Dalam proses produksi kokas minyak bumi tergrafitisasi, sangat penting untuk mengontrol secara ketat parameter-parameter kunci berikut mulai dari pemilihan bahan baku, pra-perlakuan, proses grafitisasi hingga pasca-perlakuan untuk memastikan kualitas produk akhir:
I. Pemilihan dan Praperlakuan Bahan Baku
Kandungan Sulfur
- Standar Pengendalian: Kandungan sulfur pada kokas minyak mentah harus ≤0,5%. Kokas dengan kandungan sulfur tinggi dapat menyebabkan ekspansi gas selama proses grafitisasi, yang mengakibatkan keretakan produk.
- Dampak: Setiap pengurangan kandungan sulfur sebesar 0,1% menurunkan tingkat keretakan produk sebesar 15%-20% dan mengurangi resistivitas sebesar 5%-8%.
Kandungan Abu
- Standar Kontrol: Kadar abu harus ≤0,3%, dengan pengotor utama berupa oksida logam seperti besi, silikon, dan kalsium.
- Dampak: Setiap peningkatan kadar abu sebesar 0,1% akan meningkatkan resistivitas produk sebesar 10%-15% dan menurunkan kekuatan mekanik sebesar 8%-10%.
Distribusi Ukuran Partikel
- Standar Pengendalian: Kokas granular harus mencapai ≥80%, sedangkan kokas bubuk (ukuran partikel <0,5 mm) harus ≤20%.
- Dampak: Kokas bubuk yang berlebihan dapat menyebabkan penggumpalan selama kalsinasi, yang memengaruhi penghilangan zat volatil; peningkatan keseragaman kokas granular mengurangi konsumsi energi grafitisasi sebesar 5%-10%.
Proses Kalsinasi
- Suhu: 1200-1400°C selama 8-12 jam.
- Fungsi: Menghilangkan zat mudah menguap (dari 8%-15% menjadi <1%) dan meningkatkan densitas sebenarnya (dari 1,9 g/cm³ menjadi ≥2,05 g/cm³).
- Titik Kontrol: Kepadatan sebenarnya setelah kalsinasi harus ≥2,08 g/cm³; jika tidak, kesulitan grafitisasi meningkat, dan resistivitas naik.
II. Proses Grafitisasi
Kontrol Suhu
- Parameter Inti: 2800-3000°C, dipertahankan selama 48-72 jam.
- Dampak:
- Setiap kenaikan suhu 100°C meningkatkan kristalinitas sebesar 5%-8% dan mengurangi resistivitas sebesar 3%-5%.
- Suhu yang tidak mencukupi (<2700°C) menghasilkan residu karbon amorf, dengan resistivitas produk >15 μΩ·m; suhu yang berlebihan (>3100°C) dapat menyebabkan kerusakan struktur karbon.
Keseragaman Suhu
- Standar Kontrol: Perbedaan suhu antara inti dan tepi tungku ≤150°C, dengan jarak antar termokopel ≤30 cm.
- Dampak: Setiap kenaikan perbedaan suhu sebesar 50°C memperluas variasi resistivitas lokal sebesar 10%-15% dan mengurangi hasil produk sebesar 5%-8%.
Tingkat Pemanasan
- Standar Kontrol:
- Tahap 25-800°C: ≤3°C/jam (untuk mencegah retak akibat tekanan termal).
- Tahap 800-1250°C: ≤5°C/jam (untuk mendorong pembentukan struktur karbon teratur).
- Dampak: Laju pemanasan yang berlebihan menyebabkan penyusutan volume produk melebihi 15%, yang mengakibatkan retak.
Atmosfer Pelindung
- Standar Pengendalian: Laju aliran nitrogen 0,8-1,2 m³/jam, atau penggunaan lingkungan argon/vakum.
- Fungsi: Mencegah oksidasi dan mengurangi kandungan pengotor (misalnya, kandungan oksigen berkurang dari 0,5% menjadi <0,1%).
III. Pasca-Perawatan dan Pemurnian
Laju Pendinginan
- Standar Kontrol: Laju pendinginan lambat ≤20°C/jam setelah grafitisasi.
- Dampak: Pendinginan cepat menyebabkan tegangan termal residual, mengurangi ketahanan produk terhadap guncangan termal sebesar 30%-50%.
Penghancuran dan Penyaringan
- Standar Kontrol: Ukuran partikel D50 dikontrol pada 10-20 μm, dengan keseragaman ketebalan lapisan permukaan (misalnya, pitch atau deposisi uap kimia) ≤5%.
- Fungsi: Mengoptimalkan morfologi partikel dan meningkatkan densitas curah produk (dari 0,8 g/cm³ menjadi ≥1,2 g/cm³).
Perlakuan Pemurnian
- Pemurnian Halogen: Gas Cl₂ bereaksi pada suhu 1900-2300°C selama 24 jam, mengurangi kandungan pengotor hingga ≤50 ppm.
- Pemurnian Vakum: Dipertahankan pada vakum 10⁻³ Pa selama 50 jam, mencapai kandungan pengotor total ≤10 ppm (untuk aplikasi kelas atas).
IV. Ringkasan Poin Kontrol Utama
| Parameter | Standar Kontrol | Dampak |
|---|---|---|
| Kandungan Sulfur | ≤0,5% | Mencegah keretakan akibat ekspansi gas; mengurangi resistivitas sebesar 5%-8%. |
| Kandungan Abu | ≤0,3% | Mengurangi pengotor logam; menurunkan resistivitas sebesar 10%-15% |
| Suhu Grafitisasi | 2800-3000°C selama 48-72 jam | Meningkatkan kristalinitas sebesar 5%-8%; mengurangi resistivitas sebesar 3%-5% |
| Keseragaman Suhu | Tepi inti tungku温差 ≤150°C | Meningkatkan hasil produksi sebesar 5%-8%; mempersempit variasi resistivitas sebesar 10%-15% |
| Laju Pendinginan | ≤20°C/jam | Meningkatkan ketahanan terhadap guncangan termal sebesar 30%-50%; mengurangi tegangan internal. |
| Kandungan Pengotor Pemurnian | ≤50 ppm (halogen), ≤10 ppm (vakum) | Memenuhi tuntutan industri kelas atas (misalnya, semikonduktor, fotovoltaik) |
V. Tren Teknologi dan Arah Optimalisasi
Pengendalian Struktur Ultrahalus: Mengembangkan teknologi persiapan bubuk kokas 0,1-1 μm untuk meningkatkan isotropi dan mengurangi resistivitas hingga <5 μΩ·m.
Sistem Manufaktur Cerdas: Menerapkan sistem kontrol dinamis medan suhu berbasis kembaran digital untuk meningkatkan hasil produksi hingga 95%.
Proses Ramah Lingkungan: Gunakan hidrogen sebagai agen pereduksi untuk mengurangi emisi CO₂; terapkan teknologi pemulihan panas limbah untuk menurunkan konsumsi energi sebesar 10%-15%.
Dengan mengontrol parameter-parameter ini secara ketat, kokas minyak bumi yang digrafitisasi dapat mencapai kandungan karbon ≥99,9%, resistivitas 5-7 μΩ·m, dan koefisien ekspansi termal 1,5-2,5×10⁻⁶/°C, memenuhi tuntutan aplikasi industri kelas atas.
Waktu posting: 12 September 2025