第二章 石墨制品生產原料 生產各種碳素及石墨制品的主要原料是石油焦、瀝青焦、冶金焦、無煙煤、瀝青煤焦油、蒽油、天然石墨。 其他輔助材料有焦粉、石英砂等。 現將這些原材料和輔料的來源及質量指標介紹如下。 第一節石油焦石油焦是生產各種石墨化電極、石墨化陽極、石墨化塊及其他石墨化制品的主要原料。 也是生產預焙陽極、陽極糊等產品的主要原料。 石油焦的特點是灰分雜質極低，一般小于灰分含量，在高溫下易石墨化生成的石墨質量較好。 石油焦是石油精煉過程的副產品之一。 原油常壓或減壓蒸餾得到的渣油、石油瀝青或裂解后得到的渣油均可作為焦化的原料。 焦化通常在約' 的溫度下開始。 此時渣油發生熱分解，部分高分子烴裂解成低分子烴。 同時，發生復雜的縮聚反應，小分子聚合成大分子。 因此，焦化的主要產品是石油氣、汽油、柴油等，最終殘渣是石油焦。 石油焦的收率一般僅為焦化原料的收率。 焦化方法一般有五種：釜式焦化、平爐焦化、延遲焦化、接觸焦化、流態化焦化。 我國過去以釜式焦化法為主。 近年來，釜式焦化法不斷減少。 延遲焦化法發展迅速，成為主要的焦化方法。 下面簡單介紹一下釜式焦化和延遲焦化。 第二章石墨制品生產原料 1、釜式焦化 釜式焦化是一種較早的焦化方法。
又分為立式釜焦化和臥式釜式焦化兩種。 一般情況下，臥式水壺使用較多。 例如某廠采用的臥式釜焦化方式如圖所示。 焦化原料為常減壓渣油和熱裂化渣油。 它們被送入緩沖罐，在“溫度”下混合。 一部分輕質成分從緩沖罐頂部逸出，其余部分泵入加熱爐加熱后加入焦化釜。 釜底利用油氣燃燒直接加熱釜內溫度。 經過加熱、蒸餾、焦化、均熱、鼓風、焦化、冷卻、清焦等一系列步驟的循環。 生產周期為小時。 每釜處理每噸渣油的焦化率為-。 每釜一次可生產約噸石油焦。 圖：釜式焦化工藝流程 2、延遲焦化 延遲焦化是一種比較先進的焦化方法。 生產效率高，勞動條件好。 延遲焦化工藝流程如圖所示。 在延遲焦化工藝中，渣油被泵入管式爐并加熱至10℃左右，然后進入數十米高的焦化塔。 進入塔內的渣油溫度足以使渣油利用自身熱量進行熱分解反應。 油、氣和輕組分從塔頂逸出，隨著過程的進行，留在塔內的焦炭逐漸充滿塔內。 為了使該過程能夠連續進行，一套焦化設備往往包含幾個相同規模的焦化塔，定期交換裝焦和焦化。 延遲焦化之名來源于渣油在管式爐內得到足夠的熱量進行熱分解，但變成焦炭并分離油、氣、汽油等的過程，不是在爐管內而是延遲直至進入焦化塔。 例如，一些煉油廠采用延遲焦化方法，利用常壓蒸餾和減壓蒸餾得到的渣油作為延遲焦化的原料。
所用主要設備為對流加熱爐一座和焦化塔兩座。 焦化塔的直徑為m高。 渣油經加熱爐加熱，直至泵入焦化塔，每小時可裝滿一座焦化塔。 充滿焦炭后，用'kg/cm高壓水推動合金鉆頭切割焦炭層。 切碎的石油焦被水流沖走。 兩座焦化塔輪流進出焦炭，每塔一次可生產噸焦炭。 《0》第2部分石墨產品生產新技術概述。 延遲焦化工藝流程。 釜式焦化和延遲焦化因方法不同而得到的石油焦質量也不同。 釜式焦化得到的焦炭塊數較多，機械強度較大。 由于焦化溫度較高，揮發分含量也較低。 