Matière première et procédé de fabrication de l'électrode en graphite
L'électrode en graphite est un matériau conducteur en graphite résistant aux hautes températures produit par malaxage de pétrole, coke d'aiguilles comme agrégat et bitume de charbon comme liant, qui sont produits par une série de processus tels que le malaxage, le moulage, la torréfaction, l'imprégnation, la graphitisation et le traitement mécanique.
L'électrode en graphite est un matériau conducteur haute température important pour la fabrication de l'acier électrique. Elle sert à alimenter le four électrique en énergie électrique, et la température élevée générée par l'arc électrique entre l'extrémité de l'électrode et la charge sert de source de chaleur pour la fusion de la charge et la fabrication de l'acier. D'autres fours à minerai, qui fondent des matériaux tels que le phosphore jaune, le silicium industriel et les abrasifs, utilisent également des électrodes en graphite comme matériaux conducteurs. Les excellentes propriétés physiques et chimiques particulières des électrodes en graphite sont également largement utilisées dans d'autres secteurs industriels.
Les matières premières pour la production d'électrodes en graphite sont le coke de pétrole, le coke en aiguilles et le brai de goudron de houille.
Le coke de pétrole est un produit solide inflammable obtenu par cokéfaction de résidus de charbon et de brai de pétrole. De couleur noire et poreuse, il est principalement constitué de carbone et sa teneur en cendres est très faible, généralement inférieure à 0,5 %. Il appartient à la classe des carbones facilement graphitisables. Il est largement utilisé dans les industries chimique et métallurgique. Il constitue la principale matière première pour la production de graphite artificiel et de produits carbonés pour l'électrolyse de l'aluminium.
Le coke de pétrole peut être divisé en deux types : le coke brut et le coke calciné, selon la température de traitement thermique. Le coke brut obtenu par cokéfaction différée contient une grande quantité de composés volatils et présente une faible résistance mécanique. Le coke calciné est obtenu par calcination du coke brut. La plupart des raffineries chinoises ne produisent que du coke, et les opérations de calcination sont principalement réalisées dans des usines de charbon.
Le coke de pétrole se divise en coke à haute teneur en soufre (plus de 1,5 %), coke à teneur moyenne en soufre (entre 0,5 et 1,5 %) et coke à faible teneur en soufre (moins de 0,5 %). La production d'électrodes en graphite et d'autres produits en graphite artificiel est généralement réalisée à partir de coke à faible teneur en soufre.
Le coke en aiguilles est un coke de haute qualité présentant une texture fibreuse marquée, un très faible coefficient de dilatation thermique et une graphitisation aisée. Une fois brisé, le coke peut être fractionné en fines lamelles selon sa texture (le rapport d'aspect est généralement supérieur à 1,75). Une structure fibreuse anisotrope peut être observée au microscope polarisant, d'où son nom de coke en aiguilles.
L'anisotropie des propriétés physico-mécaniques du coke en aiguilles est évidente. Il présente une bonne conductivité électrique et thermique parallèlement à l'axe longitudinal de la particule, et son coefficient de dilatation thermique est faible. Lors du moulage par extrusion, l'axe longitudinal de la plupart des particules est disposé dans le sens de l'extrusion. Le coke en aiguilles est donc la matière première essentielle pour la fabrication d'électrodes en graphite de haute et très haute puissance. L'électrode en graphite produite présente une faible résistivité, un faible coefficient de dilatation thermique et une bonne résistance aux chocs thermiques.
Le coke en aiguilles est divisé en coke en aiguilles à base de pétrole produit à partir de résidus de pétrole et en coke en aiguilles à base de charbon produit à partir de matières premières de brai de charbon raffiné.
Le goudron de houille est l'un des principaux produits issus de la transformation en profondeur du goudron de houille. Il s'agit d'un mélange de divers hydrocarbures, noir à haute température, semi-solide ou solide à haute température, sans point de fusion fixe, ramolli après chauffage puis fondu, avec une masse volumique de 1,25 à 1,35 g/cm³. Selon son point de ramollissement, il est divisé en asphalte basse température, moyenne température et haute température. Le rendement en asphalte moyenne température est de 54 à 56 % du goudron de houille. La composition du goudron de houille est extrêmement complexe, liée à ses propriétés et à sa teneur en hétéroatomes, et est également influencée par le système de cokéfaction et les conditions de traitement du goudron de houille. De nombreux indicateurs permettent de caractériser le brai de goudron de houille, tels que le point de ramollissement du bitume, les insolubles dans le toluène (TI), les insolubles dans la quinoléine (QI), les valeurs de cokéfaction et la rhéologie du brai de houille.
Le goudron de houille est utilisé comme liant et agent d'imprégnation dans l'industrie du carbone. Ses performances ont un impact considérable sur le processus de production et la qualité des produits à base de carbone. L'asphalte liant est généralement un asphalte moyenne température ou modifié moyenne température présentant un point de ramollissement modéré, un indice de cokéfaction élevé et une résine β élevée. L'agent d'imprégnation est un asphalte moyenne température présentant un point de ramollissement bas, un faible QI et de bonnes propriétés rhéologiques.
Date de publication : 23 septembre 2019