第七章 焙烧工艺 《炭素材料》教学课件
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碳素工艺第一章绪论炭素材料有良好的导电、导热性能,高温下机械强度良好、耐腐蚀性、价格低廉,来源广泛。
一、炭素工艺发展概论最古老的炭素材料是用天然石墨、粘土混合起来煅烧成石墨坩埚,在我国有的历史,但作为导电材料是近代,1806年首次用石墨制成实验室电池。
炭素电极加热到2500℃后变成石墨电极。
灰分(杂质,主要是一些金属的氧化物)金属氧化物参与电化学反应,消耗阳极,反应后的金属以不同形态进入铝液中,降低铝的品质。
热膨胀系数要求小,减少应力的产生,防止炭块裂纹的生成。
炭素材料是一种无机的非金属材料二、冶金炭素工业生产工艺流程原料预处理石油焦、沥青预碎、煅烧无烟煤、冶金焦原料粒度分级石墨碎破碎、筛分各种粒度原料计量 1—6种粒度连续称量或用磅(称)称量预热120℃—180℃(全部固体原料)阴极糊混捏150℃——210℃沥青、生碎(成型后的废品)电极糊连续混捏或用混捏锅混捏捣缝糊成型110℃——150℃挤压成型、模压成型、振动成型半石墨化1800℃——2300℃焙烧800℃——1300℃石墨化2500℃——2800℃机械加工或组装预备阳极炭块阴极炭块高炉炭块半石墨化的阴极炭块石墨化的阴极炭块第二章炭和石墨材料一、自然界中的碳碳在地球上的含量0.027%,占地球化学元素含量中13位,以单质碳和化合物的形式存在。
单质碳:金刚石、石墨、无定形碳。
1、自然界中的单质碳金刚石:坦然形成石墨:天然石墨、人造石墨无定形碳:木炭、煤炭、焦炭2、碳原子的结合方式1)电子的运动状态:原子是带正电荷的原子核和带负电荷的电子组成,是整个原子的中心。
A)电子层:K、L、M、N、O、P、QK层电子能量最低,最外层电子能量最高B)电子亚层和电子云形状:同一层中电子能量不同形成电子亚层。
S<P<D<F等表示,S层的电子云的形状是球形,P层是倒“8”字形。
C)电子云在空间的伸展方向:P层电子沿着xyz轴方向延伸。
D)电子的字璇:一个原子中不可能出现运动状态完全相同的两个电子,每层的电子数2n2。
2010级冶金工程(专升本)炭素工艺学复习大纲第一章1.炭材料的工业发展历史(出题类型:填空、选择、判断)1)18世纪欧洲出现了工业革命,炼铁业首先得到了发展,炭质耐火材料开始供砌筑炼铁高炉使用。
2)19世纪初,随着电的发现及广泛使用,作为导电材料的炭材料也陆续登场,用木炭制成可产生电弧的炭棒,1842年以焦炭为原料生产的炭电极,1855年德国建立生产电池炭棒的炭素企业。
3)19世纪末,欧洲发明了电冶炼技术,初期的电炉冶炼使用无烟煤及焦炭制备炭质电极,随后以天然石墨为原料生产的天然石墨电极。
4)近代炭材料工业史上的里程碑就是人造石墨的发明。
另外,随着电力工业的发展,用炭刷作为导电器效果很好,在此基础上形成了电炭工业。
5)第二次世界大战末期,何能利用走上历史舞台,杂质含量低的高纯高密度石墨成为建造核反应堆的首选材料。
6)20世纪50-60年代,航天事业的发展许多火箭及导弹的部件采用高强高密的石墨材料加工而成,还研制成功了热解炭热解石墨,渗硅石墨,用于电子工业及生物工程材料和飞机刹车材料。
7)20世纪60年代末,炭纤维及其复合材料问世,多用于制造航天航空飞机和人造卫星的重要结构部件。
8)20世纪80年代中期发现了富勒碳,而后炭纤维价格降低,用于民用机械设备和机械器材。
9)90年代初研制出纳米碳和碳纳米管。
2.碳的同素异性(构)体,三种形态的单质碳(出题类型:填空、选择、判断)碳的同素异性(构)体有金刚石、石墨、富勒族碳和炔碳,三种形态的单质碳是金刚石、天然石墨、煤炭。
3.按用途与生产工艺炭材料如何分类?(出题类型:填空、选择)1)石墨电极类2)石墨阳极3)炭质电极4)炭块类5)炭糊类6)高纯高密和高强石墨7)特种炭和石墨8)机械工业用耐磨炭与耐磨石墨9)电工用炭和石墨制品10)石墨化工设备11)炭纤维及其复合材料12)石墨层间化合物4.区分炭质、半石墨质和石墨炭质材料(出题类型:填空、判断)以无烟煤和冶金焦为原料,焙烧后不必石墨化的属于炭质材料,石墨炭质材料是以易石墨化的石油焦或沥青焦为原料,产品在焙烧后必须经过石墨化高温处理。
