炭素生产原料
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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。
炭素的生产工艺炭素是一种非常重要的材料,被广泛应用于工业生产和科学研究中。
炭素的生产工艺有多种,其中最常用的包括石油焦、木材焦和煤焦的加热分解法。
其中,石油焦是石油炼制过程中产生的副产品,在生产过程中会经过高温煅烧、粉碎和筛分等步骤,最终得到石油焦。
石油焦具有高炭含量,纯净度高,是一种高质量的炭素材料。
它广泛应用于钢铁、化工、电子等行业的生产中,如制造石墨电极、铁合金、硅锰合金等。
木材焦的生产工艺相对简单。
首先,将木材放入焦炉中进行热解,生成焦油和木醋液。
然后,通过蒸馏的方法将焦油中的水和杂质去除,得到质量较好的焦油。
最后,将焦油进行加热裂解,得到木材焦。
木材焦用途广泛,主要用于制造活性炭、防腐剂和其他高附加值产品。
煤焦是从煤炭中提取的一种炭素材料。
煤焦的生产工艺相对复杂。
首先,将煤炭进行选矿和破碎,得到煤料。
然后,将煤料放入焦炉中进行加热分解,生成焦炭。
在焦炭的生产过程中,还会产生焦炉气和焦炉渣。
焦炉气可以用于燃烧或作为化工原料,而焦炉渣可以作为建材或肥料使用。
煤焦广泛应用于铁钢、铸造、化工等领域,如制造铁合金、硅锰合金、人造石墨、金属钢化剂等。
除了以上几种工艺外,还有其他一些生产炭素的方法,如电弧炉法、纤维素焦的加热分解法等。
这些方法根据生产需求和原料的不同,选择合适的工艺进行生产。
炭素的生产工艺中,有一些问题需要注意。
首先,需要保证生产过程的安全和环保性,导致的较严重的污染和事故,不仅会影响工人的身体健康,也会对环境造成一定的破坏。
其次,需要控制生产工艺中的温度、压力等参数,以获得所需的质量和性能。
此外,生产过程中还需要考虑能源消耗和原料储备的问题。
总的来说,炭素的生产工艺有多种,可以根据具体的需求选择合适的工艺。
随着技术的进步和需求的不断增加,炭素的生产工艺也在不断改进和创新,以提高生产效率和质量,满足广大用户的需求。
2炭素生产用原资料生产炭和石墨资料的原料都是炭素原料。
因为根源和生产工艺的不一样,其化学结构、形态特色及理化性能均存在很大差异。
依据物态来分类,它们能够分为固体原料(即骨料)和液体原料(即粘结剂和浸渍剂)。
此中,固体原料按其无机杂质含量的多少又能够分为多灰原料和少灰原料。
少灰原料的灰分一般小于1%,比如石油焦、沥青焦等。
多灰原料的灰分一般为10%左右,如冶金焦、无烟煤等。
别的,生产中的返回料如石墨碎等也可作为固体原料。
因为各样原料的作用和使用范围不一样,对它们也有不一样的质量要求。
在炭素生产中还使用石英砂等作为协助资料。
2.1 固体原料(骨料)骨料的种类、制造方法及主要特色和用途概括于表2-1。
表 2-1 骨料的种类、制法及主要特色和用途骨料种类制造方法主要特色及用途石油焦石油重质油轻延缓焦化而制得。
灰分较低 ,石墨化性能好 ,热膨胀系数小 ,用于制造人造石墨制品等。
沥青焦比石油焦易于获取密度高而各向异沥青焦煤沥青用延缓焦化法或炉室法制得。
性小的制品。
石墨化性能较差。
用于制造石墨电极、石墨阳极、炭电阻棒、阳极糊等。
石油重质油或煤沥青脱除杂质及原生QI 各向异性显然,石墨化性能最好、热膨胀系针状焦数小。
用于制造超高功率石墨电极或高功率后,经延缓焦化而制得。
石墨电极。
机械强度较高,但灰分也较高。
用于生产炭冶金焦煤在炼焦炉中经高温干馏而制得。
电极、炭块、电极糊等,又是焙烧炉的填补料和石墨化炉的电阻料。
石墨化冶金焦冶金焦经石墨化制得。
导热和导电性优于冶金焦。
在生产炭块、电极糊时少许加入,以提升导热、导电性。
硬沥青焦天然硬沥青经焦化而制得。
球状,硬度、强度高,各向同性。
用于制造密度各向同性石墨。
无烟煤天然矿物,经开采。
组织致密、气孔少,耐磨、耐蚀性好。
用于制造炭块,电极糊,填缝及粘结炭糊等。
抗氧化性、耐热性、耐碱性好,导电、导热天然石墨天然矿物,经开采。
性优秀,有自润滑性。
用于制造电炭产品、机械用炭制品,不透性石墨、膨胀石墨等。
炭素固体原料的煅烧工艺一、概述1.1煅烧的目的与作用煅烧是将各种固体炭素原料在隔离空气的条件下进行高温热处理。
它是炭素生产中的一个重要工序。
由于各种固体原料(如石油焦、沥青焦、无烟煤、冶金焦等)的成焦温度或成煤的地质年代等的不同,在内部结构中不同程度地含有水分、杂质或挥发物。
这些物质如果不预先排除,直接用它们生产炭石墨材料,势必影响产品质量和使用性能。
各种炭素原料除天然石墨和炭黑外都要煅烧,煤沥青焦和冶金焦的焦化温度达1100℃,含挥发分低。
在单独使用时可不比煅烧,但在用罐式炉煅烧延迟石油焦时为了防止石油焦结成大块,或者是用回转窑煅烧延迟石油焦时,防止温度过高使炉尾结焦,按一定比例掺入沥青焦,故此时沥青焦也要进行煅烧。
此外,对于生产细结构石墨材料时,若沥青焦的真密度低于2.03g/cm3(特别是低于2.00 g/cm3)时,也需要煅烧。
在炭素厂中大量煅烧的是石油焦和无烟煤。
各种炭素原料在煅烧过程中产生了一系列的变化。
概括的说有如下变化:排出原料的挥发分、除去原料中的水分、加速硫分的变化,从而控制灰分增大、使焦粒体积收缩并趋向稳定,这样,可达到提高原料的真密度、强度、导电性能、抗氧化性能的目的。
其作用时:(1)原料的体积收缩,密度增大,使得在制品焙烧时的开裂和变形废品率降低,得到理化性能和几何尺寸比较稳定的制品;(2)原料的机械强度提高,对提高产品只来过有直接关系;(3)煅后焦比较硬脆,便于破碎、磨粉和筛分;(4)煅后焦的导电、导热性能提高,未产品质量的提高和优化工资创造了条件;(5)煅烧使焦炭的抗氧化性能提高,可提高产品的抗氧化性能;此外,只有煅后焦才能作为焙烧和石墨化用的填充料。
