钢铁冶金用炭素材料(二)(续2).pdf

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1、l 9 9 6年 瞠5 2 配 料 钢铁 冶金用炭 素材材 料(二)(续 2)阡 (吉林 炭 素 厂吉林 1 3 2 0 0 2)配料是 按照配方要求，对各种粒度 的骨 料 和粉料、粘 结剂 分别称量和集聚的生产过程。炭 制 品的配料包括三方面的 内容：第 一，选择 炭 质原料的品种及 不同原 料的使用 比倒；第二，确 定骨料和粉 料的粒度 组成(即不 同尺寸颗粒 料 的使用 比例)；第三，选择粘结 剂的种类和使 用 比倒。2 1 不同品种 石墨电极对原料 的选择 石墨 电极分 为普通功 率石墨 电极、高功率 石 墨电极和超 高功率 石墨 电极 三个 品种。生产 不 同品种 的石墨 电极要 使

2、用不 同质量标准的石 油焦，生产普通功率石墨 电极 时对 石油焦的要 求侧重于灰分的高低及制 品石 墨化 后 电阻率 和 机械强度的大小；而高功率和超 高功率 石墨 电 极不仅要求 电阻率低、机械强度高，而且热 裘 l 石 油焦 按热聱 胀系 数大 小 的 等 级划 分和使 用方 向 石油焦 等级(2 焦0炭10的0热 C膨),胀i季 琴 c 使 用 方 向 胀系数要小，抗氧化性 能和抗热震性 能要好。因 此对石油焦的质量提出 了新 的评价标准，如美 国大陆石油公司(C ONOC O)按照石 油焦 的热 胀系数来划分石油焦 的等级和使用方 向(见 表 1所示)。2 0世纪 8 0年 代 中 国

3、 已有 l 0多 个炼 油厂 生产石 油焦，年 产量达到 l 0 O多万 I 但大多数 是 热膨胀 系数较大的石油焦，只能生产普通功 率石墨 电极。中国东北地 区的原 油台硫量较低，如大庆炼油 厂和抚顺 炼油厂利用大庆原油加工 得到 的常减 压渣 油，加入 部分热裂化渣油后生 产 的石 油焦，热 胀 系数较低，可以作为生产 高功率 石墨 电极的原料。2 0世纪 9 O年代初 安 庆 炼油 厂生产 的针状 焦虽然 含硫较 高(1 以 内)，可用于生产高功率石墨 电极。2 O世纪 8 O 年代及 9 O年 代初 中 国炭 素厂进 口 日本 针状焦 生产超高功率石墨 电极，既有石油 系针状焦 也 有

4、沥青针状焦 两类 针状 焦主要优缺点如下：石油 系针 状 焦的 价格 比沥青 针 状焦 高 1 0 2 O ；石油系针状焦的成型性能 比较好，成 品率 比较高；石油系针状焦生产的石墨 电极 的 电阻率 和热膨胀系数高于沥青针状焦生产的 石墨 电极；沥青 针状焦含氮量稍高，因此石 墨化 升温 时应 相应 控制，否则会增 加裂纹废 品 彳?-一 毒 嗷术 ，技 素 暂 ，广 维普资讯 http:/ I 1 9 9 6色N o 5 炭 素 技 术 4 3 裹 2 中国 6种 石油 焦 的测试 结果(石 墨化后 试样)国外一些炭素厂认为，含氮量较高 的沥青状焦 不适 合用 串接 石墨化 炉生 产大规

5、格 石墨 电极。中国锦 州石化总厂新建的低硫 石油 系针 状焦厂 将在 9 0年代 中期投产，鞍 山沥 青针 状焦厂 已在 1 9 9 4 年 投产。1 9 8 6年兰州炭素厂 曾对 中国 6种 石 油焦进行性能 测试，测试结果列于表 2。这 6 种石油焦的性能各有优缺 点，新疆 焦(独山子 炼 油厂生产)和 玉门焦机 械强度高，但其它性 能都 比较差，抚顺焦、荆 门焦、长岭焦和大庆 焦各项 指标 差别 不大，热 膨胀系数以大庆焦最 低，这 4种焦适宜于生产普通功率石墨 电极。由 于炼油 厂进 原油产地 及渣油经常变化，所 以石 油焦 的实际 质量 也经常有波动。2 2 高炉炭块及电极糊配料时

