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湖南大学炭素工艺学资料doc
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  67 炭材料生产用原料有哪些? 在常规炭材料生产中,通常采用的原料可分为以下几类:( ”固体炭质原料。主要有石油焦、沥青焦、冶金焦、无烟煤、天然石墨、人造石墨、炭黑和生产返回料(生碎、焙烧碎和石墨碎)等,其中石油焦和沥青焦又可分为普通焦和针状焦两类。 ( 2 )非炭质固体原料。主要有电工用炭生产用金属粉末、活性炭生产用植物材料以及微孔炭砖生产用碳化硅和金属硅等。( 3 )勃结剂和浸渍剂。主要有煤沥青、石油沥青、合成树脂、润滑剂和低熔点合金等。 ( 4 )改性添加剂。主要有煤焦油、葱油、氧化铁和硬脂酸等。 此外,炭材料生产中还采用一些辅助物料(保温料、填充料和电阻料),如冶金焦、石油焦、炭黑、石英砂和河沙等。生产新型炭材料和特种炭材料则采用一些特殊的原料,如聚丙烯睛纤维和气态烃类有机物等。 68 各种固体炭质原料的特征和适用范围是怎样的? 各种固体炭质原料的特征和适用范围见表2 一l 。表2 一1 固体炭质原料的特征和适用范围 原料种类 制备方法 主要特征 适用范围 石油焦 石油渣油的延迟焦化 灰分含量低、易石墨化 石墨电极、预焙阳极、炭电极 沥青焦 煤沥青的延迟焦化 低灰、低硫、低挥发分、易石墨化 石墨电极、预焙阳极 69 什么是少灰原料和多灰原料? 为了合理选择、保管和使用固体炭质原料,一般按其所含无机物杂质的多少,将固体炭质原料分为少灰原料和多灰原料。石油焦和沥青焦等属于少灰原料,它们的灰分含量一般小于1 % ; 冶金焦和无烟煤等属于多灰原料,它们的灰分含量在10 %左右。石墨制品和少灰炭制品(如预焙阳极)的生产要选用少灰原料,多灰炭制品(如炭块和电极糊)的生产则要选用多灰原料。70 炭材料生产用原料贮存过程中要注意哪些事项? ( 1 )炭质原料堆放场地必须是水泥地面,原料贮存时应尽量减少外界杂质的混入。 ( 2 )原料贮存过程中,严禁混入灰尘、泥沙和其他杂质。少灰原料最好是入库保管,急用原料应库存。对于备用原料,如无库房贮存,亦可露天存放,但必须加强管理,采取恰当的措施,如打水泥地面、苇席遮盖和袋包装等,以免原料在存放期间混入杂质。 ( 3 )炭质原料在存放期间要防止互相混入,特别是要防止多灰原料混入少灰原料内。如原料发生混料时,要降级使用。对于同一类原料,如果质量检验结果相差较大,就应进行分别堆放。( 4 )要防止雨雪淋,以免原料因雨水或雪水渗入而增加其水分,从而在锻烧或烘干过程中影响热处理程度,并使燃料消耗量 增多。 ( 5 )要注意对贮存的新旧原料周转使用,有些原料贮存时间不宜过长。 ( 6 )要加强对贮存原料的质量检查,以便及时掌握贮存原料的质量变化情况。如果贮存原料的质量变化超过要求,就应停止使用。 71 己经长期贮存的原料能否直接使用,为什么? 己经长期贮存的原料不能直接使用,这是因为炭质原料在长期贮存过程中质量会发生变化,外界杂质也可能混入原料中。因此,对于长期贮存的原料,在使用前必须按规定的质量指标进行取样分析和检验,检验合格的原料方能投入使用,对于检验不合格的原料,应停止使用或降级使用。例如无烟煤,如果贮存时间过长,就会被风化,大块变小块,直接影响其机械强度;煤沥青如贮存时间过长就会发生老化现象,导致其软化温度和组分发生变化。 72 什么是石油焦,石油焦是如何进行分类的? 石油焦是石油加工产生的石油渣油、石油沥青经焦化后得到的固体炭质物料,主要元素为碳,灰分含量很低,一般在O , 5 % 以下。石油焦外观为黑色或暗灰色的蜂窝状结构,焦块内气孔多呈椭圆形。石油焦属易石墨化炭。我国石油焦产量已达到550 万t 以上,其中炭材料生产用石油焦主要包括大庆焦、抚顺焦、锦州焦、胜利焦、安庆焦、南京焦、镇江焦、荆门焦、锦西焦、葫芦岛焦和长岭焦等。 石油焦通常按以下4 种方式进行分类: ( l )按焦化方法划分,可分为延迟焦、釜式焦、流化焦和平炉焦。目前国内外大量生产的是延迟焦,釜式焦仅有少量生产。( 2 )按热处理温度划分,可分为生焦和锻后焦(锻烧焦)两 种。生焦是通过延迟焦化(500 ℃ )制备的,含有大量的挥发分,机械强度低,锻后焦是生焦经锻烧(1350 ℃ 左右)而得。国内大部分炼油厂只生产生焦,锻烧作业多在炭素厂进行。 ( 3 )按焦炭含硫量高低划分,可分为高硫焦、中硫焦和低硫焦3 种。 ( 4 )按石油焦外观结构形态和性能划分,可分为海绵状焦、蜂窝状焦和针状焦3 种。海绵状焦外观类似海绵,杂质含量较多,内部含有许多小孔,孔隙间焦壁很薄,其不适合作为炭材料生产用原料。蜂窝状焦内部小孔分布比较均匀,有明显的蜂窝结构,具有较好的物理机械性能,此类石油焦可以作为普通功率石墨电极、预焙阳极和电碳制品生产用的原料。针状焦外表有明显条纹,焦块内部的孔隙呈细长椭圆形定向排列,破碎后成细长颗粒,其可作为生产高功率和超高功率石墨电极的原料。 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)。 75 石油焦的灰分组成是什么,影响石油焦灰分高低的因素有哪些? 石油焦灰分中主要元素为铁、硅、钙、铝、钠和镁,还有少 量的钒、钦和铬等,主要以它们的氧化物形式存在。 影响石油焦灰分大小的因素首先是原油的含盐量和脱盐程度。原油中的盐分经过蒸馏或裂解加工后大部分富集在渣油中,而渣油中的盐分大部分残留在焦炭中。石油焦的灰分还受冷却水和卸焦用高压水含盐量的影响,这两类水如果重复利用,则含盐量比较高;石油焦如堆放在露天,地面上的泥沙或刮风带来的尘土也会增加石油焦的灰分。 76 石油焦的硫分组成是什么,影响石油焦硫分高低的因素有哪些? 石油焦中的硫可分为硫的有机化合物(硫醚、硫醇、磺酸等)和硫的无机化合物(硫化铁、硫酸盐)两类。通常含硫量在0 , 5 肠以下的石油焦称为低硫油焦,含硫量在1 %左右的石油焦称为中硫油焦,含硫量大于1 . 5 肠的石油焦称为高硫油焦。中国多数产地的石油焦硫分较低,只有使用国内高硫原油(如胜利油田)或进口原油的炼油厂生产的石油焦,其硫分才较高。石油焦的含硫量取决于渣油的含硫量,渣油中的硫分有30 %一40 环残留在石油焦中,如果在含硫量较高的渣油中事先加氢脱硫,就可减少渣油中的含硫量,由此得到的石油焦含硫量相应降低。 77 炭材料生产用石油焦的灰分和硫分含量要求是多少? 生产石墨电极和预焙阳极的石油焦灰分一般应小于O , 5 % , 生产高纯石墨所用的石油焦灰分应小于0 . 15 %。 生产石墨电极的石油焦含硫量一般应小于O , 5 肠,生产预焙阳极的石油焦含硫量一般应小于1 %。 78 为什么说石油焦所含硫对炭材料生产是一种有害元素? 石油焦中所含硫难以脱除,一般在1350 ℃ 温度下锻烧时脱 硫效果不大。对于生产石墨材料,部分硫化物需在石墨化的高温下(特别在1600 一1700 ℃ 温度范围内)才能逸出,此时,由于石油焦中所含硫化物以气体状态突然释放,从而使炭坯发生体胀(或称气胀)现象,炭坯体积异常膨胀,从而导致炭坯产生裂纹,并且影响制品的电阻率。对于生产预焙阳极,若石油焦的硫含量高,那么也会降低产品的导电性能,同时硫在高温下会与预焙阳极的导电钢爪起作用,生成电阻很大的硫化铁膜,增大铁一炭间接触电压降,铝电解时就会多消耗电能。 79 石油焦的挥发分含量表明了什么信息? 石油焦的挥发分高低表明了石油焦的焦化程度,其大小与焦化温度的高低关系较大,釜式焦的焦化温度(700 ℃ 左右)较高,因此釜式焦的挥发分较低(3 %一7 % ) ,而延迟石油焦的焦化温度只有500 ℃ 左右,所以其挥发分高达8 %一20 %。 采用延迟焦化生产的石油焦挥发分不仅取决于焦化温度,还与渣油通人焦化塔的装填时间及向焦炭层吹入蒸汽的条件有关。同一塔卸出的焦炭挥发分相差很大,位于塔底的焦炭结构较致密,体积密度大,挥发分较低,而塔顶部的焦炭结构疏松,挥发分要高得多。 石油焦挥发分的高低对炭材料的质量并无多大影响,但对锻烧操作有很大的影响,例如采用罐式锻烧炉锻烧高挥发分的石油焦,就会遇到结焦堵炉的问题。 80 石墨电极生产对石油焦有何要求? ( 1 )含有较多的纤维状结构,焦炭颗粒具有较大的长宽比;( 2 )应有足够的颗粒强度,减少锻烧和破碎筛分时的粉化率,以满足配料粒度组成的要求; ( 3 )容易石墨化,保证石墨电极具有良好的导电传热性能和较低线 )焦炭的灰分含量应小于0 . 5 % ,焦炭的挥发分应少于14 % ; ( 5 )焦炭经1300 ℃ 锻烧sh ,锻后焦的线 )焦炭硫含量应不高于0 . 5 %。 