Bij de productie van gegrafiteerde petroleumcokes is het essentieel om de volgende belangrijke parameters strikt te controleren, van de selectie van de grondstoffen, de voorbehandeling en het grafitisatieproces tot de nabewerking, om de kwaliteit van het eindproduct te garanderen:
I. Selectie en voorbehandeling van grondstoffen
Zwavelgehalte
- Controlenorm: Het zwavelgehalte van ruwe petroleumcokes moet ≤0,5% zijn. Cokes met een hoog zwavelgehalte kunnen gasexpansie tijdens de grafitisatie veroorzaken, wat kan leiden tot scheurvorming in het product.
- Gevolg: Elke verlaging van het zwavelgehalte met 0,1% vermindert de scheurvorming in het product met 15-20% en de soortelijke weerstand met 5-8%.
Asgehalte
- Controlenorm: Het asgehalte moet ≤0,3% zijn, waarbij de belangrijkste onzuiverheden metaaloxiden zijn zoals ijzer, silicium en calcium.
- Impact: Elke toename van 0,1% in asgehalte verhoogt de soortelijke weerstand van het product met 10-15% en verlaagt de mechanische sterkte met 8-10%.
Deeltjesgrootteverdeling
- Controlenorm: Korrelige cokes moet ≥80% uitmaken, terwijl poedercokes (deeltjesgrootte <0,5 mm) ≤20% mag zijn.
- Impact: Een overmaat aan poedercokes kan leiden tot klontering tijdens de calcinatie, wat de verwijdering van vluchtige stoffen beïnvloedt; een betere uniformiteit van de korrelcokes vermindert het energieverbruik voor grafitisatie met 5-10%.
Calcinatieproces
- Temperatuur: 1200-1400 °C gedurende 8-12 uur.
- Functie: Verwijdert vluchtige stoffen (van 8%-15% tot <1%) en verhoogt de werkelijke dichtheid (van 1,9 g/cm³ tot ≥2,05 g/cm³).
- Controlepunt: De werkelijke dichtheid na calcinatie moet ≥2,08 g/cm³ zijn; anders neemt de grafitisatiemoeilijkheid toe en stijgt de soortelijke weerstand.
II. Grafitisatieproces
Temperatuurregeling
- Kernparameter: 2800-3000 °C, gedurende 48-72 uur aangehouden.
- Invloed:
- Elke temperatuurstijging van 100 °C verhoogt de kristalliniteit met 5%-8% en verlaagt de soortelijke weerstand met 3%-5%.
- Bij een te lage temperatuur (<2700 °C) ontstaat een amorf koolstofresidu met een soortelijke weerstand van >15 μΩ·m; bij een te hoge temperatuur (>3100 °C) kan de koolstofstructuur beschadigd raken.
Temperatuuruniformiteit
- Controlenorm: Temperatuurverschil tussen ovenkern en -rand ≤150 °C, met thermokoppelafstand ≤30 cm.
- Impact: Elke temperatuurstijging van 50 °C vergroot de lokale variatie in soortelijke weerstand met 10%-15% en verlaagt de productopbrengst met 5%-8%.
Opwarmingssnelheid
- Controlenorm:
- 25-800°C fase: ≤3°C/u (om thermische spanningsscheuren te voorkomen).
- Fase 800-1250 °C: ≤5 °C/u (om de vorming van een geordende koolstofstructuur te bevorderen).
- Gevolg: Te hoge verhittingssnelheden veroorzaken een volumekrimp van het product van meer dan 15%, wat tot scheurvorming leidt.
Beschermende atmosfeer
- Controlenorm: Stikstofstroom van 0,8-1,2 m³/u, of gebruik van een argon-/vacuümomgeving.
- Functie: Oxidatie voorkomen en het gehalte aan onzuiverheden verlagen (bijv. het zuurstofgehalte daalt van 0,5% naar <0,1%).
III. Nabehandeling en zuivering
Koelsnelheid
- Controlenorm: Langzame afkoelsnelheid ≤20 °C/u na grafitisatie.
- Gevolg: Snelle afkoeling veroorzaakt resterende thermische spanning, waardoor de thermische schokbestendigheid van het product met 30% tot 50% afneemt.
Breken en zeven
- Controlenorm: Deeltjesgrootte D50 gecontroleerd op 10-20 μm, met een uniformiteit van de dikte van de oppervlaktecoating (bijv. pek of chemische dampafzetting) van ≤5%.
- Functie: Optimaliseert de deeltjesmorfologie en verhoogt de bulkdichtheid van het product (van 0,8 g/cm³ tot ≥1,2 g/cm³).
Zuiveringsbehandeling
- Halogeenzuivering: Cl₂-gas reageert bij 1900-2300 °C gedurende 24 uur, waardoor het gehalte aan onzuiverheden wordt gereduceerd tot ≤50 ppm.
- Vacuümzuivering: Handhaving van een vacuüm van 10⁻³ Pa gedurende 50 uur, waarbij een totaal gehalte aan onzuiverheden van ≤10 ppm wordt bereikt (voor hoogwaardige toepassingen).
IV. Samenvatting van de belangrijkste controlepunten
| Parameter | Controlenorm | Invloed |
|---|---|---|
| Zwavelgehalte | ≤0,5% | Voorkomt scheurvorming door gasexpansie; verlaagt de soortelijke weerstand met 5-8%. |
| Asgehalte | ≤0,3% | Vermindert metaalverontreinigingen; verlaagt de soortelijke weerstand met 10-15%. |
| Grafitisatietemperatuur | 2800-3000 °C gedurende 48-72 uur | Verhoogt de kristalliniteit met 5-8%; verlaagt de soortelijke weerstand met 3-5%. |
| Temperatuuruniformiteit | Ovenkern-rand ≤150°C | Verhoogt de opbrengst met 5-8%; verkleint de variatie in soortelijke weerstand met 10-15%. |
| Koelsnelheid | ≤20°C/uur | Verhoogt de thermische schokbestendigheid met 30-50%; vermindert interne spanning |
| Zuivering Onzuiverheidsgehalte | ≤50 ppm (halogeen), ≤10 ppm (vacuüm) | Voldoet aan de eisen van hoogwaardige industriële toepassingen (bijv. halfgeleiders, fotovoltaïsche cellen). |
V. Technologische trends en optimalisatierichtingen
Ultrafijne structuurcontrole: Ontwikkel een productietechnologie voor cokespoeder met een deeltjesgrootte van 0,1-1 μm om de isotropie te verbeteren en de soortelijke weerstand te verlagen tot <5 μΩ·m.
Slimme productiesystemen: Implementeer op digitale tweelingen gebaseerde dynamische temperatuurregelsystemen om de opbrengst te verhogen tot 95%.
Groene processen: Gebruik waterstof als reductiemiddel om de CO₂-uitstoot te verminderen; pas technologie voor warmteterugwinning toe om het energieverbruik met 10-15% te verlagen.
Door deze parameters strikt te controleren, kan gegrafiteerde petroleumcokes een koolstofgehalte van ≥99,9%, een soortelijke weerstand van 5-7 μΩ·m en een thermische uitzettingscoëfficiënt van 1,5-2,5×10⁻⁶/°C bereiken, waarmee wordt voldaan aan de eisen van hoogwaardige industriële toepassingen.
Geplaatst op: 12 september 2025