გრაფიტის ელექტროდი და ნემსის კოქსი

ნახშირბადის მასალების წარმოების პროცესი მკაცრად კონტროლირებადი სისტემური ინჟინერიაა, გრაფიტის ელექტროდის, სპეციალური ნახშირბადის მასალების, ალუმინის ნახშირბადის და ახალი, მაღალი დონის ნახშირბადის მასალების წარმოება განუყოფელია ნედლეულის, აღჭურვილობის, ტექნოლოგიის, ოთხი წარმოების ფაქტორის მართვისა და მასთან დაკავშირებული საკუთრების ტექნოლოგიის გამოყენებისგან.

ნედლეული ნახშირბადის მასალების ძირითადი მახასიათებლების განმსაზღვრელი ძირითადი ფაქტორებია, ხოლო ნედლეულის მახასიათებლები განსაზღვრავს წარმოებული ნახშირბადის მასალების მახასიათებლებს. UHP და HP გრაფიტის ელექტროდების წარმოებისთვის, მაღალი ხარისხის ნემსიანი კოქსი არის პირველი არჩევანი, ასევე მაღალი ხარისხის შემკვრელი ასფალტი, გაჟღენთილი აგენტი ასფალტი. მაგრამ მხოლოდ მაღალი ხარისხის ნედლეული, აღჭურვილობის, ტექნოლოგიის, მართვის ფაქტორების და მასთან დაკავშირებული საკუთრების ტექნოლოგიის ნაკლებობის გამო, ასევე შეუძლებელია მაღალი ხარისხის UHP, HP გრაფიტის ელექტროდის წარმოება.

ეს სტატია ფოკუსირებულია მაღალი ხარისხის ნემსიანი კოქსის მახასიათებლებზე, რათა გამოთქვას პირადი შეხედულებები ნემსიანი კოქსის მწარმოებლების, ელექტროდების მწარმოებლებისა და სამეცნიერო-კვლევითი ინსტიტუტების განსახილველად.

მიუხედავად იმისა, რომ ჩინეთში ნემსიანი კოქსის სამრეწველო წარმოება უცხოურ საწარმოებთან შედარებით უფრო გვიანია, ბოლო წლებში ის სწრაფად განვითარდა და ფორმირების პროცესი დაიწყო. წარმოების მთლიანი მოცულობის თვალსაზრისით, მას ძირითადად შეუძლია დააკმაყოფილოს ნემსიანი კოქსის მოთხოვნა ადგილობრივი ნახშირბადის საწარმოების მიერ წარმოებული UHP და HP გრაფიტის ელექტროდებისთვის. თუმცა, უცხოურ საწარმოებთან შედარებით ნემსიანი კოქსის ხარისხში გარკვეული ხარვეზი მაინც არსებობს. პარტიის მუშაობის რყევა გავლენას ახდენს მაღალი ხარისხის ნემსიანი კოქსის მოთხოვნაზე დიდი ზომის UHP და HP გრაფიტის ელექტროდების წარმოებაში, განსაკუთრებით არ არსებობს მაღალი ხარისხის შეერთების ნემსიანი კოკი, რომელიც დააკმაყოფილებს გრაფიტის ელექტროდების შეერთების წარმოებას.

უცხოური ნახშირბადის საწარმოები, რომლებიც აწარმოებენ დიდი სპეციფიკაციების UHP, HP გრაფიტის ელექტროდს, ხშირად წარმოადგენენ მაღალი ხარისხის ნავთობის ნემსიანი კოქსის პირველ არჩევანს, როგორც ძირითად ნედლეულს. იაპონური ნახშირბადის საწარმოებიც იყენებენ ნახშირის სერიის ნემსიანი კოქსს ნედლეულად, მაგრამ მხოლოდ შემდეგი φ 600 მმ სპეციფიკაციის გრაფიტის ელექტროდების წარმოებისთვის. ამჟამად, ჩინეთში ნემსიანი კოქსი ძირითადად ნახშირის სერიის ნემსიანი კოქსია. ნახშირბადის საწარმოების მიერ მაღალი ხარისხის ფართომასშტაბიანი UHP გრაფიტის ელექტროდის წარმოება ხშირად ეყრდნობა იმპორტირებულ ნავთობის სერიის ნემსიანი კოქსს, განსაკუთრებით მაღალი ხარისხის შეერთების წარმოებას იმპორტირებულ იაპონურ Suishima ნავთობის სერიის ნემსიანი კოკთან და ბრიტანულ HSP ნავთობის სერიის ნემსიანი კოკთან, როგორც ნედლეულს.

ამჟამად, სხვადასხვა საწარმოების მიერ წარმოებული ნემსიანი კოქსი, როგორც წესი, შედარებულია უცხოური ნემსიანი კოქსის კომერციული მაჩვენებლებით ტრადიციული მაჩვენებლებით, როგორიცაა ნაცრის შემცველობა, ნამდვილი სიმკვრივე, გოგირდის შემცველობა, აზოტის შემცველობა, ნაწილაკების ზომის განაწილება, თერმული გაფართოების კოეფიციენტი და ა.შ. თუმცა, უცხოურ ქვეყნებთან შედარებით ნემსიანი კოქსის კლასიფიკაციის სხვადასხვა ხარისხი ჯერ კიდევ არ არსებობს. ამიტომ, ნემსიანი კოქსის წარმოება, რომელიც სასაუბროდ „ერთიანი საქონლისთვის“ გამოიყენება, ვერ ასახავს მაღალი ხარისხის პრემიუმ ნემსიანი კოქსის ხარისხს.