81 预焙阳极生产对石油焦有何要求? ( l )锻后焦导电性能良好,有利于降低阳极炭块的电阻率;( 2 )锻后焦具有足够的颗粒强度和适宜的粒度分布,在制备预焙阳极过程中不会自行粉化,能够满足配方粒度要求;( 3 )振实密度在0 . 75 一0 . 909 / c m3 范围内,以利于提高炭阳极的致密性,降低阳极炭块的空气渗透率; ( 4 )焦炭与空气和CO :的反应性尽可能低,以减少炭阳极的二次氧化反应损失; ( 5 )锻后焦线膨胀系数小,热稳定性好,可减少炭阳极制备和应用过程中裂纹的产生; ( 6 )石油焦灰分含量低,灰分中Na 、V 、Ni 、Ca 、51 、Fe 和S 等元素不超过规定标准; ( 7 )生焦挥发分应在9 %一12 写范围内,挥发分不能过高,以保证锻后焦有一定强度和高的体积密度。锻后焦挥发分应小于0 . 3 写; ( 8 )石油焦水分含量不应过高,否则会影响锻烧质量。82 石油焦所含杂质对预焙阳极性能有何影响?石油焦含有的杂质元素主要有硅、铁、铝、锰、硫、钙、镁、钒、钠、钦、镍和磷等,其中除铝、镁和钙为铝电解质所需元素外,其余大部分对于预焙阳极性能和铝电解生产属于有害杂质,这些杂质按照危害的受害体不同可分为两个方面: ( ”以产品电解铝为受害体的杂质元素,其中包括铁、硅、 , 9 炭材料生产用勃结剂有哪几类,载结剂的功能是什么? ( 1 )煤沥青勃结剂。生产炭材料主要使用煤沥青作为载结剂,其功能之一是在混捏、成型过程中赋予糊料以一定的塑性,使其满足成型的要求。煤沥青呈液态时使炭质骨料及粉料润湿、孰合及混捏成可塑性糊料,糊料加压成型及冷却后孰结剂沥青硬化,将骨料及粉料固结成生坯;其功能之二是在焙烧过程中于固体炭质物料之间形成炭膜勃结桥,将炭质物料结合成一个整体,使其具有一定的机械强度。生坯在高温下焙烧,此时勃结剂煤沥青参加炭化反应,生成孰结焦,并形成良好的固态结合,使制品获得固定的儿何形状和使用性能。 ( 2 )树脂勃结剂。生产化工设备用石墨制品(如石墨一树脂管、浇铸石墨件和化工石墨用胶结剂等)或生产某些特殊炭― 石墨制品(如特种电刷、机械密封件等)使用合成树脂作为勃结剂,合成树脂在高温下一般生成不易石墨化的硬炭。 100 炭材料生产对勃结剂的要求是什么,为什么选用煤沥青作为勃结剂? 炭材料生产对茹结剂的要求为:( l )对炭质物料有很好的浸润性和勃结力,这样才能保证糊料具有良好的可塑性;( 2 )孰结剂应具有较高的含碳量和结焦值;( 3 )勃结剂应为热塑性物质,常温下为固体,稍加热即熔化成液体,冷却后立即硬化;( 4 )来源广,价格便宜。 炭材料工业最终选择煤沥青作为勃结剂,是由于煤沥青为煤焦油蒸馏后的残余物,主要含有稠环芳烃,脂肪族化合物很少,硫分和灰分都很低,而且煤沥青是热塑性物质,在常温下为固体,稍加热就能熔化成液体,在适当温度下熔化成液态的煤沥青,具有良好的勃结性能。煤沥青属于亲油憎水物质,混捏时能 很好地浸润和渗透各种炭质物料的表面和孔隙,使炭质干物料塑化而形成具有良好塑性状态的糊料,容易压制成一定形状的、具有足够密度和强度的生坯,生坯冷却后即能硬化而固定。煤沥青中高分子芳烃含量较多(即C / H 原子比高),具有较高的含碳量和结焦值,焙烧时煤沥青热解缩聚生成较多的勃结焦,把炭质骨料牢固地固结成整体。煤沥青炭化后形成的沥青焦不仅将炭质骨料固结在一起,同时赋予焙烧品较高的机械强度和导电导热性能。煤沥青炭化生成的沥青焦具有与骨料相似的理化性能,具有较好的石墨化性能。此外,煤沥青既能大量供应,而且价格又较便宜。 101 什么是煤沥青,煤沥青可分为哪些类型? 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,密度为1 . 25 ? 1 . 359 / c m3 。煤沥青的组成极为复杂,己查明的化合物有70 余种,大多数为3 环以上的多环芳烃,还含有O 、N 、S 等元素的杂环化合物和少量直径很小的炭粒。煤沥青的相对分子质量为170 ? 2000 ,其C / H 原子比为1 . 7 一1 . 8 ,元素组成为:C 占92 线 % ,其余为N 、O 、50 煤沥青品种较多,普通煤沥青产品包括低温沥青(软化温度为30 ? 75 ℃ ,又称为软沥青)、中温沥青(软化温度为75 ? 95 ℃ )高温沥青(软化温度为95 一120 ℃ ,又称为硬沥青)和改质沥青(软化温度为105 一120 ℃ ),改质沥青是普通煤沥青类型中的高档产品。根据用户要求,煤焦油加工企业也可生产软化温度为120 ? 250 ℃ 的特高温沥青,其主要用于含碳耐火材料作勃结剂,例如球状沥青。 对煤焦油或煤沥青进行净化处理,可制备低杂质含量精制净化沥青,以净化沥青为原料,可调制出浸渍剂沥青和中间相沥青。中间相沥青是生产煤沥青基炭纤维和中间相碳微球等新型炭 材料的优质原料,净化沥青也是生产沥青系针状焦的优质原料。 102 煤沥青具有哪些用途? 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。低温沥青(软沥青)主要用作铺设路面的筑路材料、加工防水油毡纸、建筑用防水涂料、生产沥青漆(如沥青环氧树脂漆)、煤焦生产型煤的勃结剂、干电池的密封材料等,也可作配制燃料油和炭黑生产原料油的主要原料;软沥青还是生产沥青焦的原料,经过特殊处理后可作为生产沥青基炭纤维的原料。 中温沥青主要作为炭材料生产用载结剂和浸渍剂,如生产石墨电极、冶金炉用和铝电解槽用炭块、电解铝用预焙阳极和阳极糊以及冶炼铁合金、电石所需电极糊等。以煤焦油或煤沥青为原料,通过外加合适的交联剂和催化剂,可合成耐热性沥青树脂。目前生产高性能炭材料(如高功率和超高功率石墨电极、优质预焙阳极和炭块、高密高强石墨、耐磨炭材料、高温模压炭砖以及微孔炭砖等),也推广采用高温沥青或改质沥青作勃结剂。软化温度为120 ? 250 ℃ 的特高温沥青作勃结剂现在己广泛用于生产含碳耐火材料。高温沥青也可用于生产活性炭。 103 中温沥青是怎样制取的,它的质量指标有哪些? 中温沥青是煤焦油经过360 ℃ 蒸馏提取馏分后的残留物。国内管式炉连续蒸馏生产中温沥青流程如下:经静置初步脱水后的煤焦油,用一段泵打入管式加热炉的对流段,在泵前加8 %一12 %的NaZC 认进行脱盐,在管式炉的对流段煤焦油被加热到120 一130 ℃ 后进入一次蒸发器进行脱水,塔顶蒸出的100 一105 ℃ 轻油蒸气经冷凝器冷却后进入油水分离器进行油水分离;塔底脱水后的煤焦油流入无水焦油槽,由二段泵送往管式加热炉 的辐射段加热至380 一400OC 后进入二次蒸发器,煤焦油中的轻质馏分立即蒸发,并进入分馏塔分级收集,依次得到轻油(低于1700C ,占0 . 5 呵一1 . 0 % )、酚油(170 ? 210 ℃ ,占2 . 0 %一2 . 5 % )、蔡油(210 一2300C ,占13 %一15 % )、洗油(230 ? 300oC 占4 % ? 5 % )和蕙油(300 ? 3600C ,占20 %一24 % ) 塔底排出中温沥青(占54 %一55 % ) ,中温沥青温度为370 ℃ 左右,经汽化冷却器冷却至220 一240 ℃ ,然后进入沥青高位槽自然冷却数小时,再经给料器放入浸入水池中的链板输送机上,以得到固体沥青。中温沥青收率占煤焦油加工量的50 肠一60 %。GB / T229O 一1994 规定石墨电极生产用中温沥青的质量指标如下:软化温度为80 一90 ℃ ,甲苯不溶物含量为15 %一25 % , 灰分不大于。.3 % ,水分小于5 % ,挥发分为58 写一68 % ,喳琳不溶物含量小于10 %。其他炭材料生产用中温沥青的质量指标如下:软化温度为75 一95 ℃ ,甲苯不溶物含量小于25 % ,灰分不大于0 . 5 环,水分小于5 % ,挥发分为55 %一75 % ,喳琳不溶物含量未作规定。 104 为什么我国炭材料生产用勃结剂煤沥青需要更新换代? 由于我国炭材料工业一直采用的中温沥青勃结剂软化温度偏低(75 一95 ℃ ),月树脂含量较少,勃结性能不够理想,而且炭化后结焦值一般低于52 % ,用十生产普通质量炭材料产品还可以,但用于生产高强度和高密度的高档炭材料产品(如高功率和超高功率石墨电极、大规格优质预焙阳极、微孔炭砖等)就显得不能适应,这些产品的生产需要勃结性能较好和结焦值较高的优质煤沥青作为勃结剂。此外,由于中温沥青软化温度较低,因此容易熔融和结块,高温季节运输及装卸比较困难;并且中温沥青含有大量挥发分,生产和使用时造成的环境污染程度较高。改质沥青的软化温度稍高,但其他性能不同于一般高温沥青。改质沥青生产过程中大量轻馏分(低分子组分)通过缩聚反 应转变为高分子组分,因此,改质沥青与中温沥青相比,各组分的比例有所调整,如沥青中的甲苯不溶物和喳琳不溶物含量都有所增加,最具有劲结性的月树脂含量提高,挥发分则相应降低。