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针状焦与石墨电极
作者:admin    发布日期:2019/4/13     关注次数:     二维码分享
炭素材料的生产过程是一个严密受控的系统工程,生产石墨电极、特种炭材料、铝用炭素、新型高端炭材料等都离不开原料、装备、技术、管理4个生产要素和相关专有技术的结合运用。

原料是决定炭素材料基本特性的关键要素,原料的性能决定了制造出的炭素材料使用性能。就UHP、HP石墨电极的生产而言,优质的针状焦是首选,还要有优质黏结剂沥青、浸渍剂沥青。但只有优质的原料,缺少了装备、技术、管理要素和相关的专有技术,同样也是生产不出优质的UHP、HP石墨电极的。

本文着重就优质针状焦的一些特性阐述个人的一些观点,供针状焦生产企业、电极生产企业、科研院所的同行们共同探讨商榷。

我国的针状焦工业化生产虽晚于国外企业,但近年来发展很快,目前已初具规模,就生产总量而言基本上可满足国内炭素企业生产UHP、HP石墨电极对针状焦量的需求。但在针状焦质量上与国外企业相比仍有一定的差距,批次性能的波动影响生产大规格UHP、HP石墨电极对优质针状焦的需求,特别是目前还没有能满足石墨电极接头生产所用的优质接头针状焦。

国外炭素企业生产大规格UHP、HP石墨电极往往首选优质石油针状焦为主要原料焦,日本炭素企业也用一些煤系针状焦作原料,但只用于Φ600 mm以下规格的石墨电极生产。我国的针状焦目前是以煤系针状焦为主,各炭素企业生产优质大规格UHP石墨电极往往还依赖于进口石油系针状焦,特别是优质接头的生产都以进口日本水岛油系针状焦和英国HSP油系针状焦为原料焦。

目前各企业生产的针状焦通常都以常规性能指标,如灰分、真密度、硫含量、氮含量、颗粒度分布、热膨胀系数等与国外针状焦的商务性能指标进行比较。但在针状焦分品级上与国外相比还缺少不同级别性能的针状焦分级。因此生产的针状焦通俗讲还多为“统货”,体现不出分品级的优质优价针状焦。

在针状焦性能比较上,炭素企业除常规性能比较外,还应注重针状焦的热膨胀系数(CTE)的分级、颗粒强度、各向异性度大小、非抑制状态和抑制状态时的膨胀数据、膨胀与收缩时所处的温度区间等针状焦的特性表征。因为针状焦的这些热性能对石墨电极生产过程中的石墨化工艺的掌控非常重要,当然不排除黏结剂、浸渍剂沥青焙烧后形成的沥青焦的热性能的影响。

1、针状焦的各向异性度比较

(A)样品:国内某炭素厂Φ500 mm UHP电极本体;

原料针状焦:日本新日化LPC-U级,配比:100%LPC-U级;分析:SGL Griesheim工厂;性能指标见表1。


表1


(B)样品:国内某炭素厂Φ450 mmHP电极本体;原料针状焦:国内某厂石油针状焦,配比:100%;分析:山东八三炭素厂;性能指标见表2。


表2


从表1、表2比较可看出,新日化煤系针状焦LPC-U级的热性能各向异性度较大,其中CTE各向异性度可达3.61~4.55,电阻率的各向异性度也较大,达到了2.06~2.25,而国产石油针状焦除抗折强度优于新日化LPC-U级煤系针状焦外,在各向异性度评价上远远低于新日化LPC-U级煤系针状焦。

超高功率石墨电极成品的各向异性度性能分析是反推评价原料针状焦优劣与否的一项很重要分析手段,各向异性度的大小当然也对电极生产工艺过程有一定的影响,各向异性度大的电极其抗热震性能远比各向异性度小的普通功率电极优良。

目前国内煤系针状焦的生产量远远大于石油针状焦的生产量,由于当前各炭素企业面临原料成本价格因素居高不下的困境,在UHP电极生产中很难采用100%国产针状焦生产,而掺入一定比例的煅后石油焦、石墨碎生产电极,故也较难评价国产针状焦的各向异性度性能。

2、针状焦的线性与体积变化性能

针状焦的线性与体积变化性能着重体现在电极生产的石墨化工序中,随着温度的变化,在石墨化工序升温过程中针状焦要发生线性与体积膨胀与收缩的变化,这直接影响到电极焙烧坯品在石墨化生产中线性与体积的变化,这点对采用不同性能原料焦、不同等级针状焦所发生的变化是不一样的。而且不同等级针状焦、煅后石油焦其线性、体积发生变化时的温度区间也不一样。只有掌握了原料焦的这一特性才能更好地控制并优化石墨化工序的生产。这在串接石墨化生产过程中反映尤为明显。


表3


表3为康菲公司英国工厂生产的3个等级石油针状焦的线性与体积变化及温度区间的一些情况。油系针状焦开始升温时先发生线膨胀,但线收缩开始的温度往往滞后于最高煅烧温度,从1525℃开始线收缩至1725℃又开始线膨胀,整个线收缩的温度区间较窄,只有200℃。而普通延迟石油焦整个线收缩的温度区间远比针状焦大得多,煤系针状焦介于二者之间,稍大于油系针状焦。日本大阪工业技术试验研究所的试验结果表明,焦的热性能越差,线收缩温度区间也越大,可达500~600℃的线收缩温度区间,而且开始线收缩的起始温度低,在1150~1200℃就开始发生线收缩,这也是普通延迟石油焦的特性。

针状焦的热性能越好、各向异性度越大其线收缩的温度区间越窄。有的优质油系针状焦只有100~150℃的线收缩温度区间。在了解各种原料焦的这种受热线膨胀收缩再膨胀的特性变化后,对炭素企业指导石墨化工艺生产是非常有益的,可避免因采用传统的经验送电模式造成一些不必要的质量废品。

3、结语

掌握好原料的各种特性,选用合理的装备匹配,良好的工艺技术结合,加上企业在管理上更加趋于科学合理,这一系列全过程系统地严密受控稳定,才能说具备了生产优质超高功率、高功率石墨电极的基础。


乌兰察布石墨电极网注释:针状焦与石墨电极文章来源:炭素技术  作者:张毅峰  转发目的:分享行业知识动态!

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