخلی بهتر از کک سوزنی زغال‌سنگ شیمیایی روزانه جدید درجه LPC-U است. مقدار ناهمسانگردی بسیار کمتر از کک سوزنی زغال‌سنگ شیمیایی روزانه جدید LPC-U است.

تجزیه و تحلیل عملکرد درجه ناهمسانگردی تولید الکترود گرافیتی با توان فوق العاده بالا، تخمین کیفیت مواد اولیه کک سوزنی است یا خیر، یک روش تجزیه و تحلیل مهم نیست، اندازه درجه ناهمسانگردی، البته، تأثیر خاصی بر فرآیند تولید الکترود نیز دارد، درجه ناهمسانگردی برق عملکرد شوک حرارتی بسیار بالایی نسبت به درجه ناهمسانگردی الکترود کوچک با توان متوسط ​​دارد.

در حال حاضر، تولید کک سوزنی زغال‌سنگ در چین بسیار بیشتر از کک سوزنی نفتی است. با توجه به هزینه بالای مواد اولیه و قیمت شرکت‌های کربن، استفاده از کک سوزنی ۱۰۰٪ داخلی در تولید الکترود UHP دشوار است، در حالی که نسبت مشخصی از کک نفتی کلسینه شده و پودر گرافیت برای تولید الکترود اضافه می‌شود. بنابراین، ارزیابی ناهمسانگردی کک سوزنی داخلی دشوار است.

۲. خواص خطی و حجمی کک سوزنی

عملکرد تغییر خطی و حجمی کک سوزنی عمدتاً در فرآیند گرافیت تولید شده توسط الکترود منعکس می‌شود. با تغییر دما، کک سوزنی در طول فرآیند گرمایش فرآیند گرافیت، دچار انبساط و انقباض خطی و حجمی می‌شود که مستقیماً بر تغییر خطی و حجمی شمش برشته شده الکترود در فرآیند گرافیت تأثیر می‌گذارد. این امر برای استفاده از خواص مختلف کک خام یکسان نیست و گریدهای مختلف کک سوزنی تغییر می‌کند. علاوه بر این، محدوده دمایی تغییرات خطی و حجمی گریدهای مختلف کک سوزنی و کک نفتی کلسینه شده نیز متفاوت است. تنها با تسلط بر این ویژگی کک خام می‌توانیم تولید توالی شیمیایی گرافیت را بهتر کنترل و بهینه کنیم. این امر به ویژه در فرآیند گرافیتی شدن سری مشهود است.

جدول ۳ تغییرات خطی و حجمی و محدوده دمایی سه نوع کک سوزنی نفتی تولید شده توسط شرکت کونوکوفیلیپس در بریتانیا را نشان می‌دهد. انبساط خطی ابتدا زمانی رخ می‌دهد که کک سوزنی نفتی شروع به گرم شدن می‌کند، اما دما در ابتدای انقباض خطی معمولاً از حداکثر دمای کلسیناسیون عقب می‌ماند. از ۱۵۲۵ درجه سانتیگراد تا ۱۷۲۵ درجه سانتیگراد، انبساط خطی شروع می‌شود و محدوده دمایی کل انقباض خطی باریک و تنها ۲۰۰ درجه سانتیگراد است. محدوده دمایی کل انقباض خطی کک نفتی تأخیری معمولی بسیار بزرگتر از کک سوزنی است و کک سوزنی زغال سنگی بین این دو و کمی بزرگتر از کک سوزنی نفتی قرار دارد. نتایج آزمایش‌های موسسه آزمایش فناوری صنعتی اوساکا در ژاپن نشان می‌دهد که هرچه عملکرد حرارتی کک بدتر باشد، محدوده دمای انقباض خط لوله بیشتر می‌شود، تا محدوده دمای انقباض خط لوله ۵۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد، و دمای شروع انقباض خط لوله پایین است، در دمای ۱۱۵۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد انقباض خط لوله شروع می‌شود، که این نیز از ویژگی‌های کک نفتی تأخیری معمولی است.

هرچه خواص حرارتی کک سوزنی بهتر و ناهمسانگردی آن بیشتر باشد، محدوده دمای انقباض خطی باریک‌تر است. برخی از کک‌های سوزنی روغنی با کیفیت بالا تنها محدوده دمای انقباض خطی ۱۰۰ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد دارند. برای شرکت‌های کربن بسیار مفید است که پس از درک ویژگی‌های انبساط خطی، انقباض و انبساط مجدد کک‌های خام مختلف، تولید فرآیند گرافیتیزاسیون را هدایت کنند، که می‌تواند از برخی ضایعات با کیفیت غیرضروری ناشی از استفاده از حالت تجربی سنتی جلوگیری کند.

۳ نتیجه‌گیری

با تسلط بر ویژگی‌های مختلف مواد اولیه، انتخاب تجهیزات مناسب برای تطبیق، ترکیب خوبی از فناوری و مدیریت علمی‌تر و معقول‌تر شرکت، می‌توان گفت که این سری از کل سیستم فرآیند، پایه و اساس تولید الکترود گرافیتی با کیفیت بالا، توان فوق‌العاده بالا و توان بالا را دارد.