อิเล็กโทรดกราไฟท์และโค้กเข็ม

กระบวนการผลิตวัสดุคาร์บอนเป็นวิศวกรรมระบบที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวด การผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์ วัสดุคาร์บอนพิเศษ คาร์บอนอลูมิเนียม วัสดุคาร์บอนระดับไฮเอนด์ใหม่ ๆ ไม่สามารถแยกจากการใช้วัตถุดิบ อุปกรณ์ เทคโนโลยี การจัดการปัจจัยการผลิตทั้งสี่ และเทคโนโลยีที่เป็นกรรมสิทธิ์ที่เกี่ยวข้อง

วัตถุดิบเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดลักษณะพื้นฐานของวัสดุคาร์บอนและประสิทธิภาพของวัตถุดิบกำหนดประสิทธิภาพของวัสดุคาร์บอนที่ผลิตขึ้น สำหรับการผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์ UHP และ HP โค้กเข็มคุณภาพสูงเป็นตัวเลือกแรก แต่ยังมีแอสฟัลต์สารยึดเกาะคุณภาพสูง แอสฟัลต์ตัวแทนชุบ แต่มีเพียงวัตถุดิบคุณภาพสูงเท่านั้น ขาดอุปกรณ์ เทคโนโลยี ปัจจัยการจัดการ และเทคโนโลยีที่เป็นกรรมสิทธิ์ที่เกี่ยวข้อง จึงไม่สามารถผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์ UHP และ HP คุณภาพสูงได้

บทความนี้เน้นที่คุณลักษณะของโค้กเข็มคุณภาพสูง เพื่อชี้แจงมุมมองส่วนตัวบางประการสำหรับผู้ผลิตโค้กเข็ม ผู้ผลิตอิเล็กโทรด และสถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์เพื่อหารือกัน

แม้ว่าการผลิตถ่านโค้กเข็มในเชิงอุตสาหกรรมในประเทศจีนจะช้ากว่าของบริษัทต่างชาติ แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาก็ได้พัฒนาอย่างรวดเร็วและเริ่มมีรูปร่างขึ้นแล้ว ในแง่ของปริมาณการผลิตทั้งหมดนั้น สามารถตอบสนองความต้องการถ่านโค้กเข็มสำหรับอิเล็กโทรดกราไฟต์ UHP และ HP ที่ผลิตโดยบริษัทคาร์บอนในประเทศได้ในระดับพื้นฐาน อย่างไรก็ตาม ยังคงมีช่องว่างบางประการในคุณภาพของถ่านโค้กเข็มเมื่อเทียบกับบริษัทต่างชาติ ความผันผวนของประสิทธิภาพการผลิตแบบแบตช์ส่งผลกระทบต่อความต้องการถ่านโค้กเข็มคุณภาพสูงในการผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์ UHP และ HP ขนาดใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งไม่มีถ่านโค้กเข็มข้อต่อคุณภาพสูงที่สามารถตอบสนองการผลิตข้อต่ออิเล็กโทรดกราไฟต์ได้

บริษัทคาร์บอนต่างประเทศที่ผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์ UHP ที่มีคุณสมบัติพิเศษขนาดใหญ่มักจะเป็นตัวเลือกแรกของโค้กเข็มปิโตรเลียมคุณภาพสูงเป็นโค้กวัตถุดิบหลัก บริษัทคาร์บอนของญี่ปุ่นยังใช้โค้กเข็มถ่านหินบางส่วนเป็นวัตถุดิบ แต่สำหรับข้อกำหนด φ 600 มม. ต่อไปนี้เท่านั้น ในปัจจุบัน โค้กเข็มในจีนส่วนใหญ่เป็นโค้กเข็มถ่านหิน การผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์ UHP ขนาดใหญ่คุณภาพสูงโดยบริษัทคาร์บอนมักพึ่งพาโค้กเข็มปิโตรเลียมนำเข้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งการผลิตข้อต่อคุณภาพสูงด้วยโค้กเข็มน้ำมัน Suishima นำเข้าจากญี่ปุ่นและโค้กเข็มน้ำมัน HSP ของอังกฤษเป็นวัตถุดิบโค้ก

ปัจจุบัน โค้กเข็มที่ผลิตโดยบริษัทต่างๆ มักจะถูกนำไปเปรียบเทียบกับดัชนีประสิทธิภาพเชิงพาณิชย์ของโค้กเข็มต่างประเทศโดยใช้ดัชนีประสิทธิภาพทั่วไป เช่น ปริมาณเถ้า ความหนาแน่นที่แท้จริง ปริมาณกำมะถัน ปริมาณไนโตรเจน การกระจายขนาดอนุภาค ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการจำแนกโค้กเข็มเกรดต่างๆ เมื่อเทียบกับต่างประเทศ ดังนั้น การผลิตโค้กเข็มที่เรียกกันทั่วไปว่าเป็น "สินค้ารวม" จึงไม่สามารถสะท้อนถึงเกรดของโค้กเข็มพรีเมียมคุณภาพสูงได้

