El proceso de producción de materiales de carbono es un sistema de ingeniería estrictamente controlado. La producción de electrodos de grafito, materiales de carbono especiales, carbono de aluminio y nuevos materiales de carbono de alta gama es inseparable del uso de materias primas, equipos, tecnología, gestión de cuatro factores de producción y tecnología patentada relacionada.
Las materias primas son factores clave que determinan las características básicas de los materiales de carbono, y el rendimiento de las materias primas determina el rendimiento de los materiales de carbono fabricados. Para la producción de electrodos de grafito UHP y HP, la coque de aguja de alta calidad es la primera opción, al igual que el asfalto ligante y el asfalto impregnante de alta calidad. Sin embargo, solo con materias primas de alta calidad, la falta de equipos, tecnología, factores de gestión y tecnología patentada relacionada impide la producción de electrodos de grafito UHP y HP de alta calidad.
Este artículo se centra en las características del coque de aguja de alta calidad para exponer algunos puntos de vista personales, con el fin de que los fabricantes de coque de aguja, los fabricantes de electrodos y los institutos de investigación científica puedan debatirlos.
Aunque la producción industrial de coque de aguja en China es posterior a la de las empresas extranjeras, se ha desarrollado rápidamente en los últimos años y ha comenzado a consolidarse. En términos de volumen total de producción, puede satisfacer prácticamente la demanda de coque de aguja para electrodos de grafito UHP y HP producidos por las empresas nacionales de carbono. Sin embargo, aún existe una brecha en la calidad del coque de aguja en comparación con las empresas extranjeras. La fluctuación en el rendimiento de los lotes afecta la demanda de coque de aguja de alta calidad para la producción de electrodos de grafito UHP y HP de gran tamaño, especialmente porque no existe un coque de aguja de unión de alta calidad que pueda satisfacer la producción de electrodos de grafito de unión.
Las empresas extranjeras de carbono que producen electrodos de grafito UHP y HP de gran tamaño suelen optar por coque de aguja de petróleo de alta calidad como materia prima principal. Las empresas japonesas de carbono también utilizan coque de aguja de carbón, pero solo para la producción de electrodos de grafito con especificaciones de φ 600 mm. Actualmente, el coque de aguja en China es principalmente coque de aguja de carbón. La producción de electrodos de grafito UHP de gran tamaño y alta calidad por parte de las empresas de carbono a menudo depende del coque de aguja de petróleo importado, especialmente de la producción de coque de aguja de petróleo Suishima japonés importado y coque de aguja de petróleo HSP británico como materia prima.
Actualmente, el coque de aguja producido por diversas empresas se compara habitualmente con los índices de rendimiento comerciales del coque de aguja extranjero mediante índices convencionales, como el contenido de cenizas, la densidad real, el contenido de azufre, el contenido de nitrógeno, la distribución del tamaño de partícula y el coeficiente de expansión térmica, entre otros. Sin embargo, aún existe una falta de clasificación de grados de coque de aguja en comparación con otros países. Por lo tanto, la producción de coque de aguja, también conocida como "producto unificado", no refleja la calidad del coque de aguja premium.
Además de la comparación de rendimiento convencional, las empresas de carbono también deben prestar atención a la caracterización del coque de aguja, como la clasificación del coeficiente de expansión térmica (CTE), la resistencia de las partículas, el grado de anisotropía, los datos de expansión en estado no inhibido e inhibido, y el rango de temperatura entre la expansión y la contracción. Dado que estas propiedades térmicas del coque de aguja son muy importantes para el control del proceso de grafitización en la producción de electrodos de grafito, no se puede excluir la influencia de las propiedades térmicas del coque asfáltico formado tras la calcinación del asfalto aglutinante y el agente impregnante.
1. Comparación de la anisotropía del coque de aguja
El análisis del rendimiento del grado de anisotropía en la producción de electrodos de grafito de ultra alta potencia es una estimación de la calidad de la materia prima de coque de aguja o no un método de análisis importante, el tamaño del grado de anisotropía, por supuesto, también tiene cierta influencia en el proceso de producción del electrodo, el grado de anisotropía del rendimiento de choque térmico extremo eléctrico es mejor que el grado de anisotropía de potencia promedio del electrodo pequeño.
Actualmente, la producción de coque de aguja de carbón en China es mucho mayor que la de coque de aguja de petróleo. Debido al elevado coste de la materia prima y al precio de las empresas de carbono, resulta difícil utilizar coque de aguja 100% nacional en la producción de electrodos de ultra alta presión (UHP), aunque se suele añadir una cierta proporción de coque de petróleo calcinado y polvo de grafito. Por lo tanto, es difícil evaluar la anisotropía del coque de aguja nacional.
2. Propiedades lineales y volumétricas del coque de aguja
El comportamiento de cambio lineal y volumétrico del coque de aguja se refleja principalmente en el proceso de grafito producido por el electrodo. Con el cambio de temperatura, el coque de aguja experimenta una expansión y contracción lineal y volumétrica durante el calentamiento del proceso de grafito, lo que afecta directamente el cambio lineal y volumétrico del lingote tostado del electrodo en dicho proceso. Esto no es igual para el uso de diferentes propiedades de coque crudo, ni para los cambios de diferentes grados de coque de aguja. Además, el rango de temperatura de los cambios lineales y volumétricos de los diferentes grados de coque de aguja y coque de petróleo calcinado también es diferente. Solo dominando esta característica del coque crudo podemos controlar y optimizar mejor la secuencia química de producción de grafito. Esto es especialmente evidente en el proceso de grafitización en serie.
La expansión lineal ocurre primero cuando el coque de aguja de petróleo comienza a calentarse, pero la temperatura al comienzo de la contracción lineal generalmente se retrasa con respecto a la temperatura máxima de calcinación. De 1525℃ a 1725℃, comienza la expansión lineal, y el rango de temperatura de toda la contracción lineal es estrecho, solo 200℃. El rango de temperatura de toda la contracción de línea del coque de petróleo retardado ordinario es mucho mayor que el del coque de aguja, y el coque de aguja de carbón está entre los dos, ligeramente mayor que el coque de aguja de petróleo. Los resultados de las pruebas del Instituto de Pruebas de Tecnología Industrial de Osaka en Japón muestran que cuanto peor es el rendimiento térmico del coque, mayor es el rango de temperatura de contracción de línea, hasta un rango de temperatura de contracción de línea de 500 ~ 600℃, y la temperatura de inicio de la contracción de línea es baja, a 1150 ~ 1200℃ comenzó a ocurrir la contracción de línea, que también es una característica del coque de petróleo retardado ordinario.
Cuanto mejores sean las propiedades térmicas y mayor la anisotropía del coque de aguja, menor será el rango de temperatura de contracción lineal. Algunos coques de aguja de petróleo de alta calidad presentan un rango de temperatura de contracción lineal de tan solo 100 a 150 °C. Resulta muy beneficioso para las empresas de carbono guiar el proceso de grafitización tras comprender las características de expansión, contracción y reexpansión lineal de los distintos coques de materia prima, lo que permite evitar la generación de residuos innecesarios derivados del uso del método experimental tradicional.
Fecha de publicación: 8 de octubre de 2021