原料在煅烧过程中的变化时复杂的,既有物理变化又有化学变化——原料在低温烘干阶段所发生的变化(主要是排除水分),基本上是属于物理变化;而在挥发分的排出阶段,主要是化学变化,既完成原料中的芳香族化合物的分解,又完成某些化合物的缩聚。
原料:用于炭素生产的原料有哪些?在炭素生产中,通常采用的原料可分为固体炭质原料和粘结剂及浸渍剂两类。
固体炭质原料包括石油焦、沥青焦、冶金焦、无烟煤、天然石墨和石墨碎等;粘结剂和浸渍剂包括煤沥青、煤焦油、蒽油和合成树脂等。
此外生产中还使用一些辅助物料,如石英砂、冶金焦粒和焦粉。
生产一些特种炭和石墨制品(如炭纤维、活性炭、热解炭和热解石墨、玻璃炭)则采用其他一些特殊原料。
煅烧:什么叫煅烧?哪些原料需要煅烧?碳质原料在隔绝空气的条件下进行高温(1200-1500°C)热处理的过程称为煅烧。
煅烧是炭素生产的第一道热处理工序,煅烧使各种炭质原料的结构和物理化学性质发生一系列变化。
无烟煤和石油焦都含有一定数量的挥发份,需要进行煅烧。
沥青焦和冶金焦的成焦温度比较高(1000°C以上),相当于炭素厂内煅烧炉的温度,可以不再煅烧,只需烘干水分即可。
但如果沥青焦和石油焦在煅烧前混合使用,则应与石油焦一起送入煅烧炉煅烧。
天然石墨和炭黑则不需要进行煅烧。
压型:挤压成型原理是怎样的?挤压过程的本质是在压力下使糊料通过一定形状的模嘴后,受到压实和塑性变形而成为具有一定形状和尺寸的毛胚。
挤压成型过程主要是糊料的塑性变形过程。
糊料挤压过程是在料室(或称糊缸)和圆弧式型嘴内进行的。
装入料室内的热糊料在后部主柱塞的推动下。
迫使糊料内的气体不断排除,糊料不断密实,同时糊料向前运动。
当糊料在料室的圆筒部分运动时,糊料可看作稳定流动,各颗粒料层基本上是平行移动的。
当糊料进入到具有圆弧变形的挤压嘴子部位时,紧贴嘴壁的糊料前进中受到较大的摩擦阻力,料层开始弯曲,糊料内部产生不相同的推进速度,内层糊料推进超前,导致制品沿径向密度不均匀,因此在挤压块内产生内外层流速不同而引起的内应力。
最后糊料进入直线变形部分而被挤出。
焙烧:什么是焙烧?焙烧的目的是什么?焙烧是压型后的生制品在加热炉内的保护介质中,在隔绝空气的条件下,按一定的升温速度进行加热的热处理过程。
炭素行业宏观环境分析报告概述炭素行业是指以煤炭、石油和天然气为原料制备的煤焦油、煤气、煤焦和煤粉等产品以及石化设备制造和维修、化肥等相关行业。
本报告旨在分析炭素行业的宏观环境,以帮助企业深入了解行业趋势和未来发展方向。
当前形势1. 国内炭素行业规模庞大中国是全球最大的炭素生产和消费国家,炭素行业规模庞大。
煤炭是国内主要的炭素原料,煤制炭素产品在国内市场占据主导地位。
随着煤化工技术的发展,石油和天然气成为炭素产品的重要替代原料。
2. 环保压力不断增加炭素行业面临着严峻的环保压力。
煤炭等传统炭素原料的开采和利用带来了大量的环境污染,例如大气污染和水体污染等。
政府出台了一系列环保政策来限制炭素行业的发展,并推动行业进行绿色转型。
3. 国际市场竞争加剧随着全球化的加剧,炭素行业面临着国际市场的激烈竞争。
国际能源价格的波动和贸易壁垒的出现都对中国炭素行业带来了挑战。
同时,国内炭素产品的质量和技术水平也面临着与国际差距的压力。
发展趋势1. 资源综合利用将成为重点为了应对环保压力,炭素行业将加大对资源综合利用的研发和推广力度。
煤炭、石油和天然气等炭素原料的综合利用将成为行业的重点发展方向。
同时,绿色循环生产模式将逐渐成为炭素行业的发展趋势。
2. 清洁能源替代将逐步推进随着清洁能源的发展和应用,炭素行业将逐步推进清洁能源替代。
例如,燃料电池和太阳能等新能源的应用将逐步取代传统的煤炭和石油,从而减少环境污染和碳排放。
3. 技术升级提升竞争力为了提高炭素产品的质量和技术水平,炭素行业将加强技术创新和升级。
生产工艺的改进、产品的研发和品质的提升将成为行业发展的关键。
同时,加强企业之间的合作与竞争,促进整个行业的升级和发展。
推荐策略1. 加大环保投入,推动绿色发展炭素企业应加大环保投入,采取有效措施减少环境污染。
同时,应积极推动绿色发展,开发和应用新的环保技术和清洁能源,提高产品的环保性能。
2. 加强技术创新,提高竞争力炭素企业应加强技术创新,提高产品质量和技术水平。
碳素材料炭和石墨材料是以碳元素为主的非金属固体材料,其中炭材料基本上由非石墨质碳组成的材料,而石墨材料则是基本上由石墨质碳组成的材料。
为了简便起见,有时也把炭和石墨材料统称为炭素材料(或碳材料)。
炭素制品按产品用途可分为石墨电极类、炭块类、石墨阳极类、炭电极类、糊类、电炭类、炭素纤维类、特种石墨类、石墨热交换器类等。
石墨电极类根据允许使用电流密度大小,可分为普通功率石墨电极。
高功率电极、超高功率电极。
炭块按用途可分为高炉炭块、铝用炭块、电炉块等。
炭素制品按加工深度高低可分为炭制品、石墨制品、炭纤维和石墨纤维等。
炭素制品按原料和生产工艺不同,可分为石墨制品、炭制品、炭素纤维、特种石墨制品等。
炭素制品按其所含灰分大小,又可分为多灰制品和少灰制品(含灰分低于l%)。
我国炭素制品的国家技术标准和部颁技术标准是按产品不同的用途和不同的生产工艺过程进行分类的。
这种分类方法,基本上反映了产品的不同用途和不同生产过程,也便于进行核算,因此其计算方法也采用这种分类标准。
下面介绍炭素制品的分类及说明。
一、炭和石墨制品(一)石墨电极类主要以石油焦、针状焦为原料,煤沥青作结合剂,经煅烧、配料、混捏、压型、焙烧、石墨化、机加工而制成,是在电弧炉中以电弧形式释放电能对炉料进行加热熔化的导体,根据其质量指标高低,可分为普通功率、高功率和超高功率。
