Výrobný proces uhlíkových materiálov je prísne kontrolovaný systém inžinierstva. Výroba grafitových elektród, špeciálnych uhlíkových materiálov, hliníka a uhlíka, nových špičkových uhlíkových materiálov je neoddeliteľná od použitia surovín, zariadení, technológií, riadenia štyroch výrobných faktorov a súvisiacich patentovaných technológií.
Suroviny sú kľúčovými faktormi, ktoré určujú základné vlastnosti uhlíkových materiálov, a výkon surovín určuje výkon vyrobených uhlíkových materiálov. Na výrobu grafitových elektród UHP a HP je prvou voľbou vysoko kvalitný ihličkový koks, ale aj vysoko kvalitný spojivový asfalt a impregnačný asfalt. Avšak iba vysoko kvalitné suroviny, nedostatok zariadení, technológií, manažérskych faktorov a súvisiacich patentovaných technológií nedokáže vyrobiť vysoko kvalitné grafitové elektródy UHP a HP.
Tento článok sa zameriava na vlastnosti vysokokvalitného ihlového koksu s cieľom vysvetliť niektoré osobné názory pre výrobcov ihlového koksu, výrobcov elektród a vedeckovýskumné ústavy.
Hoci priemyselná výroba ihlového koksu v Číne je neskôr ako v zahraničných podnikoch, v posledných rokoch sa rýchlo rozvíjala a začala nadobúdať formu. Pokiaľ ide o celkový objem výroby, v podstate dokáže uspokojiť dopyt po ihlovom kokse pre UHP a HP grafitové elektródy vyrábané domácimi uhlíkovými podnikmi. V porovnaní so zahraničnými podnikmi však stále existuje určitá medzera v kvalite ihlového koksu. Kolísanie výkonu šarží ovplyvňuje dopyt po vysokokvalitnom ihlovom kokse pri výrobe veľkých UHP a HP grafitových elektród, najmä neexistuje vysokokvalitný spojený ihlový koks, ktorý by dokázal uspokojiť požiadavky na výrobu spojených grafitových elektród.
Zahraničné uhlíkové podniky vyrábajúce grafitové elektródy UHP a HP s veľkými špecifikáciami sú často prvou voľbou vysokokvalitného ropného ihličkového koksu ako hlavnej suroviny na výrobu koksu. Japonské uhlíkové podniky tiež používajú ako surovinu niektoré uhoľné série ihličkového koksu, ale iba pre výrobu grafitových elektród s priemerom φ 600 mm. V súčasnosti sa v Číne používa prevažne uhoľný série ihličkového koksu. Výroba vysokokvalitných UHP grafitových elektród vo veľkom meradle uhlíkovými podnikmi sa často spolieha na dovážaný ropný série ihličkového koksu, najmä na výrobu vysokokvalitného koksu v kombinácii s dovážaným japonským ropným cyklónom série Suishima a britským ropným cyklónom série HSP ako surovinou na výrobu koksu.
V súčasnosti sa ihličkový koks vyrábaný rôznymi podnikmi zvyčajne porovnáva s komerčnými výkonnostnými indexmi zahraničného ihličkového koksu pomocou konvenčných výkonnostných indexov, ako je obsah popola, skutočná hustota, obsah síry, obsah dusíka, distribúcia veľkosti častíc, koeficient tepelnej rozťažnosti atď. V porovnaní so zahraničím však stále chýba klasifikácia rôznych tried ihličkového koksu. Preto výroba ihličkového koksu, hovorovo aj ako „unifikovaný tovar“, nemôže odrážať kvalitu vysokokvalitného prémiového ihličkového koksu.
Okrem konvenčného porovnávania výkonnosti by uhlíkové podniky mali venovať pozornosť aj charakterizácii ihličkového koksu, ako je klasifikácia koeficientu tepelnej rozťažnosti (CTE), pevnosť častíc, stupeň anizotropie, údaje o rozťažnosti v neinhibovanom a inhibovanom stave a teplotný rozsah medzi rozťažnosťou a kontrakciou. Keďže tieto tepelné vlastnosti ihličkového koksu sú veľmi dôležité pre riadenie procesu grafitizácie vo výrobnom procese grafitovej elektródy, samozrejme, nie je vylúčený vplyv tepelných vlastností asfaltového koksu vytvoreného po vypálení asfaltu zo spojiva a impregnačného činidla.
1. Porovnanie anizotropie ihličkového koksu
(A) Vzorka: Teleso UHP elektródy s priemerom φ 500 mm z domácej továrne na uhlík;
Surovina ihličkový koks: japonská nová chemická trieda LPC-U, pomer: 100 % trieda LPC-U; Analýza: závod SGL Griesheim; ukazovatele výkonnosti sú uvedené v tabuľke 1.
(B) Vzorka: Teleso elektródy HP s priemerom φ 450 mm z domácej továrne na uhlík; Surovina ihličkový koks: ihličkový koks z domácej továrne na ropu, pomer: 100 %; Analýza: Závod na uhlík Shandong Bazan; Ukazovatele výkonnosti sú uvedené v tabuľke 2.
