אלקטרודת גרפיט וקוק מחט

תהליך ייצור חומרי פחמן הוא הנדסת מערכת מבוקרת בקפידה, ייצור אלקטרודות גרפיט, חומרי פחמן מיוחדים, פחמן אלומיניום וחומרי פחמן יוקרתיים חדשים הם חלק בלתי נפרד משימוש בחומרי גלם, ציוד, טכנולוגיה, ניהול של ארבעה גורמי ייצור וטכנולוגיה קניינית קשורה.

חומרי גלם הם הגורמים המרכזיים הקובעים את המאפיינים הבסיסיים של חומרי פחמן, וביצועי חומרי הגלם קובעים את ביצועי חומרי הפחמן המיוצרים. לייצור אלקטרודות גרפיט UHP ו-HP, קוק מחטים איכותי הוא הבחירה הראשונה, אך גם אספלט קלסר איכותי ואספלט הספגה הוא הבחירה הראשונה. אך רק חומרי גלם איכותיים, היעדר ציוד, טכנולוגיה, גורמי ניהול וטכנולוגיה קניינית קשורה, גם אינם מסוגלים לייצר אלקטרודת גרפיט UHP ו-HP באיכות גבוהה.

מאמר זה מתמקד במאפיינים של קוק מחט איכותי כדי לפרט כמה דעות אישיות, שיוכלו לדון בהן על ידי יצרני קוק מחט, יצרני אלקטרודות ומכוני מחקר מדעיים.

למרות שהייצור התעשייתי של קוק מחט בסין מאוחר יותר מזה של מפעלים זרים, הוא התפתח במהירות בשנים האחרונות והחל לקבל צורה. מבחינת נפח הייצור הכולל, הוא יכול בעיקרו לענות על הביקוש לקוק מחט עבור אלקטרודות גרפיט UHP ו-HP המיוצרות על ידי מפעלי פחמן מקומיים. עם זאת, עדיין קיים פער מסוים באיכות קוק המחט בהשוואה למפעלים זרים. תנודות ביצועי האצווה משפיעות על הביקוש לקוק מחט איכותי בייצור אלקטרודות גרפיט UHP ו-HP בגודל גדול, במיוחד כאשר אין קוק מחט איכותי שיכול לענות על ייצור אלקטרודות גרפיט.

מפעלי פחמן זרים המייצרים UHP במפרטים גדולים, אלקטרודת גרפיט HP היא לרוב הבחירה הראשונה של קוק מחט נפט איכותי כחומר הגלם העיקרי לקוק. מפעלי פחמן יפניים משתמשים גם בקוק מחט מסדרת פחם כחומר גלם, אך רק עבור המפרט הבא של φ 600 מ"מ של ייצור אלקטרודות גרפיט. נכון לעכשיו, קוק המחט בסין הוא בעיקר קוק מחט מסדרת פחם. ייצור אלקטרודות גרפיט UHP באיכות גבוהה בקנה מידה גדול על ידי מפעלי פחמן מסתמך לרוב על קוק מחט מסדרת נפט מיובא, במיוחד ייצור של קוק מחט מסדרת נפט סושימה יפני מיובא וקוק מחט מסדרת נפט HSP בריטי כחומר גלם לקוק.

כיום, קוק מחט המיוצר על ידי מפעלים שונים מושווה בדרך כלל למדדי ביצועים מסחריים של קוק מחט מחו"ל על ידי מדדי ביצועים קונבנציונליים, כגון תכולת אפר, צפיפות אמיתית, תכולת גופרית, תכולת חנקן, פיזור גודל חלקיקים, מקדם התפשטות תרמית וכן הלאה. עם זאת, עדיין קיים מחסור בדרגות שונות של סיווג קוק מחט בהשוואה למדינות זרות. לכן, ייצור קוק מחט, המכונה גם עבור "מוצרים מאוחדים", אינו יכול לשקף את דרגת קוק מחט איכותית.

בנוסף להשוואת ביצועים קונבנציונלית, מפעלי פחמן צריכים לשים לב גם לאפיון של קוק מחט, כגון סיווג מקדם ההתפשטות התרמית (CTE), חוזק החלקיקים, דרגת האניסוטרופיה, נתוני ההתפשטות במצב לא מעוכב ובמצב מעוכב, וטווח הטמפרטורות בין ההתפשטות להתכווצות. מכיוון שתכונות תרמיות אלו של קוק מחט חשובות מאוד לשליטה בתהליך הגרפיטיזציה בתהליך הייצור של אלקטרודת גרפיט, כמובן, השפעת התכונות התרמיות של קוק אספלט שנוצר לאחר קליית חומר הקלסר והספגת אספלט אינה נשללת.

1. השוואה של אניזוטרופיה של קוק מחט

(א) דוגמה: גוף אלקטרודת UHP בקוטר φ 500 מ"מ של מפעל פחמן ביתי;

קוק מחט חומר גלם: כימיקל חדש יפני LPC-U, יחס: 100% LPC-U; ניתוח: מפעל SGL Griesheim; מדדי ביצועים מוצגים בטבלה 1.

(ב) דגימה: גוף אלקטרודה φ 450 mmHP של מפעל פחמן ביתי; קוק מחט חומר גלם: קוק מחט שמן של מפעל ביתי, יחס: 100%; ניתוח: מפעל פחמן שאנדונג בזאן; מדדי ביצועים מוצגים בטבלה 2.

