Điện cực than chì và cốc kim

Quy trình sản xuất vật liệu carbon là hệ thống kỹ thuật được kiểm soát chặt chẽ, sản xuất điện cực than chì, vật liệu carbon đặc biệt, carbon nhôm, vật liệu carbon cao cấp mới không thể tách rời khỏi việc sử dụng nguyên liệu, thiết bị, công nghệ, quản lý bốn yếu tố sản xuất và công nghệ độc quyền liên quan.

Nguyên liệu thô là yếu tố then chốt quyết định đặc tính cơ bản của vật liệu cacbon, hiệu suất của nguyên liệu thô quyết định hiệu suất của vật liệu cacbon chế tạo. Đối với sản xuất điện cực than chì UHP và HP, than cốc kim chất lượng cao là lựa chọn đầu tiên, nhưng cũng có chất kết dính nhựa đường chất lượng cao, chất tẩm nhựa đường. Nhưng chỉ có nguyên liệu thô chất lượng cao, thiếu thiết bị, công nghệ, yếu tố quản lý và công nghệ độc quyền liên quan, cũng không thể sản xuất điện cực than chì UHP, HP chất lượng cao.

Bài viết này tập trung vào đặc điểm của than cốc kim chất lượng cao để trình bày một số quan điểm cá nhân, để các nhà sản xuất than cốc kim, nhà sản xuất điện cực, viện nghiên cứu khoa học thảo luận.

Mặc dù sản xuất công nghiệp cốc kim ở Trung Quốc muộn hơn so với các doanh nghiệp nước ngoài, nhưng đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây và đã bắt đầu hình thành. Về tổng khối lượng sản xuất, về cơ bản có thể đáp ứng nhu cầu cốc kim cho điện cực than chì UHP và HP do các doanh nghiệp cacbon trong nước sản xuất. Tuy nhiên, vẫn còn một khoảng cách nhất định về chất lượng cốc kim so với các doanh nghiệp nước ngoài. Biến động về hiệu suất lô ảnh hưởng đến nhu cầu cốc kim chất lượng cao trong sản xuất điện cực than chì UHP và HP cỡ lớn, đặc biệt là không có cốc kim ghép chất lượng cao có thể đáp ứng được sản xuất mối nối điện cực than chì.

Các doanh nghiệp cacbon nước ngoài sản xuất điện cực than chì UHP, HP có thông số kỹ thuật lớn thường là lựa chọn đầu tiên của than cốc kim dầu mỏ chất lượng cao làm nguyên liệu than cốc chính, các doanh nghiệp cacbon Nhật Bản cũng sử dụng một số than cốc kim loại than làm nguyên liệu, nhưng chỉ dành cho thông số kỹ thuật sản xuất điện cực than chì φ 600 mm sau. Hiện tại, than cốc kim ở Trung Quốc chủ yếu là than cốc kim loại than. Việc sản xuất điện cực than chì UHP chất lượng cao quy mô lớn của các doanh nghiệp cacbon thường dựa vào than cốc kim loại dầu mỏ nhập khẩu, đặc biệt là sản xuất mối nối chất lượng cao với than cốc kim loại dầu Suishima nhập khẩu của Nhật Bản và than cốc kim loại dầu HSP của Anh làm nguyên liệu than cốc.

Hiện nay, than cốc kim do các doanh nghiệp khác nhau sản xuất thường được so sánh với các chỉ số hiệu suất thương mại của than cốc kim nước ngoài theo các chỉ số hiệu suất thông thường, chẳng hạn như hàm lượng tro, tỷ trọng thực, hàm lượng lưu huỳnh, hàm lượng nitơ, phân bố kích thước hạt, hệ số giãn nở nhiệt, v.v. Tuy nhiên, vẫn còn thiếu các cấp độ phân loại than cốc kim khác nhau so với nước ngoài. Do đó, sản xuất than cốc kim theo cách nói thông tục cũng là "hàng hóa thống nhất", không thể phản ánh được cấp độ của than cốc kim cao cấp chất lượng cao.

Ngoài việc so sánh hiệu suất thông thường, các doanh nghiệp carbon cũng nên chú ý đến đặc tính của cốc kim, chẳng hạn như phân loại hệ số giãn nở nhiệt (CTE), cường độ hạt, mức độ dị hướng, dữ liệu giãn nở ở trạng thái không bị ức chế và trạng thái bị ức chế, và phạm vi nhiệt độ giữa giãn nở và co lại. Vì các tính chất nhiệt này của cốc kim rất quan trọng đối với việc kiểm soát quá trình than hóa trong quá trình sản xuất điện cực than chì, tất nhiên, ảnh hưởng của các tính chất nhiệt của cốc nhựa đường hình thành sau khi nung chất kết dính và chất tẩm nhựa đường là không thể loại trừ.

1. So sánh tính dị hướng của than cốc kim

(A) Mẫu: Thân điện cực UHP φ 500 mm của Nhà máy cacbon trong nước;

Nguyên liệu than cốc kim: Loại LPC-U mới của Nhật Bản, tỷ lệ: 100% loại LPC-U; Phân tích: Nhà máy SGL Griesheim; Các chỉ số hiệu suất được thể hiện trong Bảng 1.

(B) Mẫu: Thân điện cực φ 450 mmHP của một nhà máy cacbon trong nước; Nguyên liệu cốc kim: cốc kim dầu của một nhà máy trong nước, tỷ lệ: 100%; Phân tích: Nhà máy cacbon Bazan Sơn Đông; Các chỉ số hiệu suất được thể hiện trong Bảng 2.

