أقطاب الكربون وأقطاب الجرافيت الكهربائية: دليل المبتدئين لاستكشاف الفرق بينهما

الجرافيت والكربون مادتان شائعتان تستخدمان في صناعة الأقطاب الكهربائية. وكلاهما موصل جيد للكهرباء. ومع ذلك، فإن خصائصهما وعمرهما التشغيلي وتطبيقاتهما وعمليات إنتاجهما متنوعة.  

يقدم منشور قطب الجرافيت مقابل قطب الكربون هذا مقارنة متعمقة بين هذين القطبين. ويهدف إلى توفير فهم واضح لهما. 

قطب الجرافيت مقابل قطب الكربون: مقارنة بين العوامل المختلفة

التعريف

قطب الجرافيت الكهربائي

قطب الجرافيت هو مكون موصل أسطواني الهيكل. ويستخدم في أفران القوس الكهربائي لصهر الصلب أو صهر المعادن أو السبائك المعدنية.

ويتكون القطب الكهربائي من فحم الكوك ذي الإبرة البترولية عالية الجودة وعوامل الربط. 

بشكل عام، يأتي في ثلاثة أنواع: إلكترود الجرافيت العادي، وإلكترود الجرافيت عالي الطاقة، وإلكترود الجرافيت عالي الطاقة.

القطب الكهربائي الكربوني

يتألف القطب الكربوني من فحم الأنثراسايت المكلس وفحم الكوك البترولي والجرافيت ومواد خام أخرى. 

يُستخدم القطب الكهربائي الكربوني في أفران القوس الكهربائي لصهر السيليكون والسبائك الحديدية والفوسفور الأصفر وكربيد الكالسيوم والكوراندوم وغيرها.

عملية الإنتاج

قطب الجرافيت الكهربائي

ينطوي إنتاج أقطاب الجرافيت على خطوات مختلفة. فهي تبدأ بجمع المواد الخام مثل فحم الكوك ذي الإبرة البترولية والأسفلت. 

يتم سحق هذه المواد الخام وإرسالها للفرز. وفي الخطوة التالية، يتم خلطها للحصول على قوام يشبه العجينة. 

يقوم المهندسون بتشكيل هذه العجينة في أقطاب كهربائية أسطوانية باستخدام مكبس البثق. تساعد هذه العملية الأقطاب الكهربائية على الاحتفاظ بهيكلها.

بعد ذلك، تخبز الأقطاب الكهربائية المقولبة في درجة حرارة عالية. يمكن أن تصل درجة الحرارة إلى 1000 درجة مئوية. ويتبع عملية الخبز عملية تشريب الزفت. 

في الأوتوكلاف، يخترق المشرب مسام الأقطاب الكهربائية تحت ضغط ودرجة حرارة معينة. 

تعمل العملية على تحسين القوة والمقاومة الكهربائية للأقطاب الكهربائية.

الرسم البياني هي عملية التحميص الثانية التي تحول الأقطاب الكهربائية إلى أقطاب كربون جرافيت. تصل درجة الحرارة إلى 3000 درجة مئوية لهذه العملية. 

وأخيرًا، يقوم المصنعون بمعالجة الأقطاب الكهربائية لتحقيق أبعاد محددة.

القطب الكهربائي الكربوني 

يتبع إنتاج قطب الكربون خطوات مماثلة. أولاً، يجمع الصانعون المواد الخام مثل فحم الأنثراسايت المكلس وفحم الكوك البترولي والجرافيت. ثم يسحقون هذه المواد لصنع مسحوق ناعم.

بعد ذلك، يتم خلط المسحوق بمادة رابطة (زفت قطران الفحم) لتكوين خليط ناعم. تربط عملية الخلط جميع جزيئات الكربون معًا.  

في الخطوة التالية، يتم تشكيل هذا الخليط في أقطاب كهربائية باستخدام البثق. بعد ذلك، يقوم الصانعون بخبزها في درجات حرارة تتراوح بين 1000 درجة مئوية و1200 درجة مئوية. يجعل الخبز الأقطاب الكهربائية صلبة.

إذا كانت الأقطاب الكهربائية تحتوي على بعض المسام، يقوم المهندسون بملئها بمادة ملزمة. ويقومون بهذا التشريب في الأوتوكلاف.

مثل أقطاب الجرافيت، تخضع هذه الأقطاب أيضًا لعملية غرافيت. وتتضمن إعادة الخبز عند درجة حرارة عالية (حوالي 3000 درجة مئوية).

وأخيرًا، يقوم الصانعون بتشكيلها لتحقيق أبعاد محددة وفقًا لتطبيقاتها.

الخواص الفيزيائية والكيميائية

قطب الجرافيت الكهربائي

• تصنع أقطاب الجرافيت بشكل أساسي من الجرافيت الطبيعي أو الصناعي.

• الجرافيت موصل ممتاز للكهرباء بسبب إلكتروناته غير المتمركزة التي تتحرك بحرية.

