قطب الجرافيت وفحم الإبرة

إن عملية إنتاج المواد الكربونية عبارة عن نظام هندسي خاضع لرقابة صارمة، وإنتاج أقطاب الجرافيت، ومواد الكربون الخاصة، وكربون الألومنيوم، ومواد الكربون الجديدة الراقية لا ينفصل عن استخدام المواد الخام، والمعدات، والتكنولوجيا، وإدارة عوامل الإنتاج الأربعة والتكنولوجيا الملكية ذات الصلة.

المواد الخام هي العوامل الرئيسية التي تحدد الخصائص الأساسية للمواد الكربونية، ويحدد أداء المواد الخام أداء المواد الكربونية المصنعة. لإنتاج أقطاب الجرافيت UHP وHP، يُعدّ فحم الكوك الإبري عالي الجودة الخيار الأمثل، بالإضافة إلى الأسفلت الرابط عالي الجودة، والأسفلت المُشبّع. إلا أن المواد الخام عالية الجودة فقط، ونقص المعدات والتكنولوجيا، وعوامل الإدارة، والتكنولوجيا الخاصة ذات الصلة، تُعيق إنتاج أقطاب الجرافيت UHP وHP عالية الجودة.

ترتكز هذه المقالة على خصائص فحم الإبرة عالي الجودة لتوضيح بعض الآراء الشخصية، لمصنعي فحم الإبرة، ومصنعي الأقطاب الكهربائية، ومعاهد البحث العلمي لمناقشتها.

على الرغم من أن الإنتاج الصناعي لفحم الكوك الإبري في الصين متأخر عن الإنتاج الأجنبي، إلا أنه شهد تطورًا سريعًا في السنوات الأخيرة وبدأ يتشكل. من حيث إجمالي حجم الإنتاج، يُمكنه تلبية الطلب على فحم الكوك الإبري لأقطاب الجرافيت فائقة الضغط وعالية الضغط التي تنتجها شركات الكربون المحلية. ومع ذلك، لا تزال هناك فجوة في جودة فحم الكوك الإبري مقارنةً بالشركات الأجنبية. يؤثر تقلب أداء الدفعات على الطلب على فحم الكوك الإبري عالي الجودة في إنتاج أقطاب الجرافيت فائقة الضغط وعالية الضغط كبيرة الحجم، وخاصةً عدم وجود فحم كوك إبري عالي الجودة يُلبي متطلبات إنتاج أقطاب الجرافيت.

غالبًا ما تُعدّ شركات الكربون الأجنبية التي تُنتج أقطاب الجرافيت UHP وHP عالية الأداء ذات المواصفات الكبيرة الخيار الأمثل لفحم الكوك البترولي عالي الجودة كمواد خام رئيسية. كما تستخدم شركات الكربون اليابانية بعض أنواع فحم الكوك الإبري من سلسلة الفحم كمواد خام، ولكن فقط لإنتاج أقطاب الجرافيت بمواصفات φ 600 مم التالية. حاليًا، يتكون فحم الكوك الإبري في الصين بشكل أساسي من فحم الكوك الإبري من سلسلة الفحم. غالبًا ما يعتمد إنتاج أقطاب الجرافيت UHP عالية الجودة وواسعة النطاق من قبل شركات الكربون على فحم الكوك الإبري من سلسلة البترول المستورد، وخاصةً إنتاج وصلات عالية الجودة باستخدام فحم الكوك الإبري من سلسلة زيت Suishima الياباني المستورد وفحم الكوك الإبري من سلسلة زيت HSP البريطاني كمواد خام.