6、对原料 的选择 参见“高炉 炭块”及“电极糊”2 5 石墨电极配料的粒度组成 粒度组成郎不同尺寸骨料和粉料的配合比 例。生产不同规格的石墨 电极需要采用不 同的 粒度 组成，一般使用 4种颗粒，即大颗粒，中 颗粒、小颗粒和细粉(磨 粉机 产出)，以便得到 台适 的物理机械性能。图 1为几种 不同大 小骨 图 1 不 同直径 球体 填 充示 意 闰 料，粉料混合后 的示意，大颗粒 在物 料中起骨 架作用，适 当的提 高大颗粒 的尺 寸和使用 比例 有利 于改 善制 品的抗 热 震性 和 降低热 膨 胀 系 数，减少制 品在焙烧和 石墨化过 程中的裂纹废 品，但同时提高 了制 品的孔 隙率 硬降低

7、了制品 的体积密度和机械 强度。中小颗 粒和 细粉的作 用是填充大颗粒之 间的空隙，适 当的增加细粉 的使用 比例，有利 于提 高制 品的体积 密度 和机 械强度，而且 成品加工 后表面 比较光 滑，但是 细粉使用 比例过 多会增 加制 品在焙烧 及石墨化 过程 中的裂纹废 品。生产石墨 电极 时，粒度 组 成的 一般规律 是大直径 电极应该 多用 尺寸较大 的骨料颗 粒、减少细粉 的比例，小直 径 电极应 该 使 用尺 寸较 小 的骨 料颗 粒 和较 多 比例 的细 粉，生产不同直径 石墨 电极 的粒 度组 成举例如 表 3所示。裹 5 不同直径石墨电极的粒度组成举例mm 2，4粘结剂 的使

8、 用 生产多数炭制 品一般都使用煤沥 青为牯结 剂，煤沥 青根 据软 化点的不同分 为高温沥青、中 温沥青及软沥青三种，中国炭素厂习惯使用中 温沥青，即软化点(环球 法测 定)为 7 5 9 0 c 的沥青。粘结 剂的使 用比例髓规格不同而变化，这在理论 配方 中有 规定，粘结剂 的使 用 比例对 糊料的塑性有直接影响，而糊料 的塑性对 成型 工艺有密切关 系，并将 影响制 品的物 理机 械性 能。图 2为粘结剂用量 与制 品石 墨化后 电阻率 维普资讯 http:/ 4 4 炭 素 技 求 1 9 9 6年 5 E 商 粘 结剂甩量、图 2 粘结 剂 甩量与试 样在 石墨 化后 电阻 率 的

9、 关系 注：1 一平行于挤压方向2 一垂直于挤压方 向；小颗柱与球磨粉的比倒ffi6 0 4 0 的关 系曲线，图 3为粘结剂 用量与制 品石墨化 后抗 压强度的关 系曲线 粘结剂 的使 用 比例与 以下 项因素有关：产品配方中的大颗粒和 中颗粒骨料比例较多而细粉用量较少时，粘结 剂用量应 相应 减少。细颗粒 配方(小颗粒骨料 和细粉 比例大)则应增加粘结剂用量。粘结 剂使用比例与骨料和粉料的表面性 质有关，如 开 口孔 隙的大小和 数量，骨料和粉料对粘结剂 的吸附性大小等，一般需通过实验测定。与 粘结 剂 本 身性 质 有 关，见“煤 沥 青 的工 艺 性 能”。与成型方法有关，如挤 压成

10、型要 求糊 料 有较高的塑性，才能适应糊料通过挤 压嘴时变 形的需要，所 以生产 同规格 产品时粘结 剂用量 比模压成型(或振动成 型)应稍大一 些。生产 电极糊时粘结剂的使用规定 见 电极糊”。粘掂剂j I 量，6 图 3 粘结剂 甩量与试样在石墨化后抗压强度的关系 2 5 理论配方和工作配方 所 谓理 论配 方是工 厂长期经验积 累认 为能 达到产品质量标准的最佳配方，并不是从哪一 种理论 或数学公 式推导出来的，理 论配方包括 原料配 比、骨料 和粉料的粒度组成、粘结剂的 使 用 比例，表 4为直径 3 5 0 ram 的普通功 率石墨 电极 的理 论配 方举 例。寰 4 9 3 5 0

11、 mm瞢通功率石墨电极的理论配方 原料配 比，“牡虚 组成 石油焦 0 mm 6 9 士 4 囊 粒尺 寸 一1 111 m 4 2 2 1 机 1 5 0 0 7 5 石墨碎0 4 m m 8 士l 吉量，2 1 1 5 1 4 5=3 5 8 士3 啦士3 中温蚵青 2 3 i2 工作配方是各种骨料和粉料分别取样筛 分、得到筛分结果和规定 了每次配料的糊料总 重量(k g)以后，根据理论配方的要求，计算 每 一 种 骨 料 和 粉 料，粘 结 剂 的 实 际 需 要 量(k g)工作配方的计算 程序如下：从规定 的 每次配料的糊料总重量中减去准备加生碎的数 量(k g)，得 到本次应 配的