改质沥青既有较好的孰结性能,又能增加制品焙烧后的结焦值,所以采用改质沥青作孰结剂生产的炭材料密度和机械强度提高,同时气孔率和电阻率呈下降趋势,炭材料的抗热震性能也相应提高。此外,采用软化温度较高的改质沥青,也有利于改善焙烧品质量的不均匀性。 随着炭材料质量的不断提高,对勃结剂沥青的质量也越来越重视,因此现代炭材料工业对勃结剂中温沥青提出了更新换代的要求,在中温沥青基础上经过适当加工生产的优质改质沥青勃结剂日益受到青睐。20 世纪70 年代以后,欧美、日本等国家大量生产改质沥青取代中温沥青,以满足现代炭材料工业的需要。我国自从贵州铝厂引进预焙阳极生产项目要求使用改质沥青开始,20 多年来全国己有20 余家焦化企业生产改质沥青,目前改质沥青己在部分铝用炭素生产企业推广使用,冶金炭素生产企业正准备采用改质沥青载结剂,改质沥青取代中温沥青作为我国炭材料生产用勃结剂己是必然趋势。 105 改质沥青是怎样制备的? 目前煤沥青改质处理的工业化方法主要为高温热聚法和真空闪蒸法(减压蒸馏法)。生产改质沥青的工艺重点是调整煤沥青的软化温度、甲苯不溶物和月树脂含量这3 项指标。 ( l )高温热聚法。国内改质沥青的生产多采用高温热聚法,各厂生产工艺有所差异。高温热聚法按压力分为常压法和加压法,按工艺操作分为间歇流程和连续流程。其原理都是将煤沥青或煤焦油放置在聚合釜内,于一定温度和压力下保持一定的时间进行热聚合,使沥青的各项指标达到猫结剂质量要求。热聚法沥青改质常采用釜式连续流程,反应釜可以常压操作,也可以加压操作。常压操作时,热沥青由煤焦油蒸馏装置的 二段蒸发器自流入反应釜,在釜中加热到360 一420 ℃ ,调制得到改质沥青。改质沥青自流入改质沥青中间槽,再经冷却器送入沥青高置槽,经自然冷却至150 一180 ℃ 后放至沥青冷却成型机,制成柱状产品。由反应釜顶排出的油气在冷凝冷却器中形成闪蒸油和未冷凝的尾气。采用加压操作时,热沥青经中温沥青中间槽,用泵压送入反应釜,釜内压力维持在0 . 5 ? 1 , ZMPa ,其余与釜式常压连续流程相同。加压热聚合法和常压热聚合法对比,其优点主要是热缩聚加强,热分解减弱,致使卢树脂含量明显提高,低分子组分含量减少,改质沥青的结焦值也大为提高。当需提高软化温度时,可启动真空泵,调整闪蒸塔顶真空度,进一步蒸发出改质沥青中的油分;当需降低软化温度时,则可往闪蒸塔中喷入闪蒸油。以中温沥青为原料时改质沥青的产率为90 肠一96 肠,以煤焦油为原料时改质沥青的产率为58 %一60 %。( 2 )真空闪蒸法(减压蒸馏法)。真空闪蒸法为KOPPERS 公司生产技术,其装置原理与煤焦油管式炉连续蒸馏法相同,自管式炉辐射段来的煤焦油进入二段蒸发器,其顶部逸出馏分气,底部导出温度为360 一370 ℃ 、软化温度为75 ? 90 ℃ 的中温沥青输入真空闪蒸塔内,在距塔底约1 . sm 处喷滴出来,由于闪蒸塔顶部是由蒸汽喷射泵造成塔内线kPa ) ,因此沥青在350 ? 370 ℃ 温度下受到减压蒸馏,馏分在闪蒸塔内迅速挥发,在很短的时间内软化温度提高到110 ? 120 ℃ 。 从闪蒸塔排出的硬质沥青经沥青密封槽自流入沥青冷却槽,在搅拌条件下自然冷却至180 ℃ ,然后用泵送至沥青成型喷嘴,挤入35 ? 40OC 冷却水中,呈扁圆棒状的沥青送入沥青专用车内。采用闪蒸法所制改质沥青的特点是缩合程度小,煤沥青中尽树脂含量、甲苯不溶物和喳琳不溶物含量均低于热聚合法制备的改质沥青相应含量。我国除鞍钢化工总厂和河北唐山考伯斯(中国)炭素化工有限公司采用KOPPERS 技术闪蒸法生产改质沥青外,其余20 多家煤沥青加工企业都采用热聚法生产改质沥青。 106 改质沥青的质量指标有哪些,它用作为炭材料生产勃结剂时有何特点? 2003 年制定的改质沥青标准(YB / TS 194 一2003 )为:软化温度为108 ? 114 ℃ (一级品)和105 ? 120 ℃ (二级品),甲苯不溶物含量为28 %一32 % (一级品)和26 %一34 % (二级品),哇琳不溶物含量为8 %一12 肠或6 %一10 % (一级品)和6 % ? 15 % (二级品),日树脂含量为不小十18 % (一级品)和不小于16 % (二级品),结焦值为不小于56 % (一级品)和不小于54 % (二级品),灰分为不大于0 . 25 % (一级品)和不大于0 . 30 % (二级品),水分不大于5 %。其中水分只作为生产控制指标,不作考核依据。 改质沥青用作为炭材料生产勃结剂时有如下特点:( l )结焦残炭值高,焙烧时可生成更多的勃结焦,制品的机械强度高;( 2 )软化温度高,夏天运输和远距离运输问题易于解决;( 3 )沥青脱水后磨粉使用,粉状沥青直接加入混捏锅中,也可熔化成液体后使用;( 4 )混捏成型过程中,沥青逸出的烟气较少,可减少环境污染;( 5 )使用改质沥青时输送沥青管道温度、混捏温度、压型下料温度、料室温度和压型嘴温度都要相应提高,其熔化温度也高于中温沥青;( 6 )改质沥青含有较多的月树脂和次生喳琳不溶物,具有较高的热稳定性,有利于提高炭材料的质量。 107 目前我国炭材料生产中推广使用改质沥青遇到了哪些困难,如何加以克服? 我国目前普遍采用高温热聚合法生产改质沥青,热聚合改质处理使煤沥青的结构性能发生了很大的变化,特别是改质沥青的流变性能变差,适宜的低勃度温度区间变窄,这给改质沥青载结剂的实际应用带来了很大的问题,一是沥青熔化、输送、糊料混捏和成型温度都要大大提高,这一问题由于我国炭材料生产企业 普遍采用热载体加热取代蒸汽加热而得到解决;二是随着改质沥青软化温度的提高,煤沥青的茹度急剧增大,沥青流变性能变差,改质沥青勃度对温度变化反应更敏感,流变特性区域和塑性范围更难以控制,导致糊料塑性变差,从而影响到成型(特别是挤压成型)的成品率,这是目前我国冶金炭素企业推广使用改质沥青的困难所在。 解决上述问题的方法之一是大幅度提高煤沥青熔化、糊料混捏和成型温度,但生产实际条件的限制决定了仅靠一味地提高加热温度是不现实的,并且煤沥青在过高的温度下会发生热解反应而变质老化并逸出有害气体,因此,炭材料生产工艺温度的提高幅度有一定范围;方法之二是采用干料单独预热的Eirich 强力混捏机取代目前广泛应用的传统卧式双轴混捏机;方法之三是在炭材料生产中对改质沥青勃结剂进行降茹增塑改性处理,即添加增塑剂(如硬脂酸、油酸、皂片和石蜡等),充分改善改质沥青的高温流变性能,以保证炭材料生产的顺利进行。 108 我国煤沥青质量指标存在哪些问题? 与国外炭材料生产用煤沥青质量指标相比,我国煤沥青质量指标存在以下儿方面问题: ( 1 )煤沥青质量评价指标偏少,不能全面地反映和评价炭材料生产用煤沥青的质量; ( 2 )对于煤沥青的流变性能评价未得到反映,即缺少不同温度下煤沥青的勃度指标; ( 3 )对煤沥青的密度大小和不同温度下的馏分值没有规定;( 4 )缺少对铝用炭素材料使用性能至关重要的微量元素含量限定; ( 5 )有些质量指标还是规定不大于或不小于,这不利于煤沥青质量的稳定均质化; ( 6 )对煤沥青的次生Ql 含量或中间相含量没有涉及;( 7 )改质沥青软化温度偏高,从而导致煤沥青流变性能变 差,这给炭材料生产工艺中的混捏和成型带来一定困难;( 8 )在制定煤沥青质量指标时,没有综合考虑提高煤沥青结焦值和保证煤沥青流变性能之间的矛盾; ( 9 )煤沥青质量测试方法没有与国际接轨,这不利于煤沥青质量技术指标的分析和比较,同时也给煤沥青的出口带来一定的不便; ( 10 )中国煤沥青的定义范围太广,应将改质沥青细分为电极沥青、铝用炭素用沥青、浸渍剂沥青和耐火材料用沥青等,分别根据具体应用实际制定相应的质量标准。 109 什么是煤沥青的软化温度,它与煤沥青的分子组成有何关系? 由于煤沥青化学组成复杂,囚此煤沥青无严格的、固定的熔化温度,而由软化温度(固态转变为软化状态时的温度,它介于煤沥青失去原有脆性和转变为液态之间的温度)代替。我国测定煤沥青软化温度的标准方法为环球法,此外,还有水银法、梅特勒法、杯棒法、空气中立方体法、水中立方体法、热机械法和针入度法等。 软化温度可以间接反映出构成煤沥青的分子组成分布情况,软化温度低,说明煤沥青含轻质组分较多,中小分子所占比率较大;软化温度高,则说明煤沥青分子聚合度较大,中大分子分布较多。随着煤沥青中等分子量组分甲苯不溶物和月树脂含量的增加,沥青的软化温度上升。煤沥青的结焦值随软化温度上升而增加,因此采用软化温度较高的煤沥青作为孰结剂,有利于焙烧品密度和机械强度的提高。 软化温度是煤沥青最重要的物理性质之一,随着炭材料生产工艺的改进和炭材料性能提高的要求,炭材料生产用孰结剂煤沥青的软化温度呈逐渐提高的趋势。高软化温度改质沥青挥发分含量少,勃结性好,成焦率高,有利于提高炭材料性能,它将逐渐取代中温沥青。随着煤沥青软化温度的提高,煤沥青熔化温度、 糊料混捏温度和成型温度都要相应提高。 