يشير مصطلح قطب الجرافيت إلى استخدام فحم الكوك البترولي، وفحم الكوك الإبري كمواد خام، وقطران الفحم كمادة لاصقة. بعد تكليس المواد الخام، وتكسيرها، وطحنها، وخلطها، وعجنها، وتشكيلها، وتكليسها مرة أخرى، وتشريبها، ومعالجتها ميكانيكيًا، يُصنع نوع من مادة الجرافيت الموصلة المقاومة لدرجات الحرارة العالية، ويُسمى قطب الجرافيت الاصطناعي (ويُشار إليه فيما يلي بقطب الجرافيت)، وذلك لتمييزه عن قطب الجرافيت الطبيعي المُحضر من الجرافيت الطبيعي. وبناءً على مؤشر جودته، يُمكن تقسيمه إلى قطب جرافيت عادي، وقطب جرافيت عالي الطاقة، وقطب جرافيت فائق الطاقة.
يتم تصنيع قطب الجرافيت عالي الطاقة من إنتاج فحم الكوك البترولي عالي الجودة (أو فحم الكوك الإبري منخفض الدرجة)، وفي بعض الأحيان يحتاج جسم القطب إلى التشريب، وتكون خصائصه الفيزيائية والميكانيكية أعلى من قطب الجرافيت العادي، مثل المقاومة المنخفضة، مما يسمح بكثافة تيار أكبر.
يسمح قطب الجرافيت عالي الطاقة باستخدام كثافة تيار تبلغ 18 ~ 25 أمبير / سم2، ويستخدم بشكل أساسي في صناعة الصلب في أفران القوس الكهربائي عالية الطاقة.
تُعدّ صناعة الصلب في الأفران الكهربائية من أهمّ مستهلكي أقطاب الجرافيت. يُمثّل إنتاج الصلب المُصنّع بهذه الطريقة في الصين حوالي 18% من إنتاج الصلب الخام، وتُشكّل أقطاب الجرافيت المُستخدمة في صناعة الصلب ما بين 70% و80% من إجمالي كمية أقطاب الجرافيت المُستخدمة. تعتمد صناعة الصلب في الأفران الكهربائية على استخدام أقطاب الجرافيت في تيار الفرن، ثمّ استخدام الشحنات الكهربائية الناتجة عن القوس الكهربائي المُولّد من مصدر حراري عالي الحرارة لصهر المواد.
يُستخدم فرن القوس الكهربائي بشكل أساسي في إنتاج الفوسفور الأصفر الصناعي والسيليكون، وما إلى ذلك. يتميز هذا الفرن بوجود جزء سفلي من القطب الموصل مدفون في شحنة الفرن، حيث يتشكل قوس كهربائي داخل طبقة المادة، ويستخدم شحنة الفرن نفسها لتحويل الطاقة الحرارية الناتجة عن مقاومتها إلى طاقة حرارية لتسخين شحنة الفرن. يتطلب فرن القوس الكهربائي كثافة تيار عالية، لذا فهو يحتاج إلى قطب جرافيت. على سبيل المثال، يتطلب إنتاج طن واحد من السيليكون حوالي 100 كجم من قطب الجرافيت، بينما يتطلب إنتاج طن واحد من الفوسفور الأصفر حوالي 40 كجم من قطب الجرافيت.
يُصنّف فرن التغرافيت لإنتاج منتجات الجرافيت، وفرن الصهر لصهر الزجاج، والفرن الكهربائي لإنتاج كربيد السيليكون ضمن أفران المقاومة. وتُعدّ المادة الموجودة داخل الفرن بمثابة كلٍّ من المقاومة الحرارية والمادة المراد تسخينها. عادةً ما يُدمج قطب الجرافيت الموصل في جدار الفرن عند نهاية فرن المقاومة، ويُستخدم هذا القطب في عملية التسخين المتقطع.
تُستخدم أقطاب الجرافيت الخام أيضًا في معالجة مختلف أنواع البوتقات والقوالب والقوارب وهياكل التسخين وغيرها من منتجات الجرافيت ذات الأشكال الخاصة. على سبيل المثال، في صناعة زجاج الكوارتز، يلزم 10 أطنان من قضبان أقطاب الجرافيت لإنتاج طن واحد من أنابيب الصمامات الكهربائية؛ ويلزم 100 كيلوغرام من قضبان أقطاب الجرافيت لإنتاج طن واحد من طوب الكوارتز.