12、糊料 总重 量(k g)。设定粘结剂的使用比例，接糊料总重量计算出 粘结剂 的实际 用量(k g)。从本 次应 配的糊料 总重量中减去粘结剂的数量得出应配A的骨 料和粉料的总重量。设定石墨碎的使用 比例，计算 出石墨碎 的使 用数量(k g)，从 应配 的骨料 和粉料的总重 量中减去石墨碎的 数量得 出其他 几种骨料和粉料应配 的数量(k g)。按 照实际 王 唾世 维普资讯 http:/ q 9 9 6 芷 N g-5 炭 素 技 术 筛分结 果计 算每 一种骨料 和粉料的用量(k g)。这几 种骨料和粉料组成 的混合料(包括 石墨碎 在 内)应能满 足理 论配方对 粒度组成的要求 2 6

13、有关 的几 个名词术语 粒级纯度 某一名义尺 寸级 别的骨料或粉料 中实际符 合该 尺寸要 求的颗粒 的百 分数 叫作粒级 纯度。粒级纯 度是炭素 厂内管理 破碎、膳粉作业的一 项工 作指标，并和计算工作配方有关 石油焦 等原 料经 过破 碎及筛分后便可得到与筛孔大小 相应 尺寸的几种骨料，但是实际得到的骨料颗 粒其粒径并非完全相同，而是在一定尺寸范围 内多种大小不同颗粒的混合料，如筛分机上层 筛子的筛孔为 2 2 mm，下层筛子的 筛孔 为 1 mm，则通过上层筛子 2 X 2 mm 筛孔后仃留在 下层筛子筛面上的，大 多数是 大干 l 1 mm，又 小于 2 2 mm 之间的各 种颗 粒、

14、颗粒形状呈长 条形 的其 长度可能大干 2 mm 由于筛分操 作各 种因素的影响(筛网倾角的大小、筛分时 间的 长短、筛孔 尺 寸 不 标 准、筛 网 可能 有局 部 破 损)，因此得到 的名 义上是 1 2 ram 的骨 料颗 粒 中还含有一 定数量 大干 2 X 2 mm 及 小于 l mm 的颗粒 所 以要在 名义上是 1 2 mm 的骨 料颗粒中取 出少量有代表性的试样，用标准筛 进 行较 精确的筛分析 得出粒级纯度，如从存放 l 2 mm骨 料颗 粒的贮料斗 中取样，筛 分后得 出如下结果：大干 2 mm 1 2 m m O 5 1 mT I3 小 于 O、5 ram 2 77 2

15、O 1 根据以上筛分结果，该 1 2 mm骨料颗粒 的料级纯度 为 7 7 。磨粉机磨制的细粉一般控 制 小 于 0 0 7 5 mT I3颗粒 的含 量(相当于 泰勒标 准 2 0 0目)，如取 细粉试样经标准筛筛分后，小 于 0 0 7 5 mm 的含量 为 8 O，则该 细粉的粒级 纯度为 8 O ，细粉的粒级纯度也是稳定配料质 量(实际粒度组成在较小的范 围内波动)的一 项重要 的控制 指标。返 回料 返 回料是炭制 品生 产过程中(压型、焙烧、石墨化)产生的废 品、加工时产生的切削碎和 通风系统收集的粉尘 等 回收后 可以利用 的物料 的统称。石墨化炉的副产 品石 墨化冶金焦也是 一

16、种可 回收 利用 的物 料。返 回料经过适 当加 工后 可按 照配方 的规 定加入 到各类 产品 中去，石 墨化后产生 的废 品还 可加 工非标准石墨制品 或用于 电炉钢 厂作为增炭 剂，还可用于生产再 生石墨 电极及生产 石墨化工设 备(如石墨一 树 脂管)。返 回料按其灰分含量的多少可分为多灰 返 回料和少灰返 回料两 大类，以无烟 煤和 冶金 焦 为原料 生产的炭块、炭电极等产品在各工 序 生产 的废 品或切 削碎、通 风系统 回收的粉料 统 称 为多灰 返 回料，只能 用 于 多灰 产 品的生 产(如炭块、电极糊)，而以石油焦、沥 青焦为原 料生产 的少灰 产品在 各工序产生 的废 品