110 什么是煤沥青的勃度,它如何随加热温度变化?勃度是煤沥青的一项重要的物理性质,主要用来表征煤沥青的流变性能,它表示相邻两流体层发生相对运动时显示出来的内部摩擦力大小的一个特性参数。常温时沥青为黑色玻璃状固态;加热到软化温度以上,呈茹性流动状态。煤沥青勃度随温度升高呈U 形曲线变化趋势,刚越过软化温度时沥青的勃度缓慢下降,以后下降加快,当沥青勃度下降到最低点后,存在一段稳定区间( 150 一450 ℃ ),此后继续提高温度,沥青勃度又呈增加趋势,这是由煤沥青中高分子组分开始缩聚所引起的。 沥青的勃度主要由沥青本身的性质和加热温度所决定。煤沥青的勃度与沥青的可塑性有关,它随温度而变化,对温度反应的敏感性极强,温度升高,勃度迅速下降。不同软化温度煤沥青的勃度不同,高软化温度煤沥青在低温时勃度较大,但加热到一定温度以后,其勃度急剧降低,可以像水一样流动。实际生产中常用软化温度值与勃度相对照,但从软化温度只能看出煤沥青载度的相对大小。 勃度和软化温度都代表煤沥青的可塑性,影响着炭材料生产中糊料的混捏和成型以及焙烧曲线前段的制定。确定糊料混捏时勃结剂与骨料的相互作用及炭糊料的塑性,需要了解煤沥青的勃度,一般炭材料生产只需测定煤沥青在100 一200 ℃ 范围内的勃度。除了煤沥青本身的组成和结构影响外,外加的其他物质能够降低沥青的表面张力和勃度。 111 什么是煤沥青的结焦值和挥发分,其值高低取决于哪些因素? 煤沥青的结焦值是评价煤沥青质量的重要依据,它与煤沥青的挥发分含量和高分子组成含量密切相关,高软化温度煤沥青结 焦值高。煤沥青结焦值在一定程度上还取决于焙烧过程中的某些条件(如升温速率、加热持续时间、挥发分排出时的阻力等)。若升温速率比较缓慢,则结焦值较大,即慢速升温有利于提高炭坯中煤沥青的结焦值;挥发分排出时,阻力增大(例如加压焙烧时),也会导致结焦值增加。一般中温沥青的结焦值在52 %以下,改质沥青结焦值可提高到55 %一65 % ,炭糊料中沥青的结焦值比单独沥青炭化时的结焦值要高一些。煤沥青的结焦值对焙烧品的机械强度、气孔率、密度和电阻率等都有明显的影响。对于提高炭材料密度和机械强度而言,希望煤沥青的结焦残炭值尽可能高一些。 通常也可由煤沥青的挥发分含量来评价其结焦值高低。煤沥青的挥发分含量越高,则其结焦值越低。炭材料用中温沥青的挥发分含量定为55 %一75 %。挥发分含量说明煤沥青结焦残炭率变化趋势,其随测定方法不同而异,在表征煤沥青结焦残炭方面只是一个相对数据。在焙烧过程中生坯所含煤沥青孰结剂焦化后的残炭量要比测挥发分含量后所得的残炭量要高得多,故挥发分含量大小只能相对说明煤沥青结焦残炭值的高低。 112 煤沥青的溶剂萃取组分分析原理是什么,它可分为哪几种组分? 由于煤沥青是一种成分复杂、多变而又相互结合的多环芳香烃为主的高分子物质组合,难以精确测定其化学结构,并且难以从煤沥青中提取单独的具有一定化学组成的物质,囚此常用溶剂组分分析法(也称族组成分析法)将煤沥青分离为不同的儿个族组分,了解煤沥青不同组分分布以及各组分不同的物理化学性质,即可在某种程度上了解煤沥青的组成情况。 煤沥青的溶剂萃取组分分析原理是,根据化学相似相溶原则,即两种物质的分子大小、元素组成、化学结构和性质愈相似,就愈能很好地互相溶解,囚此,用同一种溶剂抽提出来的一组物质,其物理化学性质都比较相似,并且各组分的产率取决于 溶剂的本质。一般而言,溶剂的表面张力越大,其溶解煤沥青的能力也随之增大。 我国常采用甲苯(或苯)和喳琳为溶剂将煤沥青分为4 种组分,其流程如图2 一1 所示。从不同原料来源和不同软化温度的沥青中分离出的各树脂组分性质有一定差异,但同一种沥青中各树脂成分的平均相对分子质量、C / H 原子比以及芳烃缩合程度均按y 、召、a 顺序增大。 113 煤沥青的(甲)苯不溶物组成是怎样的,它在薪结剂中起什么作用? 煤沥青不溶于(甲)苯的组分(Tl 或BI )是由多种不同化学成分的高分子碳氢化合物组成的混合物,它是煤沥青焙烧形成勃结焦的主要组分,主要起勃结桥作用,其结焦值可达90 % , 95 % ,即在焙烧过程中使骨料炭颗粒和粉料结合成一个整体,对骨料的焦结起重要作用,影响着炭材料的密度、强度和导电率等性质。TI (或Bl )具有热可塑性。 Tl (或Bl )含量应保持在一定范围内,其含量过低,会影响焙烧制品的强度和气孔率(即强度低,气孔率大),但其含量过高,会影响煤沥青在混捏时的勃结性能。Tl (或Bl )平均相对分子质量为1200 一2100 ,碳的质量分数为90 %左右,氢的质量分数为3 %左右,C / H 原子比为1 . 53 左右,外观为黑棕色粉末,具有稳定的组成。Tl (或Bl )有助于降低煤沥青孰度对温度的敏感性,它对固体炭质物料湿润能力差,在焙烧过程中,它与石油质和沥青质一起焦化,有促进后两者生成强固致密勃结焦的作用。煤沥青的结焦值随着所含Tl (或BI )增加而提高,其最重要的功能是提高炭制品的强度。 114 煤沥青的喳琳不溶物的组成是怎样的,什么是原生QI 和次生QI ? 哇琳不溶物(Ql )为煤沥青中不溶于哇琳的组分,又称为高分子a 树脂。QI 的平均相对分子质量为1800 ? 2600 ,碳的质量分数为93 %左右,氢的质量分数为3 %左右,C / H 原子比大于1 . 67 。按Ql 的形成过程划分,可将其分成原生Ql 和次生Ql 。原生Ql 是在煤焦化过程中形成的,其含量主要与炼焦工艺条件有关。原生Ql 存在于煤焦油中,对煤焦油进行蒸馏时,原生Ql 又转移到煤沥青中。原生Ql 颗粒大小在0 . 5 ? 30 拜m 之间。原生Ql 包含无机Ql 和有机Ql 两部分,有机Ql 占98 %左右。无机Ql 是煤中的灰分颗粒和炼焦过程中落入煤焦油中的其他无机物(如耐火砖粉末和氧化铁粉等)。原生有机Ql 是在炼焦时煤热解生成的和热解产物热聚合形成的大分子芳烃,其性质与炭黑类似,因其表面活泼,沥青中油质部分常附着在其表面,有机Ql 颗粒大小约1 拜m ,它还包含少量大于10 拌m 的煤和焦炭粉末,其C / H 原子比为3 . 5 ? 4 . 0 。次生Ql 是在煤焦油蒸馏过程中由原生Ql 以外的其他物质缩聚而形成的相对分子质量更大的芳烃聚合物,呈非硬质颗粒状态,其大小为1 一100 拜m , C / H 原子比为2 . 0 一2 . 5 。煤沥青经液相炭化反应也可形成次生Ql , 常称之为炭质中间相。热聚合法生产的改质沥青含有一定量的中间相,而用闪蒸法生产的改质沥青基本上不含中间相。Ql 对炭质骨料无润湿和茹结能力,是沥青炭化形成勃结焦的主要成分。Ql 组分单独炭化时不软化熔融,属难石墨化组分,是煤沥青中的惰性成分,生成的焦呈各向同性。在煤沥青焦化过程中,Ql 不利于煤沥青中间相的生长,它是妨碍煤沥青形成纤维状结构的成分。适量的Ql 有利于提高煤沥青焦化时的残炭量,从而有利于提高焙烧品的密度和机械强度。一定量的均匀分布的原生Ql 粒子可促进固体炭质物料与煤沥青勃结剂生成各向同性结构炭,有利于提高炭材料的机械强度。增加煤沥青中Ql , 可使沥青焦结构增强,但过量时将降低沥青的载结性能,使煤沥青流动性变差。 115 为什么国外煤沥青质量指标对中间相含量有要求? 我国煤沥青质量指标中对中间相含量无要求,而国外早就有此指标要求,例如欧洲煤沥青技术指标中规定中间相( l 拜m ) 含量不高于3 %。这是由于煤沥青所含中间相组分对炭材料生产制备带来以下两方面的问题:( l )煤沥青所含中间相组分在混捏过程中被破坏,这些被破坏的中间相能在炭质物料颗粒周围形成一薄层,它能降低煤沥青对炭质物料的润湿性,阻碍煤沥青向炭质物料微孔内的渗入,从而降低了煤沥青与固体炭质物料的结合强度,导致焙烧时炭质物料与勃结焦界面产生裂纹,使炭材料的强度降低;( 2 )对于焙烧时煤沥青勃结剂与固体炭质物料的“焦结”,中间相的发展是利少弊多,这是由于中间相的平面状分子会沿其接触的固体炭质物料表面平行排列,形成了炭质物料与煤沥青界面的相对平行定向,使其勃结减弱并且易产生勃结焦局部解理断裂。 116 煤沥青的声树脂是什么,它在勃结剂中起什么作用? 月树脂是煤沥青中溶于哇啦但不溶于(甲)苯的组分,又称为沥青树脂,是中、高相对分子质量的稠环芳烃,勃结性好,是煤沥青勃结剂中起勃结作用的主要组分,其含量等于煤沥青Tl (或Bl )与Ql 的差值(即Tl (或Bl )一Ql ) ,平均相对分子质量为1000 ? 1800 ,碳的质量分数为91 %左右,氢的质量分数为4 %左右,C / H 原子比为1 . 25 一2 . 00 。月树脂常温时呈固态,加热时熔融膨胀,焙烧后大部分形成焦炭,其含量高低直接影响着炭材料的密度、强度和导电性能等。 月树脂含量对炭糊的塑性起主要作用,并且对焙烧品的物理化学性能(如电阻率、热导率、机械强度等)都有明显影响。