ग्राफाईट इलेक्ट्रोड आणि नीडल कोक

कार्बन सामग्री उत्पादन प्रक्रिया ही एक अत्यंत नियंत्रित प्रणाली अभियांत्रिकी आहे, ग्राफाइट इलेक्ट्रोड, विशेष कार्बन सामग्री, ॲल्युमिनियम कार्बन आणि नवीन उच्च-श्रेणीच्या कार्बन सामग्रीचे उत्पादन हे कच्चा माल, उपकरणे, तंत्रज्ञान आणि व्यवस्थापन या चार उत्पादन घटकांपासून आणि संबंधित मालकी तंत्रज्ञानापासून अविभाज्यपणे जोडलेले आहे.

कार्बन सामग्रीची मूलभूत वैशिष्ट्ये ठरवणारे कच्चा माल हे प्रमुख घटक आहेत आणि कच्च्या मालाच्या कामगिरीवरूनच उत्पादित कार्बन सामग्रीची कामगिरी ठरते. UHP आणि HP ग्रॅफाइट इलेक्ट्रोडच्या उत्पादनासाठी, उच्च दर्जाचा नीडल कोक ही पहिली पसंती आहे, तसेच उच्च दर्जाचा बाइंडर डांबर आणि इम्प्रेग्नेटिंग एजंट डांबर यांचाही वापर केला जातो. परंतु केवळ उच्च दर्जाच्या कच्च्या मालाच्या बाबतीत, उपकरणे, तंत्रज्ञान, व्यवस्थापन घटक आणि संबंधित मालकी हक्काच्या तंत्रज्ञानाच्या अभावामुळे देखील उच्च दर्जाचे UHP, HP ग्रॅफाइट इलेक्ट्रोड तयार करणे शक्य होत नाही.

हा लेख उच्च दर्जाच्या नीडल कोकच्या वैशिष्ट्यांवर लक्ष केंद्रित करतो आणि नीडल कोक उत्पादक, इलेक्ट्रोड उत्पादक, वैज्ञानिक संशोधन संस्था यांच्या चर्चेसाठी काही वैयक्तिक दृष्टिकोन मांडतो.

जरी चीनमधील नीडल कोकचे औद्योगिक उत्पादन परदेशी उद्योगांच्या तुलनेत उशिरा सुरू झाले असले तरी, अलिकडच्या वर्षांत त्याचा वेगाने विकास झाला आहे आणि ते आकार घेऊ लागले आहे. एकूण उत्पादन प्रमाणाच्या बाबतीत, ते देशांतर्गत कार्बन उद्योगांद्वारे उत्पादित होणाऱ्या UHP आणि HP ग्रॅफाइट इलेक्ट्रोड्ससाठी लागणाऱ्या नीडल कोकची मागणी मूलतः पूर्ण करू शकते. तथापि, परदेशी उद्योगांच्या तुलनेत नीडल कोकच्या गुणवत्तेत अजूनही एक निश्चित तफावत आहे. बॅचच्या कामगिरीतील चढ-उतारामुळे मोठ्या आकाराच्या UHP आणि HP ग्रॅफाइट इलेक्ट्रोडच्या उत्पादनात उच्च-गुणवत्तेच्या नीडल कोकच्या मागणीवर परिणाम होतो, विशेषतः ग्रॅफाइट इलेक्ट्रोड जॉइंटच्या उत्पादनाची गरज पूर्ण करू शकेल असा उच्च-गुणवत्तेचा जॉइंट नीडल कोक उपलब्ध नाही.

मोठ्या स्पेसिफिकेशन्सचे UHP, HP ग्रॅफाइट इलेक्ट्रोड तयार करणाऱ्या परदेशी कार्बन कंपन्या मुख्य कच्चा माल म्हणून उच्च-गुणवत्तेच्या पेट्रोलियम नीडल कोकला अनेकदा पहिली पसंती देतात. जपानी कार्बन कंपन्या देखील कच्चा माल म्हणून काही कोळसा-श्रेणीतील नीडल कोकचा वापर करतात, परंतु केवळ φ 600 मिमी पेक्षा कमी स्पेसिफिकेशनच्या ग्रॅफाइट इलेक्ट्रोडच्या उत्पादनासाठी. सध्या, चीनमधील नीडल कोक प्रामुख्याने कोळसा-श्रेणीतील नीडल कोक आहे. कार्बन कंपन्यांद्वारे उच्च-गुणवत्तेच्या मोठ्या प्रमाणातील UHP ग्रॅफाइट इलेक्ट्रोडचे उत्पादन अनेकदा आयात केलेल्या पेट्रोलियम-श्रेणीतील नीडल कोकवर अवलंबून असते, विशेषतः उच्च-गुणवत्तेचे उत्पादन हे आयात केलेल्या जपानी सुईशिमा ऑइल-श्रेणीतील नीडल कोक आणि ब्रिटिश HSP ऑइल-श्रेणीतील नीडल कोक यांच्या संयुक्त कच्च्या मालावर अवलंबून असते.