延遲焦化得到的焦粉大多小于1毫米。 焦粉約占焦塊的10%。 焦塊的機械強度較低，揮發份含量較高。 一般情況下，有時高達10%。 石油焦的理化分析結果示例如表所示。 下表為幾種石油焦的理化分析結果。 理化指標品種。 水壺可樂。 延遲可樂。 延遲可樂。 釜式可樂。 釜式可樂。 灰分------揮發分----'-硫含量----。 ---/煅燒后真比重-0----0-釜焦產量越來越少，延遲焦產量越來越多。 由于現有煅燒設備結構的限制，上述延遲焦使用大量的揮發性物質，給煅燒操作帶來一定的困難。 如果延遲焦在干餾爐中煅燒，則很容易在干餾爐內結焦而堵塞爐膛。 在回轉窯中煅燒時，燒損較大，窯尾溫度較高，操作困難。 一般結構的蒸煮爐或回轉窯需要適當改造后才能煅燒延遲焦，但延遲焦可以在焦爐中煅燒。
石油焦的質量還與原油的成分有關。 有些石泵的硫含量較高，在石油煉制過程中，大部分硫殘留在石油焦中。 如果采用硫含量較高的石油焦生產各種石墨化產品，是否會對成品的質量和收率產生一定的影響？ 第二章 生產石墨制品所使用的原材料有明顯的不良影響，特別是制品的石墨化程度較差。 石墨化學品連續裂紋會產生更多廢物。 這種石墨化電極在煉鋼中氧化損失較大，顯著增加噸電爐鋼電極消耗。 如果使用陽極糊生產電解鋁，導電棒陽極接頭處的電壓降將會增大。 會加速導電桿、煙氣收集罩等金屬部件的腐蝕，降低使用壽命。 如果用于生產預焙陽極，影響不會很大。 石油焦的質量指標見表。 表：石油焦質量指標 指標名稱 1號焦 2號焦 3號焦 灰分 不大于 硫含量 不大于 揮發份 不大于 煅燒后真比重 不小于大于''抗磨試驗損失不大于小于mm粉焦含量不大于大于-水分含量不大于第2節瀝青焦瀝青焦也是生產各種石墨化產品如如石墨化電極、石墨化陽極、石墨化塊以及預焙陽極、陽極糊等產品。 石油焦易石墨化，但產品機械強度較低。 在相同石墨化溫度下，由瀝青焦得到的石墨具有較大的比電阻，但機械強度較高。 因此，石墨化產品的生產中除石油焦外，一般還使用一定比例的瀝青焦。 瀝青焦是一種低硫、低灰分的焦炭。 瀝青焦是煤瀝青在焦爐中焦化的最終產品。 煤瀝青的焦化是一個復雜的蒸餾、熱冷凝和熱分解過程。
過去主要是蒸餾和熱冷凝。 發生顯著的吸熱反應，釋放出大量氣態低分子烴，隨后形成半焦。 當焦餅中部達到以上時，焦炭逐漸形成，最終焦化溫度在以上。 焦化所用瀝青可以是中溫瀝青或高溫瀝青。 高溫瀝青是由中溫瀝青在氧化釜中用熱空氣氧化而成。 高溫瀝青粘度高，難以滲透到焦爐炭化室的磚縫中。 爐體安裝溫度較高，可延長爐體壽命，且其揮發分含量小，有利于爐體安裝操作。 某工廠生產瀝青焦的流程如圖所示。 首先，溫度高于第二篇《石墨制品生產新工藝新技術介紹》的液體浸出液自動流至中溫罐，然后由泵連續輸送至氧化釜。 液態瀝青經壓縮空氣氧化后，通過環球法將軟化點從“”提高到“”，然后自行流入高溫罐。 然后在計量罐中計量并從焦爐進料口添加到炭化室中。 此時，瀝青溫度為。 一次向每個碳化室添加數噸瀝青。 經過大約十五個小時的焦化，就制成了瀝青焦。 圖：瀝青焦生產流程示意圖。 由于瀝青焦的焦化溫度較高，相當于碳素制品廠的煅燒溫度，因此瀝青焦無需煅燒即可直接使用。 但由于瀝青焦從焦爐推出后一般要通過澆水熄滅，因此含水量較大。 因此，如果不進行煅燒，則必須進行干燥。 有時，考慮到瀝青焦化程度不均勻，再次煅燒即可達到質量均勻。 通常與石油焦一起煅燒。 瀝青焦的質量指標為：灰分不大于-。 硫含量不大于-。 揮發分不大于'-。 含量小于毫米不大于-。 含水率不大于-。
