탄소소재 생산공정은 엄격하게 관리되는 시스템 엔지니어링으로, 흑연전극, 특수탄소소재, 알루미늄 탄소, 신형 고급탄소소재를 생산하는 것은 원료, 장비, 기술, 4대 생산요소의 관리 및 관련 독점기술의 사용과 분리할 수 없습니다.
원자재는 탄소 재료의 기본 특성을 결정하는 핵심 요소이며, 원자재의 성능은 제조된 탄소 재료의 성능을 좌우합니다. 초고압(UHP) 및 고압(HP) 흑연 전극 생산에는 고품질 침상 코크스(needle coke)가 우선적으로 선택되지만, 고품질 바인더 아스팔트(Binder Asphalt)와 함침제 아스팔트(Impregnate Asphalt)도 선택됩니다. 하지만 고품질 원자재만으로는 장비, 기술, 관리 요소 및 관련 독점 기술의 부족으로 고품질 초고압(UHP) 및 고압(HP) 흑연 전극을 생산할 수 없습니다.
본 논문은 고품질 침상 코크스의 특성에 초점을 맞추어 개인적인 견해를 설명하고, 침상 코크스 제조업체, 전극 제조업체, 과학 연구 기관의 논의를 돕기 위해 작성되었습니다.
중국의 침상 코크스 산업 생산은 외국 기업에 비해 다소 늦지만, 최근 몇 년 동안 급속도로 발전하여 형태를 갖추기 시작했습니다. 총 생산량 측면에서는 국내 탄소 기업이 생산하는 UHP 및 HP 흑연 전극용 침상 코크스 수요를 기본적으로 충족할 수 있습니다. 그러나 침상 코크스의 품질은 외국 기업과 여전히 차이가 있습니다. 배치 성능 변동은 대형 UHP 및 HP 흑연 전극 생산에서 고품질 침상 코크스 수요에 영향을 미치며, 특히 흑연 전극 접합부 생산을 충족할 수 있는 고품질 접합 침상 코크스는 없습니다.
대형 규격의 UHP, HP 흑연 전극을 생산하는 해외 탄소 기업들은 고품질 석유계 침상 코크스를 주원료로 사용하는 경우가 많습니다. 일본 탄소 기업들도 일부 석탄계 침상 코크스를 원료로 사용하지만, φ 600mm 이하 규격의 흑연 전극 생산에만 사용합니다. 현재 중국의 침상 코크스는 주로 석탄계 침상 코크스입니다. 탄소 기업들의 고품질 대규모 UHP 흑연 전극 생산은 종종 수입 석유계 침상 코크스에 의존하며, 특히 일본 스이시마 오일계 침상 코크스와 영국 HSP 오일계 침상 코크스를 수입하여 고품질 코크스를 생산합니다.
현재 여러 기업에서 생산하는 침상 코크스는 일반적으로 회분 함량, 진밀도, 황 함량, 질소 함량, 입도 분포, 열팽창 계수 등의 기존 성능 지표를 사용하여 해외 침상 코크스의 상용 성능 지표와 비교됩니다. 그러나 해외와 비교했을 때 침상 코크스의 등급 분류는 아직 미흡합니다. 따라서 침상 코크스 생산은 흔히 "통일품"으로 불리지만, 고품질 프리미엄 침상 코크스의 등급을 반영하지 못합니다.
탄소 기업은 기존 성능 비교 외에도 열팽창 계수(CTE), 입자 강도, 이방성, 비저해 상태 및 저해 상태에서의 팽창 데이터, 그리고 팽창과 수축 사이의 온도 범위 등 침상 코크스의 특성 분석에도 주의를 기울여야 합니다. 침상 코크스의 이러한 열적 특성은 흑연 전극 제조 공정에서 흑연화 공정 제어에 매우 중요하기 때문에, 바인더 및 함침제인 아스팔트의 배소 후 형성되는 아스팔트 코크스의 열적 특성이 미치는 영향도 배제할 수 없습니다.
1. 침상코크스의 이방성 비교
(A) 시료 : 국내 A탄소공장의 φ 500 mm UHP 전극체;
원재료 침상 코크스: 일본 신형 화학 LPC-U 등급, 비율: 100% LPC-U 등급; 분석: SGL 그리스하임 공장; 성과 지표는 표 1에 나와 있습니다.
(B) 시료 : 국내 탄소공장의 φ450 mmHP 전극체; 원료 침상 코크스 : 국내공장 오일 침상 코크스, 비율 : 100%; 분석 : 산둥 바잔 탄소공장; 성과 지표는 표 2와 같습니다.