碳素工艺配方配料工艺基础(principle of proportion)生产各类炭素制品时固体原料的选择及其组成比例的确定、混合料粒度组成的确定、黏结剂的选择和确定比例、添加剂的选择等。
配料是炭素制品生产过程中的重要工序,各类炭素制品配料方的编制及配料操作的正确性、稳定性对最终产品的物理化学性能和各工序的成品率都有明显影响。
原料的选择不同的炭素制品对原料有不同的要求。
(1)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C墨电极等3个品种,生产不同品种的石墨电极应该使用不同质量标准的石油焦,如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的大小,而高功率和超高功率石墨电极不仅要求电阻率小、机械强度高,而且石油焦在石墨化后的热膨胀系数要低,抗氧化性能和抗热震性能要好。
生产超高功率石墨电极—定要使用含硫量较低、热膨胀系数特别低的针状焦,20世纪末中国炭素厂生产高功率及超高功率石墨电极主要使用进口的针状焦,既有石油系针状焦也有沥青系针状焦。
两类针状焦可比较如下:石油系针状焦的价格比沥青针状焦高10%~20%;石油系针状焦的成型性能比较好,挤压成型成品率比较高;石油系针状焦生产的石墨电极的电阻率和热膨胀系数略高于沥青针状焦生产的石墨电极;沥青针状焦含氮量稍高,石墨化过程中气胀较大,—般认为沥青系针状焦不适合生产特大规格的超高功率石墨电极。
中国炭素厂长期以来在生产普通功率石墨电极的配方中加入20%~30%的沥青焦,目的是为了提高产品的机械强度,世界上除俄罗斯等少数国家外,—般生产石墨电极都不使用沥青焦,因为沥青焦经过同样的石墨化高温处理后,真密度较低,电阻率较高,而且在石墨化过程中热膨胀系数比较大。
(2)生产铝用预焙阳极或阳极糊的原料是石油焦或沥青焦,其质量标准基本套用生产普通功率石墨电极的原料质量,含硫量还可以再放宽—点。
(3)生产高纯石墨制品的原料也是以石油焦为主,要求原料的灰分尽可能低,如低于0.15%。
炭素工艺学资料74 如何评价炭材料生产用石油焦的质量,炭材料生产用石油焦的质量可用灰分、硫分、挥发分、锻后焦真密度、粉焦量和杂质元素含量来衡量。
灰分含量是石油焦的主要质量指标,硫分对于炭材料生产来说是一种有害元素。
石油焦的挥发分高低显示了焦炭的焦化程度,其对锻烧操作有较大的影响。
锻后焦的真密度大小标志着石油焦的石墨化难易程度,锻后焦真密度越大,石油焦越易石墨化,并且石墨化产品电阻率较低。
为了更全面地分析炭材料用石油焦的使用性能,有时还需要检测石油焦的堆积密度、振实密度与锻后焦的电阻率、热膨胀系数和机械性能长可破碎性、脆性和磨损率)。
101 什么是煤沥青,煤沥青具有哪些用途,煤沥青全称为煤焦油沥青,是煤焦油蒸馏提取馏分(如轻油、酚油、蔡油、洗油和葱油等)后的残留物。
煤沥青常温下为黑色固体,无固定的熔点,呈玻璃相,受热后软化,继而熔化。
煤沥青主要用途为:( l )生产各种类型炭材料的勃结剂和浸渍剂,这一部分产量最大;( 2 )生产针状焦和炭纤维等高技术产品,产量不大,但附加值很高;( 3 )防水防腐材料和筑路材料。
123 什么叫锻烧,炭质原料锻烧的目的是什么,炭质原料在高温下进行热处理,排出所含的挥发分,并相应地提高原料理化性能的生产工序称为锻烧。
煅烧目的:( 1 )排除炭质原料所含的挥发分;( 2 )排除炭质原料所含的水分;( 3 )提高炭质原料的密度和机械强度;( 4 )提高炭质原料的导电性能;( 5 )提高炭质原料的化学稳定性和抗氧化性能。
25 影响混捏质量的因素有哪些,( l )混捏温度。
混捏温度降低,混捏不均,不易成型,并且生坯疏松且结构不均匀。
混捏温度升高,有利于提高混捏质量以及糊料的成型( 2 )混捏时间。
混捏时间短,糊料混捏不均匀,混捏时间过长,使干料粒度组成发生变化,糊料质量变差。
( 3 )干料性质。
干料颗粒表面粗糙,糊料塑性好。
( 4 )载结剂用量。
勃结剂用量过少、,糊料塑性变差。