第三節冶金焦 冶金焦是生產各種炭塊、炭電極以及各種電極糊、底糊、粗縫糊、細縫糊的主要原料。 冶金焦是由幾種煉焦煤按一定比例在焦爐中高溫煉焦而成。 冶金焦的灰分含量一般高于石油焦或瀝青焦。 由于冶金焦的結焦溫度在'以上，因此冶金焦可不經煅燒在炭素制品廠使用，但應將其水分干燥，以利于研磨。 第二章 生產石墨制品的原料冶金焦的質量指標為：灰分不大于硫含量，不大于揮發分不大于抗磨試驗殘留量不少于公斤； 含量小于毫米； 含水量不大于。 第四節 無煙煤 無煙煤也是生產各種碳塊、碳電極以及各種電極糊、底糊、粗縫糊等產品的主要原料。 有時可用低灰分無煙煤代替部分石油焦制備石墨化電極。 各種煤都是由古老的植物在地殼運動過程中受到一定的溫度和壓力后，經過不斷的變質作用而轉變而來的。 變質程度越高，煤的含碳量越高。 顏色逐漸變深，比重逐漸增大，硬度和光澤也逐漸增大。 無煙煤是一種變質程度較高的煤。 一般碳含量在上面，揮發物含量在下面。 無煙煤結構較致密，比重為10%左右，機械強度較高。 經過適當的熱處理后，具有良好的導電性。 某些產地的無煙煤相對容易石墨化。 由于變質程度不同，成煤條件不同，各地生產的無煙煤質量差異很大。
有的無煙煤灰分含量比較大，有的無煙煤在礦山開采時多呈塊狀，有一定的強度，但提升到地面后很容易風化，破碎成煤粉。 此類無煙煤不能用作炭素工業的原料。 炭素工業所需的無煙煤必須是灰分較低、強度較高的塊狀無煙煤。 無煙煤的質量指標為：灰分不大于硫分，抗磨試驗不大于毫米； 殘留量不小于塊度； 含水量不小于毫米。 第二部分石墨制品生產新工藝、新技術介紹第五節煤瀝青煤瀝青是生產各種石墨和碳素制品的粘結劑。 煤瀝青能很好地浸潤和滲透各種焦炭和無煙煤的表面和孔隙，并使各種成分的顆粒組分相互粘結，形成可塑性良好的膏體。 糊劑模制后，生坯制品硬化并保持其模制時的形狀。 當生產品被焙燒時，煤瀝青逐漸分解和碳化，同時將周圍的焦炭顆粒牢固地連接在一起。 煤瀝青的碳化率較高。 碳化后生成的瀝青焦也易于石墨化。 煤瀝青是焦化工業的副產品。 焦化時得到的煤焦油經預熱脫水后放入蒸餾釜中加熱蒸餾。 煤瀝青也可以使用管式爐和蒸發器等設備生產。 之前蒸餾出來的成分有輕油、中油、重油、蒽油、蒽油。 留在蒸餾釜中的最后殘渣是煤浸油。 下面舉例介紹兩種不同的煤瀝青生產方法。 1、用蒸餾釜生產煤瀝青。 首先將煤焦油加熱至含水量降至100%以下，然后倒入蒸餾釜中。