石墨电极包括:(1)普通功率石墨电极。
允许使用电流密度低于 17A/厘米2的石墨电极,主要用于炼钢、炼硅、炼黄磷等的普通功率电炉。
(2)抗氧化涂层石墨电极。
表面涂覆一层抗氧化保护层的石墨电极,形成既能导电又耐高温氧化的保护层,降低炼钢时的电极消耗。
(3)高功率石墨电极。
允许使用电流密度为18~25A /厘米2的石墨电极,主要用于炼钢的高功率电弧炉。
(4)超高功率石墨电极。
允许使用电流密度大于 25A /厘米 2的石墨电极。
主要用于超高功率炼钢电弧炉。
(二)石墨阳极类主要以石油焦为原料,煤沥青作粘结剂,经煅烧、配料、混捏、压型、焙烧、浸渍、石墨化、机加工而制成。
炭素材料分类
炭素材料可以分为以下几类:
1、石墨制品:以天然鳞片石墨为主要原料,用鳞片石墨经化学提纯加工制成的高纯石墨,称为高纯石墨或超纯石墨。
它是一种良好的非金属材料,主要用于制备石墨电极、石墨化工机械、机械密封材料、石墨高炉等。
2、炭块:以煤沥青为主要原料,在高温下加热成型后冷却制成的块状固体材料。
主要用于炼铁高炉的炉衬、炉喉、炉缸等部位。
3、炭电极:以石油焦、沥青焦为主要原料,并添加沥青、酚醛树脂等粘结剂经过成型、焙烧、石墨化等工序制成的电极产品。
主要应用于直流电弧炉或矿热电炉炼铁,同时也可作为铝、锌、铜等有色金属电解槽的阴极材料。
4、炭糊类:以石油焦、沥青焦为主要原料,并添加粘结剂混合后成浆,经过加热、固化而成的糊状固体材料。
主要用于制备各种类型的导电糊和石墨化糊。
5、特种石墨制品:采用优质高纯度石墨,经过精密加工制成的具有特殊性能的石墨制品。
主要用于制造高纯度石墨坩埚、石墨管材、石墨热交换器等。
此外,炭素材料还可以按照生产工艺分为炭砖类、炭块类、炭糊类和石墨制品类等;按照用途可以分为炼钢用炭素材料、炼铁用炭素材料、有色金属用炭素材料和电化学用炭素材料等。
炭素生产工艺技术操作规程适用范围1 本规程适用于铝电解用预焙阳极炭块的生产.一、工艺流程炭素分厂主要生产铝电解用阳极糊和预焙阳极,现有新、旧两套系统,新系统生产新电解分厂用的大预焙阳极,老系统生产四期电解用的小预焙阳极和阳极糊及其它糊类制品.二、原料处理1 目的范围:规定了原料堆放要求,为煅烧提供破碎处理焦炭.本系统主要包括原料堆场、对齿辊破碎机、运输皮带机等.2 生产中所用原料为低灰份的石油焦、沥青焦和高温煤沥青或改质沥青.原料堆场需按不同品种、等级存放,存放时不许混入其他杂质.3 进厂的各种原料必须符合质量标准,进入原料库前必须取样分析,合格后方可入库.4 如果生产用的是混合料,应根据原料的品种和质量情况确定配比,一般延迟焦配入量为60~100%.5 原料焦炭在齿式对辊破碎机中破碎,入碎前料块应小于200mm,破碎后料块应小于70mm.6 设备检查破碎机检查:⑴严禁杂物、金属混入.⑵螺丝固定紧固.⑶给料适中,不得超设备能力.⑷轴承、电机温度不超过60℃.⑸各润滑点润滑良好.皮带输送机检查⑴检查前后滚筒和减速机各润滑点的润滑情况.⑵皮带有无裂口,皮带是否跑偏,如有问题要及时处理.⑶检查是否有人、故障物影响皮带运行.⑷调整好给料量,不得超过皮带机最大运输量.⑸经常检查驱动电机和轴承温度,不允许超过60℃.三、煅烧1 目的范围:利用罐式煅烧炉加热处理即煅烧石油焦,达到质量要求.主要包括煅烧给料、罐式炉煅烧系统,煅后焦运送设备.2 技术条件首层火道温度1150~1300℃,负压10~30Pa.12pa三层或四层火道温度1150~1300℃,负压20~80Pa.60pa烟道平均温度不大于800℃,个别测点不大于1000℃,带余热锅炉的烟道温度不大于300℃.燃料:罐式煅烧炉使用煤气加热时, 煤气温度5~25℃ , 煤气总管压力不低于2000Pa,集合管压力为1400~2000pa,管道内任何情况下不得造成负压.应主要使用挥发份做为燃料进行加热.排料罐冷却水出口温度低于60℃,锻后焦排出料的温度要低于250℃. 煅后焦的真密度不小于2.04g/cm3 ,粉末电阻率不大于650Ω.mm /m,挥发分小于%,灰分小于%,水分小于%.3生产操作正常生产情况下,每班定时加料,保持炉头上有料封严, 不允许出现空炉头现象.根据煅后焦质量情况调整排料量,要勤排少排, 使炉内料处于经常移动状态,两次排料的间隔时间不大于10分钟.经常清理挥发分总道、竖道,保持其畅通.充分利用挥发分, 尽量使其在首层和二层火道燃烧.设有余热锅炉的才允许多余的挥发分在末层火道燃烧.在停电、停水、停排烟机或无原料时,应停止排料, 料面高度要在炉脖之上.短时间停产(1~2天)时,火道温度保持在1000℃以上,停产三天以上, 火道温度保持在900±20℃间保温.调温过程中要定时检查火道内燃烧情况,根据温度变化及时调整燃料和空气配比,及时处理火道堵塞及漏风.1、2、3炉排出的料供老系统使用,4、5、6炉排出的料供新系统使用,两个系统用量有变化时可以互补.4.设备检查:设备螺丝固定紧固、煅烧炉水箱有无漏水、破碎排料设备运转正常、振动输送及提升设备正常、各润滑点润滑情况良好、各电机及轴承温度不得超过60℃.新系统四、沥青熔化1 目的范围:利用热媒油加热熔化沥青,达到配料混捏要求.本系统主要由沥青快速熔化器(熔化罐、缓冲罐、埋式泵)、及加料、输送装置(振动给料机、斗式提升机、料仓、电子称、锤式破碎机)等组成.2技术条件沥青熔化采用热媒加热,快速熔化器熔化,熔化能力4t/h.固体沥青的软化点105~120℃,含水量小于5%,粒度0~10mm.熔化好的液体沥青温度170~190℃,密度不小于1.22g/cm3,粘度~泊. 熔化沥青的热源是高温热媒油,沥青熔化器热媒油入口温度260℃,热媒油出口温度280℃,循环量58m3 /h.3 生产操作生产前必须检查熔化器、缓冲罐、液体沥青大储槽,严禁槽罐内有杂物混入.