ტრადიციული მახასიათებლების შედარების გარდა, ნახშირბადის საწარმოებმა ყურადღება უნდა მიაქციონ ნემსიანი კოქსის დახასიათებას, როგორიცაა თერმული გაფართოების კოეფიციენტის (CTE) კლასიფიკაცია, ნაწილაკების სიმტკიცე, ანიზოტროპიის ხარისხი, გაფართოების მონაცემები არაინჰიბირებულ და ინჰიბირებულ მდგომარეობაში და ტემპერატურის დიაპაზონი გაფართოებასა და შეკუმშვას შორის. რადგან ნემსიანი კოქსის ეს თერმული თვისებები ძალიან მნიშვნელოვანია გრაფიტის ელექტროდის წარმოების პროცესში გრაფიტიზაციის პროცესის კონტროლისთვის, რა თქმა უნდა, არ არის გამორიცხული შემკვრელისა და გაჟღენთილი აგენტის ასფალტის გამოწვის შემდეგ წარმოქმნილი ასფალტის კოქსის თერმული თვისებების გავლენა.

1. ნემსის კოქსის ანიზოტროპიის შედარება

(A) ნიმუში: A საყოფაცხოვრებო ნახშირბადის ქარხნის φ 500 მმ UHP ელექტროდის კორპუსი;

ნედლეული ნემსის კოქსი: იაპონური ახალი ქიმიური LPC-U კლასის, თანაფარდობა: 100% LPC-U კლასის; ანალიზი: SGL Griesheim-ის ქარხანა; მუშაობის ინდიკატორები ნაჩვენებია ცხრილში 1.

(B) ნიმუში: φ 450 mmHP ელექტროდის კორპუსი ადგილობრივი ნახშირბადის ქარხნიდან; ნედლეული ნემსიანი კოქსი: ადგილობრივი ქარხნის ზეთი ნემსიანი კოქსი, თანაფარდობა: 100%; ანალიზი: შანდონგის ბაზანის ნახშირბადის ქარხანა; მუშაობის ინდიკატორები ნაჩვენებია ცხრილში 2.

როგორც ცხრილი 1-ისა და ცხრილი 2-ის შედარებით ჩანს, ახალი დღიური ქიმიური ნახშირის საზომი ნემსიანი კოქსის lPC-U კლასის თერმული თვისებების დიდი ანიზოტროპია აქვს, რომლის დროსაც CTE-ის ანიზოტროპიამ შეიძლება მიაღწიოს 3.61~4.55-ს, ხოლო წინაღობის ანიზოტროპიაც დიდია და აღწევს 2.06~2.25-ს. გარდა ამისა, სამომხმარებლო ნავთობის ნემსიანი კოქსის მოღუნვის სიმტკიცე უკეთესია, ვიდრე ახალი დღიური ქიმიური LPC-U კლასის ნახშირის ნემსიანი კოქსის. ანიზოტროპიის მნიშვნელობა გაცილებით დაბალია, ვიდრე ახალი დღიური ქიმიური LPC-U ნახშირის ნემსიანი კოქსის.

ულტრამაღალი სიმძლავრის გრაფიტის ელექტროდის წარმოების ანიზოტროპიული ხარისხის ანალიზი არის ნემსის კოქსის ნედლეულის ხარისხის შეფასება ან არ არის მნიშვნელოვანი ანალიზის მეთოდი, ანიზოტროპიის ხარისხი, რა თქმა უნდა, ასევე გარკვეულ გავლენას ახდენს ელექტროდის წარმოების პროცესზე, ელექტროენერგიის ანიზოტროპიის ხარისხი უკიდურესად კარგია თერმული შოკისთვის, ვიდრე მცირე ელექტროდის საშუალო სიმძლავრის ანიზოტროპიის ხარისხი.

ამჟამად, ჩინეთში ნახშირის ნემსიანი კოქსის წარმოება გაცილებით დიდია, ვიდრე ნავთობის ნემსიანი კოქსის. ნედლეულის მაღალი ღირებულებისა და ნახშირბადის საწარმოების ფასის გამო, ულტრა მაღალი წნევის ელექტროდის წარმოებაში 100%-ით ადგილობრივი ნემსიანი კოქსის გამოყენება რთულია, ელექტროდის წარმოებისთვის კი გარკვეული პროპორციით კალცირებული ნავთობის კოქსისა და გრაფიტის ფხვნილის დამატებაა საჭირო. ამიტომ, ადგილობრივი ნემსიანი კოქსის ანიზოტროპიის შეფასება რთულია.

