Grafitizēta naftas koksa ražošanas procesā ir svarīgi stingri kontrolēt šādus galvenos parametrus, sākot no izejvielu izvēles, pirmapstrādes, grafitizācijas procesa līdz pēcapstrādei, lai nodrošinātu galaprodukta kvalitāti:
I. Izejvielu izvēle un pirmapstrāde
Sēra saturs
- Kontroles standarts: Neapstrādāta naftas koksa sēra saturam jābūt ≤0,5 %. Augsta sēra satura kokss grafitizācijas laikā var izraisīt gāzes izplešanos, kas noved pie produkta plaisāšanas.
- Ietekme: Katrs sēra satura samazinājums par 0,1 % samazina produkta plaisāšanas ātrumu par 15–20 % un samazina pretestību par 5–8 %.
Pelnu saturs
- Kontroles standarts: pelnu saturam jābūt ≤0,3%, un primārajiem piemaisījumiem jābūt metālu oksīdiem, piemēram, dzelzs, silīcijs un kalcijs.
- Ietekme: Katrs pelnu satura pieaugums par 0,1 % palielina produkta pretestību par 10–15 % un samazina mehānisko izturību par 8–10 %.
Daļiņu izmēru sadalījums
- Kontroles standarts: Granulētam koksam jābūt ≥80%, bet pulverveida koksam (daļiņu izmērs <0,5 mm) jābūt ≤20%.
- Ietekme: Pārmērīgs pulverveida koksa daudzums kalcinēšanas laikā var izraisīt salipšanu, ietekmējot gaistošo vielu noņemšanu; uzlabota granulētā koksa vienmērība samazina grafitizācijas enerģijas patēriņu par 5–10 %.
Kalcinēšanas process
- Temperatūra: 1200–1400 °C 8–12 stundas.
- Funkcija: Noņem gaistošās vielas (no 8%-15% līdz <1%) un palielina patieso blīvumu (no 1,9 g/cm³ līdz ≥2,05 g/cm³).
- Kontroles punkts: patiesajam blīvumam pēc kalcinēšanas jābūt ≥2,08 g/cm³; pretējā gadījumā palielinās grafitizācijas grūtības un pretestība.
II. Grafitizācijas process
Temperatūras kontrole
- Galvenais parametrs: 2800–3000 °C, uzturēts 48–72 stundas.
- Ietekme:
- Katrs 100°C temperatūras pieaugums palielina kristalinitāti par 5%-8% un samazina pretestību par 3%-5%.
- Nepietiekama temperatūra (<2700°C) rada amorfas oglekļa atliekas ar produkta pretestību >15 μΩ·m; pārmērīga temperatūra (>3100°C) var izraisīt oglekļa struktūras bojājumus.
Temperatūras vienmērīgums
- Vadības standarts: temperatūras starpība starp krāsns serdi un malu ≤150°C, ar termoelementu atstarpi ≤30 cm.
- Ietekme: Katrs 50 °C temperatūras starpības pieaugums palielina lokālo pretestības variāciju par 10–15 % un samazina produkta ražu par 5–8 %.
Apkures ātrums
- Vadības standarts:
- 25–800 °C posmā: ≤3 °C/h (lai novērstu termiskās sprieguma plaisāšanu).
- 800–1250 °C stadijā: ≤5 °C/h (lai veicinātu sakārtotas oglekļa struktūras veidošanos).
- Ietekme: Pārmērīga karsēšanas ātruma dēļ produkta tilpuma saraušanās pārsniedz 15%, kā rezultātā rodas plaisas.
Aizsargājošā atmosfēra
- Vadības standarts: slāpekļa plūsmas ātrums 0,8–1,2 m³/h vai argona/vakuuma vides izmantošana.
- Funkcija: Novērst oksidēšanos un samazināt piemaisījumu saturu (piemēram, skābekļa saturs samazinās no 0,5% līdz <0,1%).
III. Pēcapstrāde un attīrīšana
Dzesēšanas ātrums
- Kontroles standarts: Lēns dzesēšanas ātrums ≤20°C/h pēc grafitizācijas.
- Ietekme: Ātra atdzišana rada atlikušo termisko spriegumu, samazinot izstrādājuma termiskā trieciena izturību par 30–50 %.
Sasmalcināšana un sijāšana
- Kontroles standarts: Daļiņu izmērs D50, kas kontrolēts pie 10–20 μm, ar virsmas pārklājuma (piemēram, darvas vai ķīmiskās tvaiku uzklāšanas) biezuma vienmērīgumu ≤5%.
- Funkcija: Optimizē daļiņu morfoloģiju un palielina produkta tilpuma blīvumu (no 0,8 g/cm³ līdz ≥1,2 g/cm³).
Attīrīšanas procedūra
- Halogēna attīrīšana: Cl₂ gāze reaģē 1900–2300 °C temperatūrā 24 stundas, samazinot piemaisījumu saturu līdz ≤50 ppm.
- Vakuuma attīrīšana: Uzturēta 10⁻³ Pa vakuumā 50 stundas, sasniedzot kopējo piemaisījumu saturu ≤10 ppm (augstas klases lietojumiem).
IV. Galveno kontroles punktu kopsavilkums
| Parametrs | Vadības standarts | Ietekme |
|---|---|---|
| Sēra saturs | ≤0,5% | Novērš gāzes izplešanās izraisītas plaisāšanas; samazina pretestību par 5–8 % |
| Pelnu saturs | ≤0,3% | Samazina metālu piemaisījumus; samazina pretestību par 10–15 % |
| Grafitizācijas temperatūra | 2800–3000 °C 48–72 stundas | Palielina kristalinitāti par 5–8 %; samazina pretestību par 3–5 % |
| Temperatūras vienmērīgums | Krāsns serdes mala 温差 ≤150°C | Uzlabo ražu par 5–8 %; samazina pretestības svārstības par 10–15 % |
| Dzesēšanas ātrums | ≤20°C/h | Uzlabo termiskā trieciena izturību par 30–50 %; samazina iekšējo spriegumu |
| Attīrīšanas piemaisījumu saturs | ≤50 ppm (halogēns), ≤10 ppm (vakuums) | Atbilst augstas klases rūpniecības prasībām (piemēram, pusvadītājiem, fotoelektriskajiem elementiem) |
V. Tehnoloģiju tendences un optimizācijas virzieni
Īpaši smalkas struktūras kontrole: izstrādāt 0,1–1 μm koksa pulvera sagatavošanas tehnoloģiju, lai uzlabotu izotropiju un samazinātu pretestību līdz <5 μΩ·m.
Viedās ražošanas sistēmas: ieviesiet digitālas dvīņu temperatūras lauka dinamiskās vadības sistēmas, lai palielinātu ražu līdz 95%.
Zaļie procesi: izmantot ūdeņradi kā reducētāju, lai samazinātu CO₂ emisijas; ieviest siltuma atgūšanas tehnoloģiju, lai samazinātu enerģijas patēriņu par 10–15 %.
Stingri kontrolējot šos parametrus, grafitizēts naftas kokss var sasniegt oglekļa saturu ≥99,9%, pretestību 5–7 μΩ·m un termiskās izplešanās koeficientu 1,5–2,5 × 10⁻⁶/°C, kas atbilst augstas klases rūpniecisko lietojumu prasībām.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 12. septembris