พารามิเตอร์หลักใดบ้างที่ต้องควบคุมอย่างเข้มงวดในระหว่างกระบวนการผลิต เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของถ่านโค้กปิโตรเลียมกราไฟต์ขั้นสุดท้าย?

ในกระบวนการผลิตถ่านโค้กปิโตรเลียมกราไฟต์ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องควบคุมพารามิเตอร์หลักต่อไปนี้อย่างเข้มงวด ตั้งแต่การคัดเลือกวัตถุดิบ การเตรียมการเบื้องต้น กระบวนการกราไฟต์ ไปจนถึงการปรับปรุงคุณภาพหลังการผลิต เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย:

1. การคัดเลือกและการเตรียมวัตถุดิบเบื้องต้น

ปริมาณกำมะถัน

• มาตรฐานการควบคุม: ปริมาณกำมะถันในปิโตรเลียมโค้กดิบควรไม่เกิน 0.5% โค้กที่มีกำมะถันสูงอาจทำให้เกิดการขยายตัวของก๊าซในระหว่างกระบวนการกราไฟต์ ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์แตกร้าว
• ผลกระทบ: การลดปริมาณกำมะถันลงทุกๆ 0.1% จะช่วยลดอัตราการแตกร้าวของผลิตภัณฑ์ลง 15%-20% และลดค่าความต้านทานลง 5%-8%

ปริมาณเถ้า

• มาตรฐานการควบคุม: ปริมาณเถ้าต้องไม่เกิน 0.3% โดยมีสิ่งเจือปนหลักเป็นออกไซด์ของโลหะ เช่น เหล็ก ซิลิคอน และแคลเซียม
• ผลกระทบ: ทุกๆ การเพิ่มขึ้นของปริมาณเถ้า 0.1% จะทำให้ความต้านทานของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้น 10%-15% และลดความแข็งแรงเชิงกลลง 8%-10%

การกระจายขนาดอนุภาค

• มาตรฐานการควบคุม: ถ่านโค้กชนิดเม็ดควรมีสัดส่วน ≥80% ในขณะที่ถ่านโค้กชนิดผง (ขนาดอนุภาค <0.5 มม.) ควรมีสัดส่วน ≤20%
• ผลกระทบ: ผงโค้กที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดการจับตัวเป็นก้อนระหว่างการเผา ทำให้การกำจัดสารระเหยทำได้ยาก การปรับปรุงความสม่ำเสมอของผงโค้กจะช่วยลดการใช้พลังงานในการกราไฟต์ลง 5%-10%

กระบวนการเผา

• อุณหภูมิ: 1200-1400 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 8-12 ชั่วโมง
• หน้าที่การทำงาน: กำจัดสารระเหย (จาก 8%-15% เหลือต่ำกว่า 1%) และเพิ่มความหนาแน่นที่แท้จริง (จาก 1.9 กรัม/ซม³ เป็น ≥2.05 กรัม/ซม³)
• จุดควบคุม: ความหนาแน่นที่แท้จริงหลังการเผาต้องมากกว่าหรือเท่ากับ 2.08 กรัม/ซม³ มิเช่นนั้น ความยากลำบากในการเกิดกราไฟต์จะเพิ่มขึ้น และความต้านทานจะสูงขึ้น

II. กระบวนการกราไฟต์

การควบคุมอุณหภูมิ

• พารามิเตอร์หลัก: 2800-3000°C รักษาอุณหภูมิไว้เป็นเวลา 48-72 ชั่วโมง
• ผลกระทบ:
  • ทุกๆ การเพิ่มอุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส จะช่วยเพิ่มความเป็นผลึกได้ 5%-8% และลดความต้านทานลง 3%-5%
  • อุณหภูมิที่ต่ำเกินไป (<2700°C) จะทำให้เกิดสารตกค้างของคาร์บอนอสัณฐาน โดยผลิตภัณฑ์จะมีค่าความต้านทาน >15 μΩ·m ในขณะที่อุณหภูมิที่สูงเกินไป (>3100°C) อาจทำให้โครงสร้างของคาร์บอนเสียหายได้

ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ

• มาตรฐานการควบคุม: ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างแกนกลางและขอบเตาเผา ≤150°C โดยมีระยะห่างระหว่างเทอร์โมคัปเปิล ≤30 ซม.
• ผลกระทบ: ทุกๆ การเพิ่มขึ้นของความแตกต่างของอุณหภูมิ 50 องศาเซลเซียส จะทำให้ความแปรผันของความต้านทานในพื้นที่เพิ่มขึ้น 10%-15% และลดผลผลิตลง 5%-8%