启动前沥青过虑器前后以及齿轮式旋转泵前后的手动阀应打开,必须检查熔化器底部的沥青阀.系统内各部分需注润滑油处,应注对号的润滑油.沥青熔化器底部的排渣阀每班应打开两次排放沉积在熔化器锥底的沥青渣.每周打开一次缓冲槽底阀排放沥青渣.每日必须检查清理一次沥青过虑器的滤网.启动前必须检查沥青泵及管路温度,严禁各沥青泵冷却状态启动.沥青熔化系统的控制分单体运行和联锁运行操作3.8.1 单体运行操作在各设备旁的现场操练盘上进行启动和停止操作.3.8.2 联锁运行操作在沥青熔库的操作室里进行集中启动和集中停止操作.液体沥青输送系统的联锁操作在高楼部中央控制室进行, 单体操作在设备旁的现场操作箱上进行.当熔化器的埋式泵沥青温度低于220℃时,应停止沥青泵工作,不允许启动沥青泵,达到220℃左右时再启动沥青泵.四、热媒加热1 目的范围:利用热媒炉或煅烧炉余热加热热媒油,为其它系统提供热能.主要由热媒炉或煅烧炉余热炉及泵、管路、膨胀槽、储统组成循环系统、排气系统、泄油系统、注油系统等.2技术条件2.1热媒油的型号:YD-325或YD-320.加热器中热媒油的出口工作温度280℃.加热器中热媒油的入口工作温度240℃.3 生产操作热媒管道必须在安装完毕后进行800kPa的加压泄漏试验,试压后用压缩空气吹净管道.设备在运行前必须对系统反复注液和排液,清除安装时存在管道和设备上的液滴、焊渣.结疤和其它赃物,赃物将在膨胀槽内沉积或滤网上沉积下来,清除掉.完成上述工作后,向系统注热媒油,注满后进行24小时冷循环,而后转入正常.热媒油脱水,热媒系统不允许有水份存在,因热媒油含有一定水份,在安装过程中,管道设备上形成冷凝水是不可避免的,热媒油需脱水,点火加热按曲线升温,并打开排气开关,排除水份.各循环泵在操作运行前,要检查润滑是否正常,轴运转是否灵活,检查泵的运转方向是否正确.膨胀槽正常运行时,应处于冷状态,应关闭系统内的所有排气阀.严禁热媒系统的管路有渗漏现象.要经常检查现场各处或控制室显示仪表的数值,要符合工艺要求,要特别注意各设备的进口温度与流量.五、中碎筛分1 目的范围:破碎、筛分石油焦,达到配料要求.主要由对辊破碎机、皮带输送机、振动筛、斗式提升机、通风除尘器设备等组成.2技术条件一次对辊破碎机的对辊间隙:12mm进料粒度:15~50mm排出料粒度:0~5mm.二次对辊破碎机的对辊间隙:3.5mm进料粒度:5~15mm出料粒度:0~5mm.一次振动筛分,分级粒度:12~50mm 5~12mm 0~5mm三级.二次振动筛分,分级粒度:~5mm 0~1.2mm 二级.各种粒料的筛分纯度要求在65%以上.3生产操作3.1操作前的检查,要运行的设备启动前,均需检查电动机,减速机等固定螺有无松动,传动皮带松紧是否合适,减速机油标指示是否正常,各处润滑是否正常.各设备单体操作均在现场操作箱进行启动或停止操作,单体带料启动某设备时,其启动顺序应与联锁运行顺序相同,单体操作停止某设备时,其顺序与启动顺序相反.该系统联锁操作在集中控制室进行集中启动,集中停车操作.对辊破碎机压料堵料处理,要首先断开事故开关,关闸板,停止给料,而后打开外壳,扒出物料,取出杂物,重新投入生产.皮带输送机检查3.5.1检查前后滚筒和减速机的润滑情况.3.5.2皮带有无裂口,皮带是否跑偏,松紧合适,如有问题要及时处理.3.5.3检查是否有人、故障物影响皮带运行.3.5.4调整好皮带机的给料量,不得超过皮带机最大运输量.3.5.5经常检查驱动电机、各处轴承温度,不允许超过60℃.斗式提升机的检查3.6.1开机前检查上下滚筒,减速机润滑情况.3.6.2经常检查有无压料、掉斗、跑偏、皮带松现象.3.6.3开机前对斗提机顶部、底部发出启动报警.3.6.4经常检查电机和各轴承温度,不允许高于60℃.振动筛检查3.7.1严禁筛网有破损,座簧断裂,筛网螺丝松动现象.3.7.2调整好振动筛振幅.3.7.3筛体密封一定要好.3.7.4经常检查电机及传动轴承的温度,不允许超过60℃.3.7.5经常检查驱动部位的润滑,按时加注润滑油.3.7.6检查传动情况,发现问题及时处理.对辊破碎机的检查3.8.1严禁杂物、金属进入破碎机.3.8.2对辊启动前应检查减速机油位是否正常,弹簧螺丝和其它固定螺丝有无松动.3.8.3对辊启动后,按照生产要求应调整好电机振动给料机的下料量.3.8.4对辊启动前应与通风、筛分、皮带运输、斗式提升工序等取得联系,作好各物料流向选择.3.8.5经常检查电动机和各处轴承的温度,不允许超过60℃.3.8.6破碎机在运行中,给料要均匀,给料量适中不得超过设备能力,并且要小于皮带动输机和斗式提升机的最大能力,以防堵料.3.8.7对辊生产过程中,给料仓料位不在下限配料仓,粗粒、中粒料位不在上限,否则自动停车.通风除尘设备的检查内容:3.9.1经常检查各处通风管是否畅通,根据具体情况定期清理管路,插压缩空气风管吹洗.3.9.2保证各润滑点有足够的润滑油.3.9.3要经常检查布袋有无破裂、漏风和粘料.3.9.4循环风要干燥,避免粘堵布袋.3.9.5经常检查各阀门、各档板的开度,调整好系统的风压、风量.3.9.6超过30kw以上的风机不带负荷启动,风机启动时,关闭风门,启动后徐徐打开风门.六、磨粉1 目的范围:利用球磨机磨制粉料,供配料使用.由球磨机、煤粉风机、给料系统、动态分选器、旋风收尘器及尾风除尘系统等组成.2技术条件球磨机钢球装入量:日常装球量28t,最大42吨.钢球配比有2种配比:⑴ 60mm 33% 50mm 34% 40mm 33%⑵ 60mm 20% 50mm 30% 40mm 30%30mm 20%配方⑵更适合磨制较细的粉子.