حاليًا، عادةً ما تُقارن فحم الإبرة الذي تنتجه مختلف الشركات بمؤشرات الأداء التجارية لفحم الإبرة الأجنبي باستخدام مؤشرات الأداء التقليدية، مثل محتوى الرماد، والكثافة الحقيقية، ومحتوى الكبريت، ومحتوى النيتروجين، وتوزيع حجم الجسيمات، ومعامل التمدد الحراري، وغيرها. ومع ذلك، لا تزال هناك نقص في تصنيف درجات فحم الإبرة مقارنةً بالدول الأجنبية. لذلك، فإن إنتاج فحم الإبرة، الذي يُطلق عليه عادةً "السلع الموحدة"، لا يعكس جودة فحم الإبرة الممتاز عالي الجودة.

بالإضافة إلى مقارنة الأداء التقليدية، ينبغي على شركات الكربون الاهتمام بتوصيف فحم الكوك الإبري، مثل تصنيف معامل التمدد الحراري (CTE)، وقوة الجسيمات، ودرجة التباين، وبيانات التمدد في الحالة غير المثبطة والحالة المثبطة، ونطاق درجة الحرارة بين التمدد والانكماش. ونظرًا لأهمية هذه الخصائص الحرارية لفحم الكوك الإبري في التحكم في عملية الجرافيت في عملية إنتاج أقطاب الجرافيت، فمن الطبيعي أن يؤثر ذلك على الخصائص الحرارية لفحم الكوك الإسفلتي المتشكل بعد تحميص المادة الرابطة وعامل التشريب الإسفلتي.

1. مقارنة تباين خواص فحم الإبرة

(أ) العينة: جسم قطب كهربائي UHP مقاس 500 مم من مصنع كربون محلي؛

مادة خام فحم الإبرة: درجة LPC-U الكيميائية اليابانية الجديدة، النسبة: 100% درجة LPC-U؛ التحليل: مصنع SGL Griesheim؛ تظهر مؤشرات الأداء في الجدول 1.

(ب) العينة: جسم قطب كهربائي بقوة φ 450 مم حصان لمصنع كربون محلي؛ مادة خام فحم الإبرة: فحم الإبرة الزيتي لمصنع محلي، النسبة: 100%؛ التحليل: مصنع الكربون في شاندونج بازان؛ تظهر مؤشرات الأداء في الجدول 2.

كما يتضح من مقارنة الجدولين 1 و2، فإن فحم الإبرة من نوع lPC-U المستخدم في قياسات الفحم الكيميائي اليومي الجديد يتميز بتباين كبير في الخواص الحرارية، حيث يمكن أن يتراوح تباين معامل التمدد الحراري بين 3.61 و4.55، كما أن تباين المقاومة كبير أيضًا، ويتراوح بين 2.06 و2.25. علاوة على ذلك، فإن قوة انثناء فحم الإبرة البترولي المحلي أفضل من قوة فحم الإبرة من نوع LPC-U المستخدم في قياسات الفحم الكيميائي اليومي الجديد. قيمة تباين الخواص أقل بكثير من قيمة فحم الإبرة من نوع LPC-U المستخدم في قياسات الفحم الكيميائي اليومي الجديد.

تحليل أداء درجة التباين في إنتاج أقطاب الجرافيت عالية الطاقة هو تقدير جودة المواد الخام لإبرة الكوك أم لا طريقة تحليل مهمة، وحجم درجة التباين، بالطبع، لها أيضًا تأثير معين على عملية إنتاج القطب، ودرجة التباين في أداء الصدمة الحرارية للكهرباء للغاية من درجة التباين في متوسط ​​قوة القطب الصغير جيدة.

حاليًا، يفوق إنتاج فحم الكوك الإبري الفحمي في الصين إنتاج فحم الكوك الإبري البترولي بكثير. ونظرًا لارتفاع تكلفة المواد الخام وأسعار شركات الكربون، يصعب استخدام فحم الكوك الإبري المحلي بنسبة 100% في إنتاج أقطاب UHP، مع إضافة نسبة معينة من فحم الكوك البترولي المُكلس ومسحوق الجرافيت لإنتاج الأقطاب. لذلك، يصعب تقييم تباين فحم الكوك الإبري المحلي.

