Proces produkcji materiałów węglowych to ściśle kontrolowany system inżynieryjny. Produkcja elektrod grafitowych, specjalnych materiałów węglowych, aluminium i węgla, nowych, wysokiej jakości materiałów węglowych jest nierozerwalnie związana z wykorzystaniem surowców, sprzętu, technologii, zarządzaniem czterema czynnikami produkcji i powiązaną zastrzeżoną technologią.
Surowce są kluczowymi czynnikami determinującymi podstawowe właściwości materiałów węglowych, a ich parametry determinują parametry wytwarzanych materiałów węglowych. Do produkcji elektrod grafitowych UHP i HP, wysokiej jakości koks igłowy jest pierwszym wyborem, ale stosuje się również wysokiej jakości asfalt wiążący i impregnat. Jednak tylko wysokiej jakości surowce, brak sprzętu, technologii, czynników zarządczych i powiązanej z nimi zastrzeżonej technologii, uniemożliwiają produkcję wysokiej jakości elektrod grafitowych UHP i HP.
W artykule tym skupiono się na właściwościach wysokiej jakości koksu igłowego, aby przedstawić kilka osobistych poglądów, które mogą zostać omówione przez producentów koksu igłowego, producentów elektrod oraz instytuty naukowo-badawcze.
Chociaż produkcja przemysłowa koksu igłowego w Chinach jest późniejsza niż w przedsiębiorstwach zagranicznych, to w ostatnich latach dynamicznie się rozwija i zaczyna nabierać kształtów. Pod względem całkowitej wielkości produkcji, koks igłowy zasadniczo zaspokaja zapotrzebowanie na koks igłowy do elektrod grafitowych UHP i HP produkowanych przez krajowe przedsiębiorstwa węglowe. Nadal jednak istnieje pewna luka w jakości koksu igłowego w porównaniu z przedsiębiorstwami zagranicznymi. Wahania wydajności partii wpływają na zapotrzebowanie na wysokiej jakości koks igłowy w produkcji elektrod grafitowych UHP i HP o dużych rozmiarach, w szczególności brak jest wysokiej jakości koksu igłowego, który mógłby zaspokoić zapotrzebowanie na elektrody grafitowe.
Zagraniczne przedsiębiorstwa węglowe produkujące elektrody grafitowe UHP o dużych parametrach często wybierają jako główny surowiec wysokiej jakości koks naftowy igłowy. Japońskie przedsiębiorstwa węglowe również wykorzystują jako surowiec koks igłowy z serii węglowej, ale tylko do produkcji elektrod grafitowych o parametrach φ 600 mm. Obecnie koks igłowy w Chinach to głównie koks igłowy z serii węglowej. Produkcja wysokiej jakości elektrod grafitowych UHP na dużą skalę przez przedsiębiorstwa węglowe często opiera się na importowanym koksie igłowym z serii naftowej, zwłaszcza w produkcji wysokiej jakości koksu igłowego z importowanego japońskiego koksu igłowego z serii naftowej Suishima i brytyjskiego koksu igłowego z serii naftowej HSP jako surowca.
Obecnie koks igiełkowy produkowany przez różne przedsiębiorstwa jest zazwyczaj porównywany z komercyjnymi wskaźnikami jakości zagranicznego koksu igiełkowego za pomocą konwencjonalnych wskaźników jakości, takich jak zawartość popiołu, gęstość rzeczywista, zawartość siarki, zawartość azotu, rozkład wielkości cząstek, współczynnik rozszerzalności cieplnej itd. Jednak nadal brakuje zróżnicowanej klasyfikacji koksu igiełkowego w porównaniu z zagranicznymi. Dlatego produkcja koksu igiełkowego, potocznie nazywanego „towarem zunifikowanym”, nie może odzwierciedlać jakości wysokiej jakości koksu igiełkowego premium.