钢球硬度要求:铬渗碳体洛氏硬度:,磨损率:%每六个月检查一次钢球,钢球直径小于20mm,变形严重的废除.球磨机型号:直径5.1m 转速:转/分.球磨机循环回路循环风量40000m/h.球磨粉细度要求:-0.074mm 55~60%.产量:控制生产能力8t/h,设备生产能力:8~10t/h.冷却水冷却,轴承温度不得超过60℃.3生产操作检查本系统各电机,减速机固定螺丝有无松动,减速机油位正常,润滑点润滑正常等.启动前检查高压泵,低压泵的油位是否正常.打开冷却水阀门.调整好循环风量档板,各通风管路畅通无阻,设备正常.装球量定期检查加球,使出粉纯度要达到要求.生产过程中要经常检查液压泵的油温,循环量.在规定的范围内,调整好给料量,利用磨音控制.严禁其它任何杂物进入球磨原料仓.大齿圈润滑系统要定期检查和加注润滑油,保持润滑系统正常运行,经常检查球磨机的电流变化.操作启动,各设备单体操作均在现场操作,单体带料操作启动时,其启动顺序应于集中控制顺序相同.单体带料操作,停止时,其顺序应于启动顺序相反.系统集中控制在球磨集中控制室进行,集中启动、停车操作.七、残极、生碎的中破和筛分1 目的范围:残极及生碎的破碎和筛分,并运送到配料系统.主要由500t油压破碎机、腭式破碎机、反击式破碎机、皮带输送机、斗式提升机、振动筛、辊式破碎机、通风除尘设备等组成.2 残极、生碎共用一套中碎和筛分系统,运行时根据具体情况作好残极或生碎料的中碎筛分选择,残极分粗粒、中粒配料仓.生碎料筛分后,合格粒度的料送往生碎配料仓.3 技术条件对辊破碎机的对辊间隙:10 mm原料粒度要求:15~40 mm产品粒度要求:0~15 mm.筛分粒度级:5~15 mm 0~5 mm二级.残极加入量占干料的15~30%.4 操作前检查要运行的设备启动前,均要检查,检查电动机,减速机的固定螺丝有无松动,传动皮带松紧是否合适,减速机、油标、指示是否是正常位置.皮带输送机检查⑴检查前后滚筒和减速机的润滑情况.⑵皮带有无裂口,皮带是否跑偏,松紧是否合适,如有问题要及时处理.⑶检查是否有人、故障物影响皮带运行.⑷调整好皮带机的给料量,不得超过皮带机最大运输量.⑸.经常检查驱动电机、轴承温度,不允许超过60℃.4.3斗式提升机的检查⑴开机前检查上下滚筒,减速机润滑情况.⑵经常检查有无压料、掉斗、跑偏、皮带松现象.⑶开机前对斗提机顶部、底部发出启动报警.⑷经常检查电机和各轴承温度,不允许高于60℃.振动筛检查⑴严禁筛网有破损,座簧断裂,筛网螺丝松动现象.⑵调整好振动筛振幅.⑶筛体密封一定要好.⑷经常检查电机及传动轴承的温度,不允许超过60℃.⑸经常检查驱动部位的润滑,按时加注润滑油.⑹检查传动情况,发现问题及时处理.对辊破碎机的检查⑴严禁杂物、金属进入破碎机,每次启动前检查内腔.⑵对辊启动前应检查弹簧螺丝和其它固定螺丝紧固动.⑶对辊启动后,按照生产要求应调整好电机振动给料机的下料量.⑷对辊启动前应与通风、筛分、皮带运输、斗式提升工序等取得联系,作好各物料流向选择.⑸经常检查各轴承和电动机的温度,不允许超过60℃.⑹破碎机在运行中,给料要均匀,并且要小于皮带动输机和斗式提升机的最大能力,以防堵料.⑺对生产过程中,给料仓料位,不在下限,配料仓、粗粒、中粒料位不在上限,否则自动停车.通风除尘设备的检查内容:⑴经常检查各处通风管是否畅通,根据具体情况定期清理管路,插压缩空气风管吹洗.⑵保证各润滑点有足够的润滑油.⑶要经常检查布袋有无破裂、漏风和粘料.⑷循环风要干燥,避免粘堵布袋.⑸经常检查各阀门、各档板的开度,调整好系统的风压、风量.油压破碎机、腭式破碎机、反击式破碎机的检查⑴严禁杂物、金属进入破碎机.⑵检查各润滑点润滑情况.⑶检查各固定螺丝有无松动.⑷启动设备前与通风、皮带、斗提等工序取得联系,作好各物料流向选择.⑸经常检查轴承、电动机温度不得超过60℃.⑹调整好破碎机的给料量,不得超过破碎机的破碎能力及皮带、斗提生产能力.八、配料1 目的范围:采用电子皮带秤及罐式失重电子秤进行粗、细、粉、生碎、残极粗、残极细的配料,沥青采用质量流量计液体沥青配料.主要由电子秤系统、配料控制系统、料仓等组成.2技术条件配方配方1 0%残极+煅后石油焦+0生碎%+16%沥青配料秤能力:粗粒度:~8 t/h 中粒度:~6 t/h细粒度:~8 t/h 沥青泵:1~4 t/h3 操作前检查启动前检查通风除尘管路是否正常,通风运转正常.各设备的润滑点润滑是否正常.配料秤皮带下各托辊是否在一个水平面上,每月定期自校一次至二次,精度不低于5/1000.与沥青熔化库,混捏、成型部分取得联系.4 操作启动各配料秤和沥青计量泵在现场都有单体操作箱,可进行单体启动和单体停止操作.调试时,如果进行单体带料启动,操作应与混捏成型取得联系后方可进行,以便配合生产.单体操作时,设备的启动顺序应与联锁运行顺序相同,停止顺序应与启动顺序相反.联锁操作在中心控制室进行集中启动和集中停止操作.配方的修改在中心控制室计算终端进行.九、混捏1 目的范围:将粗、中、粉及残极、生碎料经预热、混捏制成糊.主要由预热螺旋、混捏机、运输机等组成.2技术条件混捏前干料需预热,预热螺旋预热后干料温度:150~190℃预热螺旋转速:3~15转/分.预热螺旋热媒油进口温度:240--270℃出口温度:215--260℃热媒油循环量: 96m3 /h热媒油温度要根据产量大小而调整.混捏机主要性能混捏轴转速:50转/分功率:250kW混捏时间:3~5分钟热媒进口温度:185±5℃,出口温度:180℃,循环量:21m3 /h产量:18~20t/h,设计产能:25t/h混捏后糊料温度:160~190℃.混捏后的糊料必须要均匀、有塑性、无干料、无球蛋.3 操作前检查及操作注意事项.启动前打开各部分冷却小阀门,保证冷却水畅通无阻.