กระบวนการผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์

วัตถุดิบและกระบวนการผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์

อิเล็กโทรดกราไฟต์เป็นวัสดุตัวนำกราไฟต์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูง ผลิตจากปิโตรเลียมบดละเอียด ถ่านโค้กเป็นส่วนประกอบ และถ่านหินบิทูเมนเป็นสารยึดเกาะ โดยผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การนวด การขึ้นรูป การเผา การอัด การกราไฟต์ และการแปรรูปทางกล

ขั้วไฟฟ้ากราไฟต์เป็นวัสดุตัวนำไฟฟ้าอุณหภูมิสูงที่สำคัญสำหรับการผลิตเหล็กด้วยไฟฟ้า ขั้วไฟฟ้ากราไฟต์ใช้ในการป้อนพลังงานไฟฟ้าเข้าสู่เตาไฟฟ้า และอุณหภูมิสูงที่เกิดจากประกายไฟระหว่างปลายขั้วไฟฟ้ากับวัสดุที่ใช้หลอม จะถูกใช้เป็นแหล่งความร้อนในการหลอมวัสดุเพื่อใช้ในการผลิตเหล็ก เตาหลอมแร่ชนิดอื่นๆ ที่ใช้หลอมวัสดุต่างๆ เช่น ฟอสฟอรัสเหลือง ซิลิคอนอุตสาหกรรม และสารขัดถู ก็ใช้ขั้วไฟฟ้ากราไฟต์เป็นวัสดุตัวนำไฟฟ้าเช่นกัน คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ยอดเยี่ยมและพิเศษของขั้วไฟฟ้ากราไฟต์ทำให้มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรมอื่นๆ ด้วย

วัตถุดิบสำหรับการผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์ ได้แก่ ปิโตรเลียมโค้ก นีเดิลโค้ก และน้ำมันดินจากถ่านหิน

ปิโตรเลียมโค้กเป็นผลิตภัณฑ์ของแข็งไวไฟที่ได้จากการนำกากถ่านหินโค้กและน้ำมันดินปิโตรเลียมมาแปรรูป มีสีดำและมีรูพรุน องค์ประกอบหลักคือคาร์บอน และมีปริมาณเถ้าต่ำมาก โดยทั่วไปต่ำกว่า 0.5% ปิโตรเลียมโค้กจัดอยู่ในกลุ่มคาร์บอนที่สามารถเปลี่ยนเป็นกราไฟต์ได้ง่าย ปิโตรเลียมโค้กมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมเคมีและโลหะวิทยา เป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตผลิตภัณฑ์กราไฟต์สังเคราะห์และผลิตภัณฑ์คาร์บอนสำหรับอะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลซิส

ปิโตรเลียมโค้กสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ โค้กดิบและโค้กเผา ตามอุณหภูมิการอบชุบความร้อน โค้กดิบที่ได้จากกระบวนการโค้กกิ้งแบบหน่วงเวลาจะมีปริมาณสารระเหยสูง และความแข็งแรงเชิงกลต่ำ ส่วนโค้กเผาได้จากการเผาโค้กดิบ โรงกลั่นส่วนใหญ่ในประเทศจีนผลิตเฉพาะโค้ก และกระบวนการเผาส่วนใหญ่จะดำเนินการในโรงงานผลิตคาร์บอน

ถ่านโค้กปิโตรเลียมสามารถแบ่งออกเป็นถ่านโค้กกำมะสูง (มีกำมะมากกว่า 1.5%) ถ่านโค้กกำมะปานกลาง (มีกำมะ 0.5%-1.5%) และถ่านโค้กกำมะต่ำ (มีกำมะน้อยกว่า 0.5%) โดยทั่วไปแล้ว การผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์และผลิตภัณฑ์กราไฟต์สังเคราะห์อื่นๆ จะใช้ถ่านโค้กกำมะต่ำเป็นหลัก

