グラファイト電極の製造プロセス

グラファイト電極の原料と製造工程

グラファイト電極は、石油を練り、ニードルコークスを骨材とし、石炭ビチューメンをバインダーとして、混練、成形、焙焼、含浸、黒鉛化、機械加工などの一連のプロセスを経て製造される耐熱性グラファイト導電材料です。

黒鉛電極は、電気製鋼における重要な高温伝導材料です。黒鉛電極は電気炉に電気エネルギーを入力する際に​​使用され、電極端と装入物との間のアークによって発生する高温は、装入物を溶解して製鋼するための熱源として利用されます。黄リン、工業用シリコン、研磨剤などの材料を製錬する他の鉱石炉でも、黒鉛電極は伝導材料として使用されています。黒鉛電極の優れた特殊な物理的・化学的特性は、他の産業分野でも広く利用されています。

グラファイト電極の製造原料は石油コークス、ニードルコークス、コールタールピッチです。

石油コークスは、石炭残渣と石油ピッチを原料として得られる可燃性の固体製品です。黒色で多孔質であり、主成分は炭素です。灰分含有量は非常に低く、通常0.5%未満です。石油コークスは易黒鉛化炭素の一種です。石油コークスは化学工業および冶金工業において幅広い用途を有し、人造黒鉛製品や電解アルミニウム用炭素製品の主原料となっています。

石油コークスは、熱処理温度の違いにより、生コークスと焼成コークスの2種類に分けられます。前者は遅延コーキング法で得られる石油コークスで、揮発分が多く、機械的強度が低いのが難点です。焼成コークスは生コークスを焼成して得られます。中国の製油所のほとんどはコークスのみを生産しており、焼成作業は主に炭素工場で行われています。

石油コークスは、高硫黄コークス（硫黄含有量1.5%以上）、中硫黄コークス（硫黄含有量0.5%～1.5%）、低硫黄コークス（硫黄含有量0.5%未満）に分類されます。グラファイト電極などの人造黒鉛製品の製造には、一般的に低硫黄コークスが用いられます。

ニードルコークスは、明確な繊維状組織、非常に低い熱膨張係数、そして容易な黒鉛化を特徴とする高品質コークスの一種です。コークスを破砕すると、組織に応じて細長い帯状に分割されます（アスペクト比は通常1.75以上）。偏光顕微鏡で観察すると、異方性の繊維状構造が観察されるため、ニードルコークスと呼ばれます。

ニードルコークスの物理機械的性質の異方性は非常に顕著で、粒子の長軸方向に平行な導電性と熱伝導性に優れ、熱膨張係数が低い。押出成形において、ほとんどの粒子の長軸は押出方向に揃う。そのため、ニードルコークスは高出力または超高出力グラファイト電極の製造における重要な原料である。製造されたグラファイト電極は、抵抗率が低く、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性に優れている。

ニードルコークスは、石油残渣から製造される石油系ニードルコークスと、精製石炭ピッチを原料として製造される石炭系ニードルコークスに分けられます。

コールタールは、コールタール深層処理の主要製品の一つです。各種炭化水素の混合物で、高温では黒色、半固体または高温で固体で、融点は一定ではなく、加熱後に軟化してから溶融し、密度は1.25～1.35 g / cm3です。軟化点によって、低温アスファルト、中温アスファルト、高温アスファルトに分けられます。中温アスファルトの収率はコールタールの54～56％です。コールタールの組成は非常に複雑で、コールタールの特性とヘテロ原子の含有量に関連し、コークス化プロセスシステムとコールタール処理条件の影響も受けます。コールタールピッチを特徴付ける指標は、ビチューメン軟化点、トルエン不溶分（TI）、キノリン不溶分（QI）、コークス化値、石炭ピッチレオロジーなど、数多くあります。

コールタールは炭素産業においてバインダーや含浸剤として使用され、その性能は炭素製品の製造プロセスと製品品質に大きな影響を与えます。バインダーアスファルトには、一般的に、中程度の軟化点、高いコークス価、高いβ樹脂を有する中温アスファルトまたは中温改質アスファルトが用いられます。含浸剤には、低軟化点、低QI、良好なレオロジー特性を有する中温アスファルトが用いられます。