铝用炭阳极生产铝用炭阳极生产河南省有色行业职业技能鉴定站河南省有色行业职业技能鉴定站冶金炭素职工技能鉴定培训讲义冶金炭素职工技能鉴定培训讲义李庆宏李庆宏关于鉴定考试关于鉴定考试1、理论理论、实操实操各100分。实操实操：笔试、操作各50分；每科各满60分为合格。2、笔试时间、笔试时间：初级工90min；中级工100+60min；高级工以上120+60min级别级别理论考题理论考题实操笔试实操笔试填空选择判断简答计算论述合计选择分析解答合计初级10220210245100_0中级522521321618100391150高级52252151101152525110100391150技师522521012525110100351550高技101.52511514-2517113100351550一、对炭素工艺的基本认识一、对炭素工艺的基本认识：总体工艺以物理过程为主；总体工艺以物理过程为主；均均匀匀、密密实实;化学过程以加热控温为要化学过程以加热控温为要；升温升温精精,火候火候准准产品的基本认知：产品的基本认知：成者容成者容易，易，优则优则难难。二、铝用炭素工种的分类：二、铝用炭素工种的分类： 一般分为一般分为煅烧工、成型工、焙烧工煅烧工、成型工、焙烧工三个工种三个工种120013001180125025002800目目 录录第一章第一章 铝与铝与铝用炭素铝用炭素煅、煅、焙、焙、型型第二章第二章 炭素材料概论炭素材料概论煅、煅、焙、焙、型型第三章第三章 炭素原料及燃料燃烧炭素原料及燃料燃烧煅、煅、焙、焙、型型第四章第四章 原料的煅烧原料的煅烧煅煅第五章第五章 炭素原料的破碎与筛分炭素原料的破碎与筛分型型第六章第六章 炭素制品配料方的编制与配料炭素制品配料方的编制与配料型型第七章第七章 糊料的混捏糊料的混捏型型第八章第八章 炭素制品成型工艺及设备炭素制品成型工艺及设备型型第九章第九章 铝用炭阳极焙烧铝用炭阳极焙烧 焙焙第十章第十章 阳极炭块生产质量控制阳极炭块生产质量控制煅、煅、型、型、焙焙第十一章第十一章 炭素窑炉的修筑炭素窑炉的修筑煅、煅、焙焙第十二章第十二章 炭素材料检验炭素材料检验 煅、煅、焙、焙、型型第一章第一章 铝用炭素用炭素职业技能技能标准和要求准和要求1 1、铝用炭素工国家职业工种分类、铝用炭素工国家职业工种分类 分为分为煅烧工、成型工、焙烧工煅烧工、成型工、焙烧工三个工种三个工种1.1 1.1 职业等级职业等级* 本本职职业业共共设设五五个个等等级级，分分别别为为：初初级级（国国家家职职业业资资格格五五级级）、中中级级（国国家家职职业业资资格格四四级级）、高高级级（国国家家职职业业资资格格三三级级）、技技师师（国家职业资格二级）、（国家职业资格二级）、高级技师高级技师（国家职业资格一级）。（国家职业资格一级）。1.2 1.2 职业环境职业环境 职职业业环环境境为为: :室室内内、外外，有有粉粉尘尘、烟烟气气、噪噪声声，有有毒毒、有有害害的的高温环境。高温环境。 1.31.3申报条件申报条件* 高级工高级工（具备以下条件之一者具备以下条件之一者）取取得得本本职职业业中中级级职职业业资资格格证证书书后后，连连续续从从事事本本职职业业工工作作3 3年年以以上，经本职业高级正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。上，经本职业高级正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。取取得得本本职职业业中中级级职职业业资资格格证证书书后后，连连续续从从事事本本职职业业工工作作4 4年年以以上。上。连续从事本职业工作连续从事本职业工作1010年以上。年以上。取取得得高高级级技技工工学学校校或或经经劳劳动动保保障障行行政政部部门门审审核核认认定定的的、以以高高级级技能为培养目标的高等职业学校本职业（专业）毕业证书。技能为培养目标的高等职业学校本职业（专业）毕业证书。取取得得本本职职业业中中级级职职业业资资格格证证书书的的大大专专以以上上本本专专业业或或相相关关专专业业毕业生，连续从事本职业工作毕业生，连续从事本职业工作2 2年以上。年以上。 技师技师（具备以下条件之一者）（具备以下条件之一者）取取得得本本职职业业高高级级职职业业资资格格证证书书后后，连连续续从从事事本本职职业业工工作作4 4年年以以上，经本职业技师正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。上，经本职业技师正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。取取得得本本职职业业高高级级职职业业资资格格证证书书后后，连连续续从从事事本本职职业业工工作作5 5年年以以上。上。取取得得本本职职业业高高级级职职业业资资格格证证书书的的高高级级技技工工学学校校本本职职业业（专专业业）毕业生，连续从事本职业工作毕业生，连续从事本职业工作3 3年以上。年以上。高级技师高级技师（具备以下条件之一者）（具备以下条件之一者） 取取得得本本职职业业技技师师职职业业资资格格证证书书后后，连连续续从从事事本本职职业业工工作作3 3年年以以上上，经经本本职职业业高高级级技技师师正正规规培培训训达达规规定定标标准准学学时时数数，并并以以得得结结业业证书。证书。取取得得本本职职业业技技师师职职业业资资格格证证书书后后，连连续续从从事事本本职职业业工工作作5 5年年以以上。上。1.41.4鉴定方式鉴定方式*分分为为理理论论知知识识考考试试和和技技能能操操作作考考核核。理理论论知知识识考考试试采采用用闭闭卷卷笔笔试试，技技能能操操作作考考核核采采用用现现场场实实际际（或或模模拟拟）操操作作方方式式，理理论论知知识识考考试试和和技技能能操操作作考考核核均均实实行行百百分分制制，成成绩绩皆皆达达到到6060分分及及以以上上者者为为合合格格。技师、高级技师鉴定还需进行综合评审。技师、高级技师鉴定还需进行综合评审。1.5 1.5 鉴定比重表鉴定比重表(1).理论知识理论知识项项 目目初级初级(%)(%)中级中级(%)(%)高级高级(%)(%)技师技师(%)(%)高级技师高级技师(%)(%)基本基本要求要求职业道德职业道德5 55 55 55 55 5基础知识基础知识30303030252520202020相相关关知知识识开炉准备开炉准备101010105 5作业过程作业过程25252525303030302525质量管理质量管理5 51010101015151515设备维护设备维护101010101010安全与环保安全与环保101010101010技术管理与创技术管理与创新新20202020培训与指导培训与指导5 510101515总总 计计100100100100100100100100100100(2).技能操作技能操作项项 目目初级初级(%)(%)中级中级(%)(%)高级高级(%)(%)技师技师(%)(%)高级技师高级技师(%)(%)相相关关知知识识开炉准备开炉准备151510101010作业过程作业过程40404545404035353030安全与环保安全与环保151510101010设备维护设备维护202020201515质量管理质量管理10101515202025252525技术管理与创技术管理与创新新30303535培训与指导培训与指导5 510101010总总 计计1001001001001001001001001001002 2、炭素、炭素煅烧工煅烧工职业技能职业技能鉴定要求鉴定要求2.1 2.1 知识要求：知识要求： 1 1炭的基本性质。炭的基本性质。2 2生产阳极糊和预焙阳极块的原材料知识。生产阳极糊和预焙阳极块的原材料知识。3 3炭素生产工序的控制技术参数。炭素生产工序的控制技术参数。4 4破碎原理。破碎原理。5 5煅烧原理。煅烧原理。6 6燃烧学、传热学、气体力学的基本知识。燃烧学、传热学、气体力学的基本知识。7 7炉炉( (窑窑) )用耐火材料的基本知识。用耐火材料的基本知识。8 8煅煅烧烧炉炉( (窑窑) )和和沥沥青青熔熔化化系系统统及及其其附附属属设设备备砌砌筑筑、检检修与试生产知识。修与试生产知识。9 9煅烧炉煅烧炉( (窑窑) )的节能途径。的节能途径。l0l0监控系统和仪表的工作原理。监控系统和仪表的工作原理。1111安全及质量与管理知识。安全及质量与管理知识。2.2 2.2 技能要求：技能要求： *1 1识别炭素原材料并鉴定质量。识别炭素原材料并鉴定质量。2 2协调预碎与皮带运输生产节奏。协调预碎与皮带运输生产节奏。3 3进行连续均匀加料的调控。进行连续均匀加料的调控。4 4调整煅烧炉调整煅烧炉( (窑窑) )和沥青熔化器温度。和沥青熔化器温度。5 5组织开、停炉组织开、停炉( (窑窑) )和沥青熔化设备。和沥青熔化设备。6 6组织天然气管道的检查与清扫。组织天然气管道的检查与清扫。7 7组组织织煅煅烧烧炉炉( (窑窑) )的的烘烘炉炉( (窑窑) )及及降降温温和和沥沥青青融融化化器器的的升降温。升降温。8 8进行排料调控操作。进行排料调控操作。9 9煅烧炉煅烧炉( (窑窑) )的使用和砌筑检查及检修。的使用和砌筑检查及检修。1010沥青熔化设备的使用和检查及检修。沥青熔化设备的使用和检查及检修。1111参与运输和加排料等设备的生产调试和维修。参与运输和加排料等设备的生产调试和维修。1212使用维护监控系统和仪表。使用维护监控系统和仪表。1313组织和协调现场安全生产、进行现场管理。组织和协调现场安全生产、进行现场管理。2.3 2.3 工作实例：工作实例： 1 1组组织织协协调调预预碎碎、煅煅烧烧岗岗位位和和沥沥青青熔熔化化岗岗位位操操作作，煅烧、沥青熔化质量和炉煅烧、沥青熔化质量和炉( (窑窑) )及沥青熔化产量达到要求。及沥青熔化产量达到要求。 2 2调整炉窑各带温度梯度，实现均衡、稳定生产。调整炉窑各带温度梯度，实现均衡、稳定生产。 3 3调整沥青熔化温度，掌握沥青管网工艺。调整沥青熔化温度，掌握沥青管网工艺。3 3、炭素、炭素焙烧工焙烧工职业技能鉴定职业技能鉴定3.1 3.1 基本要求基本要求3.1.1.职业道德职业道德(1)(1)职业道德基本知识职业道德基本知识(2)(2)职业守则职业守则 爱岗敬业，具有高度的责任心。爱岗敬业，具有高度的责任心。 遵守法律法规和有关规定。遵守法律法规和有关规定。 严格执行工作程序、工作规范、工艺文件和安全操作规程。严格执行工作程序、工作规范、工艺文件和安全操作规程。 团结协作。团结协作。3.1.2.基础知识基础知识(1)(1)焙烧基础知识焙烧基础知识 金属及其主要化合物的物理、化学性质。金属及其主要化合物的物理、化学性质。 焙烧基础知识。焙烧基础知识。 焙烧工艺流程简介。焙烧工艺流程简介。(2)(2)焙烧炉基础知识焙烧炉基础知识 焙烧炉简介。焙烧炉简介。 常用耐火材料知识。常用耐火材料知识。(3)(3)机电设备常识机电设备常识 识图知识。识图知识。 机械常识。机械常识。 用电常识。用电常识。 设备维护基础知识。设备维护基础知识。( (4) )热工仪表使用基础知识热工仪表使用基础知识 常用测温仪表与工具使用基础知识。常用测温仪表与工具使用基础知识。 常用测压仪表与工具使用基础知识。常用测压仪表与工具使用基础知识。(5)(5)安全与卫生知识安全与卫生知识 安全生产管理。安全生产管理。 职业病的预防。职业病的预防。 消防器材的使用。消防器材的使用。(6)(6)全面质量管理基础知识全面质量管理基础知识 质量管理基本概念。质量管理基本概念。 现场质量管理。现场质量管理。 质量管理认证体系。质量管理认证体系。(7)(7)相关法律法规知识相关法律法规知识 劳动法的相关知识。劳动法的相关知识。 安全生产法的相关知识。安全生产法的相关知识。 环境保护法的相关知识。环境保护法的相关知识。3.2炭素焙烧工职业技能鉴定补充要求炭素焙烧工职业技能鉴定补充要求 3.2.1知识要求：知识要求： (1)(1)炭素制品所用原料的选用原则和鉴别方法。炭素制品所用原料的选用原则和鉴别方法。(2)(2)焙烧炉采用的现行焙烧曲线。焙烧炉采用的现行焙烧曲线。(3)(3)炭素制品生产各工序主要工艺控制参数。炭素制品生产各工序主要工艺控制参数。(4)(4)产品的理化指标要求。产品的理化指标要求。(5)(5)影响炭素制品理化指标的因素。影响炭素制品理化指标的因素。(6)(6)焙烧的工艺方法和控制参数。焙烧的工艺方法和控制参数。(7)(7)焙烧工序各生产指标的计算方法。焙烧工序各生产指标的计算方法。(8)(8)焙烧设备的结构和参数。焙烧设备的结构和参数。(9)(9)热工、耐火材料及企业管理知识。热工、耐火材料及企业管理知识。3.2.2技能要求：技能要求： *(1)(1)制定并实施新产品工艺方案。制定并实施新产品工艺方案。(2)(2)组织焙烧炉及天然气管道的清扫工作。组织焙烧炉及天然气管道的清扫工作。(3)(3)分析废品和事故原因，并提出改进措施。分析废品和事故原因，并提出改进措施。(4)(4)使用和维护焙烧炉及其它相关设备。使用和维护焙烧炉及其它相关设备。(5)(5)制订安全措施，进行安全管理。制订安全措施，进行安全管理。3.2.3工作实例：工作实例：(1)(1)组织和协调各岗位操作。组织和协调各岗位操作。(2)(2)处理各种质量事故。处理各种质量事故。(3)(3)制订新产品生产工艺方案组织实施。制订新产品生产工艺方案组织实施。(4)(4)参与本工种设备安装试车工作。参与本工种设备安装试车工作。(5)(5)参与修订技术规程和各项制度。参与修订技术规程和各项制度。本本补补充充要要求求对对初初级级、中中级级、高高级级、技技师师、高高级级技技师师的的技技能能要要求求依依次递进，高级别涵盖低级别的要求。次递进，高级别涵盖低级别的要求。 4 4、炭素、炭素成型工成型工职业技能鉴定要求职业技能鉴定要求 炭炭素素成成型型工工这这一一职职业业涵涵盖盖了了碳碳素素备备料料工工、炭炭素素配配料料工工、炭炭素素混混捏捏工工、炭炭素素成成型型工工等等工工种种。对对初初级级、中中级级、高高级级、技技师师和和高级技师的技能要求依次递进，高级别涵盖低级别要求。高级技师的技能要求依次递进，高级别涵盖低级别要求。4.1炭素成型工职业技能鉴定要求4.1.1知识要求知识要求* 1 1配料常用原料的技术指标及测定知识。配料常用原料的技术指标及测定知识。 2 2电解铝用炭素制品生产的主要工序。电解铝用炭素制品生产的主要工序。 3. 3. 电解铝用炭素制品生产主要工序的工艺控制参数。电解铝用炭素制品生产主要工序的工艺控制参数。 4 4产品质量指标要求。产品质量指标要求。 5 5粘结剂的组分构成。粘结剂的组分构成。 6 6破碎筛分原理。破碎筛分原理。 7 7料仓理论及糊料和颗粒离析知识。料仓理论及糊料和颗粒离析知识。 8 8电解铝用炭素制品的生产技术条件和使用条件，原料的电解铝用炭素制品的生产技术条件和使用条件，原料的来源和性质。来源和性质。 9 9配方的解析计算规则。配方的解析计算规则。 1010混捏原理及混捏生产基本知识。混捏原理及混捏生产基本知识。 1l1l返返回回料料处处理理、中中碎碎筛筛分分、磨磨粉粉、配配料料、混混捏捏系系统统新新设设备备的安装、试车投产及操作方法。的安装、试车投产及操作方法。1212糊料分析方法。糊料分析方法。 1313对废品质量分析知识和防止废品发生的措施。对废品质量分析知识和防止废品发生的措施。 1414设备的结构和技术参数。设备的结构和技术参数。 1515计算机控制系统基本知识、识图的基本知识。计算机控制系统基本知识、识图的基本知识。 1616生阳极生产主要工序的工艺技术参数。生阳极生产主要工序的工艺技术参数。 1717生阳极炭块的理化指标。生阳极炭块的理化指标。 1818糊料振动成型过程中的物理特性。糊料振动成型过程中的物理特性。 1919糊料在振动成型过程中发生的物理变化。糊料在振动成型过程中发生的物理变化。 2020影响振动成型过程的因素。影响振动成型过程的因素。 2121炭素成型设备的构造、原理。炭素成型设备的构造、原理。 2222生产能力的计算方法。生产能力的计算方法。 2323计算机控制系统基本知识、识图基本知识。计算机控制系统基本知识、识图基本知识。 2424机械润滑、液压和安全文明生产知识。机械润滑、液压和安全文明生产知识。4.1.2 4.1.2 技能要求：技能要求： * 1 1调整工艺条件及工作配方。调整工艺条件及工作配方。 2 2正确选择工作配方。正确选择工作配方。 3 3妥善处理生产设备故障。妥善处理生产设备故障。 4 4指导返回料处理、中碎筛分、磨粉、配料和混捏生产。指导返回料处理、中碎筛分、磨粉、配料和混捏生产。 5 5参与新系统的调试和安装。参与新系统的调试和安装。 6 6组织生产及制定规程。组织生产及制定规程。 7 7处理生产技术问题。处理生产技术问题。 8 8给初、中级工讲授技术理论与实践课。给初、中级工讲授技术理论与实践课。 9 9使用、维护设备和检查验收设备。使用、维护设备和检查验收设备。 1010控制振动成型机的各项动作。控制振动成型机的各项动作。 1111操作振动成型机和炭块冷却输送系统设备。操作振动成型机和炭块冷却输送系统设备。 1212排除事故隐患，指导初、中级工安全生产作业。排除事故隐患，指导初、中级工安全生产作业。 4.1.3工作实例：工作实例： 1 1组组织织、协协调调返返回回料料处处理理、中中碎碎筛筛分分、磨磨粉粉岗岗位位生生产产，使使配料、混捏合格率达到较高的标准。配料、混捏合格率达到较高的标准。 2 2在上位机上操作配料混捏系统，混捏无废糊。在上位机上操作配料混捏系统，混捏无废糊。 3 3成型各岗位规范操作，各项指标达到要求。成型各岗位规范操作，各项指标达到要求。 4 4全全面面掌掌握握成成型型生生产产，组组织织处处理理发发生生各各类类事事故故，分分析析事事故故发生的原因，并提出预防措施。发生的原因，并提出预防措施。 5 5判断糊温与沥青量，控制振动速度、时间等。判断糊温与沥青量，控制振动速度、时间等。 6 6掌握生阳极块废品检查标准。掌握生阳极块废品检查标准。 7 7组织调试新设备并提出调试过程中出现的问题。组织调试新设备并提出调试过程中出现的问题。副副一章一章 铝用炭素与铝电解工艺铝用炭素与铝电解工艺1.1 1.1 我国大型预焙铝电解槽生产的基本现状我国大型预焙铝电解槽生产的基本现状1.1.11.1.1电解槽大型化是我国铝工业发展的基本特点电解槽大型化是我国铝工业发展的基本特点 20052005年年全国生产铝厂全国生产铝厂147147家家 产量产量780. 780. 万吨。万吨。其中：其中： 160 kA160 kA槽约槽约24002400台台 产能约产能约110110万吨万吨 4545 200kA200kA级级（186186240kA240kA）槽槽67006700台台（在在建建17001700） 5252家家，产产能能420420万吨，产量万吨，产量350350万吨万吨 14.8%14.8% 300 300 kAkA级级（280280350kA350kA）30003000台台（在在建建800800） 1616家家，产产能能320320万吨，产量约万吨，产量约300300万吨万吨 11.311.3 2008：1318万吨；万吨；2009：1285.万吨。万吨。其中其中：300kA549万吨万吨42.7%; 我国在产最大槽电流为我国在产最大槽电流为400kA400kA（热、磁）（热、磁）09-11509-115万吨万吨W=k.I2Rt均匀、优质、稳定均匀、优质、稳定1.1.2 1.1.2 铝电解过程的两极反应铝电解过程的两极反应阳极主反应阳极主反应阳极阳极副反应副反应O2-2e=OC+2O=CO2CO2+C=2CO阴极主反应阴极主反应阴极阴极副反应副反应Al3+3e=AlNa+e=Na4Al（溶）（溶）+3C=Al4C3电解电解总反应总反应Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2阳极气体阳极气体CO2、CO含量比一般为含量比一般为80：20直流电：直流电：1300014000kwh/t.Al；炭阳极：炭阳极：500550kg/t.Al；1.2 1.2 阳极工艺与电解过程中的阳极消耗阳极工艺与电解过程中的阳极消耗1.2.11.2.1阳极的消耗阳极的消耗 在在铝铝电电解解生生产产中中，阳阳极极炭炭块块不不仅仅承承担担着着导导电电作作用用，而而且且还还参参与与电电化化学学反反应应。阳阳极极炭炭块块质质量量的的好好坏坏，直直接接影影响响到到铝铝电电解解的的正正常常生生产产操操作作、阳阳极极的的消消耗耗、原原铝铝的的质质量量和和电电流流效效率率等等技技术术经经济济指指标标。阳极的消耗可以表述为以下四种形式：阳极的消耗可以表述为以下四种形式： 理理论论消消耗：耗：Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2(334)Al2O3+3C=2Al+3CO(667)合并式：合并式：Al2O3+C=2Al+CO2+CO式中：式中：N为阳极气体中为阳极气体中CO2的体积百分比的体积百分比当气体比当气体比=70:30、75:25、80:20（94效率效率）时）时阳极理论消耗分别为阳极理论消耗分别为:393、381、370kg/t.Al 从从某某种种意意义义上上讲讲阳阳极极消消耗耗量量是是炭炭阳阳极极质质量量最最基基本的标志之一。