17、或 切削 碎，通 风系统 回收的粉料统称 为少 灰返 回料，不 仅可 以加入到 少灰产品 中，也可加入到 多灰产 品中，少灰返 回料加入到多灰产品 中还有 改善 多灰产 品质量的作用，如生产 电极糊时加入 一 定数量 的石墨碎可以提高 电极糊 的热导率和 电 导率，加入 少灰产品的生碎可 以降低 电极糊 的 灰分 充分利用返 回料也是降低 生产成本 的措 施 之 一。生 碎 炭 制品 压型时 经技 术检查 不合格 的废 品 成 型过 程中掉落的糊渣和挤压成型 时切 下的残 头等 物料的统称 从节约原料及 降低 生产成本 的角度 出发，应当充分利用生碎，生碎通 常破 碎 至 2(ram 以下的小

18、块，按照配方规 定的 比倒 称量后直接加入到混捏机中，多数情况下生碎 加入到 同一种配方的产品 中，这时粘结 剂的使 用 比例及混合料的粒度组 成都不必换 算，如同 一品种但规格不同(使用原料相 同但 粘结 剂 比 例及粒度组成不一样)，则加入 生碎时 应进 行粘 结 剂用量及粒度组成 的换算，由于 大规 格产品 配方 中大颗粒的尺寸较 大，所 以只允许小规格 产品反生碎加入到 大规 格产品的配 料中去，而 维普资讯 http:/ 炭 素 技 术 1 9 9 6点N _O 5 不允许大规格产品的生碎加入到小规格产品的 配料 中去，已经沾污或 增加了杂质 的少 灰产 品 生碎 只能加入到 多灰

19、产品的配料中去，混捏 由 于 生碎需 要先 复到塑性 糊料状态，并与新 配 制的骨料和粉料、粘结 剂经过较长时 间才能 混 合均 匀，所以加入 生碎 后糊料的混捏时 间应适 当延 长。在生产现场各 种不同品种和不 同规 格 产品 的生碎应分开堆放，避 免混杂及错 用。焙烧 碎 炭制 品在焙烧后 产生的废品以及炭块、炭 质 电极等炭制 品在 加工 时的切削碎等物料的统 称。焙烧碎 的机械强 度高于各种原料块体的机 械强度，因此焙烧碎 加入到各类产 品的配料 中 有利于提高各类产 品的机械强 度，根据各类 产 品所 用原料的 不同，焙 烧碎分为多灰焙烧碎和 少灰焙烧碎两类。用 石油焦、沥青焦为原料

20、生 产的制品所产生的焙 烧碎 称为少灰焙烧碎。而 用无烟煤、冶金焦 为原 料生产的制品所产生 的 焙烧 碎称 为多灰焙烧碎，多灰焙 烧碎只能用于 生产炭块、电极糊等多灰制 品，而 少灰焙烧碎 可以用于生产少灰制 品、也可能用 于多 灰制 品，焙烧碎 都是破碎成 中小颗粒 使用。由于焙烧碎 机械 强度较高，所 以应选择适宜的破碎 设备，如 先用锤式破碎机粗碎，再用带 程 球 磨机细碎成 中小颗粒后使 用。石 墨 碎 炭制 品在石墨化后 产生的废 品及石墨化品 在加工时 的切削碎等物 科的统 称。石墨碎 由于 其灰分很低，导 电及导热性 能好，所 以有广泛 的用途，可 以加入到各 种配方 的少灰或

21、多灰制 品中，石墨碎一般破碎成 中小颗粒 使用。配料 中加入一 定数量的 石墨碎有 助于提高 混捏 后糊 料的塑性，特别是在挤压成 型时 可减 少糊料对 挤压 嘴子的摩擦阻力，有利干提高压型成品率。石墨碎 对煤沥青的 吸附性能 比较好，加入 到炭 块 中可以起到减少 空头 废 品(即产 品在焙 烧 后上端 产生蜂窝状结 构)的作用，并能提高 炭块 的导热性和抗 碱蚀 能力。密 闭式矿热 电炉 所用的电极糊 在配 方中都加入一定数量的石墨 碎，以提高 电极糊 的导电性 和导热性，加快 电 极 糊的烧 结速度。石 墨碎 磨成 小颗 粒或细粉后 还 是生产石墨化工设备(如石墨一树脂管)的 原料，石墨

