Hochwertige Nadelkoks: Die innovative Reise auf dem Gebiet der ultrahochleistungsfähigen Graphitelektroden

Was ist Needle Coke?
Nadelkoks ist ein leistungsstarker, kohlenstoffhaltiger Rohstoff mit metallischem Glanz, silbergrauer Farbe und einer faserigen oder nadelartigen Oberflächenstruktur. Er fühlt sich fettig an, enthält wenige große innere Poren und ist in der Regel elliptisch geformt. Er zeichnet sich durch hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Temperaturwechselbeständigkeit und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aus. Er findet breite Anwendung in Bereichen wie der Stahlherstellung (Graphitelektroden) und der Luft- und Raumfahrt und hat sich in den letzten Jahren sowohl national als auch international zu einem wichtigen Forschungsthema im Bereich der Werkstoffe entwickelt.

Wie wird Nadelkoks klassifiziert?
Nadelkoks lässt sich anhand seiner Rohstoffquelle in kohlebasierten und erdölbasierten Nadelkoks unterteilen. Kohlebasierter Nadelkoks wird durch Hochtemperaturverkohlung aus Kohlenteer, Kohlenteerpech oder Flashöl hergestellt. Erdölbasierter Nadelkoks wird durch Hochtemperaturverkohlung aus Ethylenteer, Vakuumrückständen, thermischen Crackrückständen, katalytischen Crackölsuspensionen und anderen Rohstoffen gewonnen. Aufgrund seiner Vorteile wie niedrigem Schwefel-, Asche- und Metallgehalt sowie leichter Graphitisierbarkeit hat sich erdölbasierter Nadelkoks zum Hauptrohstoff für künstlichen Graphit entwickelt. Allerdings sind seine Produktionskosten relativ hoch und die Anforderungen an die Rohstoffe entsprechend.

Welche Anwendungsgebiete hat Nadelkoks in verschiedenen Bereichen?
Die Hauptanwendungen von Nadelkoks lassen sich in drei Kategorien unterteilen: Hochleistungsgraphitelektroden, spezielle Kohlenstoffmaterialien und Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien. Hochleistungsgraphitelektroden aus Nadelkoks werden in Elektrolichtbogenöfen zur Stahlerzeugung eingesetzt. Die Stahlerzeugung im Elektrolichtbogenofen bietet Vorteile wie geringe Umweltbelastung und niedrigen Energieverbrauch und hat sich in Stahlwerken rasant verbreitet. Hochleistungsgraphitelektroden aus Nadelkoks zeichnen sich durch einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine hohe mechanische Festigkeit aus und ermöglichen so ein effizientes Erhitzen und Schmelzen der Metalle im Elektrolichtbogenofen. Als Anodenmaterial bietet Nadelkoks als Weichkohlenstoff Vorteile wie einfache Graphitisierung und niedrige Kosten. Nach einer Hochtemperatur-Wärmebehandlung wird er zu künstlichem Graphit verarbeitet, der eine gute Zyklenstabilität und eine hohe spezifische Kapazität aufweist.

‌Graphitelektrode: Eigenschaften und Klassifizierung‌

Graphitelektroden werden hauptsächlich in Elektrolichtbogenöfen (EAF), Unterpulverlichtbogenöfen und Widerstandsöfen zur Stahlerzeugung eingesetzt. Aufgrund der ökologischen Vorteile der EAF-Stahlherstellung gegenüber der Hochofen-Stahlherstellung wird die EAF-Stahlindustrie in verschiedenen Ländern zunehmend politisch gefördert. Mit dem stetigen Ausbau der EAF-Stahlproduktion steigt auch die Nachfrage nach Graphitelektroden. In China werden 70–80 % des gesamten Graphitelektrodenverbrauchs für die EAF-Stahlherstellung verwendet.

Graphitelektroden werden anhand ihrer Qualitätsindikatoren in drei Kategorien eingeteilt:Normalstrom (RP)‌, ‌Hohe Leistung (HP)UndUltrahochleistung (UHP)Hinsichtlich der Zusammensetzung verwenden RP-Elektroden Petrolkoks als einziges Zuschlagmaterial; bei HP-Elektroden machen Petrolkoks und Nadelkoks jeweils 70 % bzw. 30 % des Zuschlagmaterials aus; und bei UHP-Elektroden besteht das Zuschlagmaterial zu 100 % aus Nadelkoks.

Unter diesen werden UHP-Graphitelektroden anhand ihres Durchmessers in verschiedene Güteklassen unterteilt. UHP-Elektroden mit großem Durchmesser weisen einen geringeren spezifischen Widerstand, niedrigere Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine höhere Temperaturwechselbeständigkeit auf. In der Metallurgie können sie die Produktionseffizienz der EAF-Stahlherstellung deutlich steigern und gleichzeitig den Energie- und Elektrodenverbrauch reduzieren, wodurch die grüne und kohlenstoffarme Entwicklung der Energiewirtschaft effektiv gefördert wird. Mit zunehmendem Durchmesser der UHP-Elektroden steigt jedoch auch die Schwierigkeit, die Wärmeausdehnung zu kontrollieren. Dies erfordert höhere technische Kennwerte für das Nadelkoksaggregat hinsichtlich elektrischer und thermischer Leitfähigkeit sowie Festigkeit, um die strukturelle Gleichmäßigkeit und die Temperaturwechselbeständigkeit im Einsatz zu gewährleisten.

‌Marktsituation von Graphitelektroden für Ultrahochleistung‌

Laut Statistiken relevanter Institutionen erreichte Chinas Graphitelektrodenproduktion im Jahr 2024 637.700 Tonnen. Davon entfielen 72.300 Tonnen auf RP-Elektroden, 192.800 Tonnen auf HP-Elektroden und 372.600 Tonnen auf UHP-Elektroden. Gegenüber 2023 stieg die Jahresproduktion um 4,9 %. Für 2025 wird ein Anstieg des Anteils von EAF-Stahl in China von 10 % auf 15–20 % erwartet. Mit der steigenden EAF-Stahlproduktion dürfte auch die Gesamtnachfrage nach UHP-Graphitelektroden weiter zunehmen.