本的标志之一。净净耗耗：（：（含空气、二氧化碳氧化及掉渣，不含残极含空气、二氧化碳氧化及掉渣，不含残极-过耗过耗）过耗过耗氧化掉渣率。氧化掉渣率。35%（2040kg/tAl)净耗净耗理理+过耗过耗400430kg/t.Al总（毛）耗总（毛）耗：（包含残极在内）（包含残极在内）残极率（残极率（150160mm）202025%500550kg/t.Al消消耗耗速速度：度：（阳极每天消耗的高度阳极每天消耗的高度）hc=1.401.50(cm/d)阳极消耗组成示意图阳极消耗组成示意图1.2.2 1.2.2 影响阳极消耗的主要因素影响阳极消耗的主要因素NC=C+334/NC=C+334/CECE+1.2(BT-960)-+1.2(BT-960)- 1.7 1.7CRRCRR+9.3+9.3APAP+8+8TCTC-1.5-1.5ARRARR其中：其中：NC: NC: 阳极净耗，阳极净耗，kg/t.Alkg/t.Al C : C : 电解槽性能参数，电解槽性能参数，270270310310 CECE: : 电流效率电流效率， 88889595 （关系参数关系参数） BT: BT: 槽温，槽温， 930930960 960 CRR:CRR:二氧化碳反应剩余率（）二氧化碳反应剩余率（）757592 92 AP: AP: 炭阳极空气渗透率，炭阳极空气渗透率，0.50.55.0npm 5.0npm TC: TC: 阳极导热系数，阳极导热系数，3.03.06.0w/m.k 6.0w/m.k ARR: ARR: 空气反应剩余率（）空气反应剩余率（） ，60609393 均为阳极质量的参数均为阳极质量的参数 334/CE334/CE：电化学消耗：电化学消耗1.2.3大型铝电解槽对炭阳极的基本要求大型铝电解槽对炭阳极的基本要求自焙槽自焙槽 阳极糊；阳极糊； 预焙槽预焙槽 预焙阳极炭块预焙阳极炭块 阳极阳极 铝电解槽的心脏铝电解槽的心脏耐高温，膨胀率小，抗热震性好；耐高温，膨胀率小，抗热震性好； 强度强度较较高高，具有较好的耐冲刷性；，具有较好的耐冲刷性； 化学性质稳定，抗氧化和抗氟化物侵蚀性好；化学性质稳定，抗氧化和抗氟化物侵蚀性好； 导电性，导热性良好。导电性，导热性良好。劣劣质质阳阳极极 炭炭渣渣过过多多、槽槽温温过过高高、效效率率过过低低、物物料料过过耗耗、炉帮炉帮过过空、发病空、发病过过频频铝电解中的阳极铝电解中的阳极反应物、导电体，反应物、导电体，关系电解指标与槽况。关系电解指标与槽况。1.3 1.3 阴极炭块阴极炭块延长槽寿命的关键材料延长槽寿命的关键材料1.3.1铝电解槽阴极的作用与分类铝电解槽阴极的作用与分类铝电解槽的铝电解槽的躯体躯体、高温直接、高温直接承载体承载体、铝电解过程的、铝电解过程的反应器反应器。经济技术指标、工艺过程条件、槽子的寿命。经济技术指标、工艺过程条件、槽子的寿命。耐高温、抗腐蚀、导热性好、导电性（底）好、耐电解质（钠）耐高温、抗腐蚀、导热性好、导电性（底）好、耐电解质（钠）渗透性、耐冲刷等。渗透性、耐冲刷等。阴极的基本分类：阴极的基本分类：1.普通阴极炭块普通阴极炭块以普煅无烟煤、冶金焦、煤沥青为原料；以普煅无烟煤、冶金焦、煤沥青为原料；2.半石墨化（质）阴极炭块半石墨化（质）阴极炭块以高温电煅无烟煤、冶金焦、以高温电煅无烟煤、冶金焦、石墨碎、煤沥青为原料或普通炭块经半石墨化处理生产的阴极块；石墨碎、煤沥青为原料或普通炭块经半石墨化处理生产的阴极块；3.高石墨质阴极炭块高石墨质阴极炭块含石墨质材料含石墨质材料3085的阴极炭块的阴极炭块;4.石墨化阴极炭块石墨化阴极炭块以石油焦为骨料的炭块，再进行石墨化以石油焦为骨料的炭块，再进行石墨化处理生产的阴极炭块。处理生产的阴极炭块。形式与种类形式与种类底底（部）（部）块块、侧（部）块侧（部）块、炭炭（底、阴极）（底、阴极）糊糊。硼化钛涂层（复合）底块；可湿润阴极块硼化钛涂层（复合）底块；可湿润阴极块;异型阴极炭块。异型阴极炭块。氮化硅氮化硅结合炭化硅侧块结合炭化硅侧块(SiC-Si3N4)阴极材料的分类阴极材料的分类周边糊周边糊炭间糊炭间糊钢棒糊钢棒糊炭胶泥炭胶泥铝铝用用阴阴极极材材料料阴极炭块阴极炭块阴极糊阴极糊底部炭块底部炭块侧部炭块侧部炭块半石墨炭块半石墨炭块普通炭块普通炭块高石墨质炭块高石墨质炭块可湿润阴极炭块可湿润阴极炭块石墨化炭块石墨化炭块半石墨侧部块半石墨侧部块普通侧部炭块普通侧部炭块SiC-Si3N4侧块侧块半石墨阴极糊半石墨阴极糊普通阴极糊普通阴极糊高石墨质阴极糊高石墨质阴极糊冷捣糊冷捣糊热捣糊热捣糊我国阴极糊的分类及牌号我国阴极糊的分类及牌号(YS/T65-2007)分分类牌号牌号名称名称适用部位适用部位施工温度，施工温度，第第一一类BSZH半石墨周半石墨周围糊糊填充底部炭填充底部炭块与与侧部炭部炭块接接缝及耐火及耐火砖等之等之间较宽缝隙隙11010BSTH半石墨炭半石墨炭间糊糊填充炭填充炭块与炭与炭块之之间缝隙隙11010BSGH半石墨半石墨钢棒糊棒糊填充阴极填充阴极钢棒与炭棒与炭块之之间缝隙隙11010BSTN半石墨炭胶泥半石墨炭胶泥填充填充侧部炭部炭块之之间较小小缝隙隙6010第第二二类GSZH高石墨周高石墨周围糊糊填充高石墨填充高石墨质底部炭底部炭块与与侧部炭部炭块接接缝及耐火及耐火砖等之等之间较宽缝隙隙11010GSTH高石墨炭高石墨炭间糊糊填充炭填充炭块与炭与炭块之之间缝隙隙11010GSGH高石墨高石墨钢棒糊棒糊填充阴极填充阴极钢棒与炭棒与炭块之之间缝隙隙11010第第三三类BSLD-1半石墨冷半石墨冷捣糊糊填充炭填充炭块与炭与炭块，底部炭，底部炭块与与侧部炭部炭块及耐火及耐火砖之之间的的缝隙隙25-55BSLD-2半石墨冷半石墨冷捣糊糊填充阴极填充阴极钢棒与炭棒与炭块之之间缝隙隙25-55GSLD-1高石墨冷高石墨冷捣糊糊填充炭填充炭块与炭与炭块，底部炭，底部炭块与与侧部炭部炭块及耐火及耐火砖之之间的的缝隙隙25-55GSLD-2高石墨冷高石墨冷捣糊糊填充阴极填充阴极钢棒与炭棒与炭块之之间缝隙隙25-551.4铝电解槽结构示意图铝电解槽结构示意图炭素在电解槽上的应用炭素在电解槽上的应用上部结构上部结构阳极炭块阳极炭块阴极炭块阴极炭块高温电解质高温电解质侧部炭块侧部炭块阳极组阳极组壳面及覆盖料壳面及覆盖料阴极炭糊阴极炭糊1.3.2阴极的破损阴极的破损由由于于电电解解质质熔熔体体中中有有各各种种杂杂质质元元素素，在在铝铝电电解解过过程程中中，电电解解质质中中的的钠钠离离子子在在电电场场的的作作用用下下被被炭炭阴阴极极选选择择性性吸吸附附，铝铝与与碳碳发发生生副副反反应应生生成成碳碳化化铝铝(AL4C3)等等产产物物，而而且且熔熔盐盐对对阴阴极极炭炭块块发发生生侵侵蚀蚀和和冲冲刷刷等等作作用用，加加上上热热应应力力的的作作用用，使使阴阴极极材材料料发发生生破破损，从而使铝电解槽寿命到期而大修损，从而使铝电解槽寿命到期而大修。阴极破损形式：阴极破损形式：1、炉底隆起、炉底隆起(1年年2cm;3年年10-15cm；后基本稳定）；后基本稳定）2、阴极炭块断裂、阴极炭块断裂（为中部大，边缝小形式）为中部大，边缝小形式）3、阴极炭块形成冲蚀坑、阴极炭块形成冲蚀坑（多在缝处）（多在缝处）4、阴极炭块层状剥离、阴极炭块层状剥离5、扎缝糊起层、洞穿、纵向裂开、扎缝糊起层、洞穿、纵向裂开6、侧部炭块破损、侧部炭块破损（形式：边块断裂；电化学侵蚀；边剥形式：边块断裂；电化学侵蚀；边剥落；遭氧化）落；遭氧化）阴极：铝湿润性、散热性、抗钠侵蚀性、耐阴极：铝湿润性、散热性、抗钠侵蚀性、耐磨性、高导电性。磨性、高导电性。第一章思考题第一章思考题1、铝用炭素材料一般包括哪几类？其作用各是什么？主要原料、铝用炭素材料一般包括哪几类？其作用各是什么？主要原料有什么不同？有什么不同？2、从使用角度讲，铝电解炭阳极应具备哪些特性？、从使用角度讲，铝电解炭阳极应具备哪些特性？3、为什么说阳极是铝电解槽的心脏？、为什么说阳极是铝电解槽的心脏？4、阳极消耗都与炭块的哪些性能指标有关？、阳极消耗都与炭块的哪些性能指标有关？5、在铝电解过程中阳极是如何参加反应的？写出电化学反应方、在铝电解过程中阳极是如何参加反应的？写出电化学反应方程式。程式。6、电解槽的寿命与炭素材料有什么关系？、电解槽的寿命与炭素材料有什么关系？第二章第二章炭素材料概述炭素材料概述 2 2. .1 1 炭的存在形式炭的存在形式2.1.1自然界中的碳自然界中的碳 碳碳的的元元素素符符号号为为C，相相对对原原子子量量为为12.0112.01，原原子子序序数数为为6 6，电电子子分分布布状状态态为为1S22S22P2。碳碳在在自自然然界界分分布布很很广广，虽虽然然碳碳在在地地壳壳元元素素总总量量中中仅仅占占0.14（0.08），为为各各元元素素含含量量的的第第13位位，但但它它却却是是地地球球上上形形成成化化合合物物最最多多的的元元素素，在在水水和和大大气气中中主主要要以以CO2、碳碳酸酸和和碳碳酸酸盐盐的的形形式式存存在在；矿矿物物界界有有各各种种碳碳酸酸盐盐、煤煤、天天然然石石墨墨和和金金刚刚石石等等，还还有有石石油油和和天天然然气气等等碳碳氢氢化化合合物物；动动植植物物体体中中的的脂脂肪肪、蛋蛋白白质质、淀淀粉粉和和纤纤维维素素也也都都是是碳碳水水化化合合物物。碳碳被被视视为为组组成成一一切动植物体的基本元素切动植物体的基本元素。 碳碳的的资资源源以以两两种种类类型型存存在在，一一种种是是循循环环性性资资源源，即即由由植植物物和和动动物物所所代代表表的的生生物物和和CO2进进行行迁迁移移循循环环；另另一一种种是是循循环环速速度度很很慢慢，但但数数量量极极大大的的堆堆积积物物，均均为为化化合合物物，如碳酸盐矿物和有机质堆积物。天然纯碳非常少。如碳酸盐矿物和有机质堆积物。天然纯碳非常少。“炭炭素素”即即元元素素碳碳。元元素素碳碳是是法法国国科科学学家家拉拉瓦瓦锡锡（A.L.Lavoisier）于于1776年年发发现现并并列列人人元元素素周周期期表表中中，1797年年法法国国科科学学家家特特纳纳尔尔（L.J.Thenard）通通过过实实验验，证证实实了了金金刚刚石石和和石石墨墨都都是是碳碳元元素素的的同同素素异异形形体体。“炭炭”与与“碳碳”二二字字有有联联系系又又有有区区别别，材材料料学学者者将将含含有有碳碳元元素素的的化化合合物物及及其其众众多多的的衍衍生生物物，如如碳碳水水化化合合物物、碳碳酸酸盐盐、碳碳氢氢化化合合物物中中的的元元素素碳碳用用“碳碳”字字表表示示，而而将将C/H比比在在10以以上上，主主要要由由碳碳元元素素组组成成的的、多多数数为为固固体体材材料料（如如煤煤炭炭、焦焦炭炭、炭炭电电极极、炭炭块块、炭炭纤纤维维等等）中中的的“碳碳”用用“炭炭”字字表表示示，并并统统称称为为炭炭素素材材料料。而而“炭炭素素厂厂”实实际际上上是是生生产产炭炭素素材材料料的的工厂工厂炭炭素素材材料料工工业业将将使使用用的的石石油油焦焦、无无烟烟煤煤、天天然然石石墨墨等等称称为为炭炭素素原原料料；将将使使用用炭炭素素原原料料，经经过过一一系系列列加加工工得得到到的的具具有有使使用用性性，并并具具有有一一定定物物理理化化学学性性质质的的产产品品称称为为炭炭素素制制品品（如如阳阳极极炭炭块块、阴阴极极炭炭块块、阳阳极极糊糊、阴阴极极糊糊、石石墨墨电电极极）。炭炭素素制制品品按按理理化化性性质质的的不不同同，一般区分为炭质、石墨质和半石墨质一般区分为炭质、石墨质和半石墨质3大类。大类。炭炭素素材材料料是是一一种种古古老老的的材材料料，古古人人类类就就已已经经将将煤煤炭炭、木木炭炭、天天然然石石墨墨用用于于取取暖暖、煮煮食食等等，但但作作为为高高质质量量的的工工业业材材料料使使用用仅仅有有100多多年年的的历历史史。用用各各种种煤煤炭炭为为原原料料加加工工成成导导电电材材料料是是在在电电的的发发现和应用以后，故炭素工业又是一种现和应用以后，故炭素工业又是一种新型材料工业新型材料工业。碳材料特性碳材料特性（无机非金属材料无机非金属材料）：）：耐高温、热稳定性好耐高温、热稳定性好用于结构材料；用于结构材料；耐腐蚀耐腐蚀（浸渍，不透性）化学工业；（浸渍，不透性）化学工业；导电性导电性电极材料；电极材料；自润滑性自润滑性密封、润滑材料。密封、润滑材料。金属金属炭素材料炭素材料陶瓷陶瓷有机高分子有机高分子导热性导热性导电性导电性耐热性耐热性耐腐蚀耐腐蚀轻质量轻质量结构多样结构多样比强度高、比强度高、减震率大、减震率大、生物相容好、生物相容好、中子减速性、中子减速性、结构多样性。结构多样性。2.1.2炭的生成炭的生成多由多由C C、H H、O O、N N、S S混合组成，漫长转化。混合组成，漫长转化。 煤含碳为煤含碳为60609090，木材含碳约，木材含碳约5050，石油含碳为，石油含碳为80809090，天然石墨含碳近天然石墨含碳近100100。 碳碳氢氢化化合合物物转转化化炭炭的的过过程程称称为为炭炭化化，它它的的反反应应机机理理为为热热解解。热热解解的的概概念念泛泛指指有有机机化化合合物物在在受受热热时时所所发发生生的的分分解解或或裂裂解解而而生生成成最最终终产产物物的的过过程程。石石油油、煤煤一一般般认认为为是是在在亿亿万万年年以以前前被被埋埋入入地地层层下下的的动动物物和和植植物物，在在隔隔绝绝空空气气、受受地地热热和和地地层层高高压压等等条条件件下下转转化化的的结结果果。无无烟烟煤煤是是近近乎乎炭炭化化后后期期的的产产物物，天天然然石石墨墨可可认认为为已已完完全全炭炭化化，并并且且已已经经达达到到了了石石墨墨的的程程度度。但但是是，由由于于各各种种状状态态的的差差异异，也就很难认为所有的天然石墨具有同一形式。也就很难认为所有的天然石墨具有同一形式。 自自然然界界中中的的碳碳，不不管管是是哪哪种种形形式式，均均可可理理解解为为是是有有机机物物经经热热裂裂解解反反应应的的生生成成物物。自自然然界界的的有有机机物物，合合成成树树脂脂等等人人造造有有机机物物，不不管管是是气气体体、液液体体还还是是固固体体，只只要要在在隔隔绝绝氧氧的的条条件件下下，在在有有热热的的作用下，就可以从作用下，就可以从烃类化合物烃类化合物中生成炭。中生成炭。 炭炭化化是是将将碳碳氢氢化化合合物物中中的的碳碳保保留留下下来来，而而氢氢和和其其它它元元素素通通过过受热分解被排除逸出。受热分解被排除逸出。 一一般般而而言言，称称液液相相炭炭化化生生成成物物为为焦焦，固固相相炭炭化化生生成成物物为为炭炭。前者是前者是软质炭，软质炭，后者是后者是硬炭硬炭，但有时也有例外（冶金焦）。，但有时也有例外（冶金焦）。初始原料初始原料中间原料中间原料炭化时形态炭化时形态生成的炭素材料生成的炭素材料石油石油重油重油液相液相石油焦石油焦煤煤固相固相冶金焦冶金焦煤煤煤焦油、沥青煤焦油、沥青液相液相煤焦油、煤焦油、沥青焦沥青焦植物植物固相固相木炭、活性炭木炭、活性炭木材木材气相气相纤维状炭纤维状炭天然气天然气气相气相炭黑、热解炭、石墨炭黑、热解炭、石墨合成高分子物合成高分子物固相固相硬质炭、纤维状炭硬质炭、纤维状炭表表2-1 2-1 炭素材料的生成炭素材料的生成烃烃仅由仅由碳碳和和氢氢两种两种元素元素组成有机化合物组成有机化合物称为称为碳氢化合碳氢化合物物，又叫，又叫烃烃(ting)。烃是烃是中国化学家中国化学家发明的字，是用发明的字，是用“碳碳”的的声母声母加上加上“氢氢”的的韵母韵母合成一个合成一个字音字音；用；用“碳碳”和和“氢氢”两个字两个字的内部结构组成的内部结构组成字型字型。所以说，。所以说，“烃烃”是是“碳氢化合物碳氢化合物”的简称的简称，直链；环链直链；环链。2.1.3炭的存在形式与分子结构炭的存在形式与分子结构物质世界是由一百多种（物质世界是由一百多种（1189127）元素以不同的形态和不）元素以不同的形态和不同的同的化合物、混合物化合物、混合物或或单质单质组成的组成的。在自然界里，含炭化合物在自然界里，含炭化合物100多万种，而单质炭有三种变体（同多万种，而单质炭有三种变体（同素异构体、同分异构体）：素异构体、同分异构体）：金刚石金刚石、石墨石墨及及无定形炭无定形炭。金刚石和石。金刚石和石墨是结晶形体，无定形炭是非结晶形体，它们都是炭的墨是结晶形体，无定形炭是非结晶形体，它们都是炭的同素异构体同素异构体。（另有人造（另有人造富勒烯富勒烯巴基球：呈封闭球状如巴基球：呈封闭球状如C60、C70）天然炭的三种不同形态的原子结构和它们形成时所经受的天然炭的三种不同形态的原子结构和它们形成时所经受的压力压力与温度与温度有密切关系，由于形成的压力与温度不同，同样的炭元素，有密切关系，由于形成的压力与温度不同，同样的炭元素，可以生成不同形态和不同结构的物质，而且在一定条件下又可以可以生成不同形态和不同结构的物质，而且在一定条件下又可以转转化化。例如：一些无定形炭在加热到。例如：一些无定形炭在加热到2300以上的高温，就可以转化以上的高温，就可以转化为石墨，而石墨在极高的压力（为石墨，而石墨在极高的压力（510万万amp)和高温和高温(10002000）下或通过金属触媒（催化剂），又可以生成金刚石。）下或通过金属触媒（催化剂），又可以生成金刚石。 石墨转化为金刚石的条件见（石墨转化为金刚石的条件见（p22p22）表）表2-22-2。 碳结构的多种性碳结构的多种性？ 电子分布特点与杂化电子分布特点与杂化一、原子核外电子的分布特点：一、原子核外电子的分布特点：原子核的电子分层分布，层数等于其所在周期表的周期数原子核的电子分层分布，层数等于其所在周期表的周期数每个电子层又分为多个亚层（）每个电子层又分为多个亚层（） 最低能级原理首先抢占最低能级；最低能级原理首先抢占最低能级； 泡利不相容原理泡利不相容原理-每个轨道只能容纳每个轨道只能容纳2 2个自旋方向相反电子个自旋方向相反电子; ; 洪特规则洪特规则-在同属亚层的轨道上在同属亚层的轨道上, ,各电子最先抢占不同轨道各电子最先抢占不同轨道; ; 全充满全充满, ,半充满原则半充满原则-电子尽量达到层间全充满或电子尽量达到层间全充满或S S以外的以外的半充满稳定状态半充满稳定状态. . 碳原子：碳原子： -第第2 2周期周期, ,第第4 4主族主族, ,序数为序数为6 6； 基本结构有基本结构有2 2种；种； 外层电子在结合时会进行杂化。外层电子在结合时会进行杂化。 (见杂化理论见杂化理论）1s22s2p洪特规则结构洪特规则结构杂化组合杂化组合低能级结构低能级结构二、关于二、关于sp杂化理论杂化理论1.分分子子在在成成键键过过程程中中，由由于于原原子子间间的的相相互互影影响响，同同一一原原子子中中，几几个个能能量量相相近近的的不不同同类类型型的的原原子子轨轨道道（即即波波函函数数），可可以以重重新新进进行行线线性性组组合合，重重新新分分配配能能量量和和确确定定空空间间方方向向，组组成成数数目目相相等等的的新新的的原原子子轨轨道道，这这种种轨轨道道重重新新组组合合的的过过程程称称为为杂杂化化（hybridization），杂杂化化后后形形成成的的新轨道称为新轨道称为杂化轨道杂化轨道（hybridorbital）。是？）。是？2.杂化轨道的杂化轨道的角度波函数，在某个方向的值比杂化前角度波函数，在某个方向的值比杂化前大得多，大得多，更有利于原子轨道间最大程度地重叠，因而更有利于原子轨道间最大程度地重叠，因而杂杂化轨道比原来轨道的成键能力强。化轨道比原来轨道的成键能力强。为？为？3.杂化轨道之间力图杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相互在空间取最大夹角分布，使相互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。间的排斥能最小，故形成的键较稳定。不同类型的杂化不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，轨道之间的夹角不同，成键后所形成的分子就具有不同成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。的空间构型。干？干？sp杂化有三种形式：杂化有三种形式：sp1杂化、杂化、sp2杂化杂化、sp3杂化杂化1、sp杂化杂化由由1个个s轨道和轨道和1个个p轨道组合成轨道组合成2个个sp杂化轨道的过程称为杂化轨道的过程称为sp杂杂化化，所形成的轨道称为，所形成的轨道称为sp杂化轨道。每个杂化轨道。每个sp杂化轨道均含有杂化轨道均含有的的s轨轨道成分和道成分和的的p轨道成分。为使相互间的排斥能最小，轨道间的夹轨道成分。为使相互间的排斥能最小，轨道间的夹角为角为1800。当。当2个个sp杂化轨道与其他原子轨道重叠成键后就形成直杂化轨道与其他原子轨道重叠成键后就形成直线型分子。线型分子。无定形炭结构无定形炭结构组合前组合前轨道轨道组合后轨道组合后轨道2、sp2杂化杂化由由1个个s轨轨道道与与2个个p轨轨道道组组合合成成3个个sp2杂杂化化轨轨道道的的过过程程称称为为sp2杂杂化化。每每个个sp2杂杂化化轨轨道道含含有有的的s轨轨道道成成分分和和的的p轨轨道道成成分分，为为使使轨轨道道间间的的排排斥斥能能最最小小，3个个sp2杂杂化化轨轨道道呈呈正正三三角角形形分分布布，夹夹角角为为1200。当当3个个sp2杂杂化化轨轨道道分分别别与与其其他他3个个相相同同原原子子的的轨轨道重叠成键后，就形成正三角形构型的分子。