检查润滑油箱的油位是否正常,检查减速机油是否正常.检查预热螺旋和混捏机的热媒油进出口温度、调整循环量.严禁有杂物人为进入预热螺旋、混捏机.定时检查预热螺旋入口格网,及时清理杂物.减速机构内齿轮润滑,减速机第一次运行要换油运行500小时,以后运行为2000小时.混捏机主轴上的搅刀要经常检查,每生产5000t糊要检查或修理一次,外壳支撑各润滑油点半年用油枪注油一次.要经常检查糊料温度,沥青量的大小是否达到要求,下料口有无粘料.停产时混捏机要空转20分钟,清理混捏机内的糊料.预热螺旋,混捏机的单体操作在中控允许操作后,可以在现场操作箱进行启动或停止操作.配料、预热、混捏是一个联锁控制系统, 其中集中启动和集中停车都在中心控制室进行.现场操作在现场操作箱,现场操作启动顺序要与联动启动顺序相同,停止顺序与启动顺序相反.生产时要注视混捏机的转速与功率变化,如果功率忽然上升增大,超过正常波动范围,说明混捏机可能堵料,应迅速手动将排料档板全部打开,增大混捏机转速,待到恢复正常后,再把转速、出口档板调到原来位置. 混捏机、预热螺旋电机电流突然急剧上升,说明混捏机内挤铁或有其它杂物,应立即停机处理.十、成型1 目的范围:用振动成型方法将糊料制成生阳极块.主要由成型给料系统、成型机、冷却输送系统组成.2 成型采用三工位振动成型机,成型后经悬链进入冷却水池,出块时,检查表面质量,不合格的不进入下一道工序.3 技术条件成型温度:160±5℃.振动时间:50~90秒.振动幅度:2~3mm.正常生产时偏心块偏心角90°、105°、135°,转速1800转/分.生块体积密度:1.60g/cm 以上.炭块尺寸:1520×790×550±15mm、重量:1030Kg.产能:15~25块/小时.4 操作前检查设备启动前应清除转换档板、振动给料机、称量漏斗、压头上附着的料.检查液压油箱油位是否达到规定要求,油箱内严禁杂物混入,液压系统严禁漏油,打开液压油箱的冷却阀门.检查悬链各部件是否正常运行,润滑是否正常.成型机各注油部位都要注设计维护规程要求使用的对号润滑油.控制室内设定好称量漏斗称料量,设定好振动时间.检查炭块冷却水池内水的液位,打开冷却水补充阀门.设备运行前,对模具、重锤进行预热.5 生产操作成型机的操作在成型控制室内进行,分为自动和手动两种控制,在检修试车时,一定采用手动操作,正常生产时采用自动操作.悬链系统可在现场操作箱上进行单体操作,也可以自控运行.在开始生产时,糊料可能不合格,应将不合格料排出,不进入振型机内,糊料经检查合格后进入成型机成型.成型操作应与混捏中控经常取得联系,注意沥青用量,混捏温度.在生产操作中,应严密注视设备各部位运转情况及模拟板上的指示灯,注意电压、电流、液压温度、压缩空气、冷却水流量及压力等是否正常.液压油应保持在30~40℃,不得超过50℃.棒孔内的冷却水应清理干净.十二、焙烧1 目的范围:焙烧是通过对焙烧温度和负压的控制,按工艺标准和要求移动火焰系统,以及对焙烧系统和控制系统的监视和调整,使阳极焙烧生块按一定的标准升温曲线进行焙烧的间接加热过程,使阳极达到使用要求.主要由焙烧炉系统及辅助系统组成.2 焙烧采用2火焰系统,6炉室运转168小时,火焰周期28小时,或6炉室运转,火焰周期24~36小时曲线,在第一火焰系统转入正常运转后启动第二火焰系统.3 根据生产需要和实际情况确定运转炉位置室,并按规定做好点火前的准备工作.焙烧系统设备与炉室的连接当确定点火在1炉室时,排烟架置于6炉室第4观察孔位置,测温测压架置于6炉室第1观察孔位置,燃烧架置于1、2、3炉室的2、4观察孔位置,鼓风架置于31炉室第1观察孔位置,冷却风机置于28、29炉室之间位置,零压架置于1炉室第1观察孔位置、火道插板插在6炉室与相邻炉室横墙里.连接排烟架、测温测压架、燃烧架、鼓风架、冷却风机、零压架电源及通讯电缆、燃烧架燃油管等.4 开启控制中心控制盘,进行调控.设定焙烧参数.根据燃烧参数信息设定其指令值,对每条火道运行方式进行修改和转换.操作方法,设定修改以人机对话形式进行,修定手动功率、初始温度、最终温度、燃油温度、燃油器的参数、报警或故障设置、排烟架参数、压力、鼓风架控制、冷却风机控制、输出控制等.5 升温要求每班按设定升温曲线进行升温,若发现异常要及时处理及联系有关人员处理.5.2 升温误差,按标准升温允许误差±20℃.当因停电、停油、停排烟机等,造成停火温度下降,再升温时,允许用该温度区间升温速度的3倍升到原温度,而后转入按升温曲线升温.6 火焰系统移动操作在非跨接烟道移动⑴在一个阳极焙烧周期结束时,操作人员可以从一个火焰系统的4个控制模块中的任何一个模块上请求火焰移动,收到移动确认后,开始移动火焰.⑵在启动请求移动步骤前,可把备用排烟架、火道插板一同安放在所用排烟架下游炉室相应位置上.⑶关断排烟控制模块,并且拆掉它的电缆,这时由于负压消失,所有加热燃烧器停止工作.⑷打开新的排烟架风门,接通电源、通讯电缆,使其成为工作排烟架,并启动使其工作,这时3个燃烧架燃烧工作.⑸抬起停掉的排烟架柔性软管,放到固定支架上移走排烟架,下次备用,盖好燃烧观察孔盖.⑹将测温测压架及热电偶、测压装置向下游移动一个炉室,接好电源、通讯电缆,盖好观察孔盖.⑺停止6炉室燃烧架工作,拆除电源及电缆.⑻停止6炉燃烧架工作,拆除电源及电缆,关闭燃烧软管对应的阀门,停油,拆下软管,拆下燃烧嘴,换上清洗过的喷嘴,抽出热电偶,将燃烧架前移3个炉室(到3炉室)相应位置上,将燃烧器放到2、4观察孔,热电偶放到1观察口中.⑼重新接通燃烧器电源、电缆、燃油软管,使其到达工作状态.⑽关闭鼓风机架上的各风机、冷却架风机、取下电源、电缆,前移一个炉室,重新接通电源、电缆,启动鼓风机、冷却风机.⑾零压架向前移动一个炉室,使其重新达到工作状态.⑿结束火焰移动请求,在移动火焰时,操作人员可以从一个火焰系统的任何一个模块上结束火焰移动请求.⒀检查与调节,移动结束后要检查各设备的安放情况,炉室和火道的密封情况,要调节鼓风架、零压架,根据要求调整终端就地设定值,填好有关报表,做好记录.在跨接烟道移动当系统移到跨接烟道时,可提前一个周期将排烟架连接在跨接烟道的另一侧的炉室上(18或1),此周期预热炉室为4个,一个周期后燃烧架、测温测压架、鼓风架等移动,排烟架不移动.再过一个周期后转入正常移动.其它移动步骤同上移动操作.7 热电偶的移动,热电偶保护套在高温下易碎,特别是在高温下降温速度太快或有轻微振动时,并且是昂贵的仪器,在移动时要贴别注意.8 火焰移动中,燃烧架移动要平稳、轻放,不能发生任何撞击现象.。
