Coke d'aiguille haut de gamme : un parcours novateur dans le domaine des électrodes en graphite ultra-haute puissance

Qu'est-ce que le coke d'aiguille ?
Le coke d'aiguille est une matière première carbonée de haute performance, à l'éclat métallique, de couleur gris argenté et à la texture de surface fibreuse ou aciculaire. De texture grasse au toucher, il présente une porosité interne réduite et se caractérise généralement par une forme elliptique. Il possède une excellente conductivité électrique et thermique, ainsi qu'une bonne résistance aux chocs thermiques, et un faible coefficient de dilatation thermique. Largement utilisé dans des domaines tels que la sidérurgie, les électrodes en graphite et l'aérospatiale, il est devenu ces dernières années un sujet de recherche majeur et d'actualité dans le domaine des matériaux, tant au niveau national qu'international.

Comment le coke d'aiguille est-il classé ?
Le coke d'aiguilles se divise en deux catégories principales selon sa matière première : le coke d'aiguilles d'origine charbonnière et le coke d'aiguilles d'origine pétrolière. Le premier est produit à partir de goudron de houille, de brai de goudron de houille ou d'huiles de vaporisation par carbonisation à haute température. Le second est produit à partir de goudron d'éthylène, de résidus de distillation sous vide, de résidus de craquage thermique, de suspensions d'huiles issues du craquage catalytique et d'autres matières premières, également par carbonisation à haute température. Grâce à ses avantages, tels qu'une faible teneur en soufre, en cendres et en métaux, ainsi qu'une bonne aptitude à la graphitisation, le coke d'aiguilles d'origine pétrolière est devenu la principale matière première du graphite artificiel. Cependant, son coût de production est relativement élevé et il exige des matières premières de haute qualité.

Quelles sont les applications du coke d'aiguille dans différents domaines ?
Les principales applications du coke d'aiguille se répartissent en trois catégories : les électrodes en graphite haute puissance, les matériaux carbonés spéciaux et les matériaux d'anode pour batteries lithium-ion. Les électrodes en graphite haute puissance à base de coke d'aiguille sont utilisées dans les fours à arc électrique pour la production d'acier. La production d'acier dans les fours à arc électrique présente des avantages tels qu'une faible pollution et une faible consommation d'énergie, et s'est rapidement développée dans les aciéries. Les électrodes en graphite haute puissance à base de coke d'aiguille possèdent des atouts tels qu'un faible coefficient de dilatation thermique, une conductivité électrique élevée et une grande résistance mécanique, permettant un chauffage et une fusion efficaces des métaux dans les fours à arc électrique. Utilisé comme matériau d'anode, le coke d'aiguille, carbone mou, présente l'avantage d'une graphitisation aisée et d'un faible coût. Après un traitement thermique à haute température, il est transformé en graphite artificiel, qui possède une bonne stabilité cyclique et une capacité spécifique élevée.

‌Électrode en graphite : propriétés et classification‌

Les électrodes en graphite sont principalement utilisées dans les fours à arc électrique (FAE) pour la production d'acier, les fours à arc submergé et les fours à résistance. Compte tenu des avantages environnementaux de la production d'acier par FAE par rapport à la production d'acier au haut fourneau, les politiques de nombreux pays favorisent de plus en plus cette industrie. Avec l'expansion continue de la production d'acier par FAE, la demande en électrodes en graphite est en constante augmentation. En Chine, 70 à 80 % de la consommation totale d'électrodes en graphite est destinée à la production d'acier par FAE.

Les électrodes en graphite sont classées en trois catégories en fonction de leurs indicateurs de qualité :Puissance régulière (RP)‌, ‌Haute puissance (HP)etUltra-haute puissance (UHP)En termes de composition, les électrodes RP utilisent le coke de pétrole comme seul agrégat ; dans les électrodes HP, le coke de pétrole et le coke d'aiguilles représentent respectivement 70 % et 30 % de l'agrégat ; et dans les électrodes UHP, le coke d'aiguilles constitue 100 % de l'agrégat.

Parmi ces électrodes, les électrodes en graphite UHP sont classées en différentes qualités selon leur diamètre. Les électrodes UHP de grand diamètre présentent une résistivité et un coefficient de dilatation thermique plus faibles, ainsi qu'une meilleure résistance aux chocs thermiques. Dans l'industrie métallurgique, elles permettent d'améliorer significativement l'efficacité de la production d'acier au four à arc électrique (EAF), tout en réduisant la consommation d'énergie et d'électrodes, contribuant ainsi au développement durable et bas carbone du secteur énergétique. Cependant, plus le diamètre des électrodes UHP augmente, plus la maîtrise de la dilatation thermique devient complexe. Il est donc nécessaire que le coke d'aiguilles présente des caractéristiques techniques plus élevées en termes de conductivité électrique, de conductivité thermique et de résistance mécanique afin de garantir l'homogénéité structurelle et la résistance aux chocs thermiques en service.

‌Situation du marché des électrodes en graphite ultra-haute puissance‌

D'après les statistiques des institutions compétentes, la production chinoise d'électrodes en graphite a atteint 637 700 tonnes en 2024. Parmi celles-ci, 72 300 tonnes étaient des électrodes RP, 192 800 tonnes des électrodes HP et 372 600 tonnes des électrodes UHP. Par rapport à 2023, la production annuelle a progressé de 4,9 %. En 2025, la part de l'acier produit par four électrique à arc (EAF) en Chine devrait passer de 10 % à 15-20 %. Cette augmentation de la production d'acier EAF devrait entraîner une hausse de la demande totale d'électrodes en graphite UHP.