Như có thể thấy từ sự so sánh của Bảng 1 và Bảng 2, cấp lPC-U của kim cốc của thước đo than hóa chất hàng ngày mới có tính chất nhiệt dị hướng lớn, trong đó tính dị hướng của CTE có thể đạt 3,61~4,55 và tính dị hướng của điện trở suất cũng lớn, đạt 2,06~2,25. Bên cạnh đó, độ bền uốn của kim cốc dầu mỏ trong nước tốt hơn kim cốc của thước đo than hóa chất hàng ngày mới cấp LPC-U. Giá trị dị hướng thấp hơn nhiều so với kim cốc của thước đo than hóa chất hàng ngày mới LPC-U.

Phân tích hiệu suất độ dị hướng của sản xuất điện cực than chì công suất cực cao là phương pháp phân tích quan trọng để ước tính chất lượng nguyên liệu than cốc kim hay không, tất nhiên độ dị hướng của độ lớn cũng có ảnh hưởng nhất định đến quá trình sản xuất điện cực, độ dị hướng của điện cực nhỏ có hiệu suất sốc nhiệt cực cao hơn độ dị hướng của công suất trung bình của điện cực nhỏ.

Hiện nay, sản lượng than cốc kim ở Trung Quốc lớn hơn nhiều so với than cốc kim dầu mỏ. Do chi phí nguyên liệu thô và giá của các doanh nghiệp cacbon cao, rất khó để sử dụng 100% than cốc kim trong nước trong sản xuất điện cực UHP, đồng thời thêm một tỷ lệ nhất định than cốc dầu mỏ đã nung và bột than chì để sản xuất điện cực. Do đó, rất khó để đánh giá tính dị hướng của than cốc kim trong nước.

2. Tính chất tuyến tính và thể tích của cốc kim

Hiệu suất thay đổi tuyến tính và thể tích của cốc kim chủ yếu được phản ánh trong quá trình graphite do điện cực tạo ra. Với sự thay đổi nhiệt độ, cốc kim sẽ trải qua quá trình giãn nở và co lại tuyến tính và thể tích trong quá trình gia nhiệt quy trình graphite, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến sự thay đổi tuyến tính và thể tích của phôi thép nung điện cực trong quy trình graphite. Điều này không giống nhau đối với việc sử dụng các tính chất khác nhau của cốc thô, các cấp độ khác nhau của cốc kim thay đổi. Hơn nữa, phạm vi nhiệt độ của các thay đổi tuyến tính và thể tích của các cấp độ khác nhau của cốc kim và cốc dầu mỏ nung cũng khác nhau. Chỉ bằng cách nắm vững đặc điểm này của cốc thô, chúng ta mới có thể kiểm soát và tối ưu hóa tốt hơn trình tự hóa học sản xuất graphite. Điều này đặc biệt rõ ràng trong quá trình graphit hóa hàng loạt.

Bảng 3 cho thấy sự thay đổi tuyến tính và thể tích và phạm vi nhiệt độ của ba loại cốc kim dầu mỏ do Conocophillips sản xuất tại Anh. Sự giãn nở tuyến tính xảy ra đầu tiên khi cốc kim dầu mỏ bắt đầu nóng lên, nhưng nhiệt độ khi bắt đầu co lại tuyến tính thường chậm hơn nhiệt độ nung tối đa. Từ 1525℃ đến 1725℃, sự giãn nở tuyến tính bắt đầu và phạm vi nhiệt độ của toàn bộ sự co lại tuyến tính rất hẹp, chỉ 200℃. Phạm vi nhiệt độ của toàn bộ sự co lại tuyến tính của cốc dầu mỏ chậm thông thường lớn hơn nhiều so với cốc kim, và cốc kim than nằm giữa hai loại này, lớn hơn một chút so với cốc kim dầu mỏ. Kết quả thử nghiệm của Viện thử nghiệm công nghệ công nghiệp Osaka tại Nhật Bản cho thấy hiệu suất nhiệt của cốc càng kém thì phạm vi nhiệt độ co ngót đường ống càng lớn, phạm vi nhiệt độ co ngót đường ống lên tới 500 ~ 600℃ và nhiệt độ co ngót đường ống bắt đầu thấp, ở 1150 ~ 1200℃ bắt đầu xảy ra co ngót đường ống, đây cũng là đặc điểm của cốc dầu mỏ thông thường.

Tính chất nhiệt càng tốt và tính dị hướng của than cốc kim càng lớn thì phạm vi nhiệt độ co tuyến tính càng hẹp. Một số than cốc kim dầu chất lượng cao chỉ có phạm vi nhiệt độ co tuyến tính 100 ~ 150℃. Việc hướng dẫn sản xuất quy trình than hóa sau khi hiểu được đặc điểm giãn nở tuyến tính, co và giãn nở lại của các loại than cốc nguyên liệu khác nhau sẽ rất có lợi cho các doanh nghiệp cacbon, có thể tránh được một số sản phẩm chất lượng không cần thiết do sử dụng phương thức kinh nghiệm truyền thống gây ra.

3 kết luận

Nắm vững các đặc tính khác nhau của nguyên liệu, lựa chọn thiết bị phù hợp hợp lý, kết hợp tốt công nghệ, quản lý doanh nghiệp khoa học và hợp lý hơn, toàn bộ hệ thống quy trình này được kiểm soát chặt chẽ và ổn định, có thể nói là có cơ sở để sản xuất điện cực than chì công suất cao, công suất cực cao chất lượng cao.