Proses produksi material karbon merupakan rekayasa sistem yang dikontrol ketat, produksi elektroda grafit, material karbon khusus, karbon aluminium, dan material karbon kelas atas baru tidak terlepas dari penggunaan bahan baku, peralatan, teknologi, dan manajemen yang terdiri dari empat faktor produksi, serta teknologi milik perusahaan yang terkait.
Bahan baku merupakan faktor kunci yang menentukan karakteristik dasar material karbon, dan kinerja bahan baku menentukan kinerja material karbon yang dihasilkan. Untuk produksi elektroda grafit UHP dan HP, kokas jarum berkualitas tinggi adalah pilihan utama, tetapi juga aspal pengikat berkualitas tinggi, dan aspal bahan impregnasi. Namun, hanya bahan baku berkualitas tinggi saja, tanpa peralatan, teknologi, faktor manajemen, dan teknologi milik perusahaan yang memadai, tidak akan mampu menghasilkan elektroda grafit UHP dan HP berkualitas tinggi.
Artikel ini berfokus pada karakteristik kokas jarum berkualitas tinggi untuk menguraikan beberapa pandangan pribadi, untuk didiskusikan oleh produsen kokas jarum, produsen elektroda, dan lembaga penelitian ilmiah.
Meskipun produksi kokas jarum industri di Tiongkok lebih lambat dibandingkan perusahaan asing, produksi tersebut telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir dan mulai terbentuk. Dari segi volume produksi total, pada dasarnya dapat memenuhi permintaan kokas jarum untuk elektroda grafit UHP dan HP yang diproduksi oleh perusahaan karbon domestik. Namun, masih ada kesenjangan tertentu dalam kualitas kokas jarum dibandingkan dengan perusahaan asing. Fluktuasi kinerja batch memengaruhi permintaan kokas jarum berkualitas tinggi dalam produksi elektroda grafit UHP dan HP berukuran besar, terutama karena belum tersedianya kokas jarum sambungan berkualitas tinggi yang dapat memenuhi kebutuhan produksi sambungan elektroda grafit.
Perusahaan karbon asing yang memproduksi elektroda grafit UHP dan HP spesifikasi besar seringkali memilih kokas jarum minyak bumi berkualitas tinggi sebagai bahan baku utama. Perusahaan karbon Jepang juga menggunakan beberapa jenis kokas jarum seri batubara sebagai bahan baku, tetapi hanya untuk produksi elektroda grafit dengan spesifikasi φ 600 mm ke bawah. Saat ini, kokas jarum di Tiongkok sebagian besar adalah kokas jarum seri batubara. Produksi elektroda grafit UHP skala besar berkualitas tinggi oleh perusahaan karbon seringkali bergantung pada kokas jarum seri minyak bumi impor, terutama produksi berkualitas tinggi yang dikombinasikan dengan kokas jarum seri minyak bumi Suishima Jepang dan kokas jarum seri minyak bumi HSP Inggris sebagai bahan baku.
Saat ini, kokas jarum yang diproduksi oleh berbagai perusahaan biasanya dibandingkan dengan indeks kinerja komersial kokas jarum impor menggunakan indeks kinerja konvensional, seperti kadar abu, densitas sebenarnya, kadar sulfur, kadar nitrogen, distribusi ukuran partikel, koefisien ekspansi termal, dan sebagainya. Namun, masih terdapat kekurangan klasifikasi kokas jarum berdasarkan tingkatan dibandingkan dengan negara-negara asing. Oleh karena itu, produksi kokas jarum secara umum juga disebut sebagai "barang seragam", dan tidak dapat mencerminkan tingkatan kokas jarum premium berkualitas tinggi.
Selain perbandingan kinerja konvensional, perusahaan karbon juga harus memperhatikan karakterisasi kokas jarum, seperti klasifikasi koefisien ekspansi termal (CTE), kekuatan partikel, derajat anisotropi, data ekspansi dalam keadaan tidak terinhibisi dan keadaan terinhibisi, serta kisaran suhu antara ekspansi dan kontraksi. Karena sifat termal kokas jarum ini sangat penting untuk pengendalian proses grafitisasi dalam proses produksi elektroda grafit, tentu saja, pengaruh sifat termal kokas aspal yang terbentuk setelah pemanggangan aspal pengikat dan agen impregnasi tidak dapat diabaikan.