22、碎还 可以作为电炉 炼钢 的增 炭剂 颗 粒长宽 比 破碎后 的焦炭颗粒用 光学仪器 测量到的长 度与宽度两个方 向的尺寸 比例。焦 炭的一些物 理 机械性 能与其颗粒 的形态特 征有关，以不同 品种的石油焦 为例，针状焦的纤维状结构发达，纹理 的定 向排列程度高，煅烧 时沿 纤维 轴向产 生的收缩纹几乎呈平行排 列，因而 受压破碎 时 沿 裂纹 方 向开裂 的机会多，易于生成长条形的 颗粒。普通 石油焦纤维状结构 不发达，煅烧 时 产 生的裂纹不规则，因此 受压时碎 裂成 形状 不 规 则的颗 粒，所 以测量石 油焦 破碎 后颗 粒长宽 比是 鉴 定针 状 焦与 普 通石 油 焦 区别 的

23、一种 手 段。测量 石油焦颗粒 长宽 比的方法 是选 取破碎 至 0 4 2 0 5 ram 的小颗粒，放 置在 载片上，再 将 载 片移 到 放大 镜 或 投影 仪 上进 行 放大 投 影(放大 率 为 2 0倍)，考虑到焦炭颗粒结构 多沿 粒 子轴 向取 向的特 点，石油焦颗粒 长宽 比的选 取 以粒子 轴向上的最大尺寸 为长，并以此 为基准 作粒子 投影 的外接 矩形，以矩形 的短边 作为粒 子 的宽度。吉林炭素厂研究所 1 9 8 3年首 先在国 内测量 了石 油焦颗粒 的长宽 比，测量 的数据 见 表 1，从表 1可以看到针状焦 和普通 石油焦 的 区别，针状焦 的最低 平均 K值

24、也在 1 7 5以上，而 普通 石 油 焦 甲最 好 的大 庆石 油 焦 的平 均 K 值 只有 1 6 7(1、6 6 1 6 9)。表 1 7 种 石油 焦 的颗粒 长 宽比(K值 待续 t 维普资讯 http:/ 0 ：1 9 9 6 生 N 9-5 炭 素 技 术 4 7 S um 85 CARBON TECHNI QUES (Bi mo n t h l y)No 5 Oc t 1 6 C0NTENTS C h a r a c t e r i z a t i o n o f m e c h ani c pr o pe r t i e s of CFRP w i t h dis t r

25、i b ut i o n t h e o r y Ya n g Yo n g g a n g，Li Ru n mi n e t a l(4)Pr e pa r a t i o n o f pRc h ba s e d hol l o w c ar b on f i b e r s b y m e l t s p i nni ng Shi Yi n g-Zhu Xing m in g e t a l(1 O)T he a p p ar en t de ns y，p or os Ry an d a ds o r pt i o n pr o p e r t i e s o f e xpa n de

26、d gr a phi t e S h e n Wa n c i，Ca o Na i z h e n e t a l(1 3)A c c u r a t e de t e r m i na t i on o f t he m i c r o c r ys t al l t e s ize s a nd s t udi e s o n l a t t i c e c on s t a n t s a n d l a t t i c e dist o r r i o ns in Pan b a s e d ca r b o n f i be r s Hu a Zh o n g，Li Xia n g

27、s h a n e t a l(1 6)Ef f e c t s o f b i nd e r s o n t he air s e p a r a t i on p e r f o r m a n c e o f c a r bo n mol e c ul ar s v e s f r om wa l nu t s he 1|s Xu Sha o pi n g Gu o Shu c a i e t a l(1 9)T h e p r e s e n t s Ru a t i on a n d t he t r e n d o f c hi ne s e c o a l pi t c h pr

28、 o du c t i on Ya ng Sh e n(22、Pr e pa r a t i o n，c ha r a c t e r iza t i on a n d ap p l i ca t i o n o f c ar b o na c e o us Ge l Li a ng Cha ngha i Guo Shu ca i f 2 6)Adv a nc e i n t h e s t u dy o n high。s ur f a c e。ar e a a c t i va t e d ca r b o ns f r o m pe t r o l e um c o ke s a bo a

29、 r d Zo u Yo n g，W u Z h a o l mn g ct a l(2 9)O n v a c uum pr e s e r v at i o n dur in g t he in p o ur i ng p r o c e s s of i m p r e gna t i on l i g ui d W an g Si l i u(32)T h e p r ob e a nd pr a c t i c e of t e m pe r a t ur e r isin g c u r ve o f an o de f ur na c e i n Ba i y i n A l u m in i um W or k Z h a n g Xi n j mn，Z h an g j i a h o u g(3 6)Re g Ri v Ry m e a s ur e m e nt o f g r a phi t e e l e ct r o de s Zha n g xin ni a n f 3 9、维普资讯 http:/