อัตราการทำความร้อน

• มาตรฐานการควบคุม:
  • ช่วงอุณหภูมิ 25-800°C: ≤3°C/ชั่วโมง (เพื่อป้องกันการแตกร้าวจากความเครียดทางความร้อน)
  • ช่วงอุณหภูมิ 800-1250°C: ≤5°C/ชั่วโมง (เพื่อส่งเสริมการก่อตัวของโครงสร้างคาร์บอนที่เป็นระเบียบ)
• ผลกระทบ: อัตราการให้ความร้อนที่สูงเกินไปจะทำให้ปริมาตรของผลิตภัณฑ์หดตัวเกิน 15% ซึ่งนำไปสู่การแตแตก

บรรยากาศป้องกัน

• มาตรฐานการควบคุม: อัตราการไหลของไนโตรเจน 0.8-1.2 m³/h หรือการใช้สภาพแวดล้อมอาร์กอน/สุญญากาศ
• หน้าที่: ป้องกันการเกิดออกซิเดชันและลดปริมาณสิ่งเจือปน (เช่น ปริมาณออกซิเจนลดลงจาก 0.5% เหลือต่ำกว่า 0.1%)

III. ขั้นตอนหลังการบำบัดและการทำให้บริสุทธิ์

อัตราการทำความเย็น

• มาตรฐานการควบคุม: อัตราการระบายความร้อนช้า ≤20°C/ชั่วโมง หลังจากการทำกราไฟต์
• ผลกระทบ: การระบายความร้อนอย่างรวดเร็วทำให้เกิดความเครียดทางความร้อนตกค้าง ส่งผลให้ความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันของผลิตภัณฑ์ลดลง 30%-50%

การบดและการคัดกรอง

• มาตรฐานการควบคุม: ขนาดอนุภาค D50 ถูกควบคุมที่ 10-20 μm โดยมีความสม่ำเสมอของความหนาของสารเคลือบผิว (เช่น น้ำมันดิน หรือการตกตะกอนด้วยไอสารเคมี) ≤5%
• หน้าที่: ปรับปรุงรูปร่างของอนุภาคและเพิ่มความหนาแน่นของผลิตภัณฑ์ (จาก 0.8 กรัม/ซม³ เป็น ≥1.2 กรัม/ซม³)

การบำบัดเพื่อความบริสุทธิ์

• การทำให้บริสุทธิ์ด้วยฮาโลเจน: ก๊าซ Cl₂ ทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 1900-2300°C เป็นเวลา 24 ชั่วโมง ลดปริมาณสิ่งเจือปนลงเหลือ ≤50 ppm
• การทำให้บริสุทธิ์ด้วยระบบสุญญากาศ: รักษาความดันสุญญากาศที่ 10⁻³ Pa เป็นเวลา 50 ชั่วโมง เพื่อให้ได้ปริมาณสิ่งเจือปนรวม ≤10 ppm (สำหรับงานระดับสูง)

IV. สรุปประเด็นควบคุมที่สำคัญ

V. แนวโน้มทางเทคโนโลยีและทิศทางการปรับปรุงให้เหมาะสม

การควบคุมโครงสร้างละเอียดพิเศษ: พัฒนาเทคโนโลยีการเตรียมผงโค้กขนาด 0.1-1 ไมโครเมตร เพื่อเพิ่มความสม่ำเสมอและลดความต้านทานให้เหลือน้อยกว่า 5 ไมโครโอห์มเมตร
ระบบการผลิตอัจฉริยะ: นำระบบควบคุมแบบไดนามิกของสนามอุณหภูมิโดยใช้แบบจำลองดิจิทัลมาใช้เพื่อเพิ่มผลผลิตให้สูงถึง 95%
กระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: ใช้ไฮโดรเจนเป็นสารรีดิวซ์เพื่อลดการปล่อยก๊าซ CO₂; นำเทคโนโลยีการนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่เพื่อลดการใช้พลังงานลง 10%-15%

ด้วยการควบคุมพารามิเตอร์เหล่านี้อย่างเข้มงวด ถ่านโค้กปิโตรเลียมกราไฟต์สามารถมีปริมาณคาร์บอน ≥99.9% ความต้านทาน 5-7 μΩ·m และสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน 1.5-2.5×10⁻⁶/°C ซึ่งตรงตามความต้องการของการใช้งานในอุตสาหกรรมระดับสูง