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        針狀焦與石墨電極
        作者:admin    發布日期:2019/4/13     關注次數:     二維碼分享
        炭素材料的生產過程是一個嚴密受控的系統工程,生產石墨電極、特種炭材料、鋁用炭素、新型高端炭材料等都離不開原料、裝備、技術、管理4個生產要素和相關專有技術的結合運用。

        原料是決定炭素材料基本特性的關鍵要素,原料的性能決定了制造出的炭素材料使用性能。就UHP、HP石墨電極的生產而言,優質的針狀焦是首選,還要有優質黏結劑瀝青、浸漬劑瀝青。但只有優質的原料,缺少了裝備、技術、管理要素和相關的專有技術,同樣也是生產不出優質的UHP、HP石墨電極的。

        本文著重就優質針狀焦的一些特性闡述個人的一些觀點,供針狀焦生產企業、電極生產企業、科研院所的同行們共同探討商榷。

        我國的針狀焦工業化生產雖晚于國外企業,但近年來發展很快,目前已初具規模,就生產總量而言基本上可滿足國內炭素企業生產UHP、HP石墨電極對針狀焦量的需求。但在針狀焦質量上與國外企業相比仍有一定的差距,批次性能的波動影響生產大規格UHP、HP石墨電極對優質針狀焦的需求,特別是目前還沒有能滿足石墨電極接頭生產所用的優質接頭針狀焦。

        國外炭素企業生產大規格UHP、HP石墨電極往往首選優質石油針狀焦為主要原料焦,日本炭素企業也用一些煤系針狀焦作原料,但只用于Φ600 mm以下規格的石墨電極生產。我國的針狀焦目前是以煤系針狀焦為主,各炭素企業生產優質大規格UHP石墨電極往往還依賴于進口石油系針狀焦,特別是優質接頭的生產都以進口日本水島油系針狀焦和英國HSP油系針狀焦為原料焦。

        目前各企業生產的針狀焦通常都以常規性能指標,如灰分、真密度、硫含量、氮含量、顆粒度分布、熱膨脹系數等與國外針狀焦的商務性能指標進行比較。但在針狀焦分品級上與國外相比還缺少不同級別性能的針狀焦分級。因此生產的針狀焦通俗講還多為“統貨”,體現不出分品級的優質優價針狀焦。

        在針狀焦性能比較上,炭素企業除常規性能比較外,還應注重針狀焦的熱膨脹系數(CTE)的分級、顆粒強度、各向異性度大小、非抑制狀態和抑制狀態時的膨脹數據、膨脹與收縮時所處的溫度區間等針狀焦的特性表征。因為針狀焦的這些熱性能對石墨電極生產過程中的石墨化工藝的掌控非常重要,當然不排除黏結劑、浸漬劑瀝青焙燒后形成的瀝青焦的熱性能的影響。

        1、針狀焦的各向異性度比較

        (A)樣品:國內某炭素廠Φ500 mm UHP電極本體;

        原料針狀焦:日本新日化LPC-U級,配比:100%LPC-U級;分析:SGL Griesheim工廠;性能指標見表1。


        表1


        (B)樣品:國內某炭素廠Φ450 mmHP電極本體;原料針狀焦:國內某廠石油針狀焦,配比:100%;分析:山東八三炭素廠;性能指標見表2。


        表2


        從表1、表2比較可看出,新日化煤系針狀焦LPC-U級的熱性能各向異性度較大,其中CTE各向異性度可達3.61~4.55,電阻率的各向異性度也較大,達到了2.06~2.25,而國產石油針狀焦除抗折強度優于新日化LPC-U級煤系針狀焦外,在各向異性度評價上遠遠低于新日化LPC-U級煤系針狀焦。

        超高功率石墨電極成品的各向異性度性能分析是反推評價原料針狀焦優劣與否的一項很重要分析手段,各向異性度的大小當然也對電極生產工藝過程有一定的影響,各向異性度大的電極其抗熱震性能遠比各向異性度小的普通功率電極優良。

        目前國內煤系針狀焦的生產量遠遠大于石油針狀焦的生產量,由于當前各炭素企業面臨原料成本價格因素居高不下的困境,在UHP電極生產中很難采用100%國產針狀焦生產,而摻入一定比例的煅后石油焦、石墨碎生產電極,故也較難評價國產針狀焦的各向異性度性能。

        2、針狀焦的線性與體積變化性能

        針狀焦的線性與體積變化性能著重體現在電極生產的石墨化工序中,隨著溫度的變化,在石墨化工序升溫過程中針狀焦要發生線性與體積膨脹與收縮的變化,這直接影響到電極焙燒坯品在石墨化生產中線性與體積的變化,這點對采用不同性能原料焦、不同等級針狀焦所發生的變化是不一樣的。而且不同等級針狀焦、煅后石油焦其線性、體積發生變化時的溫度區間也不一樣。只有掌握了原料焦的這一特性才能更好地控制并優化石墨化工序的生產。這在串接石墨化生產過程中反映尤為明顯。


        表3


        表3為康菲公司英國工廠生產的3個等級石油針狀焦的線性與體積變化及溫度區間的一些情況。油系針狀焦開始升溫時先發生線膨脹,但線收縮開始的溫度往往滯后于最高煅燒溫度,從1525℃開始線收縮至1725℃又開始線膨脹,整個線收縮的溫度區間較窄,只有200℃。而普通延遲石油焦整個線收縮的溫度區間遠比針狀焦大得多,煤系針狀焦介于二者之間,稍大于油系針狀焦。日本大阪工業技術試驗研究所的試驗結果表明,焦的熱性能越差,線收縮溫度區間也越大,可達500~600℃的線收縮溫度區間,而且開始線收縮的起始溫度低,在1150~1200℃就開始發生線收縮,這也是普通延遲石油焦的特性。

        針狀焦的熱性能越好、各向異性度越大其線收縮的溫度區間越窄。有的優質油系針狀焦只有100~150℃的線收縮溫度區間。在了解各種原料焦的這種受熱線膨脹收縮再膨脹的特性變化后,對炭素企業指導石墨化工藝生產是非常有益的,可避免因采用傳統的經驗送電模式造成一些不必要的質量廢品。

        3、結語

        掌握好原料的各種特性,選用合理的裝備匹配,良好的工藝技術結合,加上企業在管理上更加趨于科學合理,這一系列全過程系統地嚴密受控穩定,才能說具備了生產優質超高功率、高功率石墨電極的基礎。


        烏蘭察布石墨電極網注釋:針狀焦與石墨電極文章來源:炭素技術  作者:張毅峰  轉發目的:分享行業知識動態!

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