सध्या, विविध उद्योगांद्वारे उत्पादित नीडल कोकची तुलना सामान्यतः राखेचे प्रमाण, खरी घनता, सल्फरचे प्रमाण, नायट्रोजनचे प्रमाण, कणांच्या आकाराचे वितरण, औष्णिक प्रसरण गुणांक इत्यादी पारंपरिक कार्यप्रदर्शन निर्देशांकांद्वारे परदेशी नीडल कोकच्या व्यावसायिक कार्यप्रदर्शन निर्देशांकांशी केली जाते. तथापि, परदेशांच्या तुलनेत नीडल कोकच्या वर्गीकरणाच्या विविध श्रेणींची अजूनही कमतरता आहे. त्यामुळे, नीडल कोकचे उत्पादन बोलीभाषेत 'एकसमान वस्तू' म्हणूनही ओळखले जाते, जे उच्च-गुणवत्तेच्या प्रीमियम नीडल कोकची श्रेणी दर्शवू शकत नाही.

पारंपारिक कार्यप्रदर्शन तुलनेव्यतिरिक्त, कार्बन उद्योगांनी नीडल कोकच्या वैशिष्ट्यांकडेही लक्ष दिले पाहिजे, जसे की औष्णिक प्रसरण गुणांकाचे (CTE) वर्गीकरण, कणांची मजबुती, अनिसोट्रॉपीची पातळी, अप्रतिबंधित आणि प्रतिबंधित अवस्थेतील प्रसरणाची आकडेवारी, आणि प्रसरण व आकुंचन यांमधील तापमान श्रेणी. कारण ग्राफाइट इलेक्ट्रोडच्या उत्पादन प्रक्रियेत ग्राफिटायझेशन प्रक्रियेच्या नियंत्रणासाठी नीडल कोकचे हे औष्णिक गुणधर्म खूप महत्त्वाचे आहेत, त्यामुळे अर्थातच, बाइंडर आणि इम्प्रेग्नेटिंग एजंट डांबराच्या भाजणीनंतर तयार होणाऱ्या डांबर कोकच्या औष्णिक गुणधर्मांचा प्रभाव नाकारता येत नाही.

१. नीडल कोकच्या अनिसोट्रॉपीची तुलना

अति उच्च शक्तीच्या ग्रॅफाइट इलेक्ट्रोड उत्पादनातील अनिसोट्रॉपी अंशाच्या कार्यक्षमतेचे विश्लेषण ही नीडल कोक कच्च्या मालाच्या गुणवत्तेचा अंदाज घेण्यासाठी एक महत्त्वाची विश्लेषण पद्धत आहे की नाही, हे तपासणे आवश्यक आहे. अनिसोट्रॉपीच्या अंशाच्या आकाराचा इलेक्ट्रोड उत्पादन प्रक्रियेवरही निश्चितच परिणाम होतो. अत्यंत उच्च विद्युत औष्णिक धक्क्याच्या कार्यक्षमतेच्या बाबतीत, मध्यम शक्तीच्या लहान इलेक्ट्रोडची अनिसोट्रॉपीची पातळी अधिक चांगली असते.

सध्या, चीनमध्ये कोळशापासून बनवलेल्या नीडल कोकचे उत्पादन पेट्रोलियम नीडल कोकच्या तुलनेत खूप जास्त आहे. कच्च्या मालाचा जास्त खर्च आणि कार्बन उद्योगांच्या किमतींमुळे, UHP इलेक्ट्रोडच्या उत्पादनात १००% देशांतर्गत नीडल कोक वापरणे कठीण आहे, आणि इलेक्ट्रोड तयार करण्यासाठी त्यात ठराविक प्रमाणात कॅल्क्युलेटेड पेट्रोलियम कोक आणि ग्रॅफाइट पावडर मिसळली जाते. त्यामुळे, देशांतर्गत नीडल कोकच्या अनिसोट्रॉपीचे मूल्यांकन करणे अवघड आहे.

