Proizvodni proces ogljikovih materialov je strogo nadzorovan sistemski inženiring. Proizvodnja grafitnih elektrod, posebnih ogljikovih materialov, aluminija in ogljika ter novih visokokakovostnih ogljikovih materialov je neločljivo povezana z uporabo surovin, opreme, tehnologije, upravljanjem štirih proizvodnih dejavnikov in s tem povezano lastniško tehnologijo.
Surovine so ključni dejavniki, ki določajo osnovne značilnosti ogljikovih materialov, učinkovitost surovin pa določa učinkovitost proizvedenih ogljikovih materialov. Za proizvodnjo grafitnih elektrod UHP in HP je visokokakovosten igličasti koks prva izbira, pa tudi visokokakovosten vezivni asfalt in asfalt kot impregnacijsko sredstvo. Vendar pa le visokokakovostne surovine, pomanjkanje opreme, tehnologije, upravljavskih dejavnikov in s tem povezane lastniške tehnologije ne morejo proizvesti visokokakovostnih grafitnih elektrod UHP in HP.
Ta članek se osredotoča na značilnosti visokokakovostnega igličastega koksa, da bi predstavil nekaj osebnih stališč, namenjenih razpravi proizvajalcev igličastega koksa, proizvajalcev elektrod in znanstvenoraziskovalnih inštitutov.
Čeprav je industrijska proizvodnja iglastega koksa na Kitajskem poznejša od proizvodnje tujih podjetij, se je v zadnjih letih hitro razvila in začela dobivati obliko. Glede na skupni obseg proizvodnje lahko v osnovi zadosti povpraševanju po iglastem koksu za UHP in HP grafitne elektrode, ki jih proizvajajo domača podjetja za proizvodnjo ogljika. Vendar pa še vedno obstaja določena vrzel v kakovosti iglastega koksa v primerjavi s tujimi podjetji. Nihanje v proizvodnji šarž vpliva na povpraševanje po visokokakovostnem iglastem koksu pri proizvodnji velikih UHP in HP grafitnih elektrod, zlasti ni visokokakovostnega skupnega iglastega koksa, ki bi lahko zadostil proizvodnji skupnega grafitnega elektrod.
Tuja podjetja, ki proizvajajo grafitne elektrode UHP in HP z velikimi specifikacijami, so pogosto prva izbira visokokakovostnega naftnega igličastega koksa kot glavne surovine za koks. Japonska podjetja, ki se ukvarjajo z ogljikom, prav tako uporabljajo nekaj igličastega koksa iz premoga kot surovino, vendar le za proizvodnjo grafitnih elektrod s specifikacijo φ 600 mm. Trenutno se na Kitajskem uporablja predvsem igličasti koks iz premoga. Proizvodnja visokokakovostnih grafitnih elektrod UHP v velikem obsegu s strani podjetij, ki se ukvarjajo z ogljikom, se pogosto zanaša na uvožen igličasti koks iz nafte, zlasti na proizvodnjo visokokakovostnega koksa, ki ga proizvajajo japonska naftna serija Suishima, in britanskega igličastega koksa iz nafte HSP kot surovino za koks.
Trenutno se iglični koks, ki ga proizvajajo različna podjetja, običajno primerja s komercialnimi indeksi učinkovitosti tujega igličnega koksa z uporabo običajnih indeksov učinkovitosti, kot so vsebnost pepela, dejanska gostota, vsebnost žvepla, vsebnost dušika, porazdelitev velikosti delcev, koeficient toplotnega raztezanja itd. Vendar pa še vedno ni različnih vrst klasifikacije igličnega koksa v primerjavi s tujino. Zato proizvodnja igličnega koksa, ki se pogovorno uporablja tudi za "enotno blago", ne more odražati kakovosti visokokakovostnega premium igličnega koksa.