用氣體加熱釜底，隨著釜內溫度升高，逐漸蒸餾出輕油、中油、重油和蒽油。 1小時后，當蒸餾釜頂部升氣管溫度達到10℃以上時，取出釜底殘留的瀝青樣品進行分析。 當軟化點達到要求時，停止加熱。 瀝青從蒸餾釜排出，通過篩孔漏入冷卻池，長成條狀蒸餾釜，然后投入焦油循環操作。 蒸餾釜可容納數噸焦油，蒸餾出輕油、中油、重油和蒽油。 殘余瀝青量以噸為單位，即瀝青產量為焦油量。 使用蒸餾釜生產瀝青時，軟化點可任意調節。 只要在蒸餾時提前停止加熱，減少蒽油，就可以降低瀝青的軟化點。 相反，向釜內吹壓縮空氣可以提高瀝青的軟化點。 2、采用管式爐和蒸發器生產煤瀝青。 這是一種比較先進的生產方法，實現了煤瀝青的連續化生產。 首先將焦油加熱，使水分含量降低至0.0s0，然后用柱塞泵將焦油泵入兩級管式爐的第一級。 使用完第二章生產石墨制品的原料后，將脫水焦油倒入管式爐第二高溫區。 第二段高溫區入口溫度達到出口溫度后，迅速倒入蒸發器。 焦油中的輕餾分立即蒸發，進入分餾塔進行分級。 煤瀝青沉至蒸發器底部并穿過油封保持瀝青液位并將液體瀝青泵入儲罐。 在這里取樣進行分析，并定期放入冷卻池中冷卻成帶材。 蒸餾釜法生產煤瀝青時，焦油在釜內停留時間較長，加熱不均勻造成局部過熱，導致部分焦油加深、龜裂。
因此，瀝青中的游離碳含量相對增加。 蒸餾釜是一種間歇操作的設備，不能連續生產。 采用管式爐加熱、蒸發器分離瀝青的方法是一種處理量大、生產效率高、可連續操作的生產方法。 焦油在加熱爐內停留時間短，加熱均勻，不會造成深度裂紋。 瀝青中的游離碳含量也較少。 由于焦化所用原煤配比、焦化、蒸餾等工藝操作的溫度不同，導致煤瀝青的物理化學性質在較大范圍內波動。 根據煤瀝青軟化點的不同，一般分為硬瀝青、中瀝青和軟瀝青三種。 根據水銀法測定軟化點溫度，將軟化點在“”以上的為硬瀝青，在“”之間的為中瀝青，在“”以下的為軟瀝青。 目前炭素制品廠一般采用中質瀝青，少數廠采用硬質瀝青或軟質瀝青。 中質瀝青的質量指標為：灰分不大于揮發分軟化點，汞法，游離碳含量-含水量。 第六節 煤焦油 煤焦油是煉焦的副產品。 它是一種黑色粘稠液體。 煤焦油是碳氫化合物的混合物。 從煤焦油中可以提取數百種有機化合物。 脫水煤焦油主要用于炭素制品廠調節煤瀝青的軟化點。 例如，生產某些碳素或石墨制品，要求粘結劑的軟化點為“，中瀝青的軟化點為”，只需在中瀝青中加入煤焦油，即可將粘結劑的軟化點降低至大約 '。 當石墨化制品需要浸漬時，有時為了降低瀝青的粘度，加入適量的煤焦油或蒽油。
這種瀝青與煤焦油或蒽油混合后，可降低其粘度后改善流動性，易于滲入焙燒半成品的孔隙中。 煤焦油的質量指標為：比重、灰分不大于“水分含量”、不大于“游離碳含量”。 第七節 蒽油 蒽油是煤焦油加熱蒸餾時蒸發凝結的棕色粘稠液體。 產量約占煤焦油的量。 使用蒽油的目的與使用煤焦油的目的相同，都是為了降低煤瀝青的軟化點或粘度。 蒽油的質量指標為：比重、苯不溶物、‘水分’、分餾組分：不超過‘不超過’、不超過‘不超過’。 第八節 天然石墨一般不使用天然石墨生產石墨化產品和大部分碳素產品。 然而，天然石墨可用于生產天然石墨電極、電池??碳棒、電刷、坩堝等產品。天然石墨有兩種形式。 一種是片狀石墨，顏色呈深灰色，有金屬光澤，具有較高的導電性和潤滑性，另一種是土狀石墨，顏色更加鮮艷。 第二章 生產石墨制品的原料
