1. تكوين المواد
المادة الأساسية لأقطاب الجرافيت المخصصة هي الجرافيت عالي النقاء (محتوى الكربون ≥99٪)، والذي تكون مادته الخام الأساسية عادة فحم الكوك البترولي أو فحم الكوك (محتوى الكربون ≥98٪)، والذي يتم تكليسه عند درجات حرارة عالية (2500-3000 ℃) لتشكيل هيكل جرافيتي. تضيف بعض المنتجات المتطورة ألياف الكربون، أو جزيئات معدنية (مثل النحاس، أو النيكل)، أو طبقات مضادة للأكسدة (مثل نيتريد البورون) لتحسين التوصيل، أو الاستقرار الحراري، أو مقاومة التآكل. على سبيل المثال، تتطلب أقطاب UHP (طاقة عالية جدًا) فحم الكوك الإبري لضمان مقاومة منخفضة (.55.5μΩ·m) وقوة ميكانيكية عالية (قوة الانثناء ≥11MPa).
2. مجالات التطبيق
صهر الفولاذ: يمثل ما بين 70% إلى 80% من الاستهلاك العالمي، ويستخدم في أفران القوس الكهربائي (EAF) وأفران التكرير (LF) لصهر خردة الفولاذ والمواد الخام المصنوعة من السبائك في درجات حرارة عالية (3000-3600 درجة مئوية) باستخدام القوس الكهربائي.
صهر المعادن غير الحديدية: يستخدم كموصل لنقل التيار أثناء التحليل الكهربائي أو صهر المعادن مثل الألومنيوم والنحاس والسيليكون.
الصناعة الكيميائية: تستخدم في الإنتاج الكهربائي للكلور والقلويات والفوسفور الأصفر وغيرها، بالاعتماد على مقاومة التآكل الكيميائي لأقطاب الجرافيت.
المجالات الناشئة: بطاريات الأيونات المزدوجة (DIB): يُستخدم الجرافيت كمادة إلكترود موجب، مما يحقق كثافة طاقة عالية (> 300 وات ساعة/كجم) وشحن سريع (شحن 80% خلال 15 دقيقة) من خلال إقحام الأنيونات.
الطباعة ثلاثية الأبعاد وأشباه الموصلات: أقطاب جرافيت عالية الدقة مخصصة لعمليات التلبيد بالليزر أو الطباعة الحجرية الضوئية.
3. المواصفات والأنواع
حسب تصنيف الطاقة:
RP (الطاقة القياسية): القطر 50-600 مم، المقاومة ≥8.5μΩ·m، مناسبة لأفران القوس الكهربائي الصغيرة.
HP (طاقة عالية): القطر 300-700 مم، المقاومة ≥6.5μΩ·m، يستخدم في مصانع الصلب متوسطة الحجم.
UHP (طاقة فائقة الجودة): قطر قطب الجرافيت uhp 400-800 مم، المقاومة ≥5.5μΩ·m، مناسب لأفران القوس الكهربائي الكبيرة (السعة > 100 طن/فرن).
حسب الحجم:
القطر: النطاق القياسي 50-1200 مم؛ تتطلب الأقطار الكبيرة جدًا (على سبيل المثال، 800 مم) قوالب مخصصة.
الطول: 1500-3600 مم؛ تتطلب الأقطاب الكهربائية الطويلة (> 3000 مم) تصميمًا مجزأًا لتجنب تلف النقل.
الهياكل الخاصة:
الموصلات الملولبة: ضمان استقرار اتصال القطب الكهربائي وتقليل مقاومة التلامس.
الهيكل المجوف: للعمليات التي تتطلب التبريد أو حماية الغاز.
4. خيارات التخصيص
تعديل صياغة المواد:
تعمل إضافة ألياف الكربون (5%-10%) على تحسين مقاومة الصدمات الحرارية، وهي مناسبة لأفران القوس الكهربائي ذات دورات التشغيل والإيقاف المتكررة.
يعمل الطلاء بطبقة مضادة للأكسدة (على سبيل المثال، SiC) على إطالة عمر الخدمة (بنسبة 20%-30%).
الحجم والشكل المخصص:
الأقطار غير القياسية: مثل 900 مم، 1000 مم، تتطلب قوالب بثق مُعاد تصميمها.
المقاطع العرضية غير المنتظمة: مثل الأقطاب الكهربائية السداسية، تعمل على تحسين توزيع التيار.
معلمات الأداء المخصصة:
المقاومة: يتم التحكم فيها عن طريق ضبط درجة حرارة الجرافيت (2800-3000 درجة مئوية)، ونماذج المقاومة المنخفضة مناسبة لتطبيقات التيار العالي.
الكثافة: زيادة كثافة الضغط (1.7-1.8 جم/سم3) تعزز القوة الميكانيكية.
المعالجة السطحية:
التصنيع: تلميع عالي الدقة (خشونة السطح Ra<0.8μm) يلبي متطلبات صناعة أشباه الموصلات.
معالجة مضادة للأكسدة: التشريب بمحلول البورات يعزز مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية.
5. اتجاهات الصناعة ودراسات الحالة
الحالة 1: قام مصنع فولاذ بتخصيص أقطاب كهربائية UHP650x2700mm، باستخدام فحم الكوك الإبري + تركيبة من ألياف الكربون بنسبة 5%، مما يقلل من استهلاك القطب الكهربائي لكل طن من الفولاذ بنسبة 15%.
الحالة 2: قامت شركة بطاريات ثنائية الأيونات بتخصيص قطب جرافيت مسامي، مما يحقق إقحام أنيوني سريع من خلال المسامية المحسنة (30%-40%)، مما يزيد من عمر الدورة بنسبة 50%. الاتجاهات: مع تزايد نسبة صناعة الصلب بفرن القوس الكهربائي (أكثر من 30% على مستوى العالم)، يتزايد الطلب على الأقطاب الكهربائية UHP بنسبة 8% سنويًا؛ يتزايد الطلب بسرعة على أقطاب الجرافيت عالية النقاء والمخصصة في قطاع الطاقة الجديد.
الآن الاتصال