흑연 전극 생산 공정

흑연 전극의 원료 및 제조 공정

흑연 전극은 석유 코크스를 골재로, 석탄 역청을 결합제로 사용하여 반죽, 성형, 소성, 함침, 흑연화 및 기계 가공과 같은 일련의 공정을 통해 생산되는 고온 내성 흑연 전도성 소재입니다.

흑연 전극은 전기로 제강에 사용되는 중요한 고온 전도성 소재입니다. 흑연 전극은 전기로에 전기 에너지를 공급하는 데 사용되며, 전극 끝과 장입물 사이에서 발생하는 아크로 인한 고온은 장입물을 녹이는 열원으로 이용됩니다. 황린, 산업용 규소, 연마재 등을 제련하는 다른 광석 용광로에서도 흑연 전극은 전도성 소재로 사용됩니다. 흑연 전극의 우수하고 특수한 물리적, 화학적 특성은 다른 산업 분야에서도 널리 활용되고 있습니다.

흑연 전극 생산의 원료는 석유 코크스, 니들 코크스 및 콜타르 피치입니다.

석유 코크스는 코크스 석탄 잔류물과 석유 피치를 반응시켜 얻는 가연성 고체 제품입니다. 검은색을 띠고 다공성이며, 주성분은 탄소이고 회분 함량은 매우 낮아 일반적으로 0.5% 미만입니다. 석유 코크스는 흑연화가 용이한 탄소 종류에 속합니다. 화학 및 야금 산업에서 폭넓게 사용되며, 인공 흑연 제품 및 전해 알루미늄용 탄소 제품 생산의 주요 원료입니다.

석유 코크스는 열처리 온도에 따라 조코크스와 소성코크스로 나눌 수 있다. 지연 코크스 공정을 통해 얻는 조코크스는 휘발성 물질 함량이 높고 기계적 강도가 낮다. 소성코크스는 조코크스를 소성하여 얻는다. 중국의 대부분 정유소는 코크스만 생산하며, 소성 공정은 주로 탄소 공장에서 이루어진다.

석유 코크스는 황 함량이 1.5% 이상인 고유황 코크스, 0.5%~1.5%인 중유황 코크스, 그리고 0.5% 미만인 저유황 코크스로 나눌 수 있다. 흑연 전극 및 기타 인공 흑연 제품의 생산에는 일반적으로 저유황 코크스가 사용된다.

니들 코크스는 섬유질 조직이 뚜렷하고 열팽창 계수가 매우 낮으며 흑연화가 용이한 고품질 코크스의 일종입니다. 코크스를 파쇄하면 조직에 따라 가느다란 막대 모양으로 갈라지는데, 일반적으로 종횡비가 1.75 이상입니다. 편광 현미경으로 관찰하면 이방성 섬유 구조가 나타나기 때문에 니들 코크스라고 불립니다.

침상 코크스는 물리적 및 기계적 특성의 이방성이 매우 뚜렷합니다. 입자의 장축 방향으로 전기 및 열 전도성이 우수하고 열팽창 계수가 낮습니다. 압출 성형 시 대부분의 입자 장축이 압출 방향으로 배열됩니다. 따라서 침상 코크스는 고출력 또는 초고출력 흑연 전극 제조의 핵심 원료입니다. 침상 코크스를 사용하여 제조된 흑연 전극은 낮은 저항률, 작은 열팽창 계수 및 우수한 열충격 저항성을 갖습니다.

니들 코크스는 석유 잔류물에서 생산되는 유성 니들 코크스와 정제된 석탄 피치 원료에서 생산되는 석탄성 니들 코크스로 나뉩니다.

석탄타르는 석탄타르 심층 가공의 주요 생성물 중 하나입니다. 다양한 탄화수소의 혼합물로, 고온에서 검은색을 띠고, 반고체 또는 고체 상태이며, 일정한 융점이 없고, 가열하면 연화되었다가 녹습니다. 밀도는 1.25~1.35 g/cm³입니다. 연화점에 따라 저온, 중온, 고온 아스팔트로 구분됩니다. 중온 아스팔트의 수율은 석탄타르의 54~56%입니다. 석탄타르의 조성은 매우 복잡하며, 석탄타르의 특성과 이종 원소 함량에 따라 달라지고, 코크스 제조 공정 시스템 및 석탄타르 가공 조건의 영향을 받습니다. 석탄타르 피치의 특성을 나타내는 지표로는 역청 연화점, 톨루엔 불용성(TI), 퀴놀린 불용성(QI), 코크스 값, 석탄 피치의 유동성 등이 있습니다.

콜타르는 탄소 산업에서 결합제 및 함침제로 사용되며, 그 성능은 탄소 제품의 생산 공정 및 제품 품질에 큰 영향을 미칩니다. 결합제 아스팔트로는 일반적으로 연화점이 적당하고 코크스값이 높으며 β 수지가 높은 중온 또는 중온 개질 아스팔트를 사용합니다. 함침제로는 연화점이 낮고 QI가 낮으며 유동성이 좋은 중온 아스팔트를 사용합니다.