道重叠成键后，就形成正三角形构型的分子。石墨结构石墨结构组合前组合前轨道轨道组合后组合后轨道轨道3、sp3杂化杂化sp3杂化轨道是由杂化轨道是由1个个s轨道和轨道和3个个p轨道组合成轨道组合成4个个sp3杂化轨杂化轨道的过程称为道的过程称为sp3杂化杂化。每个。每个sp3杂化轨道含有杂化轨道含有的的s轨道成分和轨道成分和的的p轨道成分。为使轨道间的排斥能最小，轨道成分。为使轨道间的排斥能最小，4个顶角的个顶角的sp3杂化轨杂化轨道间的夹角均为道间的夹角均为109028。当它们分别与其他。当它们分别与其他4个相同原子的轨个相同原子的轨道重叠成键后，就形成正四面体构型的分子。道重叠成键后，就形成正四面体构型的分子。金刚石结构金刚石结构组合前组合前轨道轨道组合前组合前轨道轨道1.金刚石金刚石 纯金刚石的外观为无色透明，通常因所含杂质纯金刚石的外观为无色透明，通常因所含杂质元素而呈淡黄色、天兰色、兰色或红色，有强烈的光元素而呈淡黄色、天兰色、兰色或红色，有强烈的光泽。金刚石属于等轴晶形、立方晶系，通常呈八面体，泽。金刚石属于等轴晶形、立方晶系，通常呈八面体，它的晶体外观十分规整。它的晶体外观十分规整。 金刚石为金刚石为四面体四面体结构构，整个晶体是一个巨大的炭，整个晶体是一个巨大的炭分子，分子，为单一的共价饱和键，键长为单一的共价饱和键，键长1.541.54，结合力极，结合力极强，强，要使其破裂必要使其破裂必须折断折断这些牢固的共价些牢固的共价键。因此，。因此，金金刚石在所有物石在所有物质中是中是最硬最硬的，可用于制造的，可用于制造钻头，熔，熔点很高点很高。金金刚石的炭原子石的炭原子中，中，所有价所有价电子彼此互相共享形成典子彼此互相共享形成典型共价型共价键而无自由而无自由电子子（spsp3 3杂化）杂化），所以它几乎，所以它几乎不不导电，导热性能也很差性能也很差，但，但它它的的析光率很高析光率很高，每个碳原，每个碳原子通子通过spsp3 3杂化轨道与四个碳共价，键长杂化轨道与四个碳共价，键长1.54451.5445。 11010-7-7mm=10mm=10-10-10m m金刚石结构金刚石结构（立方晶系立方晶系）2.石墨石墨（1）石墨结构）石墨结构与与金金刚刚石石相相比比，石石墨墨是是一一种种炭炭原原子子之之间间呈呈六六角角环环形形片片状状体体的的多层叠合晶体多层叠合晶体，为，为spsp2 2杂化结构（含富勒烯碳）杂化结构（含富勒烯碳），键长键长1.421.42。石石墨墨有有天天然然石石墨墨和和人人造造石石墨墨两两种种。天天然然石石墨墨根根据据其其外外观观形形状状又又可可分分为为鳞鳞片片状状和和土土状状石石墨墨。鳞鳞片片状状石石墨墨，其其颗颗粒粒外外形形为为鳞鳞片片状状，外外观观呈呈银银灰灰色色，有有闪闪闪闪光光泽泽，手手摸摸有有滑滑腻腻感感，并并留留有有深深灰灰色色痕痕迹迹；土土状状石石墨墨，颗颗粒粒外外形形为为土土粒粒状状，呈呈深深灰灰色色，手手摸摸有有较较少少滑滑腻腻感感。天天然然石石墨墨含含有有较较多多杂杂质质，较较好好的的天天然然石石墨墨含含炭炭量量达达到到90左左右右。但但大大多多数数低低于于此此值值；人人造造石石墨墨纯纯度度要要高高得得多多，一一般般含含炭炭量量可可达达99以以上上。石石墨墨的的2pz电电子子与与三三角角形形结结构构的的平平面面垂垂直直，不不能能形形成成共共价价键键，称称键键电电子子，属属于于非非定定域域电电子子，在在电电场场作作用用下下可可在在层层间间自自由由运运动动，能能象象金金属属一一样样导导电电。具具有有共共价价键键叠叠加加金金属属键键的的力力，层层面面间通过范德华力（分子键）结合，间通过范德华力（分子键）结合，层间距层间距3.354石墨石墨sp2杂化结构示意图杂化结构示意图理想石墨结构理想石墨结构(a）六方晶系石墨；）六方晶系石墨；(b）斜方晶系石墨）斜方晶系石墨ABAB;ABCDABCD（2）石墨的性质：）石墨的性质：石墨具有良好的石墨具有良好的导电性导电性（低于铜和铝等金属）；石墨（低于铜和铝等金属）；石墨的的导热性导热性甚至超过了甚至超过了铁、钢、铝铁、钢、铝等金属材料；石墨具有等金属材料；石墨具有很好的很好的耐腐蚀性耐腐蚀性，无论是有机溶剂或无机溶剂，都不能，无论是有机溶剂或无机溶剂，都不能溶解它，在常温下，各种酸和碱与石墨都不能发生化学溶解它，在常温下，各种酸和碱与石墨都不能发生化学反应，只是在反应，只是在500以上的温度时，才与硝酸或氧气以以上的温度时，才与硝酸或氧气以及强氧化介质等起反应。及强氧化介质等起反应。石墨在石墨在2000的的高温高温下，如果在还原性气氛中，是下，如果在还原性气氛中，是不会熔化的，只是在不会熔化的，只是在3900(常压下常压下)时升华为气体。时升华为气体。2000时其强度反而较常温时提高一倍。石墨的弱点是时其强度反而较常温时提高一倍。石墨的弱点是抗氧化性能差抗氧化性能差，随着温度的提高，氧化速度加剧。如：，随着温度的提高，氧化速度加剧。如：石墨在石墨在450的空气中或在的空气中或在700蒸汽中，或在蒸汽中，或在900的的二氧化碳中，经过一定的时间都会不同程度的失重。二氧化碳中，经过一定的时间都会不同程度的失重。3.煤炭和焦炭煤炭和焦炭无定形炭无定形炭煤炭煤炭是泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤等的统称。煤炭是几百万是泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤等的统称。煤炭是几百万年以前的古代植物在地壳变动时被埋在地下，受到一定的温度年以前的古代植物在地壳变动时被埋在地下，受到一定的温度压力炭化而形成的。各种煤炭的炭化程度相差很大，泥炭的炭压力炭化而形成的。各种煤炭的炭化程度相差很大，泥炭的炭化程度最差，它含有大量的挥发物，结构疏松；无烟煤炭化程化程度最差，它含有大量的挥发物，结构疏松；无烟煤炭化程度较高，挥发物含量较少，密度与强度都比较高。度较高，挥发物含量较少，密度与强度都比较高。焦炭是烟煤焦炭是烟煤(炼焦煤炼焦煤)或某些含炭量高的物质或某些含炭量高的物质(如石油、沥青或如石油、沥青或渣油、煤沥青等渣油、煤沥青等)在高温下，基本隔绝空气加热使之焦化的产在高温下，基本隔绝空气加热使之焦化的产物。例如：用烟炭焦化后可得到物。例如：用烟炭焦化后可得到冶金焦冶金焦；用煤沥青焦化可得；用煤沥青焦化可得沥沥青焦青焦等。等。焦炭具有强度大、耐磨性好、含炭量高的特点。石油焦、沥焦炭具有强度大、耐磨性好、含炭量高的特点。石油焦、沥青焦在青焦在2000以上高温处理后能转化为石墨。以上高温处理后能转化为石墨。煤炭煤炭(或焦炭或焦炭)的导电性、导热性、化学稳定性较差。测定煤的导电性、导热性、化学稳定性较差。测定煤炭炭(或焦炭或焦炭)中碳及挥发物的含量可以间接了解它们的炭化程度中碳及挥发物的含量可以间接了解它们的炭化程度(或热处理温度或热处理温度)。Sp杂化杂化炔碳、卡宾碳炔碳、卡宾碳无定形炭的无定形炭的乱层结构乱层结构(a）可石墨化炭。（）可石墨化炭。（b）难石墨化炭）难石墨化炭无烟煤、石油焦、沥青焦和冶金焦，是生产各种炭无烟煤、石油焦、沥青焦和冶金焦，是生产各种炭制品主要原料，特别是石油焦和沥青焦是生产人造石墨制品主要原料，特别是石油焦和沥青焦是生产人造石墨的主要原料，用石油焦和沥青焦为原料生产的人造石墨，的主要原料，用石油焦和沥青焦为原料生产的人造石墨，其质量比用天然石墨生产的要好得多。其质量比用天然石墨生产的要好得多。石油焦和沥青焦石油焦和沥青焦同时也是生产预焙阳极炭块的原料。同时也是生产预焙阳极炭块的原料。（下表为组成下表为组成）炭炭()氧氧()氢氢()氮氮()硫硫()泥泥煤煤5060204068130.52褐褐煤煤6075103056130.52烟烟煤煤759021045130.52无烟煤无烟煤85951224130.52冶金焦冶金焦80900.20.20.5以下0.51.5沥青焦沥青焦98990.20.20.5以下0.5石油焦石油焦(生焦生焦)939513130.5以下0.54石油焦石油焦(煅后煅后)990.10.10.5以下0.5名称名称化学键化学键结构结构晶型晶型主要特性主要特性金刚石金刚石Sp3正四面体晶形结正四面体晶形结构构等轴八面等轴八面晶体晶体硬度大，不导电、热，硬度大，不导电、热，折光率好折光率好石墨石墨Sp2六角多层叠合晶六角多层叠合晶体结构体结构片状片状导电、导热好，耐腐蚀导电、导热好，耐腐蚀炔碳炔碳sp零乱无规则堆积零乱无规则堆积无定形无定形挥发分高挥发分高碳的同分异构体特性对比碳的同分异构体特性对比炔碳炔碳石墨石墨金刚石金刚石2300高温、高压、触媒高温、高压、触媒2.2炭素材料的物理化学性质炭素材料的物理化学性质2.2.1炭素材料的物理性质炭素材料的物理性质1.真（真（密度密度）比重与假比重（）比重与假比重（体积密度体积密度）炭炭和和石石墨墨材材料料属属于于多多孔孔材材料料。衡衡量量多多孔孔物物质质的的密密度度有有两两种种表表示方法：示方法：真真密度密度与体积与体积密度密度。(1)(1)真真密度密度 真密度是不包括孔度在内的真密度是不包括孔度在内的单位体积材料的质量单位体积材料的质量，单位是，单位是g/cmg/cm3 3，真密度一般用真密度一般用dudu表示表示 。 一般情况下，一般情况下，预焙阳极的真比重焙阳极的真比重为2.032.032.05g/cm2.05g/cm3 3，阴极阴极炭炭块的真比重的真比重为1.85-1.90g/cm1.85-1.90g/cm3 3 ，人造石墨真密度，人造石墨真密度为2.192.192.25g/cm2.25g/cm3 3 。煅后焦真密度。煅后焦真密度为2.02 2.02 2.08g/cm2.08g/cm3 3 。测定真密度的目的测定真密度的目的主要是为了了解原料或制品的主要是为了了解原料或制品的炭化程度炭化程度及及过程的过程的热处理程度热处理程度。如原料的煅烧程度，制品的焙烧程度及石墨。如原料的煅烧程度，制品的焙烧程度及石墨化程度。化程度。真密度的大小真密度的大小，相应可了解它的导电性、导热性、抗氧化性相应可了解它的导电性、导热性、抗氧化性等；等；对于各种石墨制品，真密度亦可用来间接表示石墨晶格结构对于各种石墨制品，真密度亦可用来间接表示石墨晶格结构的完善程度的完善程度。 序号序号 炭素物料炭素物料真密度真密度(g/cm3)备备注注11300煅后石油焦煅后石油焦2.022.082.052.0821300煅烧无烟煤煅烧无烟煤1.751.853电煅烧无烟煤电煅烧无烟煤1.801.902000以上以上4冶金焦冶金焦1.952.035预焙阳极炭块预焙阳极炭块2.032.056半石墨阴极炭块半石墨阴极炭块1.902.007石墨电（阴）极石墨电（阴）极2.202.25几种炭质材料的真密度几种炭质材料的真密度(2) (2) 体积密度（假比重）体积密度（假比重） 体体密密度度是是包包括括气气孔孔在在内内的的单单位位体体积积材材料料的的质质量量，单单位位是是g/cmg/cm3 3 。体体密密度度可可以以表表示示材材料料或或制制品品的的宏宏观观组组织织结结构构的的密密实实程程度度。制制品品的的气气孔孔率率越越大大，体体密密度度越越低低，则则宏宏观观组组织织越越疏疏松松。测测定定体体密密度度的的方方法法是是：将将成成品品或或半半成成品品加加工工成成一一定定尺尺寸寸的的试试样样（立立方方体体或或圆圆柱柱体体）然然后后称称量量，求求出出单单位位体体积积的的重重量量。体体密密度度一一般般用用dkdk表表示示，可按下式求得：可按下式求得： 体密度体密度dk =dk =试样重量（试样重量（g g）试样体积（试样体积（cmcm3 3） 预焙阳极的体密度一般为预焙阳极的体密度一般为1.501.501.65g/cm1.65g/cm3 3。 体体密密度度的的大大小小在在一一定定程程度度上上影影响响制制品品的的机机械械性性能能和和热力力学学性性质。 碳碳和和石石墨墨制制品品的的体体密密度度与与使使用用原原料料的的性性质有有关关，与与配配料料的的颗粒粒组成成及及粘粘结剂用用量量关关系系更更大大，与与混混捏捏条条件件，压型型压力力，焙焙烧和和石墨化温度石墨化温度都有一定的关系，都有一定的关系，经过浸浸渍的的产品品体密度体密度可可显著提高。著提高。 2.气孔率和结构性质气孔率和结构性质(1)(1)气孔率气孔率 各各种种炭炭质质原原料料及及碳碳和和石石墨墨制制品品，从从宏宏观观上上看看是是由由固固体体物物质质和和气气孔孔两两部部分分组组成成。气气孔孔率率就就是是指指样样块块中中的的气气孔孔体体积积占占样样块块体体积积的的百百分分比比。样样块块中中的的气气孔孔按按其其形形式式可可以以分分为闭口气孔、开口气孔和贯通气孔三种类型（为闭口气孔、开口气孔和贯通气孔三种类型（xiayexiaye) )。(2)(2)孔径的分布孔径的分布 用用水水银气孔率可以气孔率可以测定不同的孔径分布和分布比例定不同的孔径分布和分布比例。孔径大小的分布对浸渍作业与制品的透气率有一定的影孔径大小的分布对浸渍作业与制品的透气率有一定的影响。如用沥青浸渍，在一定条件下响。如用沥青浸渍，在一定条件下, ,仅能对大于仅能对大于25002500的大孔起作用，而对中小气孔及微孔则几乎不起作用，的大孔起作用，而对中小气孔及微孔则几乎不起作用，可见第一次浸渍假比重的提高效果明显，第二次及第三可见第一次浸渍假比重的提高效果明显，第二次及第三次浸渍效果就要差一些，以后效果就越来越小次浸渍效果就要差一些，以后效果就越来越小。 若若样样块块的的总总体体积积为为V V，闭闭口口气气孔孔的的总总体体积积为为V1V1，开开口口气气孔孔的的体体积积为为V2V2，贯贯通通气孔总体积为气孔总体积为V3V3，则样块的全气孔率和显气孔率分别为：，则样块的全气孔率和显气孔率分别为： V V1 1+V+V2 2+V+V3 3全气孔率全气孔率= =100%100% V V V V2 2+V+V3 3显气孔率显气孔率= =100%100% V V全气孔率可以由真比重与假比重计算求得，其计算公式如下：全气孔率可以由真比重与假比重计算求得，其计算公式如下： du-dkdu-dk nop= nop=100%100% du du式中：式中：dudu真密度真密度 dkdk体密度体密度气孔率的计算气孔率的计算nop22.931-1-闭口气孔；口气孔；2-2-开口气孔；开口气孔；3-3-贯通气孔通气孔(3)(3)透气率透气率 由由于于炭炭和和石石墨墨制制品品是是多多孔孔材材料料，所所以以它它们们都都能能透透过过某某些些气气体体和和液液体体。炭炭和和石石墨墨材材料料的的透透气气率率，是是在在用用一一定定的的时时间间内内，在在一一定定压压力力下下，气气体体透透过过一一定定断断面面和和厚厚度度试试样的气体数量来表示的。样的气体数量来表示的。空气渗透率：空气渗透率：nPm（nm2），），2.0 透透气气率率是是表表示示材材料料透透气气性性能能的的指指标标，对对炭炭和和石石墨墨材材料料而而言言，其其透透气气率率的的大大小小，主主要要与与它它们们的的密密实实程程度度及及孔孔径径的的分分布布情情况况有有关关。一一般般来来说说，材材料料的的体体密密度度越越大大，其其透透气气率率就就越越小小，反反之之，就就越越大大。同同时时，材材料料的的透透气气率率的的大大小小，还还取取决决于于材材料料内内部部气气孔孔的的大大小小和和贯贯通通情情况况，也也与与气体（或液体）的压力及粘度有关。气体（或液体）的压力及粘度有关。达尔绥常数达尔绥常数3.力学性能力学性能 物物体体的的力力学学性性质质是是表表示示在在一一定定条条件件下下承承受受各各种种外外力力的能力的能力, ,如抗压力、抗折力、弹性形变等。如抗压力、抗折力、弹性形变等。 物物体体在在外外力力（静静载载荷荷）作作用用下下，而而表表现现的的抵抵抗抗变变形形或或破破裂裂的的能能力力( (极极限限抵抵抗抗能能力力）称称为为机机械械强强度度。机机械械强强度用符号度用符号来表示，来表示，单位是：单位是：N/N/（pa)pa)或或 M Mpapa（106papa）。(1)(1)机械强度机械强度 按按外外力力对对物物体体作作用用方方向向的的不不同同，机机械械强强度度分分为为抗抗压压强度、抗拉强度或抗弯强度强度、抗拉强度或抗弯强度等。等。 炭炭和和石石墨墨制制品品在在不不同同方方向向上上表表现的的力力学学性性质常常常常是是各各向向异异性性的的，即即在在不不同同方方向向测得得的的数数值不不同同。对挤压产品品来来说沿沿平平行行于于试块挤压方方向向测得得的的数数值，总是是比比沿沿垂垂直直于于挤压方方向向所所测得得的的数数值要要大大一一些些。而而模模压产品品试样，加加压方方向向测得得的的强强度度数数值小小于于垂垂直直于于加加压方方向向所所测得得的的数数值。 抗压强度抗压强度对炭素材料施加外压力，单位面积对炭素材料施加外压力，单位面积上所承受的上所承受的极限载荷（极限载荷（破碎瞬间的力）；炭素材料的抗破碎瞬间的力）；炭素材料的抗压强度与原料的压强度与原料的颗粒强度、粒度组成、粘结剂用量、坯颗粒强度、粒度组成、粘结剂用量、坯体的焙烧过程体的焙烧过程等因素都有关系。炭素材料的抗压强度的等因素都有关系。炭素材料的抗压强度的测定一般在万能材料试验机上进行，并按下式计算：测定一般在万能材料试验机上进行，并按下式计算：式中：式中：P抗压强度（抗压强度（Pa）Q试样破裂时的最大压力（试样破裂时的最大压力（N）S试样受压面的面积（试样受压面的面积（m2）抗折强度抗折强度炭素材料受到与轴线相垂直的外力炭素材料受到与轴线相垂直的外力作用时，从弯曲到折断时的作用时，从弯曲到折断时的极限载荷，极限载荷，亦称抗弯强度。亦称抗弯强度。它是用来衡量阴极炭块及石墨电极质量的一项重要技术它是用来衡量阴极炭块及石墨电极质量的一项重要技术指标。测量抗折强度时，将试样放在指标。测量抗折强度时，将试样放在一定距离的两个支一定距离的两个支点上点上，在试样，在试样中间处施加压力中间处施加压力，直至将试样压断。按下，直至将试样压断。按下式计算炭素材料的抗折强度：式计算炭素材料的抗折强度：式中：式中：抗折强度（抗折强度（Pa）P试样破坏时的最大压力（试样破坏时的最大压力（N）L两支点间的距离（两支点间的距离（m）W试样的宽度（试样的宽度（m）H试样的厚度（试样的厚度（m）炭和石墨制品不论是作导电材料或结构材料，都炭和石墨制品不论是作导电材料或结构材料，都必须有一定的强度，才能经得住必须有一定的强度，才能经得住碰撞、加压或弯曲等碰撞、加压或弯曲等外外力作用。因此各种炭和石墨制品都规定了强度指标。一力作用。因此各种炭和石墨制品都规定了强度指标。一般要求测定它们的抗压强度，有时还要测定其抗弯强度般要求测定它们的抗压强度，有时还要测定其抗弯强度或抗拉强度。或抗拉强度。一些炭素材料的抗压强度和抗折强度一些炭素材料的抗压强度和抗折强度炭素材料炭素材料抗抗压强强度（度（Mpa）抗折抗折强强度（度（Mpa）大直径石墨大直径石墨电极极15.523.53.514.8中直径石墨中直径石墨电极极4.818.05.018.0普通阴极炭普通阴极炭块29.039.08.8左右左右半石墨半石墨质阴极炭阴极炭块25.030.08.8左右左右半石墨化阴极炭半石墨化阴极炭块19.025.08.511.0预焙阳极炭焙阳极炭块32.042.0高高强强石墨石墨78.598.029.049.0影响炭和石墨制品机械强度的主要因素影响炭和石墨制品机械强度的主要因素：与与原原料料的的颗颗粒粒强强度度有有关关，原原料料的的颗颗粒粒强强度度越越大大，成成品品的机械强度也越大；的机械强度也越大；与与配配料料的的颗颗粒粒组组成成有有关关，一一般般来来说说，采采用用较较细细的的颗颗粒粒组组成成（颗颗粒粒组组成成较较细细是是指指颗颗粒粒尺尺寸寸减减小小并并多多用用于于球球磨磨料料）可以提高产品的强度；可以提高产品的强度；与与粘粘结结剂剂的的性性质质及及用用量量有有关关，采采用用软软化化点点较较高高的的高高温温沥沥青青比比采采用用中中温温沥沥青青所所得得的的产产品品的的强强度度大大。配配料料时时沥沥青青用量过多或过少都会降低产品的强度；用量过多或过少都会降低产品的强度；与原料的煅烧程度有关；与原料的煅烧程度有关；升升与炭块等制品的焙烧程度有关；与炭块等制品的焙烧程度有关；升升石墨化产品与石墨化程度有关；石墨化产品与石墨化程度有关；降降经经过过浸浸渍渍的的产产品品比比未未经经浸浸渍渍的的强强度度要要高高，在在一一定定限限度度内浸渍次数越多，越能提高强度。内浸渍次数越多，越能提高强度。( (2)2)弹性变形与弹性模量弹性变形与弹性模量在在机机械械力力学学中中，把把固固体体材材料料受受外外力力作作用用而而产产生生变变形形，当当去去掉掉外外力力后后仍仍能能恢恢复复到到原原来来形形状状的的性性质质称称为为弹弹性性，这这种种变变形形称称为为弹弹性性变变形形。按按照照胡胡克克定定律律，在在弹弹性性限限度度内内，材材料料所所受受的的应应力力和和它它所所产产生生的的应应变成正比。变成正比。 P/S=P/S=E EL/LL/L E E：弹性模量弹性模量弹弹性性模模量量是是结结构构材材料料的的重重要要性性能能之之一一，其其物物理理意意义义为为：当当截截面面为为一一平平方方厘厘米米，单单位位长长度度的的试试样样伸伸长长一一倍倍时时所所需需的的力力。一一般般情情况况下下石石墨墨的的弹弹性性模模量量为为4.94.912.5Gpa,12.5Gpa,炭炭素素制制品品为为3.03.06.6Gpa6.6Gpa。 