一般认为,月树脂含量越高,越有利于提高炭材料的上述性质,煤沥青勃结剂的质量越好。卢树脂对于增强勃结剂沥青的勃结性具有非常重要的意义,煤沥青的勃结力随召树脂含量的增加而增大,但尹树脂含量高到某种程度后,煤沥青勃度增大,煤沥青与炭质粉料之间的接触性能变差,此外,随着煤沥青月树脂含量增加,将使压粉成型时的弹性后效增大。 月树脂结焦性能好,焙烧结焦值高,载结焦孔壁结实,结构呈纤维状,具有较好的易石墨化性能;煤沥青月树脂含量有利于提高炭材料强度和降低材料电阻率。对煤沥青勃结剂的质量进行评价时,特别重视其口树脂含量。 117 煤沥青的(甲)苯可溶物的组成是怎样的,它在勃结剂中起什么作用? 煤沥青中溶于(甲)苯的组分(TS 或BS ) ,又称为低分子T 树脂,平均相对分子质量为200 一1000 , C / H 原子比为O , 56 一1 . 25 ,常温下呈带勃性的深黄色半流体,具有良好的流动性、浸润性,但结焦残炭值低,挥发分大,y 树脂单独炭化时生成纤维状结构。y 树脂在煤沥青中的功能是降低沥青的豁度,使沥青易于被炭质骨料吸附,增加糊料的塑性,有利于成型。y 树脂含量少,煤沥青流动性差,可塑性差,焙烧收缩小;y 树脂含量多,煤沥青流动性好,挥发分大,但过量的y 树脂会降低沥青的结焦值,并且焙烧时炭坯收缩大,从而影响焙烧品的密度和机械强度。 118 炭材料生产用浸渍剂有哪)L 种类型? 在炭材料生产中,根据对炭一石墨材料性能改善的不同需要,一般采用以下儿类浸渍剂: ( l )煤沥青或石油沥青。用于浸渍石墨电极的接头坯料、高功率石墨电极和超高功率石墨电极的焙烧品本体等。目前,我国普遍采用煤沥青来浸渍电极坯料,而美国等国则采用石油沥青来浸渍电极坯料。 ( 2 )树脂。主要用于浸渍石墨材料以制备化工用不透性石墨。 ( 3 )低熔点金属。主要用于浸渍一些特殊用途的石墨制品,如转子发动机刮片、滑动电接点等。 ( 4 )润滑剂。主要用于浸渍石墨制品,旨在提高石墨材料的抗磨性,如制造含油轴承、滑动触点、高空或水下电机用电刷空自不士。 119 炭材料的浸渍为什么要采用低QI 含量的浸渍剂沥青? 浸渍剂沥青中所含杂质是影响浸渍效果的主要因素。浸渍剂沥青中以Ql (喳琳不溶物)为代表的杂质微粒容易堵塞炭材料的气孔,使浸渍难以进行。对于煤沥青对炭制品的渗透率研究表明,如果煤沥青中Ql 含量为零,则浸渍渗透率分别为压力、温度和勃度的函数,即煤沥青对多孔炭材料的渗透仅受压力、温度和猫度的影响;如果煤沥青中含有Ql ,则浸渍渗透率主要取决于Ql 含量、Ql 类型和颗粒尺寸,即浸渍效率受Ql 的类型及其含量的影响。在炭制品浸渍过程中,浸渍效果会随着煤沥青中Ql 含量的增加而变差。这是由于煤沥青中所含Ql 颗粒会形成滤饼,它停留在炭材料基体表面,从而使煤沥青进入基体的阻力加大,浸渍效果变差,这样就很难达到均匀浸透的要求,其结果是外层浸入的沥青多,二次焙烧时结焦炭多,体积密度大,而中心部分浸入的沥青少,二次焙烧时结焦炭少,体积密度小。浸渍剂煤沥青中所含Ql 分为原生Ql 和次生Ql 。在炭材料浸渍过程中,由于煤沥青所含的原生Ql 为固体硬质颗粒,囚此微米级原生Ql 颗粒会在多孔炭材料表面形成不透性沉积层(滤饼),它们堆积在制品开口气孔处,阻碍浸渍的进行,并且随着堆积厚度增加,其渗透阻力增大。浸渍剂沥青所含稠环芳烃构成的次生Ql 虽非硬质颗粒,呈胶体状,但其也能在多孔炭材料表面形成接近非浸透的薄表面层,同样阻碍沥青向炭材料制品内部渗透,降低煤沥青的浸入率,直接影响浸渍效果。因此,在炭材料的浸渍处理时应该采用低Ql 含量的专用浸渍剂沥青。 120 与浸渍效果相关的浸渍剂沥青的性质有哪些? 浸渍剂沥青的性能是决定浸渍效果的主要影响因素,其中对炭材料浸渍渗透效果影响最大的是浸渍剂沥青的勃度和哇琳不溶物Ql 含量。浸渍剂沥青的主要性质包括: ( l )相对密度。浸渍剂沥青的相对密度与增重直接相关;浸渍剂沥青的相对密度越大,其结焦残炭率也越高。 ( 2 )勃度。浸渍剂沥青在一定温度下进入焙烧坯料气孔中主要靠勃滞流动,因此,使用低勃度的浸渍剂沥青较容易渗透到较小的气孔中,同时能使达到同样增重时所需的浸渍压力减小和浸渍时间适当缩短。极生产企业的欢迎。 122 炭材料生产用添加剂有哪几种类型? ( l )改善糊料塑性的添加剂。如硬脂酸、油酸、石蜡和皂片等; ( 2 )降低孰结剂和浸渍剂孰度的添加剂。如葱油和煤焦油等; ( 3 )提高挤压成型成品率的添加剂。如压型油; ( 4 )气胀抑制剂。如氧化铁、氧化镍、氧化钦等; ( 5 )石墨化催化剂。如氧化铁等; ( 6 )提高勃结剂结焦值的添加剂。如硝酸铝、硝酸铁和三氯化铝等。 3 炭质原料的锻烧 123 什么叫锻烧,哪些炭质原料需要锻烧? 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。锻烧是炭材料生产的第一道热处理工序。锻烧使炭质原料的组织结构和物理化学性质发生深刻的变化。一般炭质原料采用燃气及自身挥发分锻烧时锻烧温度为1250 一1350 ℃ ,而电锻烧温度可达1500 一2000 ℃ 国外的锻烧操作一般在原料生产厂家进行,属于炭质原料预处理的范畴。我国炭材料生产用炭质原料的锻烧多数在炭材料生产厂家进行,但目前由原料生产厂家完成炭质原料的锻烧呈上升趋势,这样,原料生产厂家就可直接向炭材料生产厂家提供锻后炭质原料,而炭材料生产企业无需进行锻烧生产。无烟煤以及延迟焦化法生产的石油焦和沥青焦都需要进行锻烧,而冶金焦成焦温度较高,挥发分含量很低,一般不需要锻烧,只需烘干水分就可使用,天然石墨和炭黑也不需要进行锻烧。 124 炭质原料锻烧的目的是什么? ( 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。 125 为什么要在锻烧过程中充分排除炭质原料的水分和挥发分? 进厂炭质原料的水分为3 肠~10 %。原料如含有较多的水分,不仅破碎、磨粉和筛分等作业无法进行,而且水分还影响勃结剂对原料颗粒的润湿和吸附,原料水分大,所制得的炭糊料难以成型,故一般要求锻后炭质原料的水分不大于0 . 3 %。炭质原料在锻烧过程中随热处理温度的升高而排出的可燃性气体称为挥发分。石油焦、沥青焦和无烟煤都含有大量挥发分,其挥发分含量的高低取决于成焦温度的高低或变质程度。如果锻烧时炭质原料所含挥发分未充分排除,则挥发分将延至生坯在焙烧热处理时排出,导致生坯发生较大的收缩而产生变形,甚至导致生坯开裂。所以必须在锻烧热处理时充分排除炭质原料所含的挥发分。 126 锻烧过程中炭质原料所含挥发分是如何逸出的? 一般炭质原料从200 ? 300 ℃ 开始逸出挥发分,在此低温阶段从原料中排出的挥发分是其含有的轻馏分。炭质原料的挥发分逸出量随锻烧温度的升高而增多,在一定温度范围内,其挥发分排出量达到最大值(石油焦和沥青焦为500 一700 ℃ ,无烟煤为700 一850 ℃ ),随后继续升温,炭质原料的挥发分逸出速率减缓,当温度达到1100 ℃ 以上时,炭质原料的挥发分逸出基本停止。经过1250 ? 1350 ℃ 的锻烧处理,炭质原料的挥发分含量一般在0 . 3 %以下。相对而言,锻烧热处理时无烟煤的挥发分逸出过程比石油焦平稳。 127 炭质原料在锻烧过程中是如何发生体积收缩的? 所有炭质原料在锻烧过程中都会逐渐发生体积收缩,这是伴随着炭质原料所含挥发分的排出以及热解缩聚反应导致结构变化,使炭质原料块体致密化而引起的,从而有效地提高了炭质原料的真密度和机械强度。 对于延迟焦来说,700 ℃ 以前,由于发生剧烈的热解缩聚反应,其体积收缩较大;700 一1000 ℃ 温区内,延迟焦的体积收缩速率有所减缓;1000 ℃ 以后,焦炭进行结构收缩并产生许多微裂纹,这些裂纹直接导致锻烧炭质原料产生破碎现象。即使锻烧温度升至1200 一1300 ℃ 这种体积收缩(致密化)仍在继续进行。炭质原料挥发分含量大并在锻烧时排出量多,则其收缩程度越大,锻后延迟焦和无烟煤的体积收缩在20 %一30 %范围内。128 锻烧过程中炭质原料的真密度是如何变化的?炭质原料在锻烧过程中真密度的变化与锻烧温度呈线性关系,即随其锻烧温度上升而增大。各种炭质原料锻烧后的真密度都有较大幅度的提高,例如石油焦的线 提高到锻后的2 . 04 一2 . 129 / cm , ,增加幅度高达40 % 以上。炭质原料在锻烧过程中真密度的提高,主要是由于其在高温下不断逸出挥发分并同时发生热解缩聚反应,导致结构重排和体积收缩的结果。一般来说,在同样锻烧温度下,锻后炭质原料的真密度越大,则这种炭质原料越容易石墨化。 129 炭质原料的电阻率随热处理温度变化的趋势是怎样的? 炭质原料电阻率随锻烧温度的变化可划分为4 个温度区:( 1 ) 500 一7O0oC 时,炭质原料的电阻率最大,这对应着延迟焦化的温度范围。 ( 2 ) 500 ? 1000 ℃ 时,炭质原料的电阻率随温度升高呈直线 拜n · m 降至数百拜口· m ,这对应着锻烧热处理阶段,即在锻烧过程中,炭质原料的电阻率随锻烧温度升高而直线 ℃ 后逐渐转为平缓。炭质原料锻烧过程中导电性能的显著提高是挥发分逸出和分子结构重排的综合结果,尤其是锻烧物料所含炭质微晶尺寸的逐渐增大。 ( 3 ) 100 。~2200 ℃ 时,炭质原料的电阻率略有降低,基本趋于稳定变化状态,这对应于燃气锻烧的终温区(1350 ℃ 左右)和电锻烧温度区间(1500 ? Z000oC ) ; ( 4 ) 2200 ℃ 以上,炭质物料的电阻率随热处理温度升高而进一步降低,这对应于石墨化热处理阶段,这时与炭质物料的石墨化有关。 经过相同温度锻烧后,石油焦的电阻率最低,沥青焦的电阻率略高于石油焦,冶金焦的电阻率又高于沥青焦,无烟煤的电阻率最高。无烟煤的电阻率不仅与锻烧程度有关,而且与其灰分含量有关,无烟煤灰分含量越大,锻烧后电阻率越高。 130 锻后炭质原料抗氧化性能提高的原因是什么?随着锻烧温度的升高,炭质原料所含低分子化合物和杂原子以挥发分形式脱除,降低了炭质原料的化学活性。同时,在锻烧过程中,炭质原料热解逸出的碳氢化合物在原料颗粒表面和孔壁沉积一层致密有光泽的热解炭膜,其化学性能稳定,从而提高了锻后炭质原料的抗氧化性能。 131 为什么锻烧后炭质原料的灰分略有增加? 这是因为,一方面,由于炭质原料在锻烧高温处理时会产生一定程度的氧化烧损,从而增加了灰分含量;另一方面,由于炭质原料在锻烧过程中要逸出10 %以上的挥发分,炭质部分基准数量的减少使得灰分含量有所增加。 132 锻烧温度是如何确定的? 锻烧温度实际上是指锻烧的最高温度毅烧温度的确定要视 256 为什么要提倡干料单独预热处理工艺? 炭质物料的干混不只是一个炭质颗粒料粒度均匀分布的过程,更为重要的是,它是一个预热过程。为了使熔融液态煤沥青能很快地润湿固体炭质物料表面,并进一步渗透到炭质物料的孔隙中,必须首先将固体炭质物料预热到与熔融沥青相匹配的温度,最好是像逆流式强力混捏机那样单独对炭质物料进行预热处理。但目前我国广泛采用的双轴搅拌混捏机还是在干混时混匀固体炭质物料的同时实现对炭质物料的预热,干混时间一般为15 一20min 。由于干混兼顾混匀和预热双重作用,并且间接加热效率低,加热温度不均匀,存在着许多对混捏生产产生负面影响的问题,因此有时被迫通过延长干混时间以使干料达到所需的温度。但干混时间过长,就会导致大颗粒物料被挤碎及增加粉料损失量(被通风装置抽走),破坏原来制定的配方中的粒度组成,从而导致煤沥青用量产生偏差,直接影响到糊料质量的稳定性。Eirich 强力混捏机采用以炭质物料为电阻料的电加热方法进行单独预热,可以将炭质物料加热到比较高的温度,并且保证大颗粒料的内外温度均匀,炭质物料的粒度组成也不会发生变化,从而为具有良好可塑性的均质糊料生产提供了保证。囚此,干料单独预热处理工艺是提高混捏质量的一个有效措施,同时也是我国双轴搅拌混捏机进行设备改造的发展方向。 257 如何控制糊料混捏温度? 混捏温度是影响混捏效果的主要因素。混捏温度可分为加热介质温度和糊料温度两个温度概念。在固定的加热条件下,加热介质温度可以看作是稳定的。加热介质温度主要根据煤沥青的软化温度和勃度变化规律来确定。如采用中温沥青,当蒸汽压力达到0 . 4 ? 0 . SMPa 时,加热介质温度一般可达到140 ? 150 ℃ ,这足以保证糊料温度达到135 ? 145 ℃ 。如采用改质沥青,那么导热油到达混捏锅时的温度应有190 ? 200 ℃ ,这样可使糊料温度达到160 一18OaC 。混捏温度主要影响煤沥青的勃度和表面张力。混捏温度低时,煤沥青勃度大,浸润效果差,混捏不均,不能使固体炭质物料与煤沥青均匀混合,煤沥青对干料的润湿勃附不好,甚至糊料中的生碎硬块也不能均匀融化开,导致生坯结构不均和制品性能不均,同时混捏设备负荷加重,影响其使用寿命。混捏温度高时,煤沥青勃度小,浸润效果好,混捏均匀,成型生坯结构均匀。提高混捏温度对煤沥青充分浸透到炭质物料中是有利的,但混捏温度过高时,煤沥青性能变化,轻质组分分解和挥发,部分组分发生缩聚反应,分布于固体炭质物料颗粒表面的沥青层有可能受到空气氧化,使糊料塑性变差,炭糊料变硬或发散,且妨碍糊料的均匀冷却,成型性能变差,成型成品率降低。 糊料的最适宜混捏温度应根据煤沥青的流变性能而定,即根据所采用煤沥青的勃度一温度曲线确定,混捏温度应选在煤沥青勃度处于稳定低勃度阶段时的温度。一般来说,混捏温度(或出糊温度)一般应控制在比煤沥青软化温度高出50 ? 80 ℃ 范围内,在此温度下煤沥青具有很好的流动性和浸润能力。采用中温沥青作孰结剂混捏时,糊料混捏温度应在130 一155 ℃ 范围内。采用改质沥青或高温沥青为勃结剂时,混捏温度应在160 ? 200 ℃ 范围内。采用煤焦油或葱油与煤沥青组成的混合勃结剂时,混捏温度可适当降低。在混捏过程中,不允许混捏温度降低到规定温度以下,否则会降低煤沥青孰结剂对固体炭质物料的浸润性和糊料的流动性,使混捏困难。当加热蒸汽压力不足0 . 4MPa 时,应延长混捏时间,加热蒸汽压力低于0 . 35MPa 时,不应加入煤沥青。混捏温度与气候也有一定关系,即混捏对气候比较敏感。夏季,混捏温度可稍低;冬季,混捏温度应适当提高。这是由于冬季气温低,糊料出锅后散热快,因此,冬季的混捏温度应比其他季节稍高一些。 255 混捏时间是根据什么确定的? 间歇式作业混捏机的混捏分干混和湿混两个阶段,加入干料后先干混15 ? 20min ,使炭质物料颗粒混合均匀,并将干料颗粒加热到与熔融沥青相近的温度,然后再加入煤沥青与干料颗粒继续搅拌混捏30 一50min (即湿混),成为可塑性良好的糊料。混捏时间的长短应考虑以下几方面的因素: ( I )加热介质温度较低时,应相应延长混捏时间;加热介质温度较高时,可适当缩短混捏时间; ( 2 )采用较低软化温度的煤沥青时,在同样的混捏温度下可适当缩短混捏时间; ( 3 )配料中粉料数量越多,在同样加热介质温度下应适当延长混捏时间,这是因为粉料比表面积大,被煤沥青润湿、渗透和混合均匀需要较长的时间; ( 4 )加入生碎时,应适当延长混捏时间; ( 5 )混捏物料数量增多时,混捏时间要相应延长; ( 6 )过分延长混捏时间,就会导致糊料“老化”,· 糊料塑性下降,所以在实际生产中如果己经混捏好的糊料因故暂时不能卸出,则应暂停搅拌或每间隔10 一15min 搅拌2 一3min ,直至卸出糊料; ( 7 )混捏时因故短时间停机,应保温并延长混捏时间,但糊料在混捏锅内停留时间过长则应做报废处理; ( 8 )干混时间过长,就会导致大颗粒被挤碎并增加粉料损失量(被通风装置抽走),从而破坏配料的粒度组成。 25 ,影响混捏质量的因素有哪些? ( l )混捏温度。混捏温度降低,沥青勃度增大,其流动性变差,沥青对干料的浸润性不好,造成混捏不均,会造成夹干料现象,导致糊料塑性变差,不易成型,并且生坯疏松且结构不均 匀。随着混捏温度的升高,糊料塑性变好,有利于提高混捏质量以及糊料的成型。但混捏温度也不能太高,因为在高温下煤沥青的轻质组分会分解逸出,糊料老化,造成糊料塑性变差,也不利于糊料的成型。 ( 2 )混捏时间。混捏时间短,糊料混捏不均匀,沥青对干料浸润渗透不够,甚至会出现夹干料现象,糊料塑性较差。特别是一F 混时间短,则干料温度低,会使随后加入的液体沥青温度降低,从而导致沥青勃度增大,影响沥青在干料表面的铺展和粘附,使糊料塑性变差,成型品容易产生裂纹。适当延长混捏时间,可以使糊料混捏更均匀,糊料塑性变好。但混捏时间过长,对糊料的均匀程度提高甚微,反而使干料粒度组成发生变化(因大颗粒遭到破碎),并且沥青轻质组分逸出以及氧化程度加深,糊料质量变差。 ( 3 )干料性质。干料颗粒表面粗糙,气孔多,则煤沥青能很好地粘附在颗粒表面,糊料塑性好。干料颗粒粒度组成相差越大,则混合均匀性和密实性越高。配料中如有生碎,则投料时先加入生碎。干混投料时,如果各粒级料单独加入,则应按堆积密度由小到大的次序依次加入混捏机内,以免发生干料分层和离析现象。 ( 4 )载结剂用量。勃结剂用量过少,则糊料发干,干料颗粒表面不能形成均匀涂布的沥青薄膜,糊料塑性变差。随着勃结剂用量的增大,糊料的流动性变好,均匀性提高,糊料的塑性就越来越好。但勃结剂用量过多,则生坯容易变形弯曲,焙烧废品率提高。在混捏温度一定的情形下,勃结剂的勃度越低,勃结剂对干料的浸润能力越强,糊料的流动性越好,混捏易均匀,糊料塑性越好。 260 如何检查混捏均匀度? 炭材料生产中检查混捏质量主要用肉眼观察糊料的塑性,或者用分析方法分析混捏后各部分所达到的均匀分散程度,常用的方法有以下两种: ( l )固体物料的混合均匀度。