2. الخصائص الخطية والحجمية لكوك الإبرة

ينعكس أداء التغير الخطي والحجمي لفحم الكوك الإبري بشكل رئيسي في عملية الجرافيت التي ينتجها القطب. مع تغير درجة الحرارة، سيخضع فحم الكوك الإبري للتمدد والانكماش الخطي والحجمي أثناء عملية تسخين عملية الجرافيت، مما يؤثر بشكل مباشر على التغير الخطي والحجمي لسبائك القطب المحمصة في عملية الجرافيت. هذا لا ينطبق على استخدام خصائص مختلفة لفحم الكوك الخام، ودرجات مختلفة من تغيرات فحم الكوك الإبري. علاوة على ذلك، يختلف نطاق درجة حرارة التغيرات الخطية والحجمية لدرجات مختلفة من فحم الكوك الإبري وفحم البترول المكلس. فقط من خلال إتقان هذه الخاصية لفحم الكوك الخام يمكننا التحكم بشكل أفضل وتحسين إنتاج التسلسل الكيميائي للجرافيت. هذا واضح بشكل خاص في عملية الجرافيت التسلسلي.

يوضح الجدول 3 التغيرات الخطية والحجمية ونطاقات درجات الحرارة لثلاثة أنواع من فحم الإبرة البترولية الذي تنتجه شركة كونوكو فيليبس في المملكة المتحدة. يحدث التمدد الخطي أولاً عندما يبدأ فحم الإبرة الزيتية بالتسخين، ولكن درجة الحرارة في بداية الانكماش الخطي عادةً ما تكون متأخرة عن أقصى درجة حرارة للتكليس. يبدأ التمدد الخطي من 1525 إلى 1725 درجة مئوية، ويكون نطاق درجة حرارة الانكماش الخطي الكلي ضيقًا، حيث لا يتجاوز 200 درجة مئوية. يكون نطاق درجة حرارة الانكماش الخطي الكلي لفحم البترول العادي المتأخر أكبر بكثير من نطاق فحم الإبرة، بينما يقع فحم إبرة الفحم بين الاثنين، أي أكبر قليلاً من فحم إبرة الزيت. تظهر نتائج اختبار معهد اختبار تكنولوجيا الصناعة في أوساكا في اليابان أنه كلما كان الأداء الحراري للفحم أسوأ، كلما كان نطاق درجة حرارة انكماش الخط أكبر، ويصل إلى 500 ~ 600 درجة مئوية، وبداية درجة حرارة انكماش الخط منخفضة، عند 1150 ~ 1200 درجة مئوية بدأ يحدث انكماش الخط، وهو أيضًا من خصائص فحم البترول المتأخر العادي.

كلما كانت الخصائص الحرارية لفحم الإبرة أفضل وتباين الخواص أكبر، ضاقت درجة حرارة الانكماش الخطي. بعض فحم الإبرة الزيتي عالي الجودة يتراوح نطاق درجة حرارة الانكماش الخطي بين 100 و150 درجة مئوية فقط. من المفيد جدًا لشركات الكربون توجيه عملية إنتاج الجرافيت بعد فهم خصائص التمدد والانكماش وإعادة التمدد الخطي لمواد الكوك الخام المختلفة، مما يُجنّب بعض نفايات الجودة غير الضرورية الناتجة عن استخدام طريقة التجربة التقليدية.

3 الخاتمة

إتقان الخصائص المختلفة للمواد الخام، واختيار المعدات المناسبة، والجمع الجيد بين التكنولوجيا، وإدارة المؤسسة أكثر علمية ومعقولة، هذه السلسلة من نظام العملية برمتها يتم التحكم فيها بإحكام ومستقرة، ويمكن القول أن لديها أساس إنتاج عالية الجودة فائقة الطاقة، عالية الطاقة القطب الجرافيتي.