G Gpapa109papa。 -表征材料的刚性表征材料的刚性弹性模量弹性模量有三种：纵变（杨氏）弹性模量有三种：纵变（杨氏）弹性模量 E=E= 切变弹性模量；切变弹性模量； 容变弹性模量。容变弹性模量。泊松比泊松比：d/dL/L（横应变横应变/纵应变）纵应变）弹弹性性模模量量高高温温性性能能：弹弹性性形形变变越越大大（模模量量小小），制制品品抗抗热热冲冲击性越好，越能缓冲热应力。击性越好，越能缓冲热应力。4.导电性：炭素材料电阻和比电阻（电阻率）导电性：炭素材料电阻和比电阻（电阻率）阻阻碍碍导导体体导导电电能能力力的的物物理理量量称称作作导导体体的的电电阻阻。导导体体电电阻阻的的大大小小，与与构构成成导导体体材材料料的的性性质质有有关关（电电阻阻率率 ）、导体的长度成正比，与它的截面积成反比，即：导体的长度成正比，与它的截面积成反比，即：R= 公式中：公式中：R R电阻（电阻（ 欧姆）欧姆） 导体的电阻率，也称比电阻（微欧姆导体的电阻率，也称比电阻（微欧姆米米 mm ） S S导体的截面积（导体的截面积（m m2 2, ,平方米）平方米） L L导体的长度（导体的长度（m ,m , 米）米）LS炭炭和和石石墨墨制制品品的的电电阻阻有有明明显显的的方方向向性性。对对挤挤压压成成型型的的制制品品来来说说，试试样样沿沿平平行行于于挤挤压压方方向向测测得得的的比比电电阻阻要要比比垂垂直直方方向向小小的的多多。影影响响炭炭和和石石墨墨制制品品比比电电阻阻大大小小的的主主要因素有三：要因素有三： (1)(1)原原料料（煅煅后后焦焦）的的比比电电阻阻越越小小，成成品品的的比比电电阻阻就就越小。越小。 (2)(2)在在一一定定范范围围内内，孔孔率率小小对对产产品品比比电电阻阻影影响响不不大大，但孔率过大会提高比电阻。但孔率过大会提高比电阻。 (3)(3)与焙烧有关，对预焙阳极炭块制品而言，焙烧温与焙烧有关，对预焙阳极炭块制品而言，焙烧温度高一些，则成品的比电阻就低一些，反之，成品的度高一些，则成品的比电阻就低一些，反之，成品的比电阻就高一些。比电阻就高一些。原 料 名 称比电阻（微欧姆米 m ）石油焦石油焦450-600450-600沥青焦沥青焦600-760600-760冶金焦冶金焦800-1000800-1000煅烧无烟煤煅烧无烟煤1000-14001000-1400烘干的人造石墨碎烘干的人造石墨碎250-350250-350几种炭素煅烧后原料（几种炭素煅烧后原料（粉末粉末）和制品的比电）和制品的比电阻阻石墨阴极石墨阴极7-137-13 炭炭 阳阳 极极50-6550-65 半石墨质阴极炭块半石墨质阴极炭块3545普通阴极炭块普通阴极炭块55605.热学性质热学性质热热学学性性质质是是表表示示材材料料受受热热后后引引起起变变化化的的关关系系。如如导导热热性性、热膨胀与耐热冲击性（即抗热震性）等。热膨胀与耐热冲击性（即抗热震性）等。(1)(1)导热与导热系数（导热率）导热与导热系数（导热率）不不同同的的物物质质传传导导热热的的能能力力不不同同, ,表表示示物物质质导导热热能能力力的的物物理理量量称称为为导导热热（率率）系系数数, ,导导热热系系数数的的单单位位为为J/mJ/mk kh h，其其物物理理意意义义为为：固固体体原原材材料料在在单单位位截截面面积积、单单位位温温度度梯度时、单位时间内所传导的热量。（梯度时、单位时间内所传导的热量。（w/k.mw/k.m）炭炭和和石石墨墨制制品品的的导导热热系系数数有有明明显显的的各各向向异异性性，炭炭石石墨墨制制 品品 的的 导导 热热 系系 数数 一一 般般 为为 320320 720KJ/m720KJ/mk kh h( (8989200w/k.m200w/k.m) )。导导热热系系数数与与孔孔率率也也有有一一定定关关系系，即即孔孔率率大大的的材材料料导导热热系系数小，制品的数小，制品的体密度越大，导热系数越高体密度越大，导热系数越高。J（焦耳）（焦耳）=N.m(牛顿牛顿.米）米）W（瓦）（瓦）=J/s3.6kj/h(2)热膨胀现象与线膨胀系数热膨胀现象与线膨胀系数 当当物物体体温温度度发发生生变变化化时时，物物体体的的几几何何尺尺寸寸随随之之发发生生变变化化，受受热热时时增增大大，冷冷却却时时减减小小（少少数数反反常常现现象象除除外外）；当当物物体体受受热热时时在在某某一一方方向向上上的的线线度度变变化化叫叫（线线）膨膨胀胀系系数数。固固体体的的线线膨膨胀胀系系数数都都非非常常小小，所所以以固固体体在在00时时的的长长度度与与常常温温t t1 1时时的的长长度度L L1 1相相差差很很小小，在温度变化不大的情况下，可以用在温度变化不大的情况下，可以用L L1 1代替代替L L0 0。 L L2 2= L= L0 0（1+a1+at t）式中的式中的L L0 0可用可用L L1 1代替。代替。 L L2 2-L-L1 1 L L 则：则：a= a= L L1 1（T T2 2-T-T1 1） L L1 1T T式中：式中：a a线膨胀系数（线膨胀系数（1/1/度度） L L1 1试样在常温下的长度（试样在常温下的长度（mmmm） L L2 2试样在受热后的长度（试样在受热后的长度（mmmm） T T2 2试样加热温度（试样加热温度（） T T1 1试验时常温（试验时常温（） L L线膨胀量（线膨胀量（mmmm） T T试样加热温度与常温之差（试样加热温度与常温之差（） 炭炭素素制制品品线线膨膨胀胀系系数数的的大大小小，直直接接影影响响制制品品本本身身在在高高温温下下使使用用性性能能，线线膨膨胀胀系系数数越越大大的的产产品品开开裂裂的的可可能能性性越越大大。石石墨墨制制品品的的线线膨膨胀胀系系数数与与石石墨墨化化程程度度有有关关，石石墨墨化化程程度度越越高高，则则产产品品的的线线膨膨胀系数越小。胀系数越小。 炭炭和和石石墨墨制制品品的的线线膨膨胀胀系系数数也也是是具具有有各各向向异异性性的的。如如挤挤压压产产品品平平行行于于挤挤压压方方向向的的线线膨膨胀胀比比垂垂直方向小，通常差一倍或一倍以上。直方向小，通常差一倍或一倍以上。(3)耐热冲击性（抗热震性）耐热冲击性（抗热震性）炭炭和和石石墨墨制制品品在在高高温温下下使使用用时时，能能经经受受温温度度剧剧烈烈变变化化而而不不开开裂裂的的能能力力，称称耐耐热热冲冲击击性性或或抗抗热热震震性性。实实践践证证明明：炭炭和和石石墨墨制制品品的的耐耐热热冲冲击击性性的的大大小小与与制制品品线线膨膨胀胀系系数数、导导热热系系数数、抗抗拉拉强强度度、组组织织结结构、制品配方颗粒组成等因素有密切关系。构、制品配方颗粒组成等因素有密切关系。一一般般来来说说，制制品品的的导导热热性性越越好好，抗抗拉拉强强度度越越大大，线线膨膨胀胀系系数数越越小小，弹弹性性模模量量越越小小，其其抗抗热热震震性性能能就越好，反之就越差。就越好，反之就越差。式中：式中：R：抗热震指数：抗热震指数P：抗拉强度；：抗拉强度；：线涨系数；线涨系数；E：弹性模量；：弹性模量；：热导率热导率;C：比热；：比热；d：体密度：体密度2.2.2炭素材料的化学性质炭素材料的化学性质1.灰份含量灰份含量表表2-11炭和石墨制品及原料的灰份含量炭和石墨制品及原料的灰份含量制制 品品 名名 称称 灰份含量（灰份含量（% %）阴极炭块阴极炭块 8 81111石墨电极石墨电极 0.10.10.50.5石墨阳极石墨阳极 0.10.10.30.3高纯石墨高纯石墨 0.050.05以下以下炭炭 阳阳 极极 0.50.5左右左右电电 极极 糊糊 4 41010石油焦石油焦0.5无烟煤无烟煤820冶金焦冶金焦1215煤沥青煤沥青0.3灰分灰分A A的主成分的主成分FeFe2 2O O3 3AlAl2 2O O3 3SiOSiO2 2总占802.炭和石墨的氧化反应炭和石墨的氧化反应(1)(1)炭质材料的氧化反应炭质材料的氧化反应 炭炭质质材材料料在在低低温温下下是是极极为为惰惰性性的的，随随着着温温度度的的提提高高，其其化化学学活活性性急急剧剧增增加加。炭炭质质材材料料大大约约是是从从350350开开始始氧氧化化，石石墨墨的的氧氧化化大大约约在在450450600600左左右右。 炭炭和和石石墨墨材材料料开开始始氧氧化化的的温温度度，会会因因原原料料的的性性质质、矿矿物物质质的的含含量量和和热处理温度而略有不同。热处理温度而略有不同。在低温时主要是：在低温时主要是：C+OC+O2 2COCO2 2在高温时，反应发生：在高温时，反应发生：2C+O2C+O2 22CO 2CO+O2CO 2CO+O2 22CO2CO2 2碳在高温下氧化时，其生成物主要是碳在高温下氧化时，其生成物主要是COCO2 2和和COCO等气体。等气体。在在炭炭质质材材料料氧氧化化过过程程中中 晶晶体体的的完完善善程程度度、孔孔率率、孔孔径径是是影影响响其其氧氧化化速速度度的的主主要要因因素素，炭炭质质材材料料的的杂杂质质含含量量的的多多少少也也是是一一个个不不可可忽忽视视的的因因素素，这这是是因因为为许许多多微微量量元元素素如如FeFe、CaCa、NaNa、NiNi、V V、CuCu、MnMn等等在在碳碳的的氧氧化化过过程程中，都会不同程度的起加速氧化过程中，都会不同程度的起加速氧化过程催化作用催化作用。(2)(2)炭质材料和氧化剂的作用炭质材料和氧化剂的作用炭炭和和石石墨墨与与金金属属等等其其它它物物质质相相比比，其其耐耐腐腐蚀蚀性性是是非非常常强强的的，在在常常温温下下碳碳和和石石墨墨在在酸酸、碱碱或或盐盐的的水水溶溶液液中中几几乎乎是是不不被被侵侵蚀蚀的的，但但是是，它它在在较较强强的的氧氧化化剂剂溶溶液液中中，是是可可以以被被氧氧化化的的。石石墨墨在在强强的的氧氧化化剂剂中中（浓浓硫硫酸酸、浓浓硝硝酸酸与与氯氯酸酸钾钾等等）氧氧化化时时，炭炭的的层层状状结结构构虽虽不不受受破破坏坏，但但在在炭炭网网的的平平面面间间，由由于于氧氧的的侵侵入入并并与与之之结结合合，使使晶晶体体膨膨胀胀，生生成成了了氧氧化化石石墨墨的的层层间间化化合合物物。这这种种层层间间化化合合物物的的插插入入将将导导致致石石墨墨沿沿与与层层面面垂垂直直的的方方向向膨膨胀胀。这这种种膨膨胀胀是是不不规规则则的的，因因而而在在石石墨墨晶晶体体中中产产生生内内应应力力，使使石石墨墨沿沿着着解解理理面面崩崩解解。这这种种崩崩解解现现象象在在结结晶晶较较好好的的石石墨墨材材料料中中特特别别显显著著，而而在在未未经经石石墨墨化化的的碳碳素素制制品中这种晶解现象并不显著。品中这种晶解现象并不显著。3.炭和金属、金属氧化物的反应炭和金属、金属氧化物的反应许许多多金金属属在在高高温温下下能能与与碳碳反反应应生生成成碳碳化化物物。金金属属氧氧化化物物则则先先在在高高温温下下被被还还原原，然然后后生生成成碳碳化化物物，见表见表2-122-12。开开始始起起反反应应的的温温度度高高低低，除除了了金金属属（氧氧化化物物）的的物物理理化化学学性性质质外外，还还视视反反应应物物的的颗颗粒粒大大小小而而言言，细细磨磨的的粉粉末末相相互互混混合合，则则在在较较低低的的温温度度下下就就开开始始反反应应。除除（碱碱金金属属）NaNa、K K、RbRb( (铷铷) )、Cs Cs ( (铯铯) )和和炭炭生生成成石石墨墨层层间间化化合合物物外外，其其余余金金属属均均与与碳碳化化合合生生成固体碳化物成固体碳化物。（是良好的结晶物质）。（是良好的结晶物质）。2-12炭与金属和金属氧化物的反应炭与金属和金属氧化物的反应元素元素开始反应开始反应温度（温度（）反应产物或效应反应产物或效应AlAlAlAl2 2O O3 3BeBeOCaCaFeFeHfLiMgMgMoNiNiW8008001280128090096021821815501550200050011001100700130013001400AlAl4 4C C3 3；在；在14001400时反应强烈。时反应强烈。生成生成AlAl4 4C C3 3。Be2C；在真空或氮中。生成Be2C。CaCa3 3C C；亚稳定的，；亚稳定的，COCO2 2不稳定不稳定。FeFe3 3C CHfC长时间反应后生成Li2C2，短时间内生成中间化合物接近镁的熔点时无反应Mo2C3，在高于1200时形成MoC。没有稳定的碳化物生成，在Ni中炭的溶解度为0.65%。在H2中生成WC和W2C2.3炭素制品的特征及分类（炭素制品的特征及分类（p32)2.3.1炭素制品的主要炭素制品的主要特性特性。利利用用碳碳的的性性质质可可以以制制成成很很多多炭炭素素制制品品，而而且且这这些些制制品品几几乎每一品种各异。炭素制品具有以下乎每一品种各异。炭素制品具有以下5 5特征：特征： (1) (1) 耐高温，具有较高的熔点；耐高温，具有较高的熔点； (2) (2) 较低的热膨胀系数，具有较强的抗热震性；较低的热膨胀系数，具有较强的抗热震性； (3) (3) 是唯一具有良好导电性和导热性的非金属材料；是唯一具有良好导电性和导热性的非金属材料； (4) (4) 化化学学稳稳定定性性好好，在在大大部部分分非非氧氧化化性性的的酸酸、碱碱、盐溶液和气体中不受腐蚀；盐溶液和气体中不受腐蚀； (5) (5) 具有较好的润滑性能。具有较好的润滑性能。2.3.2炭素材料的分类炭素材料的分类 按着国家标准按着国家标准GBl426-78GBl426-78，炭素材料可以分四类：，炭素材料可以分四类： 1.石墨制品石墨制品 包包括括普普通通石石墨墨电电极极、特特制制石石墨墨电电极极、高高功功率率石石墨墨电电极、抗氧化涂层石墨电极、石墨块和石墨阳极。极、抗氧化涂层石墨电极、石墨块和石墨阳极。 2.炭制品类炭制品类 包包括括铝铝电电解解用用阴阴、阳阳极极炭炭极极、电电炉炉炭炭块块、高高炉炉炭炭块块、炭电极、炭阳极和炭电阻棒。炭电极、炭阳极和炭电阻棒。 3.炭糊类炭糊类 包括阳极糊、电极糊、密闭糊、粗缝糊和细缝糊。包括阳极糊、电极糊、密闭糊、粗缝糊和细缝糊。 4.特种石墨制品类特种石墨制品类 包括核石墨、精细结构石墨和高纯石墨。包括核石墨、精细结构石墨和高纯石墨。2.4炭素材料生产的工艺流程炭素材料生产的工艺流程炭素生产基本工艺过程包括：炭素生产基本工艺过程包括：原料的原料的预处理预处理( (预碎、煅烧预碎、煅烧或或烘干烘干) )； 原料的原料的破碎、筛分破碎、筛分和分级；和分级；颗粒状与粉状原料的颗粒状与粉状原料的配料配料； 加入粘结剂并进行加入粘结剂并进行混捏混捏； 混捏后糊料混捏后糊料成型成型； 成型后生制品的成型后生制品的焙烧焙烧； 焙烧品的焙烧品的石墨化石墨化。需进一步提高产品的密度、强度等。需进一步提高产品的密度、强度等时，石墨化前需对焙烧坯进行时，石墨化前需对焙烧坯进行浸渍浸渍和和再焙烧处理；再焙烧处理；对炭和石墨毛坯进行对炭和石墨毛坯进行机械加工机械加工。铝用阳极材料和铝用阴极材料生产工艺流程分别见铝用阳极材料和铝用阴极材料生产工艺流程分别见p33图图2-2和和p34图图2-3。残极残极石油焦石油焦煤沥青煤沥青预碎预碎煅烧煅烧中碎中碎筛分筛分配料配料混捏混捏凉料凉料成型成型冷却冷却焙烧焙烧熔化熔化静置静置清理清理破碎破碎筛分筛分颗粒料颗粒料液体沥青液体沥青预焙阳极炭块预焙阳极炭块磨粉磨粉粗、中颗粒粗、中颗粒细颗粒细颗粒铝用阳极炭块铝用阳极炭块生产工艺流程生产工艺流程2.5铝用炭素材料的性能要求铝用炭素材料的性能要求 2.5.1铝用阳极材料铝用阳极材料以以石石油油焦焦、沥沥青青焦焦为为骨骨料料、煤煤沥沥青青为为粘粘结结剂剂生生产产的的阳阳极极炭炭块块，称称作作预预焙焙阳阳极极炭炭块块或或铝铝电电解解用用炭炭阳阳极极。用用预预焙焙阳阳极极炭炭块块作作阳阳极极的的铝铝电电解解槽槽称称预预焙焙阳阳极极电电解解槽槽，简称预焙槽，这是一种现代化的大型铝电解槽。简称预焙槽，这是一种现代化的大型铝电解槽。阳极炭块一般为长方体，在其上部有阳极炭块一般为长方体，在其上部有34个直径个直径为为160180mm，深为，深为80110mm的圆槽，俗称炭碗。的圆槽，俗称炭碗。在阳极组装时，炭碗用来安装阳极爪头，通过磷生铁在阳极组装时，炭碗用来安装阳极爪头，通过磷生铁浇注，使阳极导杆与阳极炭块连为一体，组成阳极炭浇注，使阳极导杆与阳极炭块连为一体，组成阳极炭块组。我国阳极炭块的电流密度一般为块组。我国阳极炭块的电流密度一般为0.680.78Acm2，使用周期为，使用周期为2832天。天。铝电解过程中强大的直流电通过阳极炭块导入电铝电解过程中强大的直流电通过阳极炭块导入电解槽，它因参与电化学反应而逐渐消耗，生产一吨铝解槽，它因参与电化学反应而逐渐消耗，生产一吨铝要消耗要消耗(毛耗）炭阳极毛耗）炭阳极500kg550kg/t.Al。铝电解炭素阳极的分类铝电解炭素阳极的分类铝电解铝电解炭素阳极炭素阳极阳极糊阳极糊炭阳极炭阳极上插槽阳极糊上插槽阳极糊侧插槽阳极糊侧插槽阳极糊连续预焙阳极连续预焙阳极不连续预焙阳极不连续预焙阳极（预焙）阳极炭块理化指标依据我国有色金属行业标准（预焙）阳极炭块理化指标依据我国有色金属行业标准YST2851998列入表列入表2-5。牌牌号号灰分灰分（）（）电阻率电阻率热膨胀热膨胀率（）率（）CO2反反应性应性（mg/cm2.h)机械强机械强度度（Mpa)体积密体积密度度（g/cm3)真密度真密度（g/cm3)TY-1 0.50 55 0.45 45 32 1.50 2.00TY-2 0.80 60 0.50 50 30 1.50 2.00TY-31.00650.5555291.482.00表表2-5阳极炭块理化指标阳极炭块理化指标YS/T258-19981、微量元素与阳极质量：、微量元素与阳极质量：2、阳极开沟、阳极开沟(槽）问题：槽）问题：*阳极与阳极效应（阳极与阳极效应（3机理）机理）问题探讨（一）杂质元素对炭素阳极氧化反应和二氧化碳反应的影响杂质元素对炭素阳极氧化反应和二氧化碳反应的影响杂质元素元素对氧化反氧化反应的影响的影响对二氧化碳反二氧化碳反应性影响性影响国外阳极要求国外阳极要求ppmFe中等、弱催化中等、弱催化强强催化催化100400V强强催化催化中等弱催化中等弱催化80260Ni中等弱催化中等弱催化中等催化中等催化80160Na强强催化催化强强催化催化200600Ca弱催化弱催化中中强强催化催化50200Cu强强催化催化弱催化弱催化5080Si中中等催化等催化无影响、无影响、弱反弱反催化催化100300S弱催化弱催化弱反催化弱反催化1.22.4B反催化反催化反催化反催化P反催化反催化反催化反催化AlF3反催化反催化反催化反催化开开槽槽阳阳极极项目项目单位单位指标指标体积密度体积密度Kg/dm31.54真密度真密度Kg/dm32.04电阻率电阻率 m m55抗折强度抗折强度MPa12抗压强度抗压强度MPa32导热系数导热系数W/m.k3.55热膨胀系数热膨胀系数10-6/K3.54.5空气渗透率空气渗透率nPm2.0CO2反应性剩余率反应性剩余率%80空气反应性剩余率空气反应性剩余率%80灰份含量灰份含量%0.5微微量量元元素素S %2.5Si ppm300Na500Ca350Ni250V200Fe400中中铝铝优优质质炭炭阳阳极极标标准准2.5.2铝用阴极材料铝用阴极材料铝用阴极材料是以煅烧无烟煤，冶金焦、石墨碎等为骨料，铝用阴极材料是以煅烧无烟煤，冶金焦、石墨碎等为骨料，煤沥青为粘结剂制成的，主要用作铝电解槽炭质内衬材料。这类煤沥青为粘结剂制成的，主要用作铝电解槽炭质内衬材料。这类炭素材料经过加工、砌筑或捣固，构成铝电解槽主体，用于盛装炭素材料经过加工、砌筑或捣固，构成铝电解槽主体，用于盛装铝电解反应所需的电解质和产出的铝液，并将电流通过镶入阴极铝电解反应所需的电解质和产出的铝液，并将电流通过镶入阴极中的金属棒（阴极钢棒）导出槽外。图中的金属棒（阴极钢棒）导出槽外。图2-4为电解槽内衬阴极材为电解槽内衬阴极材料结构图。料结构图。阴极材料可分为阴极炭块阴极材料可分为阴极炭块(含侧部炭块含侧部炭块)和阴极糊和阴极糊(含炭胶泥含炭胶泥)两类。两类。由由于于电电解解质质熔熔体体中中有有各各种种杂杂质质元元素素，在在铝铝电电解解过过程程中中，电电解解质质中中的的钠钠离离子子在在电电场场的的作作用用下下被被炭炭阴阴极极选选择择性性吸吸附附，铝铝与与碳碳发发生生副副反反应应生生成成碳碳化化铝铝(AL4C3)等等产产物物，而而且且熔熔盐盐对对阴阴极极炭炭块块发发生生侵侵蚀蚀和和冲冲刷刷等等作作用用，加加上上热热应应力力的的作作用用，使使阴阴极极材材料料发发生生变变形形、隆隆起起、断裂，引起阴极破损断裂，引起阴极破损。铝电解生产要求炭素阴极铝电解生产要求炭素阴极耐高温、耐冲刷，耐熔盐及铝液侵蚀耐高温、耐冲刷，耐熔盐及铝液侵蚀，有有较高的电导率较高的电导率，和，和足够的机械强度足够的机械强度，以保证电解槽有较长的使，以保证电解槽有较长的使用寿命和有利于降低铝生产的电耗，用寿命和有利于降低铝生产的电耗，普通阴极炭块普通阴极炭块；半（高）石墨质半（高）石墨质(化化)阴极炭块阴极炭块；全石墨化全石墨化阴极炭块阴极炭块思考题：思考题：1、自然界单质碳有哪几种存在形式？它们各自的结构特点是什么、自然界单质碳有哪几种存在形式？它们各自的结构特点是什么？2、石墨有哪些特点？天然石墨如何分类？、石墨有哪些特点？天然石墨如何分类？3、炭素材料都有哪些物理化学性质？其意义和单位各是什么？、炭素材料都有哪些物理化学性质？