En el procés de producció de coc de petroli grafititzat, és essencial controlar estrictament els següents paràmetres clau, des de la selecció de matèries primeres, el pretractament, el procés de grafitització fins al posttractament, per garantir la qualitat del producte final:
I. Selecció i pretractament de matèries primeres
contingut de sofre
- Estàndard de control: El contingut de sofre del coc de petroli cru ha de ser ≤0,5%. El coc amb alt contingut de sofre pot provocar expansió del gas durant la grafitització, cosa que pot provocar l'esquerdament del producte.
- Impacte: Cada reducció del 0,1% en el contingut de sofre disminueix la taxa d'esquerdament del producte entre un 15% i un 20% i redueix la resistivitat entre un 5% i un 8%.
Contingut de cendres
- Estàndard de control: el contingut de cendres ha de ser ≤0,3%, i les impureses principals han de ser òxids metàl·lics com ara ferro, silici i calci.
- Impacte: Cada augment del 0,1% en el contingut de cendres augmenta la resistivitat del producte entre un 10% i un 15% i disminueix la resistència mecànica entre un 8% i un 10%.
Distribució de la mida de les partícules
- Estàndard de control: El coc granular ha de representar ≥80%, mentre que el coc en pols (mida de partícula <0,5 mm) ha de ser ≤20%.
- Impacte: L'excés de coc en pols pot provocar apelmament durant la calcinació, cosa que afecta l'eliminació de matèria volàtil; la uniformitat millorada del coc granular redueix el consum d'energia de grafitització entre un 5% i un 10%.
Procés de calcinació
- Temperatura: 1200-1400 °C durant 8-12 hores.
- Funció: Elimina la matèria volàtil (del 8%-15% a <1%) i augmenta la densitat real (d'1,9 g/cm³ a ≥2,05 g/cm³).
- Punt de control: La densitat real després de la calcinació ha de ser ≥2,08 g/cm³; en cas contrari, la dificultat de la grafitització augmenta i la resistivitat augmenta.
II. Procés de grafitització
Control de temperatura
- Paràmetre principal: 2800-3000 °C, mantingut durant 48-72 hores.
- Impacte:
- Cada augment de 100 °C de temperatura augmenta la cristal·linitat entre un 5% i un 8% i redueix la resistivitat entre un 3% i un 5%.
- Una temperatura insuficient (<2700 °C) resulta en residus de carboni amorfs, amb una resistivitat del producte >15 μΩ·m; una temperatura excessiva (>3100 °C) pot causar danys a l'estructura del carboni.
Uniformitat de la temperatura
- Estàndard de control: Diferència de temperatura entre el nucli del forn i la vora ≤150 °C, amb espaiament entre termopars ≤30 cm.
- Impacte: Cada augment de 50 °C en la diferència de temperatura amplia la variació de resistivitat local entre un 10% i un 15% i disminueix el rendiment del producte entre un 5% i un 8%.
Velocitat de calefacció
- Estàndard de control:
- Etapa de 25-800 °C: ≤3 °C/h (per evitar l'esquerdament per tensió tèrmica).
- Etapa de 800-1250 °C: ≤5 °C/h (per promoure la formació ordenada d'una estructura de carboni).
- Impacte: Les velocitats d'escalfament excessives provoquen una contracció del volum del producte superior al 15%, cosa que provoca esquerdes.
Atmosfera protectora
- Estàndard de control: cabal de nitrogen de 0,8-1,2 m³/h o ús d'un ambient d'argó/buit.
- Funció: Prevenir l'oxidació i reduir el contingut d'impureses (per exemple, el contingut d'oxigen disminueix del 0,5% a <0,1%).
III. Posttractament i purificació
Velocitat de refredament
- Estàndard de control: Velocitat de refredament lenta ≤20 °C/h després de la grafitització.
- Impacte: El refredament ràpid provoca estrès tèrmic residual, cosa que redueix la resistència al xoc tèrmic del producte entre un 30% i un 50%.
Trituració i cribratge
- Estàndard de control: Mida de partícula D50 controlada a 10-20 μm, amb uniformitat de gruix del recobriment superficial (per exemple, brea o deposició química de vapor) ≤5%.
- Funció: Optimitza la morfologia de les partícules i augmenta la densitat aparent del producte (de 0,8 g/cm³ a ≥1,2 g/cm³).
Tractament de purificació
- Purificació d'halogen: el gas Cl₂ reacciona a 1900-2300 °C durant 24 hores, reduint el contingut d'impureses a ≤50 ppm.
- Purificació al buit: es manté a un buit de 10⁻³ Pa durant 50 hores, aconseguint un contingut total d'impureses ≤10 ppm (per a aplicacions d'alta gamma).
IV. Resum dels punts clau de control
| Paràmetre | Estàndard de control | Impacte |
|---|---|---|
| contingut de sofre | ≤0,5% | Evita l'esquerdament induït per l'expansió del gas; redueix la resistivitat entre un 5% i un 8% |
| Contingut de cendres | ≤0,3% | Redueix les impureses metàl·liques; disminueix la resistivitat entre un 10% i un 15% |
| Temperatura de grafitització | 2800-3000 °C durant 48-72 hores | Millora la cristal·linitat entre un 5% i un 8%; redueix la resistivitat entre un 3% i un 5% |
| Uniformitat de la temperatura | Vora del nucli del forn ≤150 °C | Millora el rendiment entre un 5% i un 8%; redueix la variació de resistivitat entre un 10% i un 15% |
| Velocitat de refredament | ≤20 °C/h | Millora la resistència al xoc tèrmic entre un 30% i un 50%; redueix la tensió interna |
| Contingut d'impureses de purificació | ≤50 ppm (halogen), ≤10 ppm (buit) | Satisfà les demandes industrials d'alta gamma (per exemple, semiconductors, fotovoltaica) |
V. Tendències tecnològiques i direccions d'optimització
Control d'estructura ultrafina: Desenvolupar tecnologia de preparació de pols de coc de 0,1-1 μm per millorar la isotropia i reduir la resistivitat a <5 μΩ·m.
Sistemes de fabricació intel·ligents: implementar sistemes de control dinàmic de camp de temperatura basats en bessons digitals per augmentar el rendiment fins al 95%.
Processos verds: utilitzar hidrogen com a agent reductor per reduir les emissions de CO₂; adoptar tecnologia de recuperació de calor residual per reduir el consum d'energia entre un 10% i un 15%.
Controlant estrictament aquests paràmetres, el coc de petroli grafititzat pot aconseguir un contingut de carboni ≥99,9%, una resistivitat de 5-7 μΩ·m i un coeficient de dilatació tèrmica d'1,5-2,5 × 10⁻⁶/°C, satisfent les demandes de les aplicacions industrials d'alta gamma.
Data de publicació: 12 de setembre de 2025