นอกเหนือจากการเปรียบเทียบประสิทธิภาพแบบเดิมแล้ว บริษัทคาร์บอนยังควรให้ความสนใจกับลักษณะเฉพาะของโค้กเข็ม เช่น การจำแนกประเภทของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (CTE) ความแข็งแรงของอนุภาค ระดับแอนไอโซทรอปิก ข้อมูลการขยายตัวในสถานะที่ไม่ถูกยับยั้งและสถานะที่ยับยั้ง และช่วงอุณหภูมิระหว่างการขยายตัวและการหดตัว เนื่องจากคุณสมบัติเชิงความร้อนของโค้กเข็มเหล่านี้มีความสำคัญมากในการควบคุมกระบวนการกราไฟต์ในกระบวนการผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์ แน่นอนว่าอิทธิพลของคุณสมบัติเชิงความร้อนของโค้กแอสฟัลต์ที่เกิดขึ้นหลังจากการคั่วสารยึดเกาะและสารชุบแอสฟัลต์ก็ไม่สามารถตัดออกไปได้

1. การเปรียบเทียบค่าแอนไอโซทรอปิกของถ่านโค้กเข็ม

(A) ตัวอย่าง: ตัวอิเล็กโทรด UHP ขนาด φ 500 มม. ของโรงงานคาร์บอนในประเทศ A

วัตถุดิบเข็มโค้ก: เกรด LPC-U เคมีใหม่ของญี่ปุ่น อัตราส่วน: เกรด LPC-U 100% การวิเคราะห์: โรงงาน SGL Griesheim ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพแสดงอยู่ในตารางที่ 1

(B) ตัวอย่าง: ตัวอิเล็กโทรด φ 450 mmHP ของโรงงานคาร์บอนในประเทศ วัตถุดิบถ่านโค้กเข็ม: ถ่านโค้กเข็มน้ำมันของโรงงานในประเทศ อัตราส่วน: 100% การวิเคราะห์: โรงงานคาร์บอนซานตงปาซาน ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพแสดงอยู่ในตารางที่ 2

จากการเปรียบเทียบตารางที่ 1 และตารางที่ 2 จะเห็นได้ว่าโค้กเข็มเกรด lPC-U ของเครื่องวัดถ่านหินเคมีรายวันใหม่มีค่าแอนไอโซทรอปิกสูง ซึ่งค่าแอนไอโซทรอปิกของ CTE อาจสูงถึง 3.61~4.55 และค่าแอนไอโซทรอปิกของค่าความต้านทานไฟฟ้าก็สูงเช่นกัน โดยอยู่ที่ 2.06~2.25 นอกจากนี้ ความแข็งแรงในการดัดของโค้กเข็มปิโตรเลียมในประเทศยังดีกว่าโค้กเข็มวัดถ่านหินเกรด LPC-U ของสารเคมีรายวันใหม่ ค่าแอนไอโซทรอปิกต่ำกว่าโค้กเข็มวัดถ่านหิน LPC-U ของสารเคมีรายวันใหม่มาก

การวิเคราะห์ประสิทธิภาพระดับแอนไอโซทรอปิกของการผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์กำลังสูงพิเศษคือการประมาณคุณภาพของวัตถุดิบโค้กเข็มหรือไม่ ซึ่งถือเป็นวิธีการวิเคราะห์ที่สำคัญ โดยขนาดของระดับแอนไอโซทรอปิกนั้นแน่นอนว่ายังมีอิทธิพลต่อกระบวนการผลิตอิเล็กโทรดในระดับหนึ่งอีกด้วย โดยระดับแอนไอโซทรอปิกของไฟฟ้าจะมีประสิทธิภาพในการรับแรงกระแทกทางความร้อนสูงกว่าระดับแอนไอโซทรอปิกของพลังงานเฉลี่ยของอิเล็กโทรดขนาดเล็ก

ปัจจุบัน การผลิตถ่านโค้กเข็มในประเทศจีนนั้นมีขนาดใหญ่กว่าถ่านโค้กเข็มปิโตรเลียมมาก เนื่องจากต้นทุนวัตถุดิบและราคาของบริษัทคาร์บอนสูง จึงยากที่จะใช้ถ่านโค้กเข็มในประเทศ 100% ในการผลิตอิเล็กโทรด UHP ในขณะที่เติมปิโตรเลียมโค้กที่ผ่านกระบวนการแคลไซต์และผงกราไฟต์ในปริมาณหนึ่งเพื่อผลิตอิเล็กโทรด ดังนั้นการประเมินแอนไอโซทรอปิกของถ่านโค้กเข็มในประเทศจึงเป็นเรื่องยาก