其意义和单位各是什么？4、炭素材料的主要特性有哪些？、炭素材料的主要特性有哪些？5、什么是各向异性？炭制品哪些特性具有明显的各向异性？、什么是各向异性？炭制品哪些特性具有明显的各向异性？6、试叙述（画出）铝用阳极炭素材料生产的工艺流程。、试叙述（画出）铝用阳极炭素材料生产的工艺流程。7、YS/T258-1998规定的我国阳极炭块的质量指标都有哪些？规定的我国阳极炭块的质量指标都有哪些？8、碳的氧化反应都与哪些因素有关？都反映在哪些质量指标上？、碳的氧化反应都与哪些因素有关？都反映在哪些质量指标上？9、什么叫、什么叫“炭化炭化”？它的反应机理是什么？它的反应机理是什么？10、炭材料的真密度大小可间接反应出它的哪些性质？、炭材料的真密度大小可间接反应出它的哪些性质？11、炭材料电阻率的大小一般随哪些因素而降低？、炭材料电阻率的大小一般随哪些因素而降低？第三章第三章炭素原料及燃料燃烧炭素原料及燃料燃烧原料原料 制制造造铝铝电电解解工工业业使使用用的的阳阳极极和和阴阴极极炭炭块块所所用用的的原原料料可可为为两两部部分分。一一部部分分是是固固体体炭炭素素原原料料（骨料），另一部分是粘结剂（骨料），另一部分是粘结剂煤沥青。煤沥青。 固固体体炭炭素素原原料料包包括括石石油油焦焦、沥沥青青焦焦、冶冶金金焦焦和和无无烟烟煤煤等等。制制造造炭炭阳阳极极和和石石墨墨电电极极使使用用的的固固体体原原料料是是石石油油焦焦和和沥沥青青焦焦少少灰灰原原料料；制制造造阴阴极极炭炭块块和和高高炉炉炭炭块块使使用用的的固固体体原原料料主主要要是是冶冶金焦和无烟煤金焦和无烟煤多灰原料多灰原料。3 3. .1 1 石油焦石油焦石石油油焦焦是是石石油油炼炼制制过过程程中中的的副副产产品品。石石油油经经过过常常压压或或减减压压蒸蒸馏馏，分分别别得得到到汽汽油油、煤煤油油、柴柴油油和和蜡蜡油油等等，剩剩下下的残余物称为渣油。的残余物称为渣油。将将渣油渣油进行进行焦化焦化便得到便得到石油焦石油焦。石石油油焦焦按按其其焦焦化化前前渣渣油油的的种种类类分分为为裂裂化化焦焦、常常减减压压焦焦和和页页岩岩焦焦；按按焦焦化化方方法法：延延迟迟焦焦、釜釜式式焦焦、流流化化床床焦焦；按按外外观观结结构构：球球（丸丸）状状焦焦、海海绵绵状状焦焦、蜂蜂窝窝状状焦焦、针针状状焦焦。硫硫含含量量（高高、中中、低低）分分。我我国国油油焦焦年年产产量量约约67Mt/a,电解需量约电解需量约55.5Mt/a。 石石油油焦焦灰灰分分比比较较低低，一一般般小小于于1.01.0。石石油油焦焦在在高高温温下易于石墨化下易于石墨化。 目目前前我我国国主主要要生生产（釜釜式式焦焦）延延迟焦焦，各各大大炼炼油油厂厂多多采采用用延延迟迟焦焦化化设设备备，以以便便获获得得更更多多的的石石油油产产品品，提提高高经经济效益，改善劳动条件，釜式焦化法已基本被淘汰。济效益，改善劳动条件，釜式焦化法已基本被淘汰。3.1.3石油焦的质量石油焦的质量石石油油焦焦的的质质量量可可以以用用灰灰分分、硫硫分分、挥挥发发分分和和13001300煅煅烧烧后后的的真真密密度来衡量。度来衡量。 石油焦标准石油焦标准 (SH/T0527(SH/T05271992)1992)表3-1石油焦质量标准表项目质量指标试验方法一级品一级品合格品合格品lAlB2A2B3A3B硫硫含量，含量，不大于不大于0.50.50.81.01.52.03.0GBr387挥发分挥发分，不大于不大于1212l4171820SHT0026灰分，灰分，不大于不大于0.30.30.50.81.2SH1r0029水分，水分，不大于不大于3SH1r0032真密度，真密度，g/cm32.082.13报告SHr0033粉焦量粉焦量(块粒块粒8mm以以下下)，不大于，不大于25硅含量，硅含量，不大于不大于0.08SHT0058钒含量，钒含量，不大于不大于0.015SH1r0058铁含量，铁含量，不大于不大于0.08SHr0058 灰灰分分是是石石油油焦焦的的一一项项重重要要质质量量指指标标。原原油油中中的的盐盐类类杂杂质质经经炼炼制制富富集集在在渣渣油油中中，最最后后都都转转移移到到石石油油焦焦中中；石石油油焦焦的的灰灰分分还还与与焦焦化化工工艺艺、堆堆放放操操作作有有关关。一一般般炭炭素素材材料料生生产产用用的的石石油油焦焦灰灰分分不不大大于于0 05 5；生产高纯石墨时，石油焦的灰分应不大于；生产高纯石墨时，石油焦的灰分应不大于0 01515。 石石油油焦焦的的硫硫分分主主要要来来自自于于原原油油。石石油油焦焦中中的的硫硫可可分分为为有有机机硫硫和和无无机机硫硫。有有机机硫硫有有硫硫醇醇、硫硫醚醚、硫硫化化物物等等；无无机机硫硫有有硫硫化化铁铁和和硫硫酸酸盐盐。石石油油焦焦中中有有机机硫硫占占多多数数，在在较较低低温温度度下下可可除除去去有有机机硫硫。但但无无机机硫硫要要在在石石墨墨化化高高温温下下才才能能分分解解挥挥发发。少少量量硫硫会会在在高高温温下下生生成成稳稳定定化化合合物物，只只有有加加其其它它添添加加剂剂才才能能除除去去。进进口口油油达达6 67 7；1600160018001800可排可排高温煅烧。高温煅烧。 硫硫是是一一种种有有害害组组分分。过过量量的的硫硫含含量量，使使炭炭石石墨墨材材料料在在石石墨墨化化过过程程中中易易产产生生“异异常常”现现象象，产产品品容容易易开开裂裂，电电阻阻率率增增大大；挥挥发发出的硫以出的硫以SOSO2 2形式，会腐蚀设备、污染空气。形式，会腐蚀设备、污染空气。 石石油油焦焦的的挥挥发发分分高高低低表表明明其其焦焦化化程程度度，对对煅煅烧烧工工艺艺有有较较大大影影响响。挥挥发发分分过过高高，容容易易使使罐罐式式煅煅烧烧炉炉产产生生结结焦焦、棚棚料料等等现现象象；在在给给料料恒恒定定情情况况下下，造造成成回回转转窑窑烟烟气气量量过过大大，给给余余热热蒸蒸汽汽锅锅炉炉带带来来负面影响。但挥发份一般不会直接影响炭、石墨材料的质量负面影响。但挥发份一般不会直接影响炭、石墨材料的质量。3 3. .2 2 沥青焦沥青焦煤沥青经焦化后的焦叫沥青焦煤沥青经焦化后的焦叫沥青焦，沥青焦也是生产预，沥青焦也是生产预焙阳极的主要原料，煤沥青析焦量可达焙阳极的主要原料，煤沥青析焦量可达6568。沥。沥青焦是属少灰原料之一，是一种青焦是属少灰原料之一，是一种低硫低硫，低灰分低灰分的优质的优质焦炭。质量指标如下：灰分：焦炭。质量指标如下：灰分： 0.5，硫分：，硫分： 0.5，挥，挥发分：发分： 1.0，水分：，水分： 5，25mm粉焦量粉焦量 4。由于沥青焦成焦温度较高，达到由于沥青焦成焦温度较高，达到13001350，所，所以以不经煅烧可以直接使用不经煅烧可以直接使用。但沥青焦从炼焦炉中推出。但沥青焦从炼焦炉中推出后采用浇水熄火，一般后采用浇水熄火，一般水分含量大水分含量大，所以在生产中它，所以在生产中它与石油焦一起按比例与石油焦一起按比例混合后进行煅烧混合后进行煅烧。阳极炭块实际是石油焦和沥青焦的混合物阳极炭块实际是石油焦和沥青焦的混合物3 3. .3 3 无烟煤无烟煤煤是古代植物埋藏在地下，在细菌作用及一定的温度煤是古代植物埋藏在地下，在细菌作用及一定的温度和压力下逐渐变质而得到的含碳量很高的矿物。自然界和压力下逐渐变质而得到的含碳量很高的矿物。自然界中有中有泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤。变质程度越高，则煤。变质程度越高，则煤的含碳量越高，颜色逐渐变深，密度逐渐增大，硬度和的含碳量越高，颜色逐渐变深，密度逐渐增大，硬度和光泽也逐渐增强。光泽也逐渐增强。无烟煤是变质程度较深的一种煤无烟煤是变质程度较深的一种煤，含含碳量一般在碳量一般在90以上以上，其结构较致密，强度较高。无烟，其结构较致密，强度较高。无烟煤是生产铝用阴极材料和冶金用高炉炭块、电极糊等产煤是生产铝用阴极材料和冶金用高炉炭块、电极糊等产品的主要原料。品的主要原料。目目前前我我国国生生产产采采用用的的优优质质无无烟烟煤煤主主要要来来自自于于山山西西阳阳泉泉矿矿区区和和晋晋城城矿矿区区、河河南南焦焦作作矿矿区区、宁宁夏夏汝汝箕箕沟沟矿矿区区、贵贵州州织织金金矿矿区区和和湖湖南南金金竹竹山山矿矿区区，其其中中宁宁夏夏汝汝箕箕沟沟的的无无烟烟煤质量最优煤质量最优(低灰、低硫低灰、低硫)。炭素生产原料的无烟煤必须具备以下四个要求：炭素生产原料的无烟煤必须具备以下四个要求：(1)灰灰分分含含量量要要低低，生生产产各各种种炭炭块块的的无无烟烟煤煤灰灰分分应应在在8以下，生产电极糊的无烟煤灰分应小于以下，生产电极糊的无烟煤灰分应小于10(2)要要有有足足够够的的机机械械强强度度，经经过过一一定定时时期期贮贮存存后后也也能能保保持较高的机械强度。持较高的机械强度。(3)热稳定性要高。热稳定性要高。(4)硫含量要小。硫含量要小。炭素生产用无烟煤质量指标要求如下：炭素生产用无烟煤质量指标要求如下：灰分：灰分： 10；硫分：；硫分： 2；水分：；水分： 3；块度：块度： 50mm；抗磨试验抗磨试验(40mm残留量残留量) 35。3 3. .4 4 煤沥青煤沥青煤沥青（全称为煤焦油沥青）是生产炭素材料（铝用阳极材料和煤沥青（全称为煤焦油沥青）是生产炭素材料（铝用阳极材料和阴极材料）的粘结剂。阴极材料）的粘结剂。它能很好的浸润和渗透到各种焦炭及无烟它能很好的浸润和渗透到各种焦炭及无烟煤的表面和孔隙。并使各种配入的颗粒互相粘结形成具有良好的煤的表面和孔隙。并使各种配入的颗粒互相粘结形成具有良好的塑性状态的糊料塑性状态的糊料。糊料成型或压型后的阳极炭块或阴极炭块，经。糊料成型或压型后的阳极炭块或阴极炭块，经冷却后即硬化，并保持成型时的形状。生极炭块在焙烧时煤沥青冷却后即硬化，并保持成型时的形状。生极炭块在焙烧时煤沥青逐渐逐渐分解并炭化分解并炭化，把四周的骨料，把四周的骨料牢固的连接牢固的连接在一起，获得数量多在一起，获得数量多的、高强度的、在骨料颗粒间起连结作用的沥青焦的、高强度的、在骨料颗粒间起连结作用的沥青焦 ( (二次焦）二次焦）。 煤沥青煤沥青是炼焦工业的副产品。烟煤在炼焦炉中受高温作用发是炼焦工业的副产品。烟煤在炼焦炉中受高温作用发生热分解，得到三种产物：生热分解，得到三种产物：焦炭；焦炭；煤气；煤气；煤焦油。一吨干煤焦油。一吨干烟煤可得到烟煤可得到720720780kg780kg焦炭，焦炭，150150190m190m3 3煤气，煤气，252542kg42kg煤焦油。煤焦油。其中煤焦油是生产煤沥青的原料其中煤焦油是生产煤沥青的原料，煤焦油经过（煤焦油经过（360360）蒸馏得）蒸馏得到的残留物便是（中温）煤沥青（约到的残留物便是（中温）煤沥青（约50506060）。常温，黑色固体；无固定熔点，呈玻璃相；热软化熔化；常温，黑色固体；无固定熔点，呈玻璃相；热软化熔化；密度密度1.201.201.35g/cm1.35g/cm3 3；已查明；已查明7070余种三环以上化合物；分子量余种三环以上化合物；分子量17017026002600，C/HC/H原子比原子比1.71.71.81.8，C:92C:9293%93%、H:3.5H:3.54.54.5，其余为其余为N N、O O、S S。3.4.1煤沥青的组分煤沥青的组分煤煤焦焦油油经经高高温温分分馏馏后后的的残残油油是是煤煤沥沥青青。煤煤沥沥青青是是多多种种高高分分子子碳碳氢氢化化合合物物的的混混合合体体。一一般般难难于于从从煤煤沥沥青青中中提提取取单单独独的的具具有有一一定定化化学学组组成成的的物物质质，而而只只能能用用不不同同的的溶溶剂剂去去萃萃取取煤煤沥沥青青，将将它它分分离离为为若若干干组组分分：高高分分子子组组分分( (组组分分) )、中中分分子子组组分分( (组组分分) )、低低分分子组分子组分( (组分组分) )。 高分子组分高分子组分平均相对分子量为平均相对分子量为18002600 沥沥青青中中不不溶溶于于喹喹啉啉（蒽蒽油油）的的部部分分 ( (即即所所谓谓组组分分, ,QIQI) )，称称煤煤沥青的沥青的高分子组分高分子组分。 一一般般认认为为，高高分分子子组组分分具具有有成成焦焦性性强强，但但粘粘结结性性差差。沥沥青青中中高高分子组分含量过多会影响沥青的湿润性、粘结能力。分子组分含量过多会影响沥青的湿润性、粘结能力。 原生原生QI(QI(有机、无机）有机、无机） 11m 次生次生QIQI（非硬质中间相）（非硬质中间相）, , 数数m级级零零中间相与闪蒸中间相与闪蒸中分子组分中分子组分平均相对分子质量为平均相对分子质量为10001800 沥沥青青中中不不溶溶于于甲甲苯苯( (或或苯苯) )TITI或或BIBI （游游离离炭炭），但但溶溶于于喹喹啉啉（蒽蒽油油）的的组组分分称称中中分分子子组组分分( (组组分分) ) 。一一般般认认为为，中中分分子子组组分分含含量量的的多多少少对对沥沥青青的的性性能能起起着着重重要要作作用用。沥沥青青的的中中分分子子组组分分含含量达到量达到20202525才能制得质量合格的炭、石墨制品。才能制得质量合格的炭、石墨制品。 中中分分子子组组分分按按其其在在吡吡啶啶中中的的溶溶解解程程度度，还还可可进进一一步步分分为为1 1组组分分及及2 2组组分分两两组组。 1 1不不溶溶于于吡吡啶啶，其其分分子子量量稍稍高高， 2 2组组分分溶溶于于吡啶，其分子量稍低。吡啶，其分子量稍低。低分子组分低分子组分平均相对分子质量为平均相对分子质量为1701000 低低分分子子组组分分( (组组分分) )是是指指沥沥青青中中溶溶于于苯苯的的成成分分。实实际际上上低低分分子子组组分分也也是是多多种种碳碳氢氢化化合合物物的的混混合合物物。按按其其在在丙丙酮酮、甲甲醇醇中中的的溶溶解解程程度度又又可可以以分分为为1 1、2 2、3 3三三种种。 2 2、3 3组组分分经经分分析析是是一一些些油类及低分子碳氢化合物所组成，焦化时几乎全部分解挥发。油类及低分子碳氢化合物所组成，焦化时几乎全部分解挥发。 低低分分子子组组分分仅仅是是一一种种溶溶剂剂，能能适适当当降降低低沥沥青青软软化化点点，有有利利于于改善沥青对焦炭颗粒的浸润性及提高成型糊料的可塑性。改善沥青对焦炭颗粒的浸润性及提高成型糊料的可塑性。 甲苯可溶组分（TS)煤煤沥沥青青甲苯或苯萃取甲苯或苯萃取甲苯不溶组分（TI、BI)喹啉萃取喹啉萃取喹啉可溶组分（QS)喹啉不溶组分(QI)组分组分组分组分组分组分组分组分QI组分组分TI或或BI-QI(组分组分)组分组分TS100组分组分组分组分组分组分组分组分TI；组分组分组分组分组分组分100%；煤沥青各组分之间的关系煤沥青各组分之间的关系溶于丙酮1甲醇可溶2甲醇不溶33.4.2煤沥青的性质煤沥青的性质工艺条件、产品质量工艺条件、产品质量 衡衡量量煤煤沥沥青青的的性性能能，一一般般通通过过软软化化点点、粘粘度度、密密度度与与结结焦焦残残炭量、加热后的气体析出曲线等衡量。炭量、加热后的气体析出曲线等衡量。1.软化点软化点 煤煤沥沥青青开开始始熔熔化化的的温温度度称称软软化化点点（sp)sp)。它它与与沥沥青青中中各各组组分分的的比比例例有有关关。随随着着软软化化点点上上升升，其其苯苯或或甲甲苯苯不不溶溶物物含含量量增增加加，组分呈增加趋势，组分呈增加趋势，组分含量亦减少。组分含量亦减少。（反映聚合程度、工艺温度（反映聚合程度、工艺温度） 低温：低温：30307575；中温：中温：757595 95 ；高温：高温：9595120120。特高特高2.粘度粘度流变性（流变性（下页下页） 沥沥青青粘粘度度随随温温度度而而变变化化，当当加加热热到到较较高高温温度度后后，外外层层结结构构桥桥键键断断裂裂，粘粘度度急急剧剧降降低低。粘粘度度既既取取决决于于温温度度，和和沥沥青青本本身身的的特特性性，在同样的温度下不同产地、类型的沥青粘度可以相差数倍。，在同样的温度下不同产地、类型的沥青粘度可以相差数倍。经验公式：经验公式：(pa.s)混捏混捏25%、16%）2、对焦炭颗粒的浸润性好；（、对焦炭颗粒的浸润性好；（5%、）3、低挥发、高结焦、失重平衡连续；、低挥发、高结焦、失重平衡连续；4、杂质少、化学性稳定。（微量元素）、杂质少、化学性稳定。（微量元素）改质、改性沥青优于中温沥青。改质、改性沥青优于中温沥青。二、煤沥青各组分的作用二、煤沥青各组分的作用喹啉不溶物组分（喹啉不溶物组分（QI）是焙烧成焦的主要载体，）是焙烧成焦的主要载体，其其在溶体中可形成均匀分散的胶体，参与形成焦炭粘结网在溶体中可形成均匀分散的胶体，参与形成焦炭粘结网格，成焦率高，结构致密，可使焙烧体的密度、强度大格，成焦率高，结构致密，可使焙烧体的密度、强度大为提高。在干料混合体孔隙度大时不溶性组分显得更为为提高。在干料混合体孔隙度大时不溶性组分显得更为重要。重要。但是不溶性组分但是不溶性组分过高过高，不利于沥青的湿润性、，不利于沥青的湿润性、吸附性，反而会降低制品的强度等。吸附性，反而会降低制品的强度等。当当QI过低过低，会使糊料分层，偏析，造成自焙槽阳极断，会使糊料分层，偏析，造成自焙槽阳极断层和阳极块焙烧裂纹；但层和阳极块焙烧裂纹；但QI过高过高，不仅使糊料粘结性能不仅使糊料粘结性能差，而且在差，而且在BI一定情况下，会降低一定情况下，会降低组分的量，降低其组分的量，降低其粘结性。粘结性。20%或或25%有利稳定有利稳定阳极质量。阳极质量。三、沥青组分对工艺、质量的影响三、沥青组分对工艺、质量的影响1、与、与QI相匹配的条件相匹配的条件在在SP一定时，沥青中一定时，沥青中QI含量每增加含量每增加1，混捏温度需增加混捏温度需增加23，或，或延长混捏时间延长混捏时间、增加沥青量或添加活性剂增加沥青量或添加活性剂。同一种沥青，。同一种沥青，当当QI含量分别为含量分别为4.5，79时，混捏温度相应分别为时，混捏温度相应分别为145，160170。改质沥青的。改质沥青的SP为为100115。BI为为2836，QI为为815，20，此种沥青不仅粘结性高，结焦值高，此种沥青不仅粘结性高，结焦值高，而且制成阳极强度高，电阻小，抗而且制成阳极强度高，电阻小，抗CO2和空气反应性好，热特性和空气反应性好，热特性好。沥青在热转化时，焦化气体在多孔炭基上析出热解炭，它对好。沥青在热转化时，焦化气体在多孔炭基上析出热解炭，它对阳极质量有明显影响。当析出热解炭数量为阳极质量有明显影响。当析出热解炭数量为0.2时，炭阳极孔度时，炭阳极孔度下降下降2，与气体反应率减少，与气体反应率减少12。2、沥青、沥青组分、组分、组分减少，阳极性能会恶化。组分减少，阳极性能会恶化。3、沥青的灰分，、沥青的灰分，尤其灰分中的金属元素，是炭阳极与尤其灰分中的金属元素，是炭阳极与CO2和和空气反应的催化剂，对阳极极为有害。空气反应的催化剂，对阳极极为有害。日本直江津铝厂曾发生大面积的炭阳极氧化掉渣事故，后研日本直江津铝厂曾发生大面积的炭阳极氧化掉渣事故，后研究发现，原来沥青中究发现，原来沥青中Na2O含量超标，系催化反应所致。含量超标，系催化反应所致。3.4.4改质沥青改质沥青对中温沥青进行高温处理可得到改质沥青对中温沥青进行高温处理可得到改质沥青。由于它。由于它具有一系列的优异特性，世界各国炭一石墨制品所用粘具有一系列的优异特性，世界各国炭一石墨制品所用粘结剂由改质沥青来替代中温沥青已达到普及的程度。我结剂由改质沥青来替代中温沥青已达到普及的程度。我国从国从70年代中期就已经开始用改质沥青替代中温沥青试年代中期就已经开始用改质沥青替代中温沥青试制石墨电极，阳极糊等，并取得较好的效果。制石墨电极，阳极糊等，并取得较好的效果。80年代，年代，随着贵州铝厂二期从日本引进的随着贵州铝厂二期从日本引进的8万吨预焙阳极电解槽，万吨预焙阳极电解槽，配套采用改质沥青作阳极、阴极炭块的粘结剂；青铜峡配套采用改质沥青作阳极、阴极炭块的粘结剂；青铜峡铝厂也从国外引进了改质沥青的铝用炭素生产装置；国铝厂也从国外引进了改质沥青的铝用炭素生产装置；国外许多铝厂也相继采用液态或固态改质沥青生产阳极炭外许多铝厂也相继采用液态或固态改质沥青生产阳极炭块。改质沥青的开发与应用越来越受到人们的关注并取块。改质沥青的开发与应用越来越受到人们的关注并取得了较快的发展。得了较快的发展。改质的重点是调整改质的重点是调整sp、TI和和树脂量三项指标。树脂量三项指标。国内改质沥青在生产工艺主要采用高温热聚法和国内改质沥青在生产工艺主要采用高温热聚法和闪蒸法闪蒸法二种工艺：二种工艺：1.高温热聚合法高温热聚合法将中温沥青加热熔化后输送到密闭将中温沥青加热熔化后输送到密闭聚合釜聚合釜中进行加热，在一定中进行加热，在一定气压下保持一段时间，这时沥青分子进行气压下保持一段时间，这时沥青分子进行聚合反应聚合反应，中间相小球，中间相小球体充分增长，互相融合，分子量逐渐增大，从而提高了沥青的软体充分增长，互相融合，分子量逐渐增大，从而提高了沥青的软化点，导致折焦量的增大，使改质沥青的质量提高。化点，导致折焦量的增大，使改质沥青的质量提高。(1)间歇加压热聚法生产间歇加压热聚法生产。(2)连续常压热聚法生产。连续常压热聚法生产。热聚指标为：反应温度热聚指标为：反应温度275405，反应压力为常压或，反应压力为常压或0.51.2Mpa，反应时间按进料量确定，所用原料沥青的软化点为，反应时间按进料量确定，所用原料沥青的软化点为7783或煤焦油。或煤焦油。2.