२. नीडल कोकचे रेखीय आणि आयतनात्मक गुणधर्म

नीडल कोकच्या रेषीय आणि आकारमान बदलाची कार्यक्षमता मुख्यत्वे इलेक्ट्रोडद्वारे उत्पादित ग्रॅफाइट प्रक्रियेत दिसून येते. तापमानातील बदलामुळे, ग्रॅफाइट प्रक्रियेच्या तापवण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान नीडल कोकमध्ये रेषीय आणि आकारमान प्रसरण व आकुंचन होते, ज्याचा थेट परिणाम ग्रॅफाइट प्रक्रियेतील इलेक्ट्रोड रोस्टेड बिलेटच्या रेषीय आणि आकारमान बदलावर होतो. कच्च्या कोकच्या वेगवेगळ्या गुणधर्मांच्या वापरासाठी आणि नीडल कोकच्या वेगवेगळ्या ग्रेडमधील बदलांसाठी हे सारखे नसते. शिवाय, नीडल कोकच्या वेगवेगळ्या ग्रेड आणि कॅल्साइन्ड पेट्रोलियम कोकच्या रेषीय आणि आकारमान बदलांची तापमान श्रेणी देखील भिन्न असते. केवळ कच्च्या कोकच्या या वैशिष्ट्यावर प्रभुत्व मिळवूनच आपण ग्रॅफाइटच्या रासायनिक क्रमाच्या उत्पादनावर अधिक चांगल्या प्रकारे नियंत्रण ठेवू शकतो आणि ते अनुकूलित करू शकतो. हे विशेषतः मालिका ग्रॅफायटीकरण प्रक्रियेत स्पष्ट होते.

तेल सुई कोक गरम होऊ लागल्यावर प्रथम रेषीय प्रसरण होते, परंतु रेषीय आकुंचनाच्या सुरुवातीचे तापमान सहसा कमाल कॅल्सिनेशन तापमानापेक्षा उशिरा येते. १५२५℃ ते १७२५℃ दरम्यान रेषीय प्रसरण सुरू होते आणि संपूर्ण रेषीय आकुंचनाची तापमान श्रेणी अरुंद, फक्त २००℃ असते. सामान्य विलंबित पेट्रोलियम कोकच्या संपूर्ण रेषीय आकुंचनाची तापमान श्रेणी सुई कोकपेक्षा खूप मोठी असते, आणि कोळशाचा सुई कोक या दोन्हींच्या मध्ये असतो, जो तेल सुई कोकपेक्षा किंचित मोठा असतो. जपानमधील ओसाका औद्योगिक तंत्रज्ञान चाचणी संस्थेच्या चाचणी निकालांनुसार, कोकची औष्णिक कार्यक्षमता जितकी खराब असते, तितकी रेषीय आकुंचनाची तापमान श्रेणी मोठी असते, जी ५०० ~ ६००℃ पर्यंत पोहोचते आणि रेषीय आकुंचनाची सुरुवात कमी तापमानावर होते, ११५० ~ १२००℃ वर रेषीय आकुंचन सुरू होते, जे सामान्य विलंबित पेट्रोलियम कोकचे वैशिष्ट्य आहे.

नीडल कोकचे औष्णिक गुणधर्म जितके चांगले आणि अनिसोट्रॉपी जितकी जास्त असते, तितकी त्याच्या रेषीय आकुंचनाची तापमान श्रेणी मर्यादित असते. काही उच्च-गुणवत्तेच्या ऑइल नीडल कोकची रेषीय आकुंचन तापमान श्रेणी केवळ १०० ~ १५०℃ असते. विविध कच्च्या मालाच्या कोकच्या रेषीय प्रसरण, आकुंचन आणि पुनर्प्रसरणाची वैशिष्ट्ये समजून घेतल्यानंतरच ग्राफायटीकरण प्रक्रियेच्या उत्पादनाला मार्गदर्शन करणे हे कार्बन उद्योगांसाठी खूप फायदेशीर आहे, ज्यामुळे पारंपरिक अनुभवात्मक पद्धतीमुळे निर्माण होणारे काही अनावश्यक गुणवत्ता-टाकाऊ पदार्थ टाळता येतात.