一般在干混结束后,从混捏机内取少量试样进行筛分析,检查筛分结果是否与配方中规定的粒度组成接近。 ( 2 )勃结剂的分散度。从混捏机内不同部位取样分析其挥发分含量,如儿个挥发分数据差别大,则认为勃结剂分散程度差,混捏效果不好。如儿个挥发分数据接近,则认为勃结剂分布均匀,混捏效果好。加入无机物添加剂时,可通过分析混捏机不同部位糊料的灰分含量,来判断添加剂在糊料中的均匀分散程度。261 如何判断糊料的含油量? 糊灰白色,小块料多,大块料少,糊发散,说明勃结剂用量少;糊黑亮,大块料多,小块料少,说明勃结剂用量大;糊料大小块各半,大块料为50 一70mm ,说明勃结剂用量适中。262 沥青用量过多时,为什么不能用干料调配?载结剂煤沥青的用量取决于炭质物料颗粒的表面积及其对沥青的吸附能力,按规定加入一定量的沥青,可使糊料混捏均匀并且塑性好。在混捏过程中,当干料加入量过多时,可加入沥青进行调配。但如果沥青量加入过多时,则不能加入干料调配。这是因为所加干料颗粒的流动性不如液态沥青,它不能均匀地分布在整个糊料中,而是在糊料局部集结,出现夹干料现象,从而导致整个糊料质量不均匀。 263 加入表面活性增塑剂对煤沥青和糊料有什么效果? 采用添加表面活性增塑剂,可以改善煤沥青的流变性能和糊料塑性。添加少量表面活性增塑剂,就能显著地降低煤沥青的表面张力和孰度,提高煤沥青对炭质物料的浸润和渗透能力,改善混捏质量,提高糊料塑性,还可减少煤沥青用量,降低混捏温度和缩短混捏时间,减少糊料与成型嘴子的摩擦阻力,改善成型条件,提高生坯成品率、体积密度和内在质量。由于表面活性增塑齐U 对炭质物料表面有化学吸附作用,使炭质物料与煤沥青茹结剂之间的亲和力增强,因而有利于提高炭制品的性能。固体炭质物料经过增塑处理后,煤沥青与炭质物料的载结状况大为改善,糊料也具有良好的挤压特性。 从炭材料工业生产来看,向煤沥青中或在混捏过程中加入少量表面活性增塑剂,可起到如下效果:手感糊料塑性明显提高,下料温度比较好控制,糊料块度大小适中,表面光亮沙粒状不再出现,糊料均匀性提高,挤压成型的生坯表面光滑,有光泽,剪切口整齐紧凑,挤压压力适中且稳定和速度均匀,生坯合格率、压型成品率和生坯体积密度均有所提高。 264 表面活性增塑剂有哪些种类,硬脂酸的结构和降豁增塑原理是怎样的? 炭材料生产用表面活性增塑剂包括硬脂酸、皂片、石蜡、油酸等,其价格适中,加入量一般为糊料的0 . 3 % ? 1 . 0 %。它可以有效地降低煤沥青的勃度和改善糊料塑性及润滑性。 硬脂酸(学名十八烷酸)的分子式为(: l 了H35C ( X ) H ,纯品为带有光泽的白色柔软小片,工业品为微黄色,含少量软脂酸和不饱和脂肪酸,密度为0 . 949 / cm , ,熔点为70 ? 71 ℃ ,沸点为383 ℃ 360 ℃ 时分解,其沸点远远高于煤沥青熔化、糊料混捏和成型温度,适合于炭材料生产应用。 硬脂酸呈不对称的线状结构,其一端是活性极化基团一梭基(亲水基),另一端是非活性的亲油烃基( r 曾水基)。当硬脂酸溶于煤沥青中时,根据极性相似相吸、极性相异相斥原理,其亲油基与沥青非极性分子相吸引而结合于沥青,亲水基与沥青非极性分子相排斥而离开沥青。为了克服这种不稳定状态,硬脂酸分子就只有占据到沥青液体表面,将亲水基伸向外面,亲油基深入沥青中,结果硬脂酸分子吸附在两相界面上,沥青表面的一些分子被硬脂酸分子取代,产生“表面过剩”,使两相间的界面张力降低,煤沥青的缔合度降低,从而显著降低煤沥青的表面张力和黍占度。 265 表面活性增塑剂的加入方式是怎样的? 表面活性增塑剂的加入方式有如下几类: ( l )煤沥青熔融时直接加入沥青中,用压缩空气充分搅拌均匀; ( 2 )在混捏后期出糊前5 一10min 中加入; ( 3 )干混时固体炭质物料加入后加入表面活性增塑剂,它与干料一起混合,使炭质物料颗粒表面先涂上一层表面活性增塑齐U ,可以降低炭质物料一煤沥青界面上的表面张力,改善煤沥青在炭质物料表面的浸润性能,从而使糊料具有良好的可塑性。 266 为什么要对煤沥青进行熔化处理 煤沥青在使用前必须先进行熔化处理,其主要口的是:( ”脱除煤沥青中的水分,使煤沥青所含水分由原来的5 % 左右降至0 . 2 %以下; ( 2 )脱除杂质,使杂质沉降到熔化槽底部并定期集中除去;( 3 )将煤沥青加热到工作状态,以保证混捏和浸渍工序的正常进行。 267 煤沥青豁结剂在使用前为什么必须脱除水分,煤沥青所含水分形式有哪几类? 水分是煤沥青孰结剂的重要指标,煤沥青必须经过熔化脱除水分后,才能作勃结剂使用。这是由于煤沥青属亲油憎水物质,如果固体炭质物料表面吸附煤沥青中的水分,产生了强极性吸附层,就会显著地降低煤沥青对固体炭质物料的润湿作用,从而影响煤沥青与炭质物料的勃结强度。另一方面,煤沥青水分过大,不仅不能直接使用,而且煤沥青脱水不净,加热时煤沥青将涨化,对炭材料性能极为有害。 由于煤沥青是在水中冷却成型的,故其总带有若干水分。煤沥青所含水分以两种形式存在,一种是外在混合水(或称为游离水),其加热到100 ℃ 以后就可脱除,另一种为内在乳化水,必须在130 ℃ 以上才能脱除。在内在乳化水分脱除时,会产生许多泡沫,使煤沥青体积胀大,因此在装料时不宜过满,以免煤沥青在急剧受热时体积胀大而溢出。只有脱水至泡沫消失,才符合炭材料生产要求。高温沥青粉在使用前可用热空气驱除其所含水分。 268 煤沥青的熔融温度为多少? 煤沥青装入熔化槽内,在130 一150 ℃ (中温沥青)或170 ? 200 ℃ (改质沥青或高温沥青)的温度下熔化静置48h 以上,使煤沥青的水分含量降至0 . 2 %以下,同时杂质也沉降到槽底被集中除去。熔化温度低,煤沥青中水分不能脱除,影响糊料塑性,易产生成型废品;熔化温度过高,煤沥青分解并老化,其浸润性减弱,降低煤沥青的勃结性能。 采用改质沥青时煤沥青的熔融温度应控制在190 ℃ 左右;采用中温沥青时,熔化好的沥青温度应为130 ~巧O ℃ 。葱油或煤焦油水分含量高时,也应在贮槽内加热脱水,使其水分含量降至0 . 5 %以下。在某些情形下,如果煤沥青水分含量不高,也可直接使用固体沥青,使用前先将煤沥青破碎成较小的颗粒或磨成粉末。 蒸汽加热熔化煤沥青时熔化温度为130 ? 150 ℃ ,熔融脱水需4 ? 7 天;而导热油加热熔化煤沥青时熔化温度为150 ? 200 ℃ 熔融脱水仅需2 一4 天。经分析合格的煤沥青通过输送管道送到沥青高位槽,由高位槽再流向混捏锅或浸渍罐中。 26 ,煤沥青老化会使其性能发生什么变化? 煤沥青长期存放后会发生老化现象,特别是在高温下长时间放置,煤沥青性能将产生变化,Tl (或BD 、软化温度和母树脂含量提高,了树脂含量下降。在混捏过程中,如果煤沥青老化,则形成的糊料塑性差。改质沥青在使用过程中需采用热媒油( 260 一290 ℃ )加热,沥青温度保持在160 一200 ℃ ,所以要严格控制放置时间,以免对炭材料生产带来不利影响。 270 煤沥青熔化装备是怎样的? 煤沥青熔化器有静止式熔化器和快速熔化器两种,静止式熔化器是用钢板焊成的熔化设备,有方形,也有圆形。大的静止式熔化器每槽(或每罐)可装50t 煤沥青,内有蒸汽(或导热油)加热的盘管,其可将煤沥青水分脱至0 . 5 %以下,同时将煤沥青所含杂质充分沉淀到底部。熔融脱水时间必须达48h 以上。沥青快熔设备由快熔罐、加热罐和保温罐组成,熔化能力为4 . 5t / h ,熔融时间大约需要sh 。其主体设备为一立式圆筒,内部设有4 排蛇形加热管,采用导热油加热。熔化过程为先将固体沥青破碎至15mm 以下,然后加入熔化好的液体沥青中进行强制循环,同时通过与导热油的热交换而达到快速熔化的目的。由于沥青快熔罐与沥青加热罐间有连通管,所以快熔罐内沥青呈液一固混合状态,这样有利于沥青的熔化。往熔化罐投料时,温度应不低于130 ℃ ,一次加料至埋上第一搅拌叶后停止,加热Zh 后,当沥青温度达到130 ℃ 以上时,可进行点动搅拌,点动成功时,即可进行连续搅拌。此后部分液体沥青进行再循环,合格液体沥青经加热罐升温后进入保温罐贮存待用。 271 逆流式强力混捏机的结构是怎样的? 逆流式强力混捏机(又称艾立许强力混捏机)是由德国 Eirich 公司制造的,其结构(如图6 一2 所示)与双轴搅拌混捏机完全不同。该混捏机的机体是一个可沿顺时针方向低速旋转(6 ? 12r / min )的圆筒,圆筒内装有1 一3 组立式搅拌器,沿逆时针方向高速旋转(30 一350 : / min ) ,立式搅拌器的形状有犁形和星形两种,犁形搅拌器的作用是将混捏机底部的糊料不断地翻转,而星形搅拌器的作用是使糊料呈浮腾状态,固体炭质物料与载结剂在浮腾状态下混合,从而达到混捏的目的。 272 逆流式强力混捏机工作特点是什么? 