闪蒸法闪蒸法减压蒸馏法减压蒸馏法koppers中温沥青进入闪蒸塔内，闪蒸塔顶部由蒸汽喷射泵造成塔内真中温沥青进入闪蒸塔内，闪蒸塔顶部由蒸汽喷射泵造成塔内真空状态，因此中温沥青在空状态，因此中温沥青在360370受到减压蒸馏，在很短时间受到减压蒸馏，在很短时间内软化点提高到内软化点提高到110120，喷嘴挤出，喷嘴挤出圆或扁棒状。圆或扁棒状。闪蒸改质沥青的聚合程度小，闪蒸改质沥青的聚合程度小，TI、树脂、树脂、QI(次生次生QI在在380以以上生成上生成)均低于高温热聚合沥青均低于高温热聚合沥青3.改质沥青作为粘结剂的特点改质沥青作为粘结剂的特点 (1) (1) 、树树脂脂含含量量高高，粘粘结结性性强强、结结焦焦残残炭炭值值高高，焙焙烧烧时时可可生生成成更更多多的的粘粘结结焦焦，使使制制品品的的孔孔度度低低、结结构构致致密、机械强度高。密、机械强度高。 (2)(2)软化点高，夏天运输和远距离运输问题易于解决。软化点高，夏天运输和远距离运输问题易于解决。 (3)(3)低低分分子子组组分分低低，混混捏捏成成型型过过程程中中沥沥青青逸逸出出的的烟烟气气较少，可减轻环境污染。较少，可减轻环境污染。 (4) (4) 较较多多的的中中分分子子树树脂脂和和QIQI，具具有有较较高高的的热热稳稳定定性性，有有利利于于提提高高炭炭和和石石墨墨制制品品的的质质量量( (过过高高的的QIQI，影影响响其其浸浸润润性性、流动性、粘结性；流动性、粘结性；8 81414) )。 改质沥青熔化温度、混捏温度都高于中温沥青改质沥青熔化温度、混捏温度都高于中温沥青4.我国改质沥青的我国改质沥青的质量指标质量指标表表3-2 3-2 改质沥青质量标准改质沥青质量标准(YB(YBT5194-93)T5194-93)序序号号指指标标名名称称单单位位一一级级二二级级l软化点软化点(环球法环球法)1001151001202甲苯不溶物甲苯不溶物(抽提法抽提法)2834263喹啉不溶物喹啉不溶物8146154树脂树脂 18 165结焦值结焦值 54 506灰灰分分 0.3 0.37水水分分 5 53 3. .5 5 炭素制品其它原料和辅助材料炭素制品其它原料和辅助材料3.5.1冶金焦冶金焦冶金焦是焦煤按一定配比在焦炉中高温干馏焦化而得到的一种固冶金焦是焦煤按一定配比在焦炉中高温干馏焦化而得到的一种固体残留物。体残留物。冶金焦是生产各种炭块和电极糊的主要原料，也是生产铝用阴极冶金焦是生产各种炭块和电极糊的主要原料，也是生产铝用阴极材料的主要原料，它在生产阴极制品生产配方中约占材料的主要原料，它在生产阴极制品生产配方中约占2030。冶金焦的灰分含量较高，一般为冶金焦的灰分含量较高，一般为1015，挥发分含量为，挥发分含量为1左左右。冶金焦的质量指标如下：右。冶金焦的质量指标如下：灰分：灰分： 135；硫分：硫分： 08；挥发分：挥发分： 12；水分：水分： 4.0；抗磨试验剩余量：抗磨试验剩余量： 300kg，25mm的粉焦量的粉焦量 4.O。3.5.2煤焦油煤焦油是炼焦时的副产品，它是黑色粘稠液体，是多种煤焦油是炼焦时的副产品，它是黑色粘稠液体，是多种碳氢化合物的混合物。从煤焦油中可以提炼出上百种有碳氢化合物的混合物。从煤焦油中可以提炼出上百种有机化合物。在铝用阴极材料机化合物。在铝用阴极材料(冷捣糊冷捣糊)生产中经过脱水后生产中经过脱水后的煤焦油用来调整煤沥青的软化点（冷捣糊使用粘结剂的煤焦油用来调整煤沥青的软化点（冷捣糊使用粘结剂的软化点只有的软化点只有1530）。冷捣糊适宜的混合粘结剂的）。冷捣糊适宜的混合粘结剂的配比为：煤沥青：煤焦油配比为：煤沥青：煤焦油(405)(605)进行混合。进行混合。煤煤焦焦油油的的质质量量指指标标为为：比比重重1.161.20；灰灰分分不不大大于于0.2；水分不大于；水分不大于0.2；游离碳含量：；游离碳含量：59。3.5.3炭黑（p49）3.5.4天然石墨3.5.5蒽油（p50）3.5.6辅助材料3.6 3.6 炭素原料的贮存炭素原料的贮存3.6.1分类分类少灰原料和多灰原料少灰原料和多灰原料在铝用炭素材料生产中，一般按杂质在铝用炭素材料生产中，一般按杂质(无机元素无机元素)含量含量的多少，将原料分成的多少，将原料分成少灰原料和多灰原料少灰原料和多灰原料。石油焦、沥青焦和石墨碎等属于少灰原料，灰分含量石油焦、沥青焦和石墨碎等属于少灰原料，灰分含量一般小于一般小于1。主要用于铝用炭阳极和石墨产品的生产；。主要用于铝用炭阳极和石墨产品的生产；冶金焦，无烟煤和天然石墨等属于多灰原料，灰分含冶金焦，无烟煤和天然石墨等属于多灰原料，灰分含量在量在10左右。一般用于阴极炭块、侧部炭块和阴极糊左右。一般用于阴极炭块、侧部炭块和阴极糊的生产。的生产。3.6.2原料贮存原料贮存不论是少灰原料，还是多灰原料在贮存保管过程中应不论是少灰原料，还是多灰原料在贮存保管过程中应注意以下几点：注意以下几点： 炭炭质质原原料料堆堆放放场场地地必必须须是是水水泥泥地地面面，贮贮存存时时应应方方便便，减少外界杂质的混入。减少外界杂质的混入。 原料贮存过程中，原料贮存过程中，严禁混入严禁混入灰尘、泥沙和其它灰尘、泥沙和其它杂质杂质。 炭炭质质原原料料在在存存放放期期间间要要防防止止互互相相混混入入，特特别别是是要要防防止多灰原料混入少灰原料内。止多灰原料混入少灰原料内。 注注意意对对贮贮存存的的新新旧旧原原料料周周转转使使用用，有有些些原原料料贮贮存存的的时间不宜过长。时间不宜过长。 加加强强对对贮贮存存原原料料的的质质量量检检查查，及及时时掌掌握握贮贮存存原原料料的的质量变化质量变化情况。情况。长长期期贮贮存存的的原原料料，未未经经检检验验不不能能投投入入使使用用。检检验验合合格格后后才才能能使使用用，检检验验不不合合格格的的原原料料应应停停止止使使用用或或降降级级使使用用或或搭配使用。搭配使用。平铺直取。平铺直取。3.7 3.7 燃料燃烧燃料燃烧3.7.1燃料燃料燃烧时将化学能转变为热能。燃烧时将化学能转变为热能。1.燃料及其分类燃料及其分类 燃燃料料的的定定义义：凡凡燃燃烧烧时时能能放放出出大大量量的的热热，该该热热量量能能经经济济而而有有效效地地用用于于现现代代工工农农业业生生产产或或日日常常生生活活的的所所有有物物质质，统统称称燃燃料料。常常见的木柴、煤、焦炭、重油、煤气等物质都是燃料。见的木柴、煤、焦炭、重油、煤气等物质都是燃料。 炭素生产所使用的燃料，一般应具备如下条件炭素生产所使用的燃料，一般应具备如下条件： (1)(1)燃烧所放出的热量必须满足生产工艺要求：燃烧所放出的热量必须满足生产工艺要求： (2)(2)便于控制和调节燃烧过程；便于控制和调节燃烧过程； (3)(3)成本低，使用方便；成本低，使用方便； (4)(4)燃烧产物必须对人、植物、厂房、设备等无害。燃烧产物必须对人、植物、厂房、设备等无害。 燃料按物态可分为燃料按物态可分为固体固体燃料、燃料、液体液体燃料和燃料和气体气体燃料燃料三类。按三类。按来源又分为天然产品和加工产品（如煤气、重油、柴油等）两种。来源又分为天然产品和加工产品（如煤气、重油、柴油等）两种。 炭素工业多使用重油、煤气、天然气作燃料炭素工业多使用重油、煤气、天然气作燃料p51表表33工业燃料的分类工业燃料的分类燃料的物态燃料的物态来来源源天然产品天然产品加工产品加工产品固体燃料固体燃料木柴、煤、油页岩等木柴、煤、油页岩等木炭、焦炭、粉煤木炭、焦炭、粉煤液体燃料液体燃料石石油油焦油、重油、柴油、煤油、汽油等焦油、重油、柴油、煤油、汽油等气体燃料气体燃料天然气天然气高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气等高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气等2.常见燃料的特性常见燃料的特性 常用燃料的特性主要包括常用燃料的特性主要包括化学组成和发热能力化学组成和发热能力两个方面：两个方面：一一、 燃燃料料的的化化学学组组成成。固固体体、液液体体燃燃料料都都是是极极其其复复杂杂的的有有机机化化合合物物。通通常常由由碳碳（C C）、氢（H H）、氧氧（O O）、氮氮（N N）、硫硫（S S）等等元素和部分元素和部分矿物物杂质( (通常通常统称灰分称灰分) )、水分水分等等七种七种物物质组成成. . 碳碳CC是是固固体体、液液体体和和气气体体燃燃料料的的主主要要成成分分。在在固固体体燃燃料料中中碳碳波波动动在在50509090，液液体体燃燃料料中中碳碳含含量量一一般般在在85%85%以以上上。碳碳的的发发热热值值为为339.1339.110102 2kJ/kgkJ/kg。碳碳完完全全燃燃烧烧生生成成COCO2 2，氧氧气气不不足足时时则则不不完完全燃烧生成全燃烧生成COCO。 氢HH是是固固体体和和液液体体燃燃料料的的第第二二主主要要成成分分。可可燃燃氢燃燃烧时能能大大量放量放热，其，其发热值为1030.951030.9510102 2kJ/kgkJ/kg。氢燃燃烧生成水生成水。 氮氮NN不参加燃不参加燃烧反反应，不能放，不能放热，是燃料中的惰性物，是燃料中的惰性物质。 氧氧00是是固固、液液体体燃燃料料中中的的有有害害组成成物物，它它不不能能燃燃烧，也也不不能能助燃。助燃。 硫硫SS是是有有害害组成成物物，在在燃燃料料中中有有三三种种存存在在形形式式：有有机机硫硫；黄黄铁矿硫硫；硫硫酸酸盐硫硫。前前两两种种硫硫能能燃燃烧放放热，计算算中中把把它它们当当作作自自由由存存在在的的硫硫，并并统称称挥发（可可燃燃）硫硫。最最后后一一种种硫硫不不能能燃燃烧，它它以以各各种种硫硫酸酸盐的的形形式式存存在在于于燃燃料料中中。硫硫燃燃烧烧生生成成SOSO2 2气气体体；SOSO2 2是是有有毒毒气气体体，超超过过一一定定浓浓度度，对对人人的的身身体体健健康康有有影影响响，对对动动植植物物生生长长也也有有影影响响。含含硫硫燃燃料料在在燃燃烧烧时时，会会影影响响产产品品质质量量。因因此此，固体、液体燃料中的含硫量应受到限制，一般不充许大于固体、液体燃料中的含硫量应受到限制，一般不充许大于1 1.5.5。 水分水分 W W 是有害是有害组成物，本身不能放成物，本身不能放热，还要吸收大量要吸收大量热。 灰分灰分AA是最有害的组成物，主要有是最有害的组成物，主要有SiOSiO2 2 、FeFe2 2O O3 3、CaOCaO等。等。二、二、 燃料的发热能力。燃料的发热能力。这是评价燃料质量的重要指标。这是评价燃料质量的重要指标。 固体和液体燃料的成分基准的表示方法有四种：固体和液体燃料的成分基准的表示方法有四种： 第一、应用成分：第一、应用成分： C C用用+H+H用用+O+O用用+N+N用用+S+S用用+A+A用用+W+W用用=100=100 (y)(y) 第二、干燥成分：第二、干燥成分： C C干干+H+H干干+O+O干干+N+N干干+S+S干干+A+A干干=100=100 (G)(G) 第三、可燃成分：第三、可燃成分： C C燃燃+H+H燃燃+O+O燃燃+N+N燃燃+ +S S燃燃=100=100 (r)(r) 第四第四、有机成分有机成分: : C C机机+H+H机机+O+O机机+N+N机机=100=100WOHNCSA有机成分（基）有机成分（基）WwWn可燃（基）成分可燃（基）成分干燥（基）成分干燥（基）成分分析基分析基应用（基）成分应用（基）成分灰分灰分A主要是主要是SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO等等燃料组成的图示方法燃料组成的图示方法部分部分部部分分硫硫酸酸盐盐3.燃料的发热量燃料的发热量 燃料发热量的高低是衡量燃料价值的重要指标。燃料发热量的高低是衡量燃料价值的重要指标。(1)(1)发发热热量量的的概概念念。发发热热量量的的定定义义为为单单位位质质量量或或体体积积的的燃燃料料在在完完全全燃燃烧烧情情况况下下所能放出热量的千焦数叫做所能放出热量的千焦数叫做燃料的燃料的发热量或热值发热量或热值。 对对固固体体、液液体体燃燃料料而而言言，发发热热量量的的单单位位是是kJ/kgkJ/kg，对对气气体体燃燃料料而而言言则则以以kJ/kJ/B Bm m3 3表表示示。燃燃料料的的发发热热量量只只取取决决于于燃燃料料内内部部的的化化学学组组成成，不不取取决决于于外外部部的的燃燃烧条件。烧条件。(2)(2)发发热热量量计计算算式式。计计算算原原理理是是根根据据燃燃料料中中各各可可燃燃成成分分的的燃燃烧烧热热，乘乘以以相相应应成成分的百分数，加起来就等于整个燃料的发热量。分的百分数，加起来就等于整个燃料的发热量。固体、液体燃料的热值常采用固体、液体燃料的热值常采用氧弹量热计氧弹量热计来测量，亦可用下列来测量，亦可用下列经验公式经验公式计算计算低位热值：低位热值：Q低低=339C用用+1030H用用-109(O用用-S用用)-25W用用（kJ/kg）（见）（见p53)1（k）卡卡（cal)4.184（k）焦耳）焦耳(j)；1焦耳焦耳0.239卡卡0.24卡卡例例：某某焦焦炭炭，碳碳含含量量74.5%，灰灰分分14%，硫硫分分1.5%，水水分分3%，氢氢、氧氧分分别别为为4%和和3%。计算其低位热值。计算其低位热值Q低低。Q低低=33974.5+10304-109(3-1.5)-25329137（kJ/kg）=6964(kcal/kg)Q低低+ +水气化热水气化热 Q高高 燃燃料料的的发发热热量量大大小小取取决决于于燃燃料料中中可可燃燃成成分分的的含含量量及及各各种种不不同同可可燃燃成成分分的的比比例例，燃燃料料发热量量的的大大小小影影响响燃燃料料的的燃燃烧温温度度。提提高高燃燃烧烧温温度度，其其措措施施之之一一就是提高燃烧的发热量。就是提高燃烧的发热量。4.常用燃料的性质常用燃料的性质(1)(1)气体燃料气体燃料气体燃料具有以下优点：气体燃料具有以下优点：易于空气混合。因此用较少的过量空气，即可保证充分燃烧；易于空气混合。因此用较少的过量空气，即可保证充分燃烧；煤气易于预热，从而可以提高燃烧温度；煤气易于预热，从而可以提高燃烧温度；燃烧过程易于控制。炉内温度、压力、气氛等都比较容易调节；燃烧过程易于控制。炉内温度、压力、气氛等都比较容易调节；输送方便，劳动强度小，燃烧时干净，有利于改善环境；输送方便，劳动强度小，燃烧时干净，有利于改善环境；通常天然气、高炉煤气和焦炉煤气比较经济通常天然气、高炉煤气和焦炉煤气比较经济。 天天然然气气的的主主要要成成分分为为CHCH4 4和和C Cn nH Hm m 。按按其其成成分分可可分分为为两两类类，一一类类为为“贫贫气气”，即即气气井井天天然然气气，其其成成分分主主要要是是CHCH4 4，另另一一类类为为“富富气气”，是是天天然然气气与与石石油油同同时时产产出出，又又叫叫油油井井伴伴生生气气，其其成成分分除除CHCH4 4外外还还含含有有重重炭炭氢氢化化合合物物C Cn nH Hm m，如如C C2 2H H6 6，C C3 3H H8 8，C C4 4H H1010等等。天天然然气气发发热量高，是一种优质燃料。热量高，是一种优质燃料。(2)(2)液体燃料液体燃料液液体体燃燃料料包包括括汽汽油油、煤煤油油、柴柴油油、重重油油等等。工工业业上上最最常常用用的的燃燃料料油油是是重重油油。它它是是将将原原油油进进行行常常压压蒸蒸馏馏加加工工，提提炼炼出出汽汽油油、煤煤油油、柴柴油油等等轻轻质质油油之之后后剩剩余余的的残残渣渣，称称为为直直馏馏重重油油。为为了了生生产产更更多多的的轻轻质质油油，还还可可将将原原油油常常压压蒸蒸馏馏后后残残余余物物（即即重重油油）再再减减压压分分蒸蒸馏馏，这这样样得得到到的的残残余余物物为为减减压压渣渣油油。减减压压分分馏馏后后还还可可再再进进行行裂裂化化，生生成成裂裂化化煤煤油油和和裂裂化化汽汽油油等等，残残余余物物称称为为裂裂化化渣渣油油，或或裂裂化化重重油油。广广义义来来讲讲，凡凡是是原原油油加加工工后后剩剩下下的的各各种种渣渣油油都都称称为为重重油油，其其中中常常压压渣渣油油可可直直接接作作为为炉炉用用燃燃料料使使用用，而而减减压压渣渣油油含含沥沥青青较较多多，粘粘度度太太大大，使使用用时时需需配配上上部部分分柴柴油油稀稀释释后后使使用用，裂化重油更难作为燃料直接使用。裂化重油更难作为燃料直接使用。液体燃料有如下的特点：液体燃料有如下的特点：可燃物多，灰分和水分少，发热量高；可燃物多，灰分和水分少，发热量高；燃烧火焰的辐射力强，燃烧温度高；燃烧火焰的辐射力强，燃烧温度高；燃烧操作方便，控制调节比较容易；燃烧操作方便，控制调节比较容易； 对对重重油油的的质质量量评评价价，除除化化学学成成分分和和发发热热量量外外，还还要要考考虑虑对对其其使用有影响的下列性能。使用有影响的下列性能。粘度粘度 粘粘度度是是评评价价重重油油流流动动性性的的重重要要指指标标，记记为为“E E”，它它是是用用恩恩氏氏粘粘度度，即即恩恩格格拉拉粘粘度度计计测测出出的的粘粘度度，在在温温度度tt的的重重油油的的恩恩氏氏粘度粘度EtEt为为 tt时时200200毫升试样油的流出时间毫升试样油的流出时间2020020200毫升蒸馏水的流出时间毫升蒸馏水的流出时间重重油油的的粘粘度度取取决决于于其其牌牌号号和和温温度度，牌牌号号（5050的的E E）数数值值大大的的，粘粘度度越越大大。同同一一种种牌牌号号的的重重油油，温温度度高高则则粘粘度度小小。为保保证一一定定的的粘粘度度用用于于输送送或或雾化化 ，在在油油罐罐内内预热60-8060-80，在在喷嘴嘴前前则保保持持110-130110-130之之间，油油在在预热器器内内的的加加热蒸蒸汽汽温温度度为140-150140-150，若若温度温度过高高则会引起油的裂解而在加会引起油的裂解而在加热管表面析出炭，影响管表面析出炭，影响传热。 Et= Et=闪点闪点 燃点燃点 1n 1 空空气气过过剩剩系系数数的的大大小小与与燃燃料料种种类类、燃燃烧烧方方法法以以及及燃燃烧烧装装置置的的结结构构特特点点有有关关。一一般般来来说说，气气体体燃燃料料 n n =1.05=1.051.151.15；液液体体燃燃料料n n =1.15=1.151.251.25；块燃料；块燃料n=1.3n=1.31.71.7；煤粉燃料；煤粉燃料n=1.1n=1.11.31.3。3.7.2.3.7.2.2 2燃料燃烧的过程燃料燃烧的过程(1)(1)气体燃料燃烧的过程气体燃料燃烧的过程 气气体体燃燃料料的的燃燃烧烧，包包括括三三个个阶阶段段：气气体体与与空空气气的的混混合合、混混合合后的可燃气体的后的可燃气体的加热及着火加热及着火和和充分燃烧充分燃烧以及以及完成燃烧反应完成燃烧反应。 气体气体混合混合缓慢、控制过程缓慢、控制过程（速度、程度）速度、程度）可燃气体与氧气混合的速度会影响燃烧的速度和火焰的长度。可燃气体与氧气混合的速度会影响燃烧的速度和火焰的长度。影响混合的因素有：影响混合的因素有： 煤煤气气与与空空气气的的流流动动方方式式：如如煤煤气气喷喷到到静静止止的的空空气气中中；煤煤气气与与空空气气平行流动平行流动；两种气体流动方向有夹角两种气体流动方向有夹角；或两气体均呈旋转运动或两气体均呈旋转运动。 气气体体流流动动方方式式的的影影响响：在在层层流流流流动动时时，仅仅靠靠扩扩散散作作用用，混混合合几几乎乎不不受受流流速速影影响响，平平行行射射流流的的混混合合速速度度最最慢慢而而火火焰焰最最长长；当当气气流流为为湍湍流流流流动动时时，混混合合作作用用加加强强。煤煤气气与与空空气气流流速速之之差差别别大大时时，混混合合作作用用大大，故故希希望望煤煤气气与与空空气气的的速速度度差差大大一一些些好好。提提高高周周围射射流流速速度度，可可以以加加速速中中心心线上上的的混混合合。反反之之，加加速速中中心心射射流流速速度度，则可可以以加加速速周周围的的混混合合；两两气气体体交交角角越越大大，混混合合越越好好，旋旋转转气气流流可可加强混合，加强混合，气体混合越好，气体混合越好，燃燃烧加快，火焰加快，火焰缩短短 。 气气流流直直径径的的影影响响：气气流流直直径径越越大大，混混合合速速度度越越慢慢，火火焰焰越越长长。射射流流喷喷口口直直径径越越小小，射射流流中中心心线线上上的的混混合合越越快快。在在实实际际的的应应用用中中，煤煤气气烧烧咀咀多多采采用用多多喷喷口口、细细流流股股、扁扁流流股股的的烧烧嘴嘴，均均可可加加速速煤煤气气与空气的混合。与空气的混合。 发热量发热量越大，所需空气量越多，混合时间越长。越大，所需空气量越多，混合时间越长。 增大增大空气消耗系数空气消耗系数能使混合加快，火焰能使混合加快，火焰缩短。反之短。反之则混合混合变慢慢，火焰拉火焰拉长。 （煤气、空气）混合物的（煤气、空气）混合物的加热和着火加热和着火 煤煤气气和和空空气气混混合合物物，被被加加热热到到一一定定温温度度才才能能进进行行燃燃烧烧反反应应，这这个个温温度度称称为为着着火火温温度度反反应应物物自自动动加加速速反反应应达达到到着着火火状状态态所所需需要要的的最最低低温温度度。有有两两种种着着火火机机理理: :一一种种是是把把容容器器内内全全部部气气体体的的温温度度同同时时加加热热到到着着火火温温度度，这这样样的的过过程程叫叫自自燃燃着着火火（煤煤气气的的自自燃燃爆爆炸炸）过过程程。另另一一种种是是先先用用一一小小的的火火源源如如火火焰焰、电电火火花花等等将将可可燃燃混混合合气气局局部部加加热热到到着着火火温温度度，然然后后引引起起其其它它部部分分着着火火，这这种种过过程程叫叫强强迫迫着着火火（炉炉内内燃燃烧烧着着火火）过过程程。