2 炭素生产用原材料生产炭和石墨材料的原料都是炭素原料。
由于来源和生产工艺的不同,其化学结构、形态特征及理化性能均存在很大差异。
按照物态来分类,它们可以分为固体原料(即骨料)和液体原料(即粘结剂和浸渍剂)。
其中,固体原料按其无机杂质含量的多少又可以分为多灰原料和少灰原料。
少灰原料的灰分一般小于1%,例如石油焦、沥青焦等。
多灰原料的灰分一般为10%左右,如冶金焦、无烟煤等。
此外,生产中的返回料如石墨碎等也可作为固体原料。
由于各种原料的作用和使用范围不同,对它们也有不同的质量要求。
在炭素生产中还使用石英砂等作为辅助材料。
2.1 固体原料(骨料)骨料的种类、制造方法及主要特征和用途归纳于表2-1。
石油焦的来源石油焦是各种石油渣油、石油沥青或重质油经焦化而得到的固体产物。
由于焦化的方式不同,石油焦可分为延迟焦和釜式焦。
目前,石油行业生产的是延迟焦,釜式焦已被淘汰。
延迟焦化是将原料油经深度热裂化转化为气体烃类,轻、中质馏分油及焦炭的加工过程。
其原料一般是深度脱盐后的原油经减压蒸馏所得的渣油。
有时还在减压渣油中配有一定比例的热裂化渣油或页岩油。
石油焦的质量主要取决于渣油的性质,同时也受焦化条件的影响,我国几种主要减压渣油及其所产石油焦的性质列于表2-2。
表2-2 几种主要减压渣油及其石油焦的性质延迟焦化的主体设备由两座直径5.4m的焦炭塔和一座直径3.2m的分馏塔组成。
原料渣油首先与分馏塔馏出的馏分气进行间接换热,然后经加热炉加热到500±10℃,此温度已达到渣油的热解温度,但由于油料在炉管中具有较高的流速(冷油流速达1.4-2.2m/s),来不及反应就离开了加热炉,使焦化反应延迟到焦炭塔中进行,故这种焦化工艺称为延迟焦化。
随着油料的进入,焦炭塔中焦层不断增高,直到达到规定的高度为止。
生产中,一个焦炭塔进行反应充焦,另一个已充焦的焦炭塔经吹蒸汽与水冷后,用10-12Mpa的高压水通过水龙带从一个可以升降的焦炭切割器喷出,把焦炭塔内的焦炭切碎,使之与水一起由塔底流入焦炭池中。
焦炭池中的焦炭经脱水后即得生石油焦。
每个焦炭塔一次出焦约250t,循环周期约为48h。
分馏塔是分馏焦化馏分油的设备,为了避免塔内结焦,要求控制塔底温度不超过400℃。
同时,还须采用塔底油循环过滤的方法滤去焦粉,提高油料的流动性。
延迟焦化的典型工艺流程如图2-1所示。
延迟焦化法生产效率高,劳动条件好,但所得焦挥发分较高,结构疏松,机械强度较差。
石油焦的性质与质量要求石油焦是一种黑色或暗灰色的蜂窝状焦,焦块内气孔多数呈椭圆形,且一般相互贯通。
对其使用影响较大的有灰分、硫分、挥发分和煅后真密度。
(1)灰分石油焦的灰分主要来源于原油中的盐类杂质。
原油经脱盐处理后残留的杂质一般都富集于渣油中,然后又全部转入石油焦。
我国原油盐类杂质较少,故灰分含量较低。
石油焦的灰分还与延迟焦化的冷却水质以及原料场的管理水平有关。
生产一般炭素制品的石油焦,要求灰分不高于0.5%,生产高纯石墨制品的石油焦,要求灰分不高于0.15%。
(2)硫分石油焦中的硫来源于原油,其存在形式可分为有机硫和无机硫两种,而无机硫又可分为硫化铁硫和硫酸盐硫两类。
石油焦中的硫以有机硫为主,其次是硫化铁硫,而硫酸盐硫的含量很少。
(3)挥发分挥发分含量是石油焦焦化成熟程度的标志。
它与炭素制品的最终质量虽然没有直接关系,但对煅烧操作影响很大。
早期生产的釜式焦成焦温度较高,约700℃,所以焦炭的挥发分只有3%-7%。
而延迟焦的成焦温度只有500℃左右,故挥发分含量高达10%-18%,因此,必须经过煅烧。
延迟焦在煅烧时不仅实收率低,而且给煅烧作业带来不少困难,如在罐式炉中单独煅烧时容易结焦堵炉等。
目前经过煅烧设备的改造和操作工艺的改进,这方面问题已基本解决。
(4)真密度石油焦在1300℃温度下煅烧后的真密度大小,可作为其石墨化难易程度的表征。
一般认为,石油焦煅后真密度愈大,则愈容易石墨化。
这是因为石油焦的真密度在一定程度上反映了其化学结构中芳香碳环的缩合程度。
我国生产的石油焦的质量要求如表2-3所示,其中1号焦供生产炼钢用普通石墨电极和炼铝用炭素制品,2号焦供生产炼铝用炭素制品,3号焦用于化工。
表2-3 延迟石油焦(生焦)技术要求2.1.2 沥青焦沥青焦是由煤沥青经焦化后得到的固体产物。
生产沥青焦的方法有炉室法和延迟法两种。
由于原料沥青和焦化方法不同,这两种沥青焦的性质具有明显的差异。
煤沥青焦化过程煤沥青是煤焦油蒸馏的残留物。
根据软化点的不同,煤沥青可以分为三种类型,即低温沥青(又称软沥青)、中温沥青、高温沥青(又称硬沥青),其相应的软化点(环球法)依次为30℃-75℃、75℃-95℃、95℃以上。
与石油渣油不同,煤沥青主要是由多环芳烃组成的复杂高分子聚合物,而在石油渣油中芳烃类组分的含量仅占三分之一左右。
煤沥青焦化过程的本质是液相热解反应。
