Kokius pagrindinius parametrus reikia griežtai kontroliuoti gamybos proceso metu, siekiant užtikrinti galutinio grafitizuoto naftos kokso kokybę?

Grafitizuoto naftos kokso gamybos procese labai svarbu griežtai kontroliuoti šiuos pagrindinius parametrus – nuo ​​žaliavų parinkimo, išankstinio apdorojimo, grafitizacijos proceso iki papildomo apdorojimo, siekiant užtikrinti galutinio produkto kokybę:

I. Žaliavų parinkimas ir išankstinis apdorojimas

Sieros kiekis

• Kontrolės standartas: Neapdoroto naftos kokso sieros kiekis turėtų būti ≤0,5 %. Didelės sieros kiekis kokse grafitizacijos metu gali sukelti dujų plėtimąsi, dėl kurio produktas gali įtrūkti.
• Poveikis: kas 0,1 % sieros kiekio sumažinimas sumažina produkto krekingo greitį 15–20 %, o varžą – 5–8 %.

Pelenų kiekis

• Kontrolės standartas: pelenų kiekis turėtų būti ≤0,3 %, o pagrindinės priemaišos yra metalų oksidai, tokie kaip geležis, silicis ir kalcis.
• Poveikis: kas 0,1 % pelenų kiekio padidėjimas padidina gaminio varžą 10–15 % ir sumažina mechaninį stiprumą 8–10 %.

Dalelių dydžio pasiskirstymas

• Kontrolės standartas: granuliuoto kokso kiekis turėtų sudaryti ≥80 %, o miltelių pavidalo kokso (dalelių dydis <0,5 mm) – ≤20 %.
• Poveikis: per didelis kokso miltelių kiekis kalcinavimo metu gali sukelti sukepimą, o tai turi įtakos lakiųjų medžiagų pašalinimui; pagerėjęs granuliuoto kokso vienodumas sumažina grafitizacijos energijos suvartojimą 5–10 %.

Kalcinavimo procesas

• Temperatūra: 1200–1400 °C 8–12 valandų.
• Funkcija: Pašalina lakias medžiagas (nuo 8–15 % iki <1 %) ir padidina tikrąjį tankį (nuo 1,9 g/cm³ iki ≥2,05 g/cm³).
• Kontrolinis taškas: tikrasis tankis po kalcinavimo turi būti ≥2,08 g/cm³; priešingu atveju padidėja grafitizacijos sudėtingumas ir varža.

II. Grafitizacijos procesas

Temperatūros kontrolė

• Pagrindinis parametras: 2800–3000 °C, palaikoma 48–72 valandas.
• Poveikis:
  • Kas 100 °C temperatūros padidėjimas padidina kristališkumą 5–8 % ir sumažina varžą 3–5 %.
  • Nepakankama temperatūra (<2700 °C) lemia amorfinių anglies likučių susidarymą, kurių varža >15 μΩ·m; per aukšta temperatūra (>3100 °C) gali pažeisti anglies struktūrą.

Temperatūros vienodumas

• Valdymo standartas: temperatūros skirtumas tarp krosnies šerdies ir krašto ≤150 °C, kai termoelementų atstumas ≤30 cm.
• Poveikis: kas 50 °C temperatūros skirtumo padidėjimas padidina vietinį varžos kitimą 10–15 % ir sumažina produkto išeigą 5–8 %.

Šildymo greitis

• Valdymo standartas:
  • 25–800 °C etapas: ≤3 °C/h (siekiant išvengti terminio įtrūkimo).
  • 800–1250 °C stadija: ≤5 °C/h (skatina tvarkingos anglies struktūros formavimąsi).
• Poveikis: Dėl per didelio kaitinimo greičio gaminio tūris susitraukia daugiau nei 15 %, todėl atsiranda įtrūkimų.

Apsauginė atmosfera

• Valdymo standartas: azoto srautas 0,8–1,2 m³/h arba argono / vakuuminės aplinkos naudojimas.
• Funkcija: užkirsti kelią oksidacijai ir sumažinti priemaišų kiekį (pvz., deguonies kiekis sumažėja nuo 0,5 % iki <0,1 %).

III. Tolesnis apdorojimas ir valymas

Aušinimo greitis

• Kontrolinis standartas: lėtas aušinimo greitis ≤20 °C/h po grafitizacijos.
• Poveikis: greitas aušinimas sukelia liekamąjį terminį įtempį, dėl kurio gaminio atsparumas terminiam smūgiui sumažėja 30–50 %.

Smulkinimas ir sijojimas

• Kontrolės standartas: dalelių dydis D50, kontroliuojamas esant 10–20 μm, paviršiaus dangos (pvz., dervos arba cheminio garų nusodinimo) storio vienodumas ≤5 %.
• Funkcija: optimizuoja dalelių morfologiją ir padidina produkto tūrinį tankį (nuo 0,8 g/cm³ iki ≥1,2 g/cm³).

Valymo procedūra

• Halogenų valymas: Cl₂ dujos reaguoja 1900–2300 °C temperatūroje 24 valandas, sumažindamos priemaišų kiekį iki ≤50 ppm.
• Vakuuminis valymas: palaikomas 10⁻³ Pa vakuume 50 valandų, pasiekiant bendrą priemaišų kiekį ≤10 ppm (aukštos klasės reikmėms).

IV. Pagrindinių kontrolės taškų santrauka

V. Technologinės tendencijos ir optimizavimo kryptys

Itin smulkios struktūros kontrolė: sukurti 0,1–1 μm kokso miltelių paruošimo technologiją, skirtą izotropijai padidinti ir varžai sumažinti iki <5 μΩ·m.
Išmaniosios gamybos sistemos: įdiegti skaitmenines dvynių pagrindu veikiančias temperatūros lauko dinaminio valdymo sistemas, kad našumas padidėtų iki 95 %.
Žalieji procesai: naudoti vandenilį kaip reduktorių, siekiant sumažinti CO₂ išmetimą; taikyti šilumos atgavimo technologiją, siekiant sumažinti energijos suvartojimą 10–15 %.

Griežtai kontroliuojant šiuos parametrus, grafitizuotas naftos koksas gali pasiekti ≥99,9 % anglies kiekį, 5–7 μΩ·m savitąją varžą ir 1,5–2,5 × 10⁻⁶/°C šiluminio plėtimosi koeficientą, o tai atitinka aukščiausios klasės pramoninių pritaikymų reikalavimus.