Le processus de production de matériaux en carbone est un système d'ingénierie étroitement contrôlé, la production d'électrodes en graphite, de matériaux en carbone spéciaux, de carbone d'aluminium, de nouveaux matériaux en carbone haut de gamme sont indissociables de l'utilisation de matières premières, d'équipements, de technologies, de gestion de quatre facteurs de production et de technologies propriétaires associées.
Les matières premières sont les facteurs clés qui déterminent les caractéristiques fondamentales des matériaux carbonés, et leurs performances déterminent celles des matériaux carbonés fabriqués. Pour la production d'électrodes en graphite UHP et HP, le coke aiguilleté de haute qualité est le premier choix, tout comme l'asphalte liant et l'asphalte imprégnant de haute qualité. Cependant, la seule qualité des matières premières, le manque d'équipements, de technologies, de gestion et de technologies propriétaires associées, rendent impossible la production d'électrodes en graphite UHP et HP de haute qualité.
Cet article se concentre sur les caractéristiques du coke à aiguilles de haute qualité pour exposer certains points de vue personnels, à discuter entre les fabricants de coke à aiguilles, les fabricants d'électrodes et les instituts de recherche scientifique.
Bien que la production industrielle de coke en aiguilles en Chine soit plus tardive que celle des entreprises étrangères, elle s'est rapidement développée ces dernières années et a commencé à prendre forme. En termes de volume de production total, elle peut largement répondre à la demande de coke en aiguilles pour les électrodes en graphite UHP et HP produites par les entreprises nationales de production de carbone. Cependant, la qualité du coke en aiguilles présente encore un certain écart par rapport aux entreprises étrangères. Les fluctuations de performance des lots affectent la demande de coke en aiguilles de haute qualité pour la production d'électrodes en graphite UHP et HP de grande taille, notamment en l'absence de coke en aiguilles de haute qualité pour la production de joints d'électrodes en graphite.
Les entreprises étrangères produisant des électrodes en graphite UHP et HP de grandes spécifications constituent souvent le premier choix pour le coke de pétrole de haute qualité comme matière première principale. Les entreprises japonaises utilisent également du coke de charbon comme matière première, mais uniquement pour la spécification φ 600 mm. Actuellement, le coke de charbon en Chine est principalement du coke de charbon. La production d'électrodes en graphite UHP de haute qualité à grande échelle par les entreprises de carbone repose souvent sur du coke de pétrole importé, notamment sur la production conjointe de coke de pétrole importé du Japon Suishima et du Royaume-Uni HSP.
Actuellement, le coke en aiguilles produit par diverses entreprises est généralement comparé aux indices de performance commerciale du coke en aiguilles étranger selon des critères conventionnels tels que la teneur en cendres, la masse volumique réelle, la teneur en soufre, la teneur en azote, la granulométrie et le coefficient de dilatation thermique. Cependant, il manque encore une classification des différentes qualités de coke en aiguilles par rapport aux pays étrangers. Par conséquent, la production de coke en aiguilles, communément appelée « produit unifié », ne peut pas refléter la qualité du coke en aiguilles haut de gamme.
Outre les comparaisons de performances classiques, les entreprises du secteur du carbone doivent également prêter attention à la caractérisation du coke en aiguilles, notamment la classification du coefficient de dilatation thermique (CTE), la résistance des particules, le degré d'anisotropie, les données de dilatation à l'état inhibé et non inhibé, ainsi que la plage de température entre dilatation et contraction. Ces propriétés thermiques du coke en aiguilles étant essentielles au contrôle du processus de graphitisation lors de la production d'électrodes en graphite, l'influence des propriétés thermiques du coke bitumineux formé après la cuisson du liant et de l'agent d'imprégnation bitumineux n'est pas exclue.
1. Comparaison de l'anisotropie du coke en aiguilles
L'analyse des performances du degré d'anisotropie de la production d'électrodes en graphite de très haute puissance est l'estimation de la qualité de la matière première du coke en aiguilles ou non une méthode d'analyse importante, la taille du degré d'anisotropie, bien sûr, a également une certaine influence sur le processus de production d'électrodes, le degré d'anisotropie de l'électricité est extrêmement performant en cas de choc thermique que le degré d'anisotropie de la puissance moyenne de la petite électrode est bon.
Actuellement, la production de coke de charbon en aiguilles en Chine est bien supérieure à celle de coke de pétrole. En raison du coût élevé des matières premières et des prix pratiqués par les entreprises de production de carbone, il est difficile d'utiliser 100 % de coke de charbon local pour la production d'électrodes UHP, tout en ajoutant une certaine proportion de coke de pétrole calciné et de poudre de graphite. Il est donc difficile d'évaluer l'anisotropie du coke de charbon local.
2. Propriétés linéaires et volumétriques du coke en aiguilles
Les performances de variation linéaire et volumétrique du coke en aiguilles se reflètent principalement dans le procédé graphite produit par l'électrode. Avec les variations de température, le coke en aiguilles subit des dilatations et des contractions linéaires et volumétriques lors du chauffage du graphite, ce qui affecte directement les variations linéaires et volumétriques de la billette grillée par l'électrode lors du procédé graphite. Il en va de même pour les différentes propriétés du coke brut et les variations de qualité du coke en aiguilles. De plus, la plage de température des variations linéaires et volumétriques des différentes qualités de coke en aiguilles et de coke de pétrole calciné est également différente. Seule la maîtrise de cette caractéristique du coke brut permet de mieux contrôler et optimiser la séquence chimique de production du graphite. Cela est particulièrement évident dans le procédé de graphitisation en série.
La dilatation linéaire se produit d'abord lorsque le coke à aiguilles de pétrole commence à chauffer, mais la température de début de contraction linéaire est généralement inférieure à la température maximale de calcination. Entre 1 525 °C et 1 725 °C, la dilatation linéaire commence et la plage de température de contraction linéaire totale est étroite, seulement 200 °C. La plage de température de contraction linéaire totale du coke de pétrole retardé ordinaire est beaucoup plus large que celle du coke à aiguilles, tandis que celle du coke à aiguilles de charbon se situe entre les deux, légèrement plus grande que celle du coke à aiguilles de pétrole. Les résultats des essais de l'Institut d'essais des technologies industrielles d'Osaka, au Japon, montrent que plus les performances thermiques du coke sont mauvaises, plus la plage de température de retrait linéaire est importante, allant jusqu'à 500 à 600 °C. La température initiale de retrait linéaire est basse ; entre 1 150 et 1 200 °C, le retrait linéaire commence à se produire, ce qui est également caractéristique du coke de pétrole retardé ordinaire.
Plus les propriétés thermiques et l'anisotropie du coke en aiguilles sont élevées, plus la plage de température de contraction linéaire est étroite. Certains cokes en aiguilles de pétrole de haute qualité ne présentent qu'une plage de température de contraction linéaire de 100 à 150 °C. Il est très avantageux pour les entreprises de carbone de guider la production par graphitisation après avoir compris les caractéristiques de dilatation, de contraction et de réexpansion linéaires de diverses matières premières, le coke, afin d'éviter les pertes de qualité inutiles liées à l'utilisation du mode expérimental traditionnel.
Date de publication : 08/10/2021