这种热解反应具有热分解和热缩聚两个方向,热缩聚反应可以大致分为三种类型:1)分子内部缩合;2)通过烷基侧链和官能团进行想邻分子间的缩合;3)通过芳核进行相邻分子间的热缩聚。
缩聚反应的主要方式是由活性氢转移引发的自由基反应。
一般认为,在煤沥青焦化时,450℃前主要是低沸点馏分的蒸馏和沥青的热分解;450℃-500℃之间热分解和热缩聚并存,同时发生高沸点馏分的蒸馏;大约500℃形成半焦以后,则以热缩聚为主,半焦出现收缩裂纹;当温度高于800℃,缩聚反应减缓。
随着温度的升高,沥青及其固体焦化产物的碳含量、真密度不断提高,氢、硫、氮、氧的含量和挥发分减少,电阻率逐渐下降。
(1)炉室法炉室法一般采用高温沥青作为生产沥青焦的原料。
这是因为高温沥青粘度大、甲苯不溶物含量高,残碳率高,减轻了沥青在炉室中的外渗,有利于保护炉体和安全生产。
同时,高温沥青的性状较稳定,挥发分较低,也有利于提高焦化生产的效率。
高温沥青与中温沥青的性质比较见表2-4.高温沥青主要由中温沥青制取。
为了资源和合理利用,有时也在中温沥青中配入一定比例的沥青焦油和沥青馏出物。
沥青焦油是指高温沥青在沥青焦炉中焦化时产生的二次焦油。
沥青馏出物是指在制取高温沥青时从挥发性产物中分离出来的冷凝液。
炉室法炼制沥青焦的主体设备是沥青焦炉,其结构简图见图2-2.由于沥青液态装炉和热解时的大量吸收,炭化室炉墙温度波动很大,沥青容易渗入砖缝生成热解炭,炉墙的年膨胀量较大,较容易损坏,从有利于延长炉龄来考虑,沥青焦炉的结构与一般冶金焦炉相比,有以下特点:炉型为焦炉煤气侧入的二分式焦炉,构造简单,易于维修;每组焦炉仅由5-7孔炭化室组成,组与组间由抵抗墙、边墙隔开,每组可以独立操作,也便于分组大修;炭化室仅高2-3m,加热水平却高达700-900mm,以降低炉顶空间温度,炭化室炉墙厚达160-200mm,可以大量蓄热,以抵抗沥青装炉时的温降,使炉墙不至于降温至硅砖的晶型转化点以下。
在生产操作上,为了防止高温沥青堵塞管道,沥青装炉采用循环管路,沥青在管道内以较大流速流动,并保持温度在320-330℃。
为了使沥青接触炉墙后能迅速形成一个半焦层,尽量减少沥青向炉墙砖缝的渗漏,标准火道温度宜控制在1300-1350℃.在此温度下,约10h焦饼成熟,再焖炉3-4h,然后再按计划推焦顺序推焦,出炉后采用湿法熄焦。
炉室法生产沥青焦的成焦温度(1050℃-1100℃)与煅烧温度相当,因此合格的沥青焦只需烘干即可使用。
有时,出于提高质量均匀性或罐式炉煅烧石油焦时减粘考虑,炭素厂也经常将沥青焦单独或与石油焦混配后再煅烧一次。
(2)延迟焦化法采用延迟焦化法生产沥青焦是从石油焦的延迟焦化移植过来的。
延迟焦化克服了炉室法存在的装炉时跑油冒火、操作条件差,环境污染炉龄短等缺点,因此是一种比较先进的沥青焦生产方法。
沥青的延迟焦化采用软化点为30℃-40℃的软沥青为原料。
软沥青具有良好的流变性能,又可得到足够高的残碳率。
其热解温度低,在加热炉中仅需加热到450℃-500℃就可在焦炭塔中实现焦化,设备的结构与材质较易达到工艺要求。
因此,软沥青可以看作是沥青延迟焦化的最佳原料。
此外,沥青的延迟焦化有利于改善沥青焦的结构。
这是因为沥青焦的生成过程中形成中间相小球体,中间相小球体的发育与成长大体在400℃-500℃温度范围,而延迟焦化工艺允许沥青在该温度范围停留足够长的时间。
生产沥青焦的延迟焦化工艺与设备和石油渣油的延迟焦化基本相同。
如前所述,由于成焦温度仅在500℃左右,故焦炭塔内的产品是半焦。
在用于炭素生产前,沥青延迟焦的煅烧是必不可少的。
国内外的惯例都是将煅烧系统与延迟焦化联合起来,将煅后焦供应市场。
沥青焦的性质与质量要求沥青焦是一种碳含量高,机械强度好,低灰低硫的优质原料。
其结构致密程度和机械强度比石油焦好,灰分和硼含量略高于石油焦。
它也是一种石墨化碳,但可墨化性能比石油焦差。
沥青焦也属于少灰原料,在炭素生产中主要是利用其机械强度好的优点来提高制品的机械性能。
例如,我国在生产普通石墨电极时,为了提高制品的机械强度,一般在固体原料中配入20-25%的沥青焦。
此外,沥青焦还可用于生产阳极糊、预焙阳极、电炭制品以及高炉炭块等。
我国对沥青焦的质量要求列于表2-5。
针状焦是一种从宏观形态到微观结构都具有显著各向异性的焦炭,因其破碎后呈现细长针状,故称为针状焦。
针状焦的各向异性反映出其分子结构已具有相当程度的有序排列,因而具有良好的可石墨化性。
如一种煤沥青基针状焦,经2800℃石墨化后,层间距d002为3.357Å,石墨化度高达96.5%。
因此,针状焦是生产优质石墨电极,特别是超高功率石墨电极必不可少的基本原料。
针状焦的生产针状焦在1950年首先由美国大湖炭素公司用石油系原料研制成功。
1964年美国联合碳化物公司用针状焦制造出超高功率电极。
目前,世界针状焦产量的大部分由美国大陆石油公司生产。
日本水岛工厂也成功地用石油系原料生产出针状焦。
但绝大多数针状焦是用特定产地的低硫石油重质油生产的,其来源受到很大限制。
为此,日本、德国等为了扩大原料来源,开展了以煤沥青为原料制取针状焦的研究。
1979年10月,日本三菱化学株式会社建成年产3万吨煤系针状焦的生产装置。
1980年日铁化学株式会社一座年产5万吨煤系针状焦的生产装置投产。
我国也已做了大量研究工作。
在油系针状焦方面,1980-1982年曾以大庆热裂化渣油为原料,进行了工业试验,所得焦炭接近国外油系针状焦的质量。
在煤系针状焦方面也已完成了中间试验。
针状焦制造的关键是原料调制。
原料调制的主要目的是除去影响中间相小球体成长的原生喹啉不溶物(QI)。
脱去QI的方法很多,主要有以下几类:(1)过滤分离法这种方法是采用加压加热过滤或真空过滤将QI除去。
但由于沥青中QI颗料很小,易于造成过滤器的孔眼被堵塞。