흑연화 석유 코크스 생산 공정에서는 원료 선정, 전처리, 흑연화 공정, 후처리에 이르기까지 최종 제품의 품질을 보장하기 위해 다음과 같은 주요 매개변수를 엄격하게 관리하는 것이 필수적입니다.
I. 원료 선정 및 전처리
황 함량
- 관리 기준: 원료 석유 코크스의 황 함량은 0.5% 이하여야 합니다. 황 함량이 높은 코크스는 흑연화 과정에서 가스 팽창을 일으켜 제품 분해를 유발할 수 있습니다.
- 영향: 황 함량이 0.1% 감소할 때마다 제품 분해 속도가 15~20% 감소하고 저항률이 5~8% 감소합니다.
재 함량
- 관리 기준: 회분 함량은 0.3% 이하이어야 하며, 주요 불순물은 철, 규소, 칼슘과 같은 금속 산화물이어야 합니다.
- 영향: 회분 함량이 0.1% 증가할 때마다 제품의 저항성은 10~15% 증가하고 기계적 강도는 8~10% 감소합니다.
입자 크기 분포
- 관리 기준: 과립형 코크스는 80% 이상, 분말형 코크스(입자 크기 <0.5mm)는 20% 이하를 차지해야 합니다.
- 영향: 분말 코크스가 과다하게 사용될 경우 소성 과정에서 덩어리짐 현상이 발생하여 휘발성 물질 제거에 영향을 줄 수 있습니다. 반면, 과립형 코크스의 균일성을 개선하면 흑연화 에너지 소비량을 5~10% 절감할 수 있습니다.
소성 공정
- 온도: 1200~1400°C에서 8~12시간.
- 기능: 휘발성 물질(8~15%에서 1% 미만으로)을 제거하고 진밀도(1.9g/cm³에서 2.05g/cm³ 이상으로)를 높입니다.
- 관리점: 소성 후 실제 밀도는 2.08g/cm³ 이상이어야 합니다. 그렇지 않으면 흑연화 난이도가 증가하고 저항이 높아집니다.
II. 흑연화 공정
온도 조절
- 핵심 매개변수: 2800-3000°C, 48-72시간 유지.
- 영향:
- 온도가 100°C 상승할 때마다 결정성은 5~8% 향상되고 저항률은 3~5% 감소합니다.
- 온도가 불충분하면(<2700°C) 비정질 탄소 잔류물이 생성되어 제품 저항률이 15 μΩ·m를 초과하게 되며, 온도가 과도하면(>3100°C) 탄소 구조가 손상될 수 있습니다.
온도 균일성
- 제어 기준: 용광로 중심부와 가장자리 사이의 온도 차이가 150°C 이하이고, 열전대 간격이 30cm 이하입니다.
- 영향: 온도 차이가 50°C 증가할 때마다 국부적인 저항률 변동이 10~15% 확대되고 제품 수율이 5~8% 감소합니다.
가열 속도
- 관리 기준:
- 25-800°C 단계: ≤3°C/h (열응력 균열 방지).
- 800-1250°C 단계: ≤5°C/h (질서 있는 탄소 구조 형성을 촉진하기 위해).
- 영향: 과도한 가열 속도는 제품 부피 수축률을 15% 이상 증가시켜 균열을 유발합니다.
보호 분위기
- 제어 기준: 질소 유량 0.8-1.2 m³/h 또는 아르곤/진공 환경 사용.
- 기능: 산화를 방지하고 불순물 함량을 줄입니다(예: 산소 함량이 0.5%에서 0.1% 미만으로 감소).
III. 후처리 및 정제
냉각 속도
- 제어 기준: 흑연화 후 냉각 속도가 20°C/h 이하로 느려야 함.
- 영향: 급속 냉각은 잔류 열 응력을 발생시켜 제품의 열 충격 저항성을 30~50% 감소시킵니다.
분쇄 및 선별
- 관리 기준: 입자 크기 D50은 10-20μm로 제어되고, 표면 코팅(예: 피치 또는 화학 기상 증착) 두께 균일도는 5% 이하입니다.
- 기능: 입자 형태를 최적화하고 제품의 부피 밀도를 증가시킵니다(0.8g/cm³에서 ≥1.2g/cm³로).
정화 처리
- 할로겐 정제: Cl₂ 가스는 1900~2300°C에서 24시간 동안 반응하여 불순물 함량을 50ppm 이하로 줄입니다.
- 진공 정제: 10⁻³ Pa의 진공 상태를 50시간 동안 유지하여 총 불순물 함량을 10 ppm 이하로 낮춥니다(고급 용도에 적합).
IV. 주요 관리 사항 요약
| 매개변수 | 제어 표준 | 영향 |
|---|---|---|
| 황 함량 | ≤0.5% | 가스 팽창으로 인한 균열을 방지하고 저항률을 5~8% 감소시킵니다. |
| 재 함량 | ≤0.3% | 금속 불순물을 줄이고 저항률을 10~15% 감소시킵니다. |
| 흑연화 온도 | 2800~3000°C에서 48~72시간 동안 | 결정성을 5~8% 향상시키고, 저항을 3~5% 감소시킵니다. |
| 온도 균일성 | 퍼니스 코어-엣지 온도 ≤150°C | 수율을 5~8% 향상시키고, 저항률 변동폭을 10~15% 줄입니다. |
| 냉각 속도 | ≤20°C/h | 열충격 저항성을 30~50% 향상시키고 내부 응력을 감소시킵니다. |
| 정제 불순물 함량 | 할로겐 ≤50ppm, 진공 ≤10ppm | 반도체, 태양광 발전 등 고급 산업 분야의 요구 사항을 충족합니다. |
V. 기술 동향 및 최적화 방향
초미세 구조 제어: 0.1~1 μm 코크스 분말 제조 기술을 개발하여 등방성을 향상시키고 저항률을 5 μΩ·m 미만으로 낮춥니다.
스마트 제조 시스템: 디지털 트윈 기반 온도장 동적 제어 시스템을 구현하여 생산량을 95%까지 향상시킵니다.
친환경 공정: 수소를 환원제로 사용하여 CO₂ 배출량을 줄이고, 폐열 회수 기술을 도입하여 에너지 소비량을 10~15% 절감합니다.
이러한 매개변수를 엄격하게 제어함으로써 흑연화 석유 코크스는 탄소 함량 99.9% 이상, 비저항 5-7 μΩ·m, 열팽창 계수 1.5-2.5×10⁻⁶/°C를 달성하여 고급 산업 응용 분야의 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
게시 시간: 2025년 9월 12일