各各种种可可燃燃气气体体着着火火温温度度如如p57p57表表3-43-4所所示示。一一般般工工业业混混合合气气体体着着火火温温度度为为500500600600，COCO和和H H2 2含含量量多多的的高高炉炉煤煤气气、发发生生炉炉煤煤气气和和焦焦炉炉煤煤气气的的着着火火温温度度偏偏下下限限，天然气着火温度偏上限。天然气着火温度偏上限。 压压力力对对燃燃烧烧反反应应也也有有影影响响。在在压压力力低低于于一一定定值值时时，由由于于气气体体过过稀稀，便便不不能能着着火火。这这个个压压力力称称为为“压压力力极极限限”，一一般般气气体体的的压压力力极极限限都都很很低低（不不高高于于0.10.1绝绝对对大大气气压压）。在在一一定定压压力力下下，可可燃燃气气体体的的浓浓度度过过大大或或过过小小，都都会会由由于于反反应应放放热热速速度度太太慢慢而而不不着着火火，所以还有一个所以还有一个浓度极限浓度极限，浓度极限也列于表，浓度极限也列于表3-43-4中。中。燃气与空气能进行燃烧的混合比例范围，称燃气与空气能进行燃烧的混合比例范围，称着火浓度极限着火浓度极限燃烧与防爆：燃烧与防爆： 煤气输送管道和储存设备应远离火源；煤气输送管道和储存设备应远离火源； 停开炉前，用蒸汽将管路中的残余气体赶净；停开炉前，用蒸汽将管路中的残余气体赶净； 若第一次点火失败，必须将可燃气体排净后，再进行若第一次点火失败，必须将可燃气体排净后，再进行下一次点火。下一次点火。 控制好燃气流速，防止控制好燃气流速，防止“回火回火”现象发生；现象发生； 使用使用“强迫着火强迫着火”，忌，忌“自燃着火自燃着火”。表表3-4 3-4 常温常压条件下燃气空气混合物的着火温度和着火温度极限常温常压条件下燃气空气混合物的着火温度和着火温度极限燃气名称燃气名称着火温度（着火温度（）着火浓度极限（着火浓度极限（% %）最低最低最高最高下限下限上限上限氢气（氢气（H H2 2）一氧化碳一氧化碳(CO)(CO)甲烷甲烷(CH(CH4 4) )乙烷乙烷(C(C2 2H H6 6) )丙烷丙烷(C(C3 3H H8 8) )丁烷丁烷(C(C4 4H H1010) )乙烯乙烯(C(C2 2H H4 4) )乙炔乙炔(C(C2 2H H2 2) )焦炉煤气焦炉煤气发生炉煤气发生炉煤气天然气天然气高炉煤气高炉煤气5505506306308008005405405255254904905405403353355505507007007507507007006096096726728508505945945885885695695505505005008508508008008508508008004.04.09.59.512.012.015.615.64.94.96.36.33.13.12.42.41.81.83.03.02.52.55.65.65.85.821215.15.15.85.835.035.040.040.065.065.075.075.070.970.975.075.011.911.915.415.412.512.59.59.58.48.428.628.680.080.028.028.030.830.8747412.112.113.913.956.056.073.573.5实现正常实现正常燃烧燃烧 在在炉炉内内点点火火后后的的可可燃燃混混合合气气体体开开始始激激烈烈的的氧氧化化燃燃烧烧反反应应，发发出出大大量量的的热热并并发发光光，且且燃燃烧烧可可继继续续进进行行，使使炉炉内内保保持持稳稳定定的的火火焰焰，即为正常燃烧。即为正常燃烧。火焰的传播火焰的传播 火火焰焰从从点点火火的的局局部部燃燃烧烧反反应应放放出出大大量量的的热热，又又将将其其周周围围的的燃燃料料加加热热、点点火火，如如此此逐逐渐渐推推进进，这这种种焰焰面面的的移移动动现现象象叫叫火火焰焰的的传传播播。在在水水平平放放置置的的玻玻璃璃管管中中充充满满混混合合均均匀匀的的可可燃燃气气，在在管管子子的的一一端端装装有有电电热热点点火火器器，另另一一端端和和大大气气形形成成一一个个火火焰焰平平面面，称称为为火火焰焰前前沿沿。它它将将反反应应放放出出的的热热传传给给邻邻近近的的混混合合气气体体，使使其其加加热热，并并开开始始燃燃烧烧，可以看到火焰前沿继续向前移动，这就是火焰传播的过程。可以看到火焰前沿继续向前移动，这就是火焰传播的过程。实实验验中中可可燃燃气气体体流流速速设设为为W W，火火焰焰传传播播速速度度设设为为u，其其方方向向与与w相相反反，则有：，则有：当当 时，火焰前沿的位置稳定不动时，火焰前沿的位置稳定不动稳定燃烧。稳定燃烧。当当 时时，火火焰焰根根部部向向前前移移动动，而而最最终终脱脱离离开开管管口口，这这种种现现象时称为象时称为“脱脱火火”。当当 时时，火火焰焰根根部部会会向向管管内内移移动动，在在烧烧嘴嘴中中发发生生 “回回火火”现象。现象。影响火焰传播速度的因素有如下几个方面：影响火焰传播速度的因素有如下几个方面：a、导热系数大，火焰传播速度快；导热系数大，火焰传播速度快； b、过剩空气量小，火焰传播速度快；过剩空气量小，火焰传播速度快；c、预热温度高，火焰传播速度快；预热温度高，火焰传播速度快； d、湍流流动比层流流动时传播速度要快；湍流流动比层流流动时传播速度要快； e、向外散热量多，则火焰传播速度变慢。向外散热量多，则火焰传播速度变慢。(2)(2)气体燃料的燃烧方法气体燃料的燃烧方法根据煤气与空气的混合方式不同，有两种燃烧方法。根据煤气与空气的混合方式不同，有两种燃烧方法。有焰燃烧（扩散燃烧）方法有焰燃烧（扩散燃烧）方法长焰、长焰、短焰短焰煤煤气气与与空空气气在在燃燃烧器器中中不不预先先混混合合，或或只只有有部部分分混混合合（一一次次空空气气），在在离离开开烧嘴嘴进入入炉炉内内以以后后，在在炉炉内内边混混合合边燃燃烧，混混合合和和燃燃烧同同时进行行，形形成成一一个个火火焰焰（裂裂化化炭炭粒粒的的辐辐射射）。燃燃烧速速度度受受到到混混合速度的限制，火焰合速度的限制，火焰较长，称，称为有焰燃有焰燃烧。有焰燃烧具有下列特点：有焰燃烧具有下列特点： a a) )烟火黑度大，辐射能力强，沿火焰长度方向温度分布均匀；烟火黑度大，辐射能力强，沿火焰长度方向温度分布均匀； b b) )要要求求燃燃气气压压力力低低，5005003000pa3000pa即即可可，如如对对煤煤气气中中含含尘尘、含含焦油量要求不严格，可以使用未清洗的发生炉煤气。焦油量要求不严格，可以使用未清洗的发生炉煤气。 c c) )火火焰焰稳稳定定性性好好，不不易易发发生生回回火火，故故预预热热温温度度不不受受限限制制，有有利利于回收废热节约燃料；于回收废热节约燃料； d d) )混混合合较较差差，燃燃烧烧强强度度低低，需需要要较较大大的的燃燃烧烧空空间间和和较较大大的的空空气气过剩系数（过剩系数（1.1.2 21.1.6 6）。理论燃烧温度低，温度分布均匀；）。理论燃烧温度低，温度分布均匀； e e) )需需配配置置复复杂杂的的空空气气管管道道、风风机机等等系系统统。当当风风机机临临时时故故障障时时燃燃气有倒流入空气管道的可能。气有倒流入空气管道的可能。 有焰燃烧时，由于气体的流动，在炉内形成一个有一定外形有焰燃烧时，由于气体的流动，在炉内形成一个有一定外形的火炬，称为火焰（的火炬，称为火焰（如如p59p59图图3-63-6）。）。火焰火焰中分成中分成几个区域几个区域，中心，中心1 1为煤气，最外层为煤气，最外层2 2为空气为空气, ,煤气与空气混合达到一定比例后，形煤气与空气混合达到一定比例后，形成燃烧带成燃烧带3 3，燃烧后的产物向两外侧扩散。在，燃烧后的产物向两外侧扩散。在5(5(燃烧产物与煤气燃烧产物与煤气混合物）中不含有空气，在混合物）中不含有空气，在4 (4 (燃烧产物与空气混合物）中不含燃烧产物与空气混合物）中不含有煤气。有煤气。 改善混合条件可强化有焰燃烧过程改善混合条件可强化有焰燃烧过程有通风火焰、欠通风有通风火焰、欠通风火焰之分。火焰之分。火焰长度常常关系到炉膛的设计尺寸及温度的分布。火焰长度常常关系到炉膛的设计尺寸及温度的分布。影响火焰长度有以下几方面的因素。影响火焰长度有以下几方面的因素。（a a）煤煤气气喷喷出出速速度度。 在在湍湍流流情情况况下下，如如喷喷嘴嘴直直径径不不变变，则则喷喷出出速速度度增增加加时时，火火焰焰长长度度无无大大变变化化。因因为为速速度度增增加加，湍湍流流扩扩散散增增加加，混混合合加加快快，火火焰焰会会缩缩短短。但但由由于于流流量量增增加加，完完成成混混合合所所需需距距离离也也拉长，两种因素作用的结果，火焰长度变化不大；拉长，两种因素作用的结果，火焰长度变化不大；（b b）煤煤气气喷喷嘴嘴直直径径越越小小，火火焰焰越越短短。火火焰焰长长度度基基本本上上和和喷喷口口直直径成正比。径成正比。（c c）空气喷出速度越大，火焰越短；）空气喷出速度越大，火焰越短；（d d）空空气气、煤煤气气的的预预热热温温度度。预预热热的的气气体体得得到到火火焰焰会会短短些些。若若预预热热后后，空空气气和和煤煤气气的的速速度度差差别别大大，则则混混合合加加快快，火火焰焰缩缩短短；若若预热后速度差变小，则火焰变长；预热后速度差变小，则火焰变长；（e e）空空气气与与煤煤气气成成一一交交角角，或或使使空空气气旋旋转转，或或在在流流股股进进程程中中放放置障碍物，都能增强混合，火焰缩短。置障碍物，都能增强混合，火焰缩短。无焰燃烧无焰燃烧煤煤气气和和空空气气进进入入炉炉膛膛之之前前进进行行充充分分混混合合（n1n1）喷喷出出后后立立即即燃燃烧烧，燃燃烧烧速速度度极极快快。整整个个燃燃烧烧过过程程在在烧烧嘴嘴砖砖内内即即可可结结束束，火火焰焰很很短短，甚甚至至看看不不到到火火焰焰，称称为为“无无焰焰燃燃烧烧”。燃燃烧烧过过程程主主要要取取决决于于化化学学动力学因素，其特点是：动力学因素，其特点是：（a a）燃燃烧烧速速度度快快。炭炭氢氢化化合合物物尚尚来来不不及及分分解解，火火焰焰中中的的游游离离炭炭粒粒较较少少，火火焰焰短短而而透透明明，黑黑度度小小，辐辐射射能能力力弱弱，燃燃烧烧不不稳稳定定性性强强，不易控制，高温区集中在烧嘴附近。不易控制，高温区集中在烧嘴附近。（b b）要求煤气压力为）要求煤气压力为5000-30000pa5000-30000pa，要求清洁净化的煤气。，要求清洁净化的煤气。（c c）预预热热温温度度不不可可高高于于着着火火温温度度，否否则则会会发发生生“回回火火”现现象象。空气可预热到空气可预热到500500，煤气可预热到，煤气可预热到300300。（d d）因混合好，燃烧速度快，燃烧空间热强高，（指）因混合好，燃烧速度快，燃烧空间热强高，（指1m1m3 3燃烧空燃烧空间间1 1小时内发出的热量）比有焰燃烧时大小时内发出的热量）比有焰燃烧时大10010010001000倍，故可用较倍，故可用较小的空气消耗系数，小的空气消耗系数，1.021.021.051.05就可完全燃烧。就可完全燃烧。（e e）为了防止回火和防止爆炸，每个烧嘴的能力不能过大。）为了防止回火和防止爆炸，每个烧嘴的能力不能过大。（f f）无无焰焰燃燃烧烧是是靠靠煤煤气气喷喷射射自自然然风风，可可省省掉掉一一套套鼓鼓风风送送风风设设备备及管线。为防脱火，常设置稳燃结构：挡墙、多孔板、金属网等。及管线。为防脱火，常设置稳燃结构：挡墙、多孔板、金属网等。(3)(3)液体燃料的燃烧液体燃料的燃烧液液体体燃燃料料主主要要是是重重油油，重重油油的的可可燃燃物物主主要要是是由由碳碳氢氢化化合合物物所所组组成，其燃烧过程比较复杂，可分为以下几个阶段：成，其燃烧过程比较复杂，可分为以下几个阶段： 雾雾化化阶阶段段：重重油油如如果果直直接接燃燃烧烧，由由于于与与空空气气的的接接触触面面小小，燃燃烧烧速速度度太太慢慢，燃燃烧烧温温度度低低，不不完完全全燃燃烧烧损损失失较较大大。工工业业上上燃燃烧烧重重油油是是先先将将重重油油雾雾化化成成很很细细的的油油雾雾，大大大大增增加加了了与与氧氧气气的的接接触触面面积积。l l公公斤斤未未经经雾雾化化的的重重油油表表面面积积大大约约只只有有0.065m0.065m2 2，如如果果雾雾化化成成直直径径0.04mm0.04mm的的油油滴滴，表表面面积积可可增增加加到到l75ml75m2 2，即即增增大大25002500倍倍以上。雾化方法有机械雾化和蒸汽雾化两种。以上。雾化方法有机械雾化和蒸汽雾化两种。 混混合合：重重油油雾雾化化以以后后与与空空气气的的均均匀匀混混合合仍仍然然是是燃燃烧烧的的重重要要条条件。件。 预热阶段预热阶段：重油必须预热到着火温度，才能起燃烧反应。：重油必须预热到着火温度，才能起燃烧反应。 燃烧反应阶段燃烧反应阶段。重重油油燃燃烧烧的的好好坏坏主主要要取取决决于于雾雾化化程程度度的的好好坏坏。雾雾化化越越好好，油油滴滴越越细细，表表面面积积越越大大，加加热热快快，氧氧较较易易渗渗入入，燃燃烧烧速速度度快快，即即便便形形成成炭炭黑黑，其其颗颗粒粒也也很很细细小小，细细粒粒炭炭不不仅仅能能很很快快燃燃烧烧，并并且且还还增加了火焰的幅射能力。增加了火焰的幅射能力。表3-5各种牌号重油的加热温度(4)(4)固体燃料的燃烧固体燃料的燃烧炭炭素素制制品品的的焙焙烧烧，有有的的以以煤煤炭炭为为燃燃料料，如如倒倒焰焰式式焙焙烧烧炉炉、隧隧道道式式焙烧炉等，被焙烧的炭素制品是与火焰隔离开的。焙烧炉等，被焙烧的炭素制品是与火焰隔离开的。块煤的燃烧块煤的燃烧 块煤煤的的层状状燃燃烧法法是是一一种种最最简单最最普普通通的的燃燃烧方方法法。它它是是使使煤煤炭炭在在自自身身重重力力的的作作用用下下堆堆积成成松松散散的的料料层，助助燃燃用用的的空空气气从从下下而而上上地地穿穿过煤煤块之之间的的缝隙隙并并和和煤煤进行行燃燃烧反反应。含含碎碎屑屑多多，灰灰分和水分高的煤，都不适于层状燃烧。分和水分高的煤，都不适于层状燃烧。 层层状状燃燃烧烧燃燃烧烧速速度度慢慢，燃燃烧烧温温度度低低，且且燃燃烧烧极极不不完完全全，燃燃烧烧过过程程不不易易控控制制，空空气气过过剩剩率率高高n=1.3n=1.31.7,1.7,劳劳动动强强度度大大，条条件件差差。为了克服层状燃烧的缺点，在有些冶金炉上采用粉煤燃烧法。为了克服层状燃烧的缺点，在有些冶金炉上采用粉煤燃烧法。粉煤的燃烧粉煤的燃烧 粉粉煤煤燃燃烧烧的的优优点点：粉粉煤煤颗颗粒粒细细，与与空空气气接接触触面面大大，燃燃烧烧速速度度快快，在在较较少少的的空空气气消消耗耗系系数数（n=1.15n=1.151.251.25）下下即即可可完完全全燃燃烧烧。因因此此能能保保证证获获得得较较高高的的燃燃烧烧温温度度；其其燃燃烧烧过过程程易易于于调调节节，并并可可实实现现炉炉温温自自动动控控制制，而而且且开开炉炉敏敏捷捷，大大大大地地改改善善了了劳劳动动强强度度；粉粉煤煤火火焰焰具具有有较较高高的的辐辐射射能能力力；可可以以利利用用劣劣质质煤煤和和碎碎煤煤；二二次次空空气气预预热温度不受限制。热温度不受限制。 粉粉煤煤的的主主要要缺缺点点是是：燃燃烧烧后后的的灰灰分分大大部部分分落落在在炉炉膛膛中中，对对炭炭素素焙焙烧烧和和煅煅烧烧质质量量有有影影响响；在在高高温温下下灰灰分分易易浸浸蚀蚀炉炉体体。另另外外在在粉粉煤煤的的制制备备上上也也还还存存在在着着设设备备和和操操作作上上的的一一些些问问题题而而影影响响生生产产；当当有有高高温温热热源源存存在在时时，常常引引起起粉粉煤煤的的爆爆炸炸；另另外外粉粉煤煤在在长长期期贮贮存存时时会发生自燃引起爆炸。会发生自燃引起爆炸。思考题：思考题：1、什么是石油焦？石油焦如何分类？生焦的质量指标主要有哪、什么是石油焦？石油焦如何分类？生焦的质量指标主要有哪些？些？2、无烟煤有那些特性？它是哪些产品的生产原料？、无烟煤有那些特性？它是哪些产品的生产原料？3、煤沥青分为哪几类？煤沥青由哪些组分组成？其中哪种组分、煤沥青分为哪几类？煤沥青由哪些组分组成？其中哪种组分对煤沥青的性能起重要作用？对煤沥青的性能起重要作用？4、煤沥青有哪些性质？对炭阳极生产有哪些影响？、煤沥青有哪些性质？对炭阳极生产有哪些影响？5、改质沥青有哪些特点？它有哪几种生产方法？、改质沥青有哪些特点？它有哪几种生产方法？6、少灰、多灰原料如何划分？各适用于铝用炭素哪些制品生产、少灰、多灰原料如何划分？各适用于铝用炭素哪些制品生产？7、炭素生产的燃料应具备哪些条件？一般燃料如何分类？、炭素生产的燃料应具备哪些条件？一般燃料如何分类？8、火焰传播过程中有哪几种可发生的情况？、火焰传播过程中有哪几种可发生的情况？9、燃烧的定义是什么？燃料燃烧的必备条件有哪些？、燃烧的定义是什么？燃料燃烧的必备条件有哪些？10、液体燃料燃烧过程分哪几个阶段？、液体燃料燃烧过程分哪几个阶段？11、什么是液体燃料的、什么是液体燃料的“燃点燃点”？它与？它与”闪点闪点”的区别是什么？的区别是什么？第四章第四章原料的煅烧原料的煅烧各各种种固固体体炭炭原原料料都都不不同同程程度度含含有有水水分分、挥挥发发物物、杂杂质质（成成焦焦温温度度、压压力力、时时间间）等等，影影响响性性质质与与质质量量，应预先排出。使用煅烧来实现。应预先排出。使用煅烧来实现。4 4. .1 1 煅烧的概念和目的煅烧的概念和目的 固固体体炭炭质质原原料料在在隔隔绝绝空空气气或或空空气气很很少少的的条条件件下下进进行行的高温预热处理过程称为的高温预热处理过程称为煅烧煅烧。 在在煅煅烧烧过过程程中中，各各种种炭炭质质原原料料的的结结构构和和元元素素组组成成都都发发生生了了深深度度的的变变化化，从从而而提提高高了了物物理理化化学学性性能能。炭炭材材煅煅烧烧分分为为火火焰焰煅煅烧烧、电电煅煅烧烧，火火焰焰煅煅烧烧一一般般煅煅烧烧温温度度为为1250125013501350，电煅烧温度可达，电煅烧温度可达20002000左右左右。 火焰煅烧：火焰煅烧：直接煅烧直接煅烧（回转窑回转窑）；）；间接煅烧间接煅烧（罐式炉罐式炉）4.1.1、煅烧目的煅烧目的1.排除原料中的挥发分；排除原料中的挥发分；C-H-N-S,1300，V：7180.5；2.提高炭质原料的密度和机械强度提高炭质原料的密度和机械强度分子结构变化；分子结构变化；延迟石油焦延迟石油焦dudu提高提高3030左右，左右，体积收缩体积收缩30305050，dkdk提高提高1212左右，左右，块抗压强度提高块抗压强度提高3030左右；左右； 无烟煤体积收缩无烟煤体积收缩5 513.513.5）；）；3.提高原料的导电性能提高原料的导电性能；导电性是排挥发、提密度的综合效果；结构变化；导电性是排挥发、提密度的综合效果；结构变化；4.排出原料中的水分排出原料中的水分；310水水分分，不不利利破破碎碎、筛筛分分、磨磨粉粉操操作作的的进进行行，同同时时影影响响粘粘结结剂剂对对炭颗粒的浸润粘结能力炭颗粒的浸润粘结能力；5.提高原料的化学稳定提高原料的化学稳定（抗氧化）（抗氧化）性性。杂质排除，碳氢价电子活性大，其热解还可生成稳定碳膜杂质排除，碳氢价电子活性大，其热解还可生成稳定碳膜。4.1.2煅烧质量煅烧质量影响煅烧质量的关键影响煅烧质量的关键煅烧温度、高温持续时间煅烧温度、高温持续时间（阳极料煅（阳极料煅1250左右，石墨用左右，石墨用1300以上）。以上）。煅后石油焦煅后石油焦du=2.052.08g/cm3;粉末粉末550mm4 4. .2 2炭原料煅烧过程中的物理化学变化和煅烧质量要求炭原料煅烧过程中的物理化学变化和煅烧质量要求4.2.1 4.2.1 炭素原材料煅烧过程中的物理化学变化炭素原材料煅烧过程中的物理化学变化1.1.挥挥发发分分的的排排出出（油油焦焦成成焦焦500 500 ，V500V500800800快快，80080011001100 较较缓缓) )2.2.真真密密度度的的变变化化( (10001000前前缩缩聚聚反反应应，线线性性升升；1000100011001100平平拐拐点点，后后体体积收缩积收缩dudu继续升高继续升高. .）3.3.体体积积收收缩缩和和质质量量损损失失（70010001000微裂纹）微裂纹）4.4.电电阻阻率率的的变变化化（500500800800，12301230；80080010001000缓缓变变；1000100013001300少少量量）1230m温温度度与与挥挥发发分、分、真真密密度度100011005.5.孔隙率与氧化重量损失的变化（孔隙率与氧化重量损失的变化（600 10001000，微裂纹，再次增；氧化损失呈下降趋势），微裂纹，再次增；氧化损失呈下降趋势）6.6.石油焦煅烧后氢含量的变化（石油焦煅烧后氢含量的变化（挥发分挥发分700700大量大量H H；10001000挥发物中挥发物中80809090H H；H H与收缩、电阻相关，要求与收缩、电阻相关，要求 0.051300 1200 1300 120012501250；兼顾炉寿命；兼顾炉寿命2 2、拉长燃烧带、拉长燃烧带合理负压；适当增加火道合理负压；适当增加火道优点优点：煅烧质量稳定，烧损小，挥发分利用好，小修少，维费低。：煅烧质量稳定，烧损小，挥发分利用好，小修少，维费低。缺缺点点：投投资资大大，劳劳动动条条件件差差，环环保保治治理理难难，维维修修费费用用高高，不不易易实实现自动化。现自动化。