Ako je zrejmé z porovnania tabuľky 1 a tabuľky 2, ihlový koks triedy LPC-U z nových denných chemických uhoľných mier má veľkú anizotropiu tepelných vlastností, pričom anizotropia CTE môže dosiahnuť 3,61 až 4,55 a anizotropia merného odporu je tiež veľká, dosahujúca 2,06 až 2,25. Okrem toho je pevnosť v ohybe domáceho ropného ihličkového koksu lepšia ako u nového denného chemického uhoľného koksu triedy LPC-U. Hodnota anizotropie je oveľa nižšia ako u nového denného chemického uhoľného koksu triedy LPC-U.
Analýza anizotropického stupňa výkonu pri výrobe ultravysokovýkonných grafitových elektród je dôležitou analytickou metódou pri odhade kvality suroviny z ihličkového koksu. Veľkosť stupňa anizotropie má samozrejme tiež určitý vplyv na proces výroby elektródy. Stupeň anizotropie elektriny má extrémne dobrý tepelný šokový výkon ako stupeň anizotropie priemerného výkonu malej elektródy.
V súčasnosti je produkcia uhoľného ihličkového koksu v Číne oveľa väčšia ako produkcia ropného ihličkového koksu. Vzhľadom na vysoké náklady na suroviny a cenu uhlíkových podnikov je ťažké použiť 100 % domáci ihličkový koks na výrobu UHP elektródy a zároveň pridať určitý podiel kalcifikovaného ropného koksu a grafitového prášku na výrobu elektródy. Preto je ťažké vyhodnotiť anizotropiu domáceho ihličkového koksu.
2. Lineárne a objemové vlastnosti ihličkového koksu
Lineárne a objemové zmeny ihličkového koksu sa odrážajú najmä v grafitovom procese, ktorý elektróda vytvára. So zmenou teploty sa ihličkový koks počas zahrievania grafitového procesu lineárne a objemovo rozťahuje a sťahuje, čo priamo ovplyvňuje lineárne a objemové zmeny vyprážaného polotovaru elektródy v grafitovom procese. Toto nie je rovnaké pri použití rôznych vlastností surového koksu a rôznych druhov ihličkového koksu. Okrem toho sa líši aj teplotný rozsah lineárnych a objemových zmien rôznych druhov ihličkového koksu a kalcinovaného ropného koksu. Iba zvládnutím tejto vlastnosti surového koksu môžeme lepšie kontrolovať a optimalizovať chemickú sekvenciu výroby grafitu. Toto je obzvlášť zrejmé v procese sériovej grafitizácie.
Tabuľka 3 zobrazuje lineárne a objemové zmeny a teplotné rozsahy troch druhov ropného ihličkového koksu vyrábaného spoločnosťou Conocophillips vo Veľkej Británii. Lineárna expanzia nastáva najprv, keď sa ropný ihličkový koks začne zahrievať, ale teplota na začiatku lineárnej kontrakcie zvyčajne zaostáva za maximálnou teplotou kalcinácie. Od 1525 ℃ do 1725 ℃ začína lineárna expanzia a teplotný rozsah celej lineárnej kontrakcie je úzky, iba 200 ℃. Teplotný rozsah celej lineárnej kontrakcie bežného oneskoreného ropného koksu je oveľa väčší ako u ihlového koksu a uhoľný ihličkový koks je medzi nimi, o niečo väčší ako ropný ihličkový koks. Výsledky testov Inštitútu pre priemyselné technológie v Osake v Japonsku ukazujú, že čím horšie sú tepelné vlastnosti koksu, tým väčší je teplotný rozsah zmršťovania na čiare, ktorý dosahuje teplotný rozsah zmršťovania až 500 ~ 600 ℃ a začiatočná teplota zmršťovania na čiare je nízka a pri 1150 ~ 1200 ℃ začína zmršťovanie na čiare, čo je charakteristické aj pre bežný oneskorený ropný koks.
Čím lepšie sú tepelné vlastnosti a čím väčšia je anizotropia ihlového koksu, tým užší je teplotný rozsah lineárnej kontrakcie. Niektoré vysokokvalitné ihličkové koksy z ropy majú teplotný rozsah lineárnej kontrakcie iba 100 ~ 150 ℃. Pre uhlíkové podniky je veľmi výhodné riadiť výrobu procesom grafitizácie po pochopení charakteristík lineárnej expanzie, kontrakcie a reexpanzie rôznych surovín koksu, čo môže zabrániť niektorým zbytočným produktom s vysokou kvalitou spôsobeným použitím tradičného experimentálneho spôsobu.
3. záver
Zvládnutie rôznych charakteristík surovín, výber primeraného vybavenia, dobrá kombinácia technológií a vedenie podniku, ktoré je vedeckejšie a rozumnejšie, tento rad celého procesného systému je prísne kontrolovaný a stabilný, a možno povedať, že má základ pre výrobu vysoko kvalitnej grafitovej elektródy s ultra vysokým výkonom a vysokým výkonom.
Čas uverejnenia: 30. decembra 2021