منذ بداية الربع الأخير من عام 2016، ومع تعزيز سياسات إصلاح جانب العرض في صناعة الحديد والصلب، أصبحت إزالة قضبان الحديد من أرضيات الأفران أولوية قصوى للقضاء على طاقات الإنتاج المتخلفة. وفي 10 يناير 2017، صرّح نائب مدير لجنة التنمية والإصلاح الوطنية خلال اجتماع مجلس إدارة جمعية صناعة الحديد والصلب الصينية (CISA) لعام 2017 بضرورة إزالة جميع قضبان أرضيات الأفران قبل 30 يونيو 2017. وفي عام 2017، بلغ إجمالي الطاقة الإنتاجية للصلب المُصنّع في أفران الأفران الكهربائية في الصين حوالي 120 مليون طن، منها 86.6 مليون طن قيد الإنتاج و15.6 مليون طن متوقفة عن الإنتاج. وبحلول نهاية أكتوبر 2017، بلغت الطاقة الإنتاجية للصلب المُصنّع في أفران الأفران الكهربائية حوالي 26.5 مليون طن، منها حوالي 30% مُستأنفة. ونظرًا لتأثير انخفاض طاقة أفران التردد المتوسط، بدأ إنتاج الصلب المُصنّع في أفران الأفران الكهربائية بنشاط، مما يُبرز جدواه الاقتصادية. يشهد فولاذ الأفران الكهربائية طلباً جيداً على أقطاب الجرافيت عالية الطاقة وفائقة الطاقة، فضلاً عن حماس كبير للشراء.
في عام 2017، ارتفع سعر أقطاب الجرافيت محلياً بشكل كبير، وزاد الطلب عليها في الخارج. وعادت الأسواق المحلية والخارجية إلى الازدهار. في الصين، وبسبب إزالة مخلفات الصلب، وزيادة طاقة أفران القوس الكهربائي، وفرض قيود على إنتاج الكربون لحماية البيئة، وغيرها من العوامل، ارتفع سعر أقطاب الجرافيت محلياً بشكل حاد في عام 2017، مما يشير إلى وجود نقص في المعروض في السوق المحلية. في الوقت نفسه، يُظهر نمو سوق أقطاب الجرافيت في الصين قوة الطلب عليها في الخارج. وقد أظهر الطلب القوي عليها محلياً وعالمياً، ولا يزال القطاع يعاني من نقص في المعروض.
لذلك، لا تزال جاذبية الاستثمار في صناعة أقطاب الجرافيت عالية الطاقة قوية.
مع تطور صناعة الحديد والصلب العالمية، وتحول أفران القوس الكهربائي تدريجياً إلى أفران كبيرة وعالية الطاقة للغاية، بالإضافة إلى التحكم الآلي بالكمبيوتر، وغيرها من جوانب التطور، فإن استخدام أفران القوس الكهربائي عالية الطاقة يتزايد، مما يعزز تطبيق أقطاب الجرافيت عالية الطاقة.
مقارنةً بالولايات المتحدة وأوروبا واليابان وغيرها من الدول والمناطق المتقدمة، بدأت صناعة أقطاب الجرافيت عالية الطاقة في الصين متأخرةً، معتمدةً في بداياتها على الواردات، ما جعل إنتاجها من هذه الأقطاب بعيدًا عن تلبية الطلب. وبفضل تطور صناعة الحديد والصلب والتقدم التكنولوجي، تمكنت الصين تدريجيًا من كسر احتكار الدول الأجنبية للتكنولوجيا، وارتفعت طاقتها الإنتاجية من أقطاب الجرافيت عالية الطاقة، وتحسنت جودة منتجاتها بشكل ملحوظ. وحاليًا، حققت أقطاب الجرافيت عالية الطاقة المنتجة في الصين نتائج ممتازة في أفران القوس الكهربائي واسعة النطاق، ووصلت جميع مؤشرات أدائها إلى مستويات عالمية رائدة. ولا تقتصر منتجات أقطاب الجرافيت عالية الطاقة الصينية على تلبية احتياجات السوق المحلية فحسب، بل تُصدّر أيضًا كميات كبيرة منها إلى الخارج، ما يقلل الطلب على المنتجات المستوردة.
يُعدّ تطوير صناعة الصلب في الأفران الكهربائية عالية الطاقة اتجاهًا هامًا في تطور هذه الصناعة. ففي المستقبل، سيزداد إنتاج الصلب في الأفران الكهربائية عالية الطاقة، وسيزداد معه الطلب على أقطاب الجرافيت عالية الطاقة، مما سيعزز إنتاج هذه الأقطاب في الصين. وبذلك، تستطيع الشركات المحلية المتخصصة في إنتاج أقطاب الجرافيت عالية الطاقة توسيع سلسلة التوريد، وإجراء البحوث والتطوير للمواد الخام، وبناء معدات الإنتاج، مما يُسهم بفعالية في خفض تكاليف التشغيل وزيادة الأرباح.
تاريخ النشر: 31 مايو 2022