• توفر أقطاب الجرافيت توصيلية حرارية عالية بسبب بنيتها البلورية. ويمكنها تشتيت الحرارة بسرعة أثناء التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

• تتمتع أقطاب الجرافيت بخمول كيميائي عالٍ. ويمكنها تحمل جميع أنواع المواد الكيميائية بسبب مقاومتها للأكسدة والتآكل.

• تصنع ذرات الكربون في الجرافيت رابطة تساهمية قوية. لذلك، تتمتع أقطاب الجرافيت بنقطة انصهار عالية (حوالي 3600 درجة مئوية).

القطب الكهربائي الكربوني

• تتكون أقطاب الكربون من الكربون غير المتبلور أو مواد الكربون المختلطة.
• تأتي أقطاب الكربون بتوصيل كهربائي معتدل.
• تتمتع هذه الأقطاب بثبات حراري لائق. ومع ذلك، فهو أقل من استقرار الجرافيت.
• مثل الجرافيت، الكربون خامل كيميائيًا أيضًا. فهو لا يتحلل بالتفاعلات الكهروكيميائية.

التطبيقات

قطب الجرافيت الكهربائي

• أقطاب الجرافيت هي المكونات الأساسية لأفران القوس الكهربائي (فرن القوس الكهربائي). تستخدم صناعات مختلفة هذا الفرن لصناعة الصلب وصهر الخردة المعدنية.

• تستخدم أفران مغرفة التكرير أيضًا أقطاب الجرافيت لتكرير الصلب الثانوي.  

• تستخدم أفران القوس المغمور أيضًا أقطاب الجرافيت لإنتاج السبائك الحديدية.

• يمكنك أيضًا استخدام هذه الأقطاب الكهربائية في أفران المقاومة لإنتاج الزجاج والسيليكون والكربيد.

القطب الكهربائي الكربوني

• تُستخدم أقطاب الكربون في الأقطاب الكهربائية الموصلة في الأفران التي تعمل بالخام لصهر الفوسفور الأصفر والسيليكون والسبائك الحديدية وغيرها.

• تلعب أقطاب الكربون دورًا أساسيًا في عمليات التحليل الكهربائي لإنتاج الكلور.

• تستخدم شركات تصنيع البطاريات هذه الأقطاب الكهربائية كمادة أنود في بطاريات مختلفة.

• تنتج أقطاب الكربون حرارة عالية عندما يمر تيار كهربائي عبرها. ونتيجة لذلك، يستخدمها الأفراد في مختلف تطبيقات التسخين بالمقاومة.

تكلفة الإنتاج

وتختلف تكلفة إنتاج أقطاب الجرافيت والكربون اعتمادًا على عوامل مختلفة. ويمكن أن تكون هذه العوامل هي السعر الحالي للمواد الخام، وتكلفة الطاقة، وجودة/درجة الأقطاب الكهربائية، وتعقيد التصنيع.

قطب الجرافيت الكهربائي

عادةً ما تكون تكاليف إنتاج أقطاب الجرافيت أعلى من تكاليف إنتاج أقطاب الكربون. فالمواد الخام مثل فحم الكوك الإبري باهظة الثمن. وإلى جانب ذلك، فإن الإنتاج الكلي لأقطاب الجرافيت معقد.  

القطب الكهربائي الكربوني

إنه أرخص نسبيًا لإنتاج أقطاب الكربون. ولا تتطلب عملية إنتاجه غرافيتنة، وله تكاليف إنتاج منخفضة وفوائد اقتصادية عالية.

عمر الخدمة

يعتمد عمر خدمة الأقطاب الكهربائية على عوامل مختلفة. وتشمل هذه العوامل جودة المواد الخام، ومناولة الأقطاب الكهربائية، والتشغيل، والتصميم، وشدة التيار في أفران القوس الكهربائي. 

قطب الجرافيت الكهربائي

في التطبيقات العملية، يتراوح متوسط عمر خدمة أقطاب الجرافيت الكهربائية بين 50-80 مرة صهر، ويحتاج عمومًا إلى الاستبدال. بالنسبة لمعدات الصهر الكبيرة مثل أفران الصهر، يمكن أن يصل متوسط عمر الخدمة إلى أكثر من 100 مرة.

القطب الكهربائي الكربوني

أقطاب الكربون لها عمر خدمة أقصر نسبيًا. كما أن قوتها المنخفضة وقابليتها للتأكسد تجعلها غير مناسبة للتطبيقات الصعبة.

الخاتمة

الأقطاب الكهربائية الكربونية وأقطاب الجرافيت لها العديد من الاختلافات ولكن لها أيضًا خصائص متشابهة. يمكن أن يؤدي فهم أدائها وتطبيقها إلى الاستفادة منها بشكل أفضل وتحسين كفاءة إنتاجك الصناعي. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد، يمكنك الاتصال بـ Jinsun اليوم.