ถ่านโค้กเข็มเป็นถ่านโค้กคุณภาพสูงชนิดหนึ่งที่มีโครงสร้างเป็นเส้นใยชัดเจน มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำมาก และเกิดการกราไฟต์ได้ง่าย เมื่อถ่านโค้กแตก จะสามารถแยกออกเป็นเส้นบางๆ ตามโครงสร้าง (โดยทั่วไปอัตราส่วนความยาวต่อความกว้างจะมากกว่า 1.75) สามารถสังเกตเห็นโครงสร้างเส้นใยที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบโพลาไรซ์ จึงได้ชื่อว่าถ่านโค้กเข็ม

คุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกลของถ่านโค้กเข็มมีความไม่สม่ำเสมออย่างเห็นได้ชัด มันมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีในทิศทางขนานกับแกนยาวของอนุภาค และมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ เมื่อทำการขึ้นรูปด้วยการอัดรีด แกนยาวของอนุภาคส่วนใหญ่จะเรียงตัวอยู่ในทิศทางการอัดรีด ดังนั้น ถ่านโค้กเข็มจึงเป็นวัตถุดิบสำคัญในการผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์กำลังสูงหรือกำลังสูงมาก อิเล็กโทรดกราไฟต์ที่ผลิตได้มีค่าความต้านทานต่ำ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันได้ดี

นีเดิลโค้กแบ่งออกเป็นนีเดิลโค้กที่ผลิตจากน้ำมัน ซึ่งได้จากกากปิโตรเลียม และนีเดิลโค้กที่ผลิตจากถ่านหิน ซึ่งได้จากวัตถุดิบถ่านหินที่ผ่านการกลั่นแล้ว

น้ำมันดินเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์หลักของการแปรรูปน้ำมันดินขั้นสูง เป็นส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนหลายชนิด มีสีดำที่อุณหภูมิสูง เป็นกึ่งของแข็งหรือของแข็งที่อุณหภูมิสูง ไม่มีจุดหลอมเหลวที่แน่นอน จะอ่อนตัวลงหลังจากได้รับความร้อน แล้วจึงหลอมเหลว มีความหนาแน่น 1.25-1.35 กรัม/ซม³ ตามจุดอ่อนตัว จะแบ่งออกเป็นแอสฟัลต์อุณหภูมิต่ำ อุณหภูมิปานกลาง และอุณหภูมิสูง ผลผลิตแอสฟัลต์อุณหภูมิปานกลางคิดเป็น 54-56% ของน้ำมันดิน องค์ประกอบของน้ำมันดินมีความซับซ้อนอย่างมาก ซึ่งเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของน้ำมันดินและปริมาณของอะตอมต่างชนิด และยังได้รับผลกระทบจากระบบกระบวนการโค้กกิ้งและสภาวะการแปรรูปน้ำมันดิน มีตัวชี้วัดหลายอย่างสำหรับการจำแนกลักษณะของน้ำมันดิน เช่น จุดอ่อนตัวของบิทูเมน สารที่ไม่ละลายในโทลูอีน (TI) สารที่ไม่ละลายในควินอลีน (QI) ค่าโค้กกิ้ง และคุณสมบัติทางรีโอโลยีของน้ำมันดิน

น้ำมันดินถูกนำมาใช้เป็นสารยึดเกาะและสารเคลือบในอุตสาหกรรมคาร์บอน และประสิทธิภาพของมันมีผลกระทบอย่างมากต่อกระบวนการผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์คาร์บอน โดยทั่วไปแล้วแอสฟัลต์ที่ใช้เป็นสารยึดเกาะจะใช้แอสฟัลต์อุณหภูมิปานกลางหรือแอสฟัลต์ดัดแปลงอุณหภูมิปานกลางที่มีจุดอ่อนตัวปานกลาง ค่าการเกิดโค้กสูง และค่า β เรซินสูง ส่วนสารเคลือบจะเป็นแอสฟัลต์อุณหภูมิปานกลางที่มีจุดอ่อนตัวต่ำ ค่า QI ต่ำ และคุณสมบัติทางรีโอโลยีที่ดี