Poleg običajne primerjave učinkovitosti bi morala podjetja, ki se ukvarjajo z ogljikom, biti pozorna tudi na karakterizacijo igličastega koksa, kot so klasifikacija koeficienta toplotnega raztezanja (CTE), trdnost delcev, stopnja anizotropije, podatki o raztezanju v neinhibiranem in inhibiranem stanju ter temperaturno območje med raztezanjem in krčenjem. Ker so te toplotne lastnosti igličastega koksa zelo pomembne za nadzor procesa grafitizacije v proizvodnem procesu grafitnih elektrod, seveda ni izključen vpliv toplotnih lastnosti asfaltnega koksa, ki nastane po praženju asfalta z vezivom in impregnacijskim sredstvom.
1. Primerjava anizotropije igličastega koksa
Analiza anizotropne stopnje učinkovitosti proizvodnje ultra visokozmogljivih grafitnih elektrod je ocena kakovosti surovine za iglasti koks ali ne, pomembna analitična metoda. Velikost stopnje anizotropije ima seveda tudi določen vpliv na proizvodni proces elektrode. Stopnja anizotropije električne energije je izjemno učinkovita pri toplotnih udarcih kot stopnja anizotropije povprečne moči majhne elektrode.
Trenutno je proizvodnja iglastega koksa iz premoga na Kitajskem veliko večja kot proizvodnja iglastega koksa iz nafte. Zaradi visokih stroškov surovin in cen ogljičnih podjetij je težko uporabiti 100 % domači iglast koks za proizvodnjo UHP elektrod, hkrati pa dodati določen delež kalcificiranega naftnega koksa in grafitnega prahu za proizvodnjo elektrode. Zato je težko oceniti anizotropijo domačega iglastega koksa.
2. Linearne in volumetrične lastnosti igličastega koksa
Linearne in volumetrične spremembe igličastega koksa se odražajo predvsem v procesu grafita, ki ga proizvaja elektroda. S spremembo temperature se igličasti koks med segrevanjem grafita linearno in volumetrično razteza in krči, kar neposredno vpliva na linearne in volumetrične spremembe praženega gredica elektrode v grafitnem postopku. To ni enako pri uporabi različnih lastnosti surovega koksa in različnih vrst igličastega koksa. Poleg tega se temperaturno območje linearnih in volumskih sprememb različnih vrst igličastega koksa in kalciniranega naftnega koksa prav tako razlikuje. Le z obvladovanjem te značilnosti surovega koksa lahko bolje nadzorujemo in optimiziramo kemično zaporedje proizvodnje grafita. To je še posebej očitno pri serijski grafitizaciji.
Linearno raztezanje se najprej pojavi, ko se igličasti naftni koks začne segrevati, vendar temperatura na začetku linearnega krčenja običajno zaostaja za najvišjo temperaturo kalcinacije. Od 1525 ℃ do 1725 ℃ se začne linearno raztezanje, temperaturno območje celotnega linearnega krčenja pa je ozko, le 200 ℃. Temperaturno območje celotnega linijskega krčenja navadnega zapoznelega naftnega koksa je veliko večje kot pri igličastem koksu, igličasti premogov koks pa je vmes, nekoliko večji od igličastega naftnega koksa. Rezultati testov Inštituta za industrijsko tehnologijo v Osaki na Japonskem kažejo, da slabše kot so toplotne lastnosti koksa, večje je temperaturno območje linijskega krčenja, ki doseže temperaturno območje linijskega krčenja od 500 do 600 ℃, začetna temperatura linijskega krčenja pa je nizka, pri 1150 do 1200 ℃ se začne linijsko krčenje, kar je značilno tudi za navadni zapozneli naftni koks.
Boljše kot so toplotne lastnosti in večja kot je anizotropija igličastega koksa, ožje je temperaturno območje linearnega krčenja. Nekateri visokokakovostni igličasti koks iz nafte imajo temperaturno območje linearnega krčenja le od 100 do 150 ℃. Za podjetja, ki se ukvarjajo z ogljikom, je zelo koristno, da vodijo proizvodnjo procesa grafitizacije po razumevanju značilnosti linearnega raztezanja, krčenja in ponovnega raztezanja različnih surovin koksa, s čimer se lahko izognejo nekaterim nepotrebnim odpadnim proizvodom kakovosti, ki nastanejo pri uporabi tradicionalnega izkustvenega načina.
Čas objave: 8. oktober 2021