1. Perbandingan anisotropi kokas jarum
Analisis kinerja derajat anisotropi produksi elektroda grafit daya ultra tinggi merupakan metode analisis penting untuk memperkirakan kualitas bahan baku kokas jarum, dan besarnya derajat anisotropi tentu saja juga memiliki pengaruh tertentu pada proses produksi elektroda. Derajat anisotropi listrik yang sangat tinggi memiliki kinerja tahan kejut termal yang lebih baik dibandingkan dengan elektroda dengan derajat anisotropi rata-rata yang kecil.
Saat ini, produksi kokas jarum batubara di Tiongkok jauh lebih besar daripada produksi kokas jarum minyak bumi. Karena tingginya biaya bahan baku dan harga perusahaan karbon, sulit untuk menggunakan 100% kokas jarum domestik dalam produksi elektroda UHP, sementara menambahkan proporsi tertentu kokas minyak bumi kalsifikasi dan bubuk grafit untuk menghasilkan elektroda. Oleh karena itu, sulit untuk mengevaluasi anisotropi kokas jarum domestik.
2. Sifat linier dan volumetrik kokas jarum
Perubahan linier dan volumetrik kokas jarum terutama tercermin dalam proses grafit yang dihasilkan oleh elektroda. Dengan perubahan suhu, kokas jarum akan mengalami ekspansi dan kontraksi linier dan volumetrik selama proses pemanasan grafit, yang secara langsung memengaruhi perubahan linier dan volumetrik billet yang dipanggang elektroda dalam proses grafit. Hal ini tidak sama untuk penggunaan sifat kokas mentah yang berbeda, perubahan kokas jarum dengan tingkatan yang berbeda. Selain itu, kisaran suhu perubahan linier dan volume dari berbagai tingkatan kokas jarum dan kokas minyak bumi yang dikalsinasi juga berbeda. Hanya dengan menguasai karakteristik kokas mentah ini kita dapat lebih baik mengontrol dan mengoptimalkan produksi rangkaian kimia grafit. Hal ini terutama terlihat dalam proses grafitisasi seri.
Ekspansi linier terjadi pertama kali ketika kokas jarum minyak mulai memanas, tetapi suhu pada awal kontraksi linier biasanya tertinggal di belakang suhu kalsinasi maksimum. Dari 1525℃ hingga 1725℃, ekspansi linier dimulai, dan kisaran suhu seluruh kontraksi linier sempit, hanya 200℃. Kisaran suhu seluruh kontraksi linier kokas minyak bumi tunda biasa jauh lebih besar daripada kokas jarum, dan kokas jarum batubara berada di antara keduanya, sedikit lebih besar daripada kokas jarum minyak. Hasil uji Institut Uji Teknologi Industri Osaka di Jepang menunjukkan bahwa semakin buruk kinerja termal kokas, semakin besar kisaran suhu penyusutan linier, hingga kisaran suhu penyusutan linier 500 ~ 600℃, dan suhu awal penyusutan linier rendah, pada 1150 ~ 1200℃ mulai terjadi penyusutan linier, yang juga merupakan karakteristik kokas minyak bumi tunda biasa.
Semakin baik sifat termal dan semakin besar anisotropi kokas jarum, semakin sempit rentang suhu kontraksi liniernya. Beberapa kokas jarum minyak berkualitas tinggi hanya memiliki rentang suhu kontraksi linier 100 ~ 150℃. Sangat bermanfaat bagi perusahaan karbon untuk memandu proses produksi grafitisasi setelah memahami karakteristik ekspansi linier, kontraksi, dan ekspansi ulang berbagai bahan baku kokas, yang dapat menghindari beberapa produk limbah berkualitas yang tidak perlu yang disebabkan oleh penggunaan metode eksperimental tradisional.
Waktu posting: 08-Oktober-2021