2. สมบัติเชิงเส้นและปริมาตรของถ่านเข็ม

ประสิทธิภาพการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นและปริมาตรของโค้กเข็มสะท้อนให้เห็นส่วนใหญ่ในกระบวนการกราไฟต์ที่ผลิตโดยอิเล็กโทรด เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง โค้กเข็มจะขยายตัวและหดตัวเชิงเส้นและปริมาตรในระหว่างกระบวนการให้ความร้อนแก่กระบวนการกราไฟต์ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นและปริมาตรของแท่งที่คั่วด้วยอิเล็กโทรดในกระบวนการกราไฟต์ สิ่งนี้ไม่เหมือนกันสำหรับการใช้คุณสมบัติที่แตกต่างกันของโค้กดิบ โค้กเข็มเกรดต่างๆ จะเปลี่ยนแปลง นอกจากนี้ ช่วงอุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นและปริมาตรของโค้กเข็มเกรดต่างๆ และโค้กปิโตรเลียมเผาก็แตกต่างกันด้วย เฉพาะการเชี่ยวชาญลักษณะเฉพาะนี้ของโค้กดิบเท่านั้นที่เราสามารถควบคุมและปรับให้เหมาะสมในการผลิตลำดับเคมีของกราไฟต์ได้ดีขึ้น ซึ่งเห็นได้ชัดโดยเฉพาะในกระบวนการกราไฟไทเซชันแบบอนุกรม

ตารางที่ 3 แสดงการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นและปริมาตรและช่วงอุณหภูมิของปิโตรเลียมโค้กสามเกรดที่ผลิตโดย Conocophillips ในสหราชอาณาจักร การขยายตัวเชิงเส้นเกิดขึ้นก่อนเมื่อปิโตรเลียมโค้กเข็มเริ่มร้อนขึ้น แต่โดยปกติแล้ว อุณหภูมิในช่วงเริ่มต้นของการหดตัวเชิงเส้นจะล่าช้ากว่าอุณหภูมิการเผาสูงสุด จาก 1,525℃ ถึง 1,725℃ การขยายตัวเชิงเส้นจะเริ่มขึ้น และช่วงอุณหภูมิของการหดตัวเชิงเส้นทั้งหมดจะแคบ เพียง 200℃ ช่วงอุณหภูมิของการหดตัวเชิงเส้นทั้งหมดของปิโตรเลียมโค้กล่าช้าทั่วไปนั้นมากกว่าของปิโตรเลียมโค้กเข็มมาก และปิโตรเลียมโค้กเข็มถ่านหินอยู่ระหว่างทั้งสองช่วง โดยมากกว่าปิโตรเลียมโค้กเข็มเล็กน้อย ผลการทดสอบของสถาบันทดสอบเทคโนโลยีอุตสาหกรรมโอซากะในประเทศญี่ปุ่นแสดงให้เห็นว่ายิ่งประสิทธิภาพความร้อนของโค้กแย่ลงเท่าใด อุณหภูมิการหดตัวของเส้นก็จะยิ่งกว้างขึ้น โดยอุณหภูมิการหดตัวของเส้นจะอยู่ที่ 500 ~ 600℃ และอุณหภูมิการหดตัวของเส้นเริ่มต้นจะต่ำ โดยเริ่มเกิดการหดตัวของเส้นที่อุณหภูมิ 1,150 ~ 1,200℃ ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของโค้กปิโตรเลียมแบบหน่วงเวลาธรรมดาด้วย

ยิ่งคุณสมบัติทางความร้อนดีขึ้นและค่าแอนไอโซทรอปิกของโค้กเข็มยิ่งมากขึ้น ช่วงอุณหภูมิของการหดตัวเชิงเส้นก็จะยิ่งแคบลง โค้กเข็มน้ำมันคุณภาพสูงบางชนิดมีช่วงอุณหภูมิการหดตัวเชิงเส้นเพียง 100 ~ 150℃ เท่านั้น เป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับบริษัทคาร์บอนในการแนะนำกระบวนการผลิตกราไฟต์หลังจากเข้าใจลักษณะเฉพาะของการขยายตัวเชิงเส้น การหดตัว และการขยายตัวซ้ำของโค้กวัตถุดิบต่างๆ ซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงของเสียคุณภาพที่ไม่จำเป็นบางส่วนที่เกิดจากการใช้โหมดประสบการณ์แบบดั้งเดิม

3. บทสรุป

เชี่ยวชาญคุณลักษณะต่างๆ ของวัตถุดิบ เลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสม ผสมผสานเทคโนโลยีได้ดี และการจัดการองค์กรที่เป็นวิทยาศาสตร์และสมเหตุสมผลมากขึ้น ระบบกระบวนการทั้งหมดนี้ได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดและมีเสถียรภาพ อาจกล่าวได้ว่าเป็นพื้นฐานของการผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์กำลังสูงพิเศษคุณภาพสูง