2. ნემსისებრი კოქსის ხაზოვანი და მოცულობითი თვისებები

ნემსიანი კოქსის წრფივი და მოცულობითი ცვლილებების მახასიათებლები ძირითადად აისახება ელექტროდის მიერ წარმოებულ გრაფიტის პროცესში. ტემპერატურის ცვლილებასთან ერთად, ნემსიანი კოქსი განიცდის წრფივ და მოცულობით გაფართოებას და შეკუმშვას გრაფიტის პროცესის გაცხელების პროცესში, რაც პირდაპირ გავლენას ახდენს ელექტროდით გამომწვარი ნაჭრის წრფივ და მოცულობით ცვლილებაზე გრაფიტის პროცესში. ეს არ არის იგივე ნედლი კოქსის სხვადასხვა თვისებების გამოყენებისა და ნემსიანი კოქსის სხვადასხვა ხარისხის ცვლილებების შემთხვევაში. უფრო მეტიც, ნემსიანი კოქსის სხვადასხვა ხარისხისა და კალცინირებული ნავთობკოქსის წრფივი და მოცულობითი ცვლილებების ტემპერატურული დიაპაზონიც განსხვავებულია. მხოლოდ ნედლი კოქსის ამ მახასიათებლის დაუფლებით შეგვიძლია უკეთ გავაკონტროლოთ და ოპტიმიზაცია გავუკეთოთ გრაფიტის ქიმიური თანმიმდევრობის წარმოებას. ეს განსაკუთრებით თვალსაჩინოა სერიული გრაფიტიზაციის პროცესში.

ცხრილი 3 გვიჩვენებს დიდ ბრიტანეთში, Conocophillips-ის მიერ წარმოებული სამი კლასის ნავთობის ნემსიანი კოქსის წრფივ და მოცულობით ცვლილებებს და ტემპერატურულ დიაპაზონებს. წრფივი გაფართოება თავდაპირველად ხდება მაშინ, როდესაც ნავთობის ნემსიანი კოქსი იწყებს გაცხელებას, მაგრამ წრფივი შეკუმშვის დასაწყისში ტემპერატურა, როგორც წესი, ჩამორჩება მაქსიმალურ გამოწვის ტემპერატურას. 1525℃-დან 1725℃-მდე იწყება წრფივი გაფართოება და მთელი წრფივი შეკუმშვის ტემპერატურული დიაპაზონი ვიწროა, მხოლოდ 200℃. ჩვეულებრივი შეყოვნებული ნავთობის კოქსის მთელი ხაზის შეკუმშვის ტემპერატურული დიაპაზონი გაცილებით დიდია, ვიდრე ნემსიანი კოქსის, ხოლო ნახშირის ნემსიანი კოკი ორს შორისაა, ოდნავ დიდია, ვიდრე ნავთობის ნემსიანი კოქსი. იაპონიაში, ოსაკას სამრეწველო ტექნოლოგიების ტესტირების ინსტიტუტის ტესტების შედეგები აჩვენებს, რომ რაც უფრო უარესია კოქსის თერმული მახასიათებლები, მით უფრო დიდია ხაზის შეკუმშვის ტემპერატურის დიაპაზონი, 500 ~ 600℃-მდე ხაზის შეკუმშვის ტემპერატურის დიაპაზონი, ხოლო ხაზის შეკუმშვის დასაწყისის ტემპერატურა დაბალია, 1150 ~ 1200℃-ზე იწყება ხაზის შეკუმშვა, რაც ასევე ჩვეულებრივი შეყოვნებული ნავთობის კოქსის დამახასიათებელი ნიშანია.

რაც უფრო უკეთესია ნემსიანი კოქსის თერმული თვისებები და რაც უფრო დიდია ანიზოტროპია, მით უფრო ვიწროა წრფივი შეკუმშვის ტემპერატურული დიაპაზონი. ზოგიერთი მაღალი ხარისხის ნავთობის ნემსიანი კოქსი მხოლოდ 100 ~ 150℃ წრფივი შეკუმშვის ტემპერატურული დიაპაზონია. ნახშირბადის საწარმოებისთვის ძალიან სასარგებლოა გრაფიტიზაციის პროცესის წარმოებაში ხელმძღვანელობა სხვადასხვა ნედლეულის კოქსის წრფივი გაფართოების, შეკუმშვისა და ხელახალი გაფართოების მახასიათებლების გაგების შემდეგ, რაც თავიდან აიცილებს ტრადიციული ექსპერიმენტული რეჟიმის გამოყენებით გამოწვეულ ზოგიერთ არასაჭირო ხარისხიან ნარჩენ პროდუქტს.

3 დასკვნა

ნედლეულის სხვადასხვა მახასიათებლების დაუფლება, აღჭურვილობის გონივრული შესაბამისობის შერჩევა, ტექნოლოგიების კარგი კომბინაცია და საწარმოს მენეჯმენტის უფრო სამეცნიერო და გონივრული მიდგომა, მთელი პროცესის სისტემის ეს სერია მკაცრად კონტროლირებადი და სტაბილურია, შეიძლება ითქვას, რომ წარმოადგენს მაღალი ხარისხის ულტრამაღალი სიმძლავრის, მაღალი სიმძლავრის გრაფიტის ელექტროდის წარმოების საფუძველს.