ما هي المعايير الرئيسية التي يجب التحكم بها بدقة أثناء عملية الإنتاج لضمان جودة فحم الكوك البترولي المُجرافن النهائي؟

في عملية إنتاج فحم الكوك البترولي المُجرافن، من الضروري التحكم بدقة في المعايير الرئيسية التالية بدءًا من اختيار المواد الخام، والمعالجة المسبقة، وعملية الجرافيت، وصولاً إلى المعالجة اللاحقة لضمان جودة المنتج النهائي:

أولاً: اختيار المواد الخام والمعالجة المسبقة

محتوى الكبريت

• معيار الرقابة: يجب ألا تتجاوز نسبة الكبريت في فحم الكوك البترولي الخام 0.5%. قد يتسبب فحم الكوك عالي الكبريت في تمدد الغاز أثناء عملية التغرافيت، مما يؤدي إلى تكسير المنتج.
• التأثير: كل انخفاض بنسبة 0.1% في محتوى الكبريت يقلل من معدل تكسير المنتج بنسبة 15%-20% ويقلل من المقاومة بنسبة 5%-8%.

محتوى الرماد

• معيار التحكم: يجب أن يكون محتوى الرماد ≤0.3%، مع كون الشوائب الأساسية عبارة عن أكاسيد معدنية مثل الحديد والسيليكون والكالسيوم.
• التأثير: كل زيادة بنسبة 0.1% في محتوى الرماد تزيد من مقاومة المنتج بنسبة 10%-15% وتقلل من القوة الميكانيكية بنسبة 8%-10%.

توزيع حجم الجسيمات

• معيار التحكم: يجب أن يشكل فحم الكوك الحبيبي ≥80%، بينما يجب أن يشكل فحم الكوك المسحوق (حجم الجسيمات <0.5 مم) ≤20%.
• التأثير: يمكن أن يؤدي الإفراط في استخدام مسحوق الكوك إلى التكتل أثناء التكليس، مما يؤثر على إزالة المواد المتطايرة؛ تحسين تجانس فحم الكوك الحبيبي يقلل من استهلاك طاقة التغرافيت بنسبة 5٪ - 10٪.

عملية التكليس

• درجة الحرارة: 1200-1400 درجة مئوية لمدة 8-12 ساعة.
• الوظيفة: إزالة المواد المتطايرة (من 8٪ - 15٪ إلى أقل من 1٪) وزيادة الكثافة الحقيقية (من 1.9 جم / سم³ إلى ≥ 2.05 جم / سم³).
• نقطة التحكم: يجب أن تكون الكثافة الحقيقية بعد التكليس ≥2.08 جم/سم³؛ وإلا فإن صعوبة التبلور تزداد، وترتفع المقاومة.

ثانياً: عملية التغرافيت

التحكم في درجة الحرارة

• المعيار الأساسي: 2800-3000 درجة مئوية، يتم الحفاظ عليها لمدة 48-72 ساعة.
• تأثير:
  • كل زيادة في درجة الحرارة بمقدار 100 درجة مئوية تعزز التبلور بنسبة 5٪ - 8٪ وتقلل المقاومة بنسبة 3٪ - 5٪.
  • تؤدي درجة الحرارة غير الكافية (<2700 درجة مئوية) إلى بقايا كربون غير متبلورة، مع مقاومة المنتج >15 ميكرو أوم متر؛ وقد تتسبب درجة الحرارة المفرطة (>3100 درجة مئوية) في تلف بنية الكربون.

تجانس درجة الحرارة

• معيار التحكم: فرق درجة الحرارة بين قلب الفرن وحافته ≤150 درجة مئوية، مع تباعد المزدوجات الحرارية ≤30 سم.
• التأثير: كل زيادة قدرها 50 درجة مئوية في فرق درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة تباين المقاومة المحلية بنسبة 10٪ - 15٪ وانخفاض إنتاجية المنتج بنسبة 5٪ - 8٪.

معدل التسخين

• معيار التحكم:
  • مرحلة 25-800 درجة مئوية: ≤3 درجة مئوية/ساعة (لمنع تشقق الإجهاد الحراري).
  • مرحلة 800-1250 درجة مئوية: ≤5 درجة مئوية/ساعة (لتعزيز تكوين بنية الكربون المنظمة).
• التأثير: تؤدي معدلات التسخين المفرطة إلى انكماش حجم المنتج بنسبة تتجاوز 15٪، مما يؤدي إلى التشقق.

جو واقٍ

• معيار التحكم: معدل تدفق النيتروجين من 0.8 إلى 1.2 م³/ساعة، أو استخدام بيئة الأرجون/الفراغ.
• الوظيفة: منع الأكسدة وتقليل محتوى الشوائب (على سبيل المثال، ينخفض ​​محتوى الأكسجين من 0.5٪ إلى أقل من 0.1٪).

ثالثًا: المعالجة اللاحقة والتنقية

معدل التبريد

• معيار التحكم: معدل تبريد بطيء ≤20 درجة مئوية/ساعة بعد التغرافيت.
• التأثير: يؤدي التبريد السريع إلى إجهاد حراري متبقٍ، مما يقلل من مقاومة المنتج للصدمات الحرارية بنسبة 30٪ - 50٪.

التكسير والغربلة

• معيار التحكم: يتم التحكم في حجم الجسيمات D50 عند 10-20 ميكرومتر، مع توحيد سمك الطلاء السطحي (مثل القطران أو الترسيب الكيميائي للبخار) ≤5%.
• الوظيفة: تحسين شكل الجسيمات وزيادة الكثافة الظاهرية للمنتج (من 0.8 جم/سم³ إلى ≥1.2 جم/سم³).

معالجة التنقية

• تنقية الهالوجين: يتفاعل غاز Cl₂ عند درجة حرارة 1900-2300 درجة مئوية لمدة 24 ساعة، مما يقلل محتوى الشوائب إلى ≤50 جزء في المليون.
• التطهير بالتفريغ: يتم الحفاظ على مستوى الفراغ عند 10⁻³ باسكال لمدة 50 ساعة، مما يحقق محتوى شوائب إجمالي ≤10 جزء في المليون (للتطبيقات المتطورة).

رابعاً: ملخص نقاط التحكم الرئيسية

خامساً: الاتجاهات التكنولوجية وتوجهات التحسين

التحكم في البنية فائقة الدقة: تطوير تقنية تحضير مسحوق الكوك بحجم 0.1-1 ميكرومتر لتعزيز التماثل وتقليل المقاومة إلى أقل من 5 ميكرو أوم متر.
أنظمة التصنيع الذكية: تطبيق أنظمة التحكم الديناميكي في مجال درجة الحرارة القائمة على التوأم الرقمي لزيادة الإنتاجية إلى 95%.
العمليات الخضراء: استخدام الهيدروجين كعامل مختزل لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون؛ اعتماد تقنية استعادة الحرارة المهدرة لخفض استهلاك الطاقة بنسبة 10٪ - 15٪.

من خلال التحكم الصارم في هذه المعايير، يمكن لفحم الكوك البترولي المُجرافن أن يحقق محتوى كربون ≥99.9%، ومقاومة 5-7 ميكرو أوم·متر، ومعامل تمدد حراري 1.5-2.5×10⁻⁶/°م، مما يلبي متطلبات التطبيقات الصناعية المتطورة.