표 1과 표 2를 비교해보면, 신일화학 LPC-U급 침상 코크스는 열적 특성 이방성이 매우 크며, CTE 이방성은 3.61~4.55에 달하고, 저항률 이방성 또한 2.06~2.25로 매우 크다. 국산 석유 침상 코크스의 굽힘 강도는 신일화학 LPC-U급 침상 코크스보다 우수하지만, 이방성 값은 신일화학 LPC-U급 침상 코크스보다 훨씬 낮다.
초고출력 흑연 전극 생산 이방성 정도 성능 분석은 침상 코크스 원료 품질을 추정하는 중요한 분석 방법이며, 이방성 정도의 크기는 물론 전극 생산 공정에도 어느 정도 영향을 미치며, 전기 이방성 정도가 매우 큰 전극의 평균 전력 이방성 정도가 좋다.
현재 중국의 석탄 침상 코크스 생산량은 석유 침상 코크스 생산량보다 훨씬 많습니다. 높은 원자재 비용과 탄소 기업의 가격 때문에 초고압 전극 생산에 국산 침상 코크스를 100% 사용하는 것은 어렵고, 일정 비율의 석회석 코크스와 흑연 분말을 첨가하여 전극을 생산해야 합니다. 따라서 국산 침상 코크스의 이방성을 평가하기 어렵습니다.
2. 침상코크스의 선형 및 체적 특성
침상 코크스의 선형 및 체적 변화 성능은 주로 전극에 의해 생성되는 흑연 공정에 반영됩니다. 온도 변화에 따라 침상 코크스는 흑연 공정 가열 과정에서 선형 및 체적 팽창과 수축을 겪게 되며, 이는 흑연 공정에서 전극 배소 빌릿의 선형 및 체적 변화에 직접적인 영향을 미칩니다. 이는 원료 코크스의 다른 특성, 다른 등급의 침상 코크스 변화에는 동일하지 않습니다. 또한, 다른 등급의 침상 코크스와 소성 석유 코크스의 선형 및 체적 변화 온도 범위도 다릅니다. 원료 코크스의 이러한 특성을 숙달해야만 흑연 화학 순서의 생산을 더 잘 제어하고 최적화할 수 있습니다. 이는 특히 연속 흑연화 공정에서 분명하게 드러납니다.
표 3은 영국 Conocophillips에서 생산한 세 가지 등급의 석유 니들 코크스의 선형 및 부피 변화와 온도 범위를 보여줍니다. 석유 니들 코크스가 가열되기 시작하면 선형 팽창이 먼저 발생하지만, 선형 수축이 시작되는 온도는 일반적으로 최대 소성 온도보다 낮습니다. 1525℃에서 1725℃까지 선형 팽창이 시작되고 전체 선형 수축의 온도 범위는 200℃로 좁습니다. 일반 지연 석유 니들 코크스의 전체 선형 수축의 온도 범위는 니들 코크스보다 훨씬 넓으며, 석탄 니들 코크스는 두 코크스의 중간으로 석유 니들 코크스보다 약간 큽니다. 일본 오사카 산업기술 시험원의 시험 결과에 따르면, 코크스의 열성능이 나쁠수록 선수축 온도 범위가 넓어지며, 500~600℃ 선수축 온도 범위에 이르고, 선수축 시작 온도는 낮아 1150~1200℃에서 선수축이 발생하기 시작하는데, 이는 일반적인 지연석유코크스의 특성과 같습니다.
침상 코크스의 열적 특성이 우수하고 이방성이 클수록 선형 수축 온도 범위가 좁아집니다. 일부 고품질 오일 침상 코크스는 선형 수축 온도 범위가 100~150℃에 불과합니다. 탄소 기업이 다양한 원료 코크스의 선형 팽창, 수축 및 재팽창 특성을 이해한 후 흑연화 공정 생산을 지도하는 것은 매우 유익하며, 기존 실험 방식 사용으로 인해 발생하는 불필요한 품질 폐기물을 방지할 수 있습니다.
3 결론
원자재의 다양한 특성을 숙지하고, 합리적인 설비 조합을 선택하고, 기술을 적절히 조합하여 기업 경영을 보다 과학적이고 합리적으로 운영합니다. 이 시리즈의 전체 공정 시스템은 엄격하게 제어되고 안정적이며, 고품질의 초고출력, 고출력 흑연 전극을 생산하는 기초를 갖추고 있다고 할 수 있습니다.
게시일: 2021년 12월 30일