כפי שניתן לראות מהשוואה בין טבלה 1 לטבלה 2, לקוק מחט מסוג lPC-U של מדידות פחם כימיות יומיות חדשות יש אניזוטרופיה גדולה של תכונות תרמיות, שבה האניזוטרופיה של CTE יכולה להגיע ל-3.61~4.55, וגם האניזוטרופיה של ההתנגדות גדולה, ומגיעה ל-2.06~2.25. בנוסף, חוזק הכיפוף של קוק מחט נפט מקומי טוב יותר מזה של קוק מחט למדידת פחם כימית יומית חדשה LPC-U. ערך האניזוטרופיה נמוך בהרבה מזה של קוק מחט למדידת פחם כימית יומית חדשה LPC-U.

ניתוח ביצועי האניזוטרופיה של ייצור אלקטרודות גרפיט בהספק גבוה במיוחד הוא הערכת איכות חומר הגלם של קוקה קולה מחט או לא, ושיטה חשובה לניתוח. לגודל מידת האניסוטרופיה יש כמובן גם השפעה מסוימת על תהליך ייצור האלקטרודות. ביצועי הלם תרמי של אלקטרודה קטנה יותר, בהשוואה למידת האניסוטרופיה הממוצעת של האלקטרודה הקטנה, טובים יותר.

כיום, ייצור קוק מחט פחם בסין גדול בהרבה מזה של קוק מחט נפט. בשל עלות חומרי הגלם הגבוהה ומחירם של מפעלי פחמן, קשה להשתמש ב-100% קוק מחט מקומי לייצור אלקטרודת UHP, תוך הוספת חלק מסוים של קוק נפט מסוכר ואבקת גרפיט לייצור האלקטרודה. לכן, קשה להעריך את האניזוטרופיה של קוק מחט מקומי.

2. תכונות ליניאריות ונפחיות של קוק מחט

ביצועי השינוי הליניארי והנפחי של קוק מחט באים לידי ביטוי בעיקר בתהליך הגרפיט המיוצר על ידי האלקטרודה. עם שינוי הטמפרטורה, קוק המחט יעבור התפשטות והתכווצות ליניארית ונפחית במהלך תהליך החימום של תהליך הגרפיט, דבר המשפיע ישירות על השינוי הליניארי והנפחי של הבילט הקלוי של האלקטרודה בתהליך הגרפיט. זה לא אותו הדבר לגבי השימוש בתכונות שונות של קוק גולמי, ושינויים בדרגות שונות של קוק מחט. יתר על כן, טווח הטמפרטורות של שינויים ליניאריים ונפחיים של דרגות שונות של קוק מחט וקוק נפט קלוי שונה גם הוא. רק על ידי שליטה במאפיין זה של קוק גולמי נוכל לשלוט טוב יותר ולמטב את ייצור הרצף הכימי של הגרפיט. זה ניכר במיוחד בתהליך הגרפיטיזציה הטורית.

טבלה 3 מציגה את השינויים הליניאריים, הנפחיים וטווחי הטמפרטורה של שלוש דרגות של קוק מחטי נפט המיוצר על ידי קונוקופילפס בבריטניה. התפשטות ליניארית מתרחשת תחילה כאשר קוק מחטי נפט מתחיל להתחמם, אך הטמפרטורה בתחילת ההתכווצות הליניארית בדרך כלל מפגרת אחרי טמפרטורת הקלינצינציה המקסימלית. מ-1525℃ עד 1725℃ מתחילה התפשטות ליניארית, וטווח הטמפרטורות של ההתכווצות הליניארית כולה צר, רק 200℃. טווח הטמפרטורות של התכווצות הקו כולה של קוק נפט מושהה רגיל גדול בהרבה מזה של קוק מחטים, וקוק מחטי פחם נמצא בין השניים, מעט גדול יותר מקווק מחטי נפט. תוצאות הבדיקה של מכון הבדיקה של טכנולוגיית התעשייה אוסקה ביפן מראות שככל שהביצועים התרמיים של קוק גרועים יותר, כך טווח טמפרטורות התכווצות הקו גדול יותר, עד 500 ~ 600℃ טווח טמפרטורות התכווצות הקו, וטמפרטורת תחילת התכווצות הקו נמוכה, ב-1150 ~ 1200℃ החלה להתרחש התכווצות קו, שהיא גם מאפיין של קוק נפט מושהה רגיל.

ככל שהתכונות התרמיות טובות יותר והאניזוטרופיה של קוק מחט גדולה יותר, כך טווח הטמפרטורות של התכווצות ליניארית צר יותר. חלק מקווק מחט הנפט האיכותי נמצא בטווח טמפרטורות של התכווצות ליניארית של 100 ~ 150 ℃ בלבד. מועיל מאוד למפעלי פחמן להנחות את תהליך הייצור של גרפיטיזציה לאחר הבנת המאפיינים של התפשטות ליניארית, התכווצות והתפשטות חוזרת של קוק חומרי גלם שונים, מה שיכול למנוע פסולת איכותית מיותרת הנגרמת על ידי שימוש במצב הניסיון המסורתי.

3 מסקנה

שליטה במאפיינים השונים של חומרי הגלם, בחירה סבירה של התאמה בין ציוד, שילוב טוב של טכנולוגיה וניהול ארגוני מדעי וסביר יותר. סדרה זו של מערכת תהליכים שלמה מבוקרת היטב ויציבה, יכולה להיות בעלת הבסיס לייצור אלקטרודת גרפיט בעלת הספק גבוה במיוחד ואיכותית.