逆流式强力混捏机的生产工艺特点为: ( l )先将经过配料系统称量过的固体炭质物料加入到电阻加热器内加热,这个体积为4 耐的加热器可装30ookg 干料,通电后在!Zmin 内将干料由常温加热到170 ℃ 。 ( 2 )预热后的固体炭质物料经下料溜子加入到逆流式强力混捏机中,搅拌2 一3min ,再加入180 ℃ 的液体煤沥青,混捏15min ,混捏温度为160 ? 180 ℃ 。该混捏机本身没有加热机构,全靠干料预热及煤沥青自身带入的热量进行混捏。 ( 3 )向混捏好的糊料喷水冷却,料温每降低10 ℃ ,约需喷入占糊料质量0 . 4 %一0 . 5 %的水,喷水冷却时间只用1 ? Zmin , 喷水冷却时产生的大量水蒸气和沥青烟立即被抽走。喷水冷却过程由计算机控制。 ( 4 )均匀冷却到一定温度的糊料呈散状而不是团块,卸入混捏机下机的保温筒(不带搅拌装置),保持一定温度的糊料运送到成型机后不需要再凉料。 273 双轴连续混捏机的结构是怎样的? 双轴连续混捏机是由半圆形长条状筒体及两根平行安装的搅拌轴组成,筒体外侧用电或导热油加热。搅拌轴上装有正向搅刀和反向搅刀,正向搅刀数量比反向搅刀多,正向搅刀的作用是搅拌糊料,并将糊料向前推进,反向搅刀的作用是增加糊料内部的挤压力。一组双轴搅拌混捏机由结构相同的3 台混捏机呈上下层叠放,即固体炭质物料与茹结剂要经过3 台混捏机连续作业才能得到合格的糊料。这种混捏设备必须与较精确的连续配料系统配合使用,而且一般要求加入固体粉状孰结剂,采用高软化温度煤沥青。双轴连续混捏机主要用于铝电解用阳极糊的生产。 274 什么是加压混捏,加压混捏机的结构是怎样的? 加压混捏是炭质物料与勃结剂加入到有加压装置的混捏设备中,在一定压力(如0 . ZMPa )下进行混捏的工艺过程。生产细颗粒结构的炭制品或耐磨炭制品常采用加压混捏设备,国外对石墨电极接头坯料(细颗粒配方)也使用加压混捏。这是由于制备细颗粒配方的糊料时,炭质物料比表面积较大,采用双轴搅拌混捏机即使经过长时间的混捏,也很难得到混合均匀的糊料,而加压则有利于煤沥青对炭质物料颗粒的吸附和渗透。加压混捏机由机壳、转子(碾压辊)、上顶栓(加压装置)、下顶栓(卸料装置)及加热机构组成。混合料通过上部加料机构进入机内,糊料在两个相对转动的碾压辊之间、碾压辊与上下顶栓之间、碾压辊与机壳内壁的空隙间受到不断变化的剪切、混合、碾压和搓压作用。混捏过程只需要10 ? 15min 。 275 糊类成型机的结构是怎样的? 商品糊经过混捏后即可使用,其混捏后成型不是工艺需要,而是为了便于搬运、保管和计量,大量生产糊类产品时,铸块可采用糊类成型机。 糊类成型机由两部分组成,即一个底部开口并加热的糊料漏斗和在糊料下连续运动并带有若干个成型模的铸板或运输机。成型机是由电机经减速后带动链条传动。链条倾斜地安装在机架上,通过张紧装置张紧。来自混捏机的糊料从加料漏斗加入成型模内,链条向上移动,机架上装有由多排喷水管组成的冷却装置,糊料和模子在向上移动过程中被喷水冷却,到顶部后被翻倒入溜槽内而被运走。 276 混捏设备的加热方式有哪几类? ( l )蒸汽加热。向混捏机的夹套内通人压力0 . 4 一0 . 6MPa 的蒸汽以加热机体和糊料,混捏温度和生产效率受蒸汽压力的影响,如采用较高软化温度的煤沥青时,需要较高的混捏温度,就必须提高蒸汽压力,为此就要改变蒸汽锅炉规格,同时解决机体和蒸汽管路耐压等问题。冬季和夏季即使蒸汽压力相同,采用相同的混捏时间,冬季混捏温度有时会达不到要求,这时必须相应延长混捏时间。 ( 2 )电加热。电加热的方法有电阻丝加热、工频感应线圈加热和电热元件加热等。电加热混捏机加热速率快,能在较短时间内升至所需温度,对使用软化温度较高的改质沥青比较有利。电加热机构比较复杂,如使用不当,混捏温度容易偏高,造成局部糊料老化,电加热元件也容易损坏。逆流式强力混捏机干料的预 热也是通过电极板通电加热的。 ( 3 )导热油加热。加热到一定温度及保持一定压力的导热油在混捏机夹套内流动,将携带的热量通过机体传递给被混捏的物料。导热油在加热炉中需加热到指定温度,nba篮彩。采用中温沥青时,导热油需加热到180 一Z10t ;采用软化温度较高的改质沥青时,需要提高导热油温度,一般为240 ℃ 左右。冬季时导热油加热温度要比夏季相应高50 一60 ℃ 。使用导热油加热的优点是,可随时提高加热温度,并且导热油可循环利用。 ( 4 )利用干料预热和熔融沥青的热量。逆流式强力混捏机本身没有加热机构,由于固体炭质物料单独在电阻加热器内己加热到170 ℃ ,熔融沥青的温度也高达1800C 左右,这样就可靠干料预热及熔融煤沥青自身带入的热量进行混捏。 2 ”采用高温改质沥青作勃结剂时,混捏加热用导热油温度为多少? 炭材料生产采用高温改质沥青时,要求导热油有3 个温度:为了缩短干料预热时间,干料预热要求导热油的温度达到290 ℃ ,使干料温度达到160 ℃ 左右;加入煤沥青后湿混时要求导热油的温度达到240 ? 260 ℃ ;保温时导热油温度应在180 ? 200 ℃ 之间。 278 什么是导热油和导热油热传递系统,评价导热油质量的指标有哪些? 以间接方式将热量从加热单元传递到用热单元的传热介质称为热载体。工业热载体可分为无机热载体(如水蒸气、熔盐等)和有机热载体两大类,有机热载体俗称为导热油。导热油按生产原料不同划分为矿物油型和合成型两大类。矿物油型热传导油以石油加工过程中某段馏分经精制后调配功能添加剂制得;合成型导热油以化工或石油化工产品为原料,经有机合成工艺制得。导热油的最高使用温度可达3 ( ) 0 一400 ℃ 。导热油热传递系统中,导热油从有机热载体炉燃料(煤、油、可燃性气体)燃烧的炉膛中获取热量,从而达到需要的高温,利用高温热油循环泵将热能强制输送到炭材料生产系统中(混捏设备、沥青熔化和浸渍设备等),通过热量交换又回到加热炉中,液相循环,连续往复进行加热。 评价导热油质量的指标有热稳定性、最高使用温度、闪点、初馏点、运动勃度、硫含量、氯含量、水分、残炭、铜片腐蚀、中和值、倾点、密度和自燃点等。 279 导热油加热系统有哪些优点? 导热油的热稳定性能好,可在较低的压力下获得较高的工作温度;导热油加热系统热效率高且能耗低,热媒油炉及所需的配套设施较简单,操作控制方便,维修量小;热媒油炉还可充分利用锻烧工序产生的废烟气进行加热。在炭材料生产中,采用导热油供热已逐渐推广开来,特别是在沥青熔化、混捏和浸渍等_l 序的应用已颇见成效。 280 什么是炭材料的成型? 炭材料的成型是指混捏好的炭质糊料在成型设备施加的外部作用力下产生塑性变形,最终压制成为具有一定形状、尺寸、密实度和强度的生坯(或称为生制品)的工艺过程。炭糊是一种性能比较特殊的物料,在成型过程中,炭糊在外加压力下产生弹性应变、塑性变形和勃性流动等复杂的外形及内部结构变化,其力学性能受温度、压力和时间等囚素的影响。 281 炭材料成型方法有哪几种,它们各适用于哪些制品的成型? 在炭材料生产中,常用的成型方法有模压法、挤压法、振动成型法和等静压成型法。 ( l )模压法。模压法是先按制品的形状和尺寸制成模具,然后将混捏好的糊料按一定数量装入模具内,对糊料施加压力,使糊料压缩成型,最后将压制好的生坯从模具中顶出即可。根据对糊料施加压力的形式不同可分为单向模压(从上部或下部对糊料施加压力)和双向模压(上、下同时对糊料施加压力)。模压法适用于压制3 个方向尺寸相差不大、密度均匀以及结构致密的制品。模压法常用设备为立式液压机。 ( 2 )挤压法。挤压法是将糊料装入油压机的糊缸内,用压机的主柱塞对糊料施加压力,糊料不断密实和运动,最后通过可更换的嘴子挤出所需形状的生坯,达到要求的长度后用切刀切断。在炭材料生产中挤压成型得到广泛应用,可以压制各种制品的毛坯,具有生产量大和生产效率高等优点,适合于压制长条形的圆柱状或管状生坯。挤压法可半连续生产。挤压成型常用设备有卧式液压挤压机(油压或水压)和螺旋挤压机。 ( 3 )振动成型法。振动成型法是将糊料装入模具内,同时在糊料上放置重锤和液压装置施加压力,利用机械的高速振动(频率20 一3OHz ,振幅0 . 1 一3mm ) ,使装在成型模内的糊料处于强烈的振动状态,从而使糊料密实成型。振动成型适合于生产3 个方向尺寸相差不大的粗短生坯和异形生坯。振动成型主要设备为振动成型机。 ( 4 )等静压法。等静压法是将磨好的糊粉装入橡胶或塑料制成的弹性模具内,封好放入高压容器内,用超高压泵打入液体介质(油或水),对装有糊粉的弹性模具从各个方向均匀加压,使糊料受压成型。等静压成型适合生产各向同性生坯和各种异形生坯。等静压成型设备为等静压成型机。 模压成型主要用于电炭行业生产电刷块和机械密封用炭材料的生坯,也可用于尺寸不太大的冷压石墨生坯的生产。挤压成型广泛

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