Oprócz konwencjonalnego porównania wydajności, przedsiębiorstwa węglowe powinny również zwrócić uwagę na charakterystykę koksu igłowego, taką jak klasyfikacja współczynnika rozszerzalności cieplnej (CTE), wytrzymałość cząstek, stopień anizotropii, dane dotyczące rozszerzalności w stanie nieinhibitowanym i inhibicji oraz zakres temperatur między rozszerzalnością a skurczem. Ponieważ te właściwości termiczne koksu igłowego są bardzo ważne dla kontroli procesu grafityzacji w procesie produkcji elektrody grafitowej, oczywiście nie można wykluczyć wpływu właściwości termicznych koksu asfaltowego powstałego po prażeniu lepiszcza i impregnatu asfaltowego.
1. Porównanie anizotropii koksu igłowego
Analiza stopnia anizotropii produkcji elektrod grafitowych o bardzo dużej mocy jest szacowaniem jakości surowca koksu igłowego lub nie jest ważną metodą analizy, wielkość stopnia anizotropii oczywiście również ma pewien wpływ na proces produkcji elektrod, stopień anizotropii elektryczności jest znacznie lepszy pod względem odporności na szok termiczny niż stopień anizotropii średniej mocy małej elektrody.
Obecnie produkcja koksu węglowego igłowego w Chinach jest znacznie większa niż koksu naftowego igłowego. Ze względu na wysokie koszty surowców i ceny przedsiębiorstw węglowych, trudno jest wykorzystać w 100% krajowy koks igłowy do produkcji elektrody UHP, dodając jednocześnie pewną ilość kalcynowanego koksu naftowego i proszku grafitowego. W związku z tym trudno jest ocenić anizotropię krajowego koksu igłowego.
2. Właściwości liniowe i objętościowe koksu igłowego
Liniowa i objętościowa charakterystyka zmian koksu igłowego znajduje odzwierciedlenie głównie w procesie grafityzacji wytwarzanym przez elektrodę. Wraz ze zmianą temperatury, koks igłowy ulega liniowej i objętościowej ekspansji i kontrakcji podczas procesu nagrzewania grafitu, co bezpośrednio wpływa na liniową i objętościową zmianę wsadu prażonego elektrodą w procesie grafityzacji. Nie jest to jednakowe w przypadku stosowania różnych właściwości koksu surowego i zmian różnych gatunków koksu igłowego. Ponadto zakres temperatur zmian liniowych i objętościowych różnych gatunków koksu igłowego i kalcynowanego koksu naftowego również jest różny. Tylko poprzez opanowanie tej właściwości koksu surowego możemy lepiej kontrolować i optymalizować sekwencję chemiczną produkcji grafitu. Jest to szczególnie widoczne w procesie grafityzacji szeregowej.
Rozszerzalność liniowa występuje najpierw, gdy koks igłowy oleju zaczyna się nagrzewać, ale temperatura na początku skurczu liniowego zazwyczaj pozostaje w tyle za maksymalną temperaturą kalcynacji. W zakresie od 1525℃ do 1725℃ rozpoczyna się rozszerzalność liniowa, a zakres temperatur całego skurczu liniowego jest wąski i wynosi zaledwie 200℃. Zakres temperatur całego skurczu liniowego zwykłego opóźnionego koksu naftowego jest znacznie większy niż koksu igłowego, a koks igłowy węgla znajduje się pomiędzy nimi, nieznacznie większy niż koks igłowy oleju. Wyniki testów Osaka Industrial Technology Test Institute w Japonii pokazują, że im gorsza wydajność cieplna koksu, tym większy zakres temperatur skurczu liniowego, do 500 ~ 600℃, a temperatura początku skurczu liniowego jest niska, w zakresie 1150 ~ 1200℃ zaczyna występować skurcz liniowy, który jest również cechą zwykłego opóźnionego koksu naftowego.
Im lepsze właściwości termiczne i im większa anizotropia koksu igłowego, tym węższy zakres temperatur skurczu liniowego. Niektóre wysokiej jakości kokse igłowe naftowe charakteryzują się zakresem temperatur skurczu liniowego wynoszącym zaledwie 100–150°C. Dla przedsiębiorstw węglowych bardzo korzystne jest ukierunkowanie procesu grafityzacji po zrozumieniu charakterystyki rozszerzalności liniowej, skurczu i reekspansji różnych surowców koksowych, co pozwala uniknąć niepotrzebnych odpadów jakościowych powstających w wyniku stosowania tradycyjnego, eksperymentalnego sposobu produkcji.
Czas publikacji: 08-10-2021