料料罐式炉常见故障及处理罐式炉常见故障及处理序号序号故故 障障原原 因因 分分 析析排排 除除 方方 法法备备 注注1 1棚棚 料料石油焦质量石油焦质量减少该石油焦的用量减少该石油焦的用量粉、粉、v v排料器不能正常运转排料器不能正常运转修理或更换排料器修理或更换排料器排料器修理不超过排料器修理不超过2 2小时小时清理料罐后加入生焦量大清理料罐后加入生焦量大少量多次加入少量多次加入加料口结焦加料口结焦用压缩空气吹扫用压缩空气吹扫2 2下火放炮下火放炮排料量过大排料量过大减小排料量减小排料量提产时应初步提高提产时应初步提高溢出口、下火口堵塞溢出口、下火口堵塞用压缩空气吹扫用压缩空气吹扫负压小负压小检查烟道、提高负压检查烟道、提高负压3 3负压波动负压波动炉体、烟道有漏风点炉体、烟道有漏风点用耐火材料密封用耐火材料密封火道、烟道长时间未清理火道、烟道长时间未清理清扫火道的挂灰清扫火道的挂灰烟气温度的变化烟气温度的变化保证煅前料挥发分、排料量保证煅前料挥发分、排料量的稳定的稳定4 4溢出口、火溢出口、火道挂灰道挂灰清理不及时清理不及时定期清理定期清理一般每季度一次一般每季度一次负压低或使用不均匀负压低或使用不均匀调整负压拉板调整负压拉板冷空气进入多冷空气进入多密封炉体、减小风门密封炉体、减小风门炉体漏风或风门大炉体漏风或风门大4.3.3回转窑回转窑基基本本概概念念：它它是是一一种种直直接接加加热热物物料料的的煅煅烧烧设设备备。结结构构简简单单，产产量量大大，机机械械化化程程度度高高，建建设设速速度度快快；烧烧损损大大（6 61010），实实收收率率低，碎料多，修理频度高低，碎料多，修理频度高。2424、3636、4545、55553.4367.1m 1.回转窑的结构回转窑的结构大大窑窑、小小窑窑；窑窑头头、窑窑体体、窑窑尾尾；用用14mmA314mmA3铆铆、焊焊，内内砌砌耐耐火火料料；托托轮轮支支撑撑，弹弹簧簧钢钢、大大齿齿轮轮带带动动；倾倾斜斜2.52.55 5（倾倾角角1.51.53.03.0）；转速）；转速2 25/min5/min；料停留；料停留30306060分钟；分钟；回转窑生产时，原料生焦从贮料仓经给料机连续向窑尾均匀回转窑生产时，原料生焦从贮料仓经给料机连续向窑尾均匀加料，随着窑体的转动原料在倾斜的窑体内逐渐向窑头移动。由加料，随着窑体的转动原料在倾斜的窑体内逐渐向窑头移动。由窑头喷入的燃料和石油焦的挥发分与从窑头及配风口进入的空气窑头喷入的燃料和石油焦的挥发分与从窑头及配风口进入的空气（1次风）混后合燃烧，形成一个长达次风）混后合燃烧，形成一个长达510米的高温煅烧带，煅米的高温煅烧带，煅烧带温度达到烧带温度达到12001300，直接对石油焦进行加热煅烧，原料，直接对石油焦进行加热煅烧，原料在窑内停留的时间约在窑内停留的时间约3060分钟，大窑内产生的废气借助排烟机分钟，大窑内产生的废气借助排烟机和烟囱的抽力经沉灰室、余热锅炉排入大气。和烟囱的抽力经沉灰室、余热锅炉排入大气。高温料由窑头底部高温料由窑头底部排出并进入冷却窑中喷林冷却。排出并进入冷却窑中喷林冷却。回转窑煅烧石油焦时，主要靠原料焦的挥发分燃烧提供热量，回转窑煅烧石油焦时，主要靠原料焦的挥发分燃烧提供热量，很少用外加燃料，只是在启动升温或调整温度时，才喷入重油、很少用外加燃料，只是在启动升温或调整温度时，才喷入重油、煤气或天然气等外加燃料升温。煤气或天然气等外加燃料升温。回转窑生产工艺流程图回转窑生产工艺流程图1料仓；料仓；2抓斗天车；抓斗天车；3上料斗；上料斗；4对辊破碎机；对辊破碎机；5胶带输送机；胶带输送机；6斗式提升机；斗式提升机；7煅前仓；煅前仓；8回转窑；回转窑；9冷却窑；冷却窑；10胶带输送机；胶带输送机；ll煅后料储仓煅后料储仓生石油焦煅后石油焦煅烧系统l筒体；筒体；2炉衬；炉衬；3托辊；托辊；4轮缘；轮缘；5大齿轮；大齿轮；6传动齿轮；传动齿轮；7窑头；窑头；8排料口；排料口；9冷却机；冷却机；10沉灰室；沉灰室；11燃烧喷嘴；燃烧喷嘴；12三次风管；三次风管；13二次风管二次风管回转窑结构示意图2.回转窑的工艺参数回转窑的工艺参数料容量、移动速度、温度、负压制度料容量、移动速度、温度、负压制度 装料容量装料容量料层料层200200300mm300mm，（影响煅烧、料运动、给热条件）（影响煅烧、料运动、给热条件） 充填（率）系数：充填（率）系数：随随增大而减小增大而减小。 1m1m12121515；2.52.53.0m3.0m6 68 8。 物料在窑内的移动速度物料在窑内的移动速度质量、产能质量、产能 时间过长：烧损增加，产能低，灰加；过短：烧不透。时间过长：烧损增加，产能低，灰加；过短：烧不透。 30min30min 窑倾角、转速、内径呈正比；料断面圆心角。窑倾角、转速、内径呈正比；料断面圆心角。 平均转速经验公式平均转速经验公式： 式中：式中： D D窑内径；窑内径； n n窑窑转速；速； 物料安息角，物料安息角，45455050度；度；窑倾角。窑倾角。 物料停留时间物料停留时间： L L：窑长度：窑长度,m,m r r：料堆积密度；料堆积密度；充填率充填率 例例题题：L=55m，D=2.3m，n=2.26r/min，窑窑倾倾角角2.20度度，安安息角息角40度度,求物料在窑内停留时间求物料在窑内停留时间T解解1：2.32.262.201.771.022（m/min)551.02253.8254（min)解解2：3242.32.26sin2.20（2440）1.010(m/min)551.01054.4654（min)答：物料在这种回转窑内停留时间约为答：物料在这种回转窑内停留时间约为54分钟分钟 物料安息角物料安息角( (一般等于一般等于45455050度度) )在回转窑煅烧中应用分析在回转窑煅烧中应用分析: :粉料粉料的安息角和运动角较小，的安息角和运动角较小，颗粒料颗粒料相反。在回转窑的转动相反。在回转窑的转动中，颗粒料因安息角大，能升举到较高的高度，且翻动深度大，中，颗粒料因安息角大，能升举到较高的高度，且翻动深度大，受热均匀，能得到充分的煅烧；而粉料受粗焦覆盖，且运动角小，受热均匀，能得到充分的煅烧；而粉料受粗焦覆盖，且运动角小，翻动料层小，只在内衬表面滑动，受热辐射、对流和传导少，故翻动料层小，只在内衬表面滑动，受热辐射、对流和传导少，故煅烧质量较差。煅烧质量较差。补偿角补偿角安息角 窑内的传热与温度窑内的传热与温度（一）过程描述：不断旋转（一）过程描述：不断旋转缓慢移动缓慢移动被加热煅烧。被加热煅烧。（二）窑内传热：上层（二）窑内传热：上层高温气体的高温气体的辐射辐射和和对流对流换热；换热；下部下部窑内衬窑内衬传导传导给热；给热；中部中部物料物料传导传导获得热量。获得热量。转翻转翻交替交替（三）回转窑的温度分布：（三）回转窑的温度分布：（1 1）干干燥燥预预热热带带窑窑尾尾部部。脱脱水水、排排出出挥挥发发分分，低低温温端端500500600600，高温端，高温端80080011001100。101025m25m，筒短，筒短烟气温度高。烟气温度高。（2 2）煅烧带煅烧带中部，起点距窑头中部，起点距窑头10m10m左右。左右。1250125013001300。 24m24m3 35m; 30m5m; 30m8 812m12m。与火焰长度相关。与火焰长度相关。（3 3）冷却带冷却带窑头端。窑头端。7 78m8m，800800900900稳定煅烧带的高温（稳定煅烧带的高温（1300），是提高回转窑产量和质量的关键），是提高回转窑产量和质量的关键。（四）影响煅烧温度的主要因素（四）影响煅烧温度的主要因素（p81）：）： 煅烧带的长度和位置对于煅烧作业具有重要意义煅烧带的长度和位置对于煅烧作业具有重要意义与烧损、与烧损、保护窑头、最高温度有关保护窑头、最高温度有关保证不烧坏窑头的最近距离保证不烧坏窑头的最近距离。 过远：烧损急剧增加过多接触空气；过长：烧损多；过剩过远：烧损急剧增加过多接触空气；过长：烧损多；过剩空气少，挥发分不能充分燃烧，影响窑温；在窑尾燃烧，尾温高；空气少，挥发分不能充分燃烧，影响窑温；在窑尾燃烧，尾温高；长窑、长带：加快转速，设置长窑、长带：加快转速，设置2 2、3 3次配风。次配风。燃料量和空气量的合理配比是保证回转窑燃料量和空气量的合理配比是保证回转窑煅烧温度的关键煅烧温度的关键。 空气过剩系数是衡量燃料燃烧是否合理的标志。空气过剩系数是衡量燃料燃烧是否合理的标志。空气过剩系空气过剩系数过大，进入空气多，增加物料的烧损，且使煅烧带后移；空气数过大，进入空气多，增加物料的烧损，且使煅烧带后移；空气过剩系数过小，空气量不足，挥发分燃烧不完全，温度低，物料过剩系数过小，空气量不足，挥发分燃烧不完全，温度低，物料煅烧不足。适当的空气管剩系数，挥发分燃烧充分，温度较高，煅烧不足。适当的空气管剩系数，挥发分燃烧充分，温度较高，煅烧质量好。一般煅烧质量好。一般空气过剩系数为空气过剩系数为1.051.10。正常：白焰；较大：火焰红褐色正常：白焰；较大：火焰红褐色 一旦发现，及时调整。一旦发现，及时调整。给料量料量的的均匀、均匀、稳定和定和连续直接影响到热工制度的稳定性直接影响到热工制度的稳定性。 料料层厚厚200200300mm300mm。不均：温度波动；不均：温度波动；料少：料少：产量低、量低、烧损大；大；过量：烧不透，质量差；阻力大，烟气流通性差，恶化条件。过量：烧不透，质量差；阻力大，烟气流通性差，恶化条件。负压是是窑内煅窑内煅烧温度控制温度控制的重要因素的重要因素. .（窑头的负压在窑头的负压在2530Pa) 过大：过大：1、抽力大，实收率下降；、抽力大，实收率下降；2、火焰拉长，传热强度削弱，温度降低；、火焰拉长，传热强度削弱，温度降低；3、挥发分未完全燃烧进入沉灰室、烟道燃烧，烧坏设备。、挥发分未完全燃烧进入沉灰室、烟道燃烧，烧坏设备。过小：过小：1、窑内、外压差小，头、尾冒烟，污染环境；、窑内、外压差小，头、尾冒烟，污染环境；2、火焰不稳定，燃烧带变短，降产量、质量；、火焰不稳定，燃烧带变短，降产量、质量；3、烟气流动差，窑内浑浊不清，难观测煅烧温度、烟气流动差，窑内浑浊不清，难观测煅烧温度。负压控制是回转窑生产操作的重要因素负压控制是回转窑生产操作的重要因素。控制好负压，就能。控制好负压，就能使燃烧带的位置和长度保持正常，使燃烧带的位置和长度保持正常，从而稳定产量和煅烧质量。窑从而稳定产量和煅烧质量。窑头负压一般为头负压一般为2060pa。3.回转窑的烘窑点火和停窑的实际操作回转窑的烘窑点火和停窑的实际操作 烘窑点火条件：烘窑点火条件：开窑点火必须具备以下几项基本条件：开窑点火必须具备以下几项基本条件： 制定出烘窑的各种规程、制度；制定出烘窑的各种规程、制度； 燃料要合乎各项技术要求；燃料要合乎各项技术要求； 窑内无杂物；窑内无杂物； 点火工具齐全；点火工具齐全； 传动装置好用，排烟系统畅通；传动装置好用，排烟系统畅通； 各种仪表灵活准确；各种仪表灵活准确； 加排料装置完善。加排料装置完善。 烘窑烘窑干燥、升温干燥、升温的目的：的目的： 干燥：在耐材不变形、不干裂、保持严密性下排除水分；干燥：在耐材不变形、不干裂、保持严密性下排除水分； 提高窑内温度使之达到可以正常加、排料的温度。提高窑内温度使之达到可以正常加、排料的温度。 烘窑的基本要点：烘窑的基本要点： 开窑点火以前进行冲洗天然气管道；开窑点火以前进行冲洗天然气管道； 点火前，首先开动排烟机，使窑头形成负压；点火前，首先开动排烟机，使窑头形成负压； 在在点点火火前前，要要打打开开天天然然气气放放散散阀阀，检检测测天天然然气气浓浓度度，然然后后把把火火把把放放置置喷喷嘴嘴前前慢慢慢慢地地打打开开窑窑头头的的天天然然气气阀阀门门供供给给天天然然气气，使使火焰稳定后取出火把，点火时严禁先开天然气后伸火把；火焰稳定后取出火把，点火时严禁先开天然气后伸火把； 点点火火后后，经经常常检检查查天天然然气气压压力力和和风风量量及及火火焰焰状状况况，若若发发现现灭火，应立即关闭天然气阀门；灭火，应立即关闭天然气阀门； 开开始始点点火火时时，一一般般不不启启动动空空气气风风机机而而采采用用自自然然通通风风，然然后后启动空气风机并逐渐调整空气量；启动空气风机并逐渐调整空气量； 在在烘烘窑窑过过程程中中，要要严严格格按按曲曲线线升升温温，烘烘窑窑时时尽尽量量不不采采用用增增大大负负压压提提高高窑窑尾尾温温度度，这这样样易易造造成成熄熄火火现现象象，所所以以采采用用调调节节燃燃料料量的方法来控制温度；量的方法来控制温度； 当当窑窑尾尾的的温温度度达达到到600600650650之之间间时时要要保保持持2424小小时时，以以保保证窑内衬均匀变热；证窑内衬均匀变热； 在在烘烘窑窑期期间间要要进进行行间间断断和和连连续续转转窑窑。当当煅煅烧烧窑窑内内衬衬表表面面开开始始发发亮亮以以前前要要进进行行间间断断转转窑窑。以以后后要要进进行行连连续续转转窑窑，以以防防止止窑窑身身弯曲。弯曲。 停窑的基本原则停窑的基本原则 回转窑停窑可分为长期停窑和短期停窑，一般又分为计划停窑和非计划停窑。回转窑停窑可分为长期停窑和短期停窑，一般又分为计划停窑和非计划停窑。计划停窑的基本原则：计划停窑的基本原则：停窑前一般采用逐渐减少加料量或骤然切断加料量的方法，采用后一方停窑前一般采用逐渐减少加料量或骤然切断加料量的方法，采用后一方法会破坏窑内热工制度，使窑内衬使用寿命受到影响；法会破坏窑内热工制度，使窑内衬使用寿命受到影响；在减少加料量时相应改变其他控制条件，如减少燃料的配给量等；在减少加料量时相应改变其他控制条件，如减少燃料的配给量等；停止加料后，减少燃料量逐渐降温，而不应该突然降温以免内衬急冷，停止加料后，减少燃料量逐渐降温，而不应该突然降温以免内衬急冷，发生龟裂；发生龟裂；在降温过程中要按照降温的要求进行操作，控制好下降的温度。在降温过程中要按照降温的要求进行操作，控制好下降的温度。 回转窑调温的实际操作回转窑调温的实际操作 回转窑调温实际操作的最终目的是回转窑调温实际操作的最终目的是: :使窑内各部分的温度协调，以全窑温使窑内各部分的温度协调，以全窑温度分布均匀合理为基础。度分布均匀合理为基础。 控制窑内温度方法有以下四种控制窑内温度方法有以下四种： 以调节加料量来控制温度；物料不匀、时间不足、质量不稳定，以调节加料量来控制温度；物料不匀、时间不足、质量不稳定， 以调节二、三次风的配比来控制温度以调节二、三次风的配比来控制温度2.452.452.75kg/s2.75kg/s； 以调节窑的转速来控制温度以调节窑的转速来控制温度料不匀，停时波动，消耗、产量降料不匀，停时波动，消耗、产量降少少用用； 以调节燃料的配给来控制温度以调节燃料的配给来控制温度燃气燃气常用，常用，效果显著效果显著； 调调节节温温度度和和控控制制好好温温度度是是回回转转窑窑生生产产操操作作最最关关键键性性的的工工作作。操作者操作者必须掌握的调温技能必须掌握的调温技能：在在煅煅烧烧温温度度正正常常时时，做做到到物物料料均均匀匀、适适量量和和稳稳定定的的加加入入，保保证证全窑温度稳定分布。全窑温度稳定分布。当发现煅烧带当发现煅烧带温度逐渐下降温度逐渐下降且火焰伸长时并有时发暗的现象，且火焰伸长时并有时发暗的现象，就应该就应该及时调整燃料和空气的配给量及时调整燃料和空气的配给量，并，并根据火焰的位置调整负根据火焰的位置调整负压。压。如如果果窑窑内内温温度度过过低低时时，采采取取增增加加燃燃料料配配给给量量和和增增加加负负压压，若若仍仍不能提高窑内温度，就要不能提高窑内温度，就要相应调节加料量相应调节加料量。在在改改变变燃燃料料配配给给量量时时，特特别别要要注注意意火火焰焰的的形形状状，不不能能急急剧剧、大大量地增加燃料量，必须使量地增加燃料量，必须使燃料完全燃烧燃料完全燃烧为原则。（白色；红褐色）为原则。（白色；红褐色）当当回回转转窑窑系系统统发发生生故故障障时时，按按计计划划停停窑窑或或短短暂暂停停窑窑，都都要要以以稳稳定窑内热工制度定窑内热工制度为原则。为原则。4.优化工艺参数，确保煅烧质量优化工艺参数，确保煅烧质量煅后石油焦质量要求煅后石油焦质量要求2.05g/cm3、550mm、W：0.3%、H:0.20.05。煅烧温度和升温速度的影响煅烧温度和升温速度的影响温度是重点，升温快温度是重点，升温快孔度增加；太慢孔度增加；太慢煅烧不完全。煅烧不完全。控制变量对回转窑操作的影响控制变量对回转窑操作的影响主要是：主要是：3次风流速；次风流速；窑转速；窑转速；加料速度。加料速度。2.452.75kg/s,1500r/min；2.402.80r/min；5.56.0kg/s质量、生产率（质量、生产率（p85表表4.14）4.3.44.3.4电煅烧炉电煅烧炉立式电阻炉立式电阻炉阴极原料阴极原料电锻烧炉是一种结构比较简单的立式电阻炉。通过安装在炉电锻烧炉是一种结构比较简单的立式电阻炉。通过安装在炉筒两端的电极，利用物料本身的电阻构成通路，使电能转变成热筒两端的电极，利用物料本身的电阻构成通路，使电能转变成热能，把炭素原料加热到高温（能，把炭素原料加热到高温（18002100），从而达到），从而达到锻烧的目的。锻烧的目的。使用使用101030mm30mm的无烟煤块。的无烟煤块。 有单相和三相之分，电流密度有单相和三相之分，电流密度0.180.180.25A/cm0.25A/cm2 2 。贵州铝厂引进的电煅炉贵州铝厂引进的电煅炉(内内1930mm6025mm)，电炉容量电炉容量l250kVA，额定电压、电流分别，额定电压、电流分别为为80V和和15000A，电炉产能为，电炉产能为17t日。日。缺点：产能小、生产成本高，缺点：产能小、生产成本高， 质量不稳，烧损大。质量不稳，烧损大。单相电缎烧炉示意图单相电缎烧炉示意图1一石墨电极，一石墨电极，2炉壳；炉壳；3一保温层一保温层4一耐火砖，一耐火砖，5一炭砖炉底，一炭砖炉底，6一冷却水套一冷却水套另：回转床煅烧与二步煅烧另：回转床煅烧与二步煅烧占地少、产能大、收率高、质量稳定；结构复杂、料易碎。占地少、产能大、收率高、质量稳定；结构复杂、料易碎。思考题：思考题：1、什么叫碳材料的煅烧什么叫碳材料的煅烧? ?炭素原料煅烧的目的是什么？如何控炭素原料煅烧的目的是什么？如何控制和评价煅烧质量？制和评价煅烧质量？2、目前炭素生产主要使用哪些煅烧方法？主要炉子有哪些？、目前炭素生产主要使用哪些煅烧方法？主要炉子有哪些？3、简述煅烧过程中原料所发生的物理化学性质的变化。、简述煅烧过程中原料所发生的物理化学性质的变化。4、简述罐式煅烧炉烘炉的目的和操作过程。、简述罐式煅烧炉烘炉的目的和操作过程。5、罐式炉生产操作有哪些技术要点？、罐式炉生产操作有哪些技术要点？6、回转窑煅烧的优、缺点有哪些？、回转窑煅烧的优、缺点有哪些？7、简述回转窑煅烧的温度分布和影响温度的因素。、简述回转窑煅烧的温度分布和影响温度的因素。8、简述回转窑、简述回转窑控制窑内温度的方法控制窑内温度的方法和调温和调温应掌握应掌握的技能。的技能。9、合理控制回转窑、合理控制回转窑负压有什么重要意义？有什么重要意义？第五章第五章炭素原料的破碎与筛分炭素原料的破碎与筛分5 5. .1 1 炭素物料的破碎原理及破碎比炭素物料的破碎原理及破碎比5.1.1原原料料的的破破碎碎原原理理外外力力克克服服固固体体分分子子之之间间的的内内聚聚力力，将将大块碎解为小块或细粉的过程大块碎解为小块或细粉的过程破碎、磨粉破碎、磨粉。常见的常见的破破碎方法有：碎方法有：(1)(1)压碎压碎：给物料以压力，使其破碎。适于较硬物料的破碎。给物料以压力，使其破碎。适于较硬物料的破碎。(2)(2)劈劈碎碎：是是利利用用机机械械的的尖尖劈劈扎扎入入物物料料而而产产生生的的劈劈力力来来完完成成破破碎碎的。，适用于脆性材料的破碎。的。，适用于脆性材料的破碎。(3)(3)磨磨碎碎：是是对对物物料料施施加加一一个个剪剪切切力力而而把把物物料料磨磨碎碎。适适用用于于细细颗颗粒料的粉碎。粒料的粉碎。(4)(4)击击碎碎：是是利利用用碰碰撞撞作作用用而而把把物物料料击击碎碎, ,适适用用于于破破碎碎较硬硬和和脆脆性材料。性材料。 (5)(5)剪剪碎碎：物物料料在在两两个个破破碎碎工工作作面面间间受受集集中中载载荷荷的的两两支支点点(或或多多支点支点)的外力作用而破碎。多用于硬、脆性大块物料的破碎（颚）的外力作用而破碎。多用于硬、脆性大块物料的破碎（颚）。 a- a-压碎；压碎； b-b-劈碎；劈碎； c c磨碎；磨碎； d d击碎；击碎； e e剪碎剪碎物料的破碎方法物料的破碎方法破碎操作共分为三个级别破碎操作共分为三个级别：(1)(1)粗粗碎碎(或或称称预预碎碎)：由由200mm左左右右的的大大块块物物料料破破碎碎到到5070mm(一般指原料在煅烧前的破碎一般指原料在煅烧前的破碎)。(2)(2)中碎中碎：由由50mm左右块度的物料破碎到左右块度的物料破碎到120mm(一般指煅一般指煅烧料进一步破碎到配料所需的粒度烧料进一步破碎到配料所需的粒度)。(3)(3)磨粉磨粉(或称细磨或称细磨)：将将1mm左右的物料磨到左右的物料磨到0.075mm以下。以下。5.1.2破碎比破破碎比碎比是物料在破碎前后尺寸大小变化及破碎程度的量。是物料在破碎前后尺寸大小变化及破碎程度的量。破碎比的计算方法有以下几种：破碎比的计算方法有以下几种：(1)用物料在破碎前的最大粒度用物料在破碎前的最大粒度Dmax与破碎后的最大粒与破碎后的最大粒度度(dmax)的比值来确定。的比值来确定。式中：式中：Dmax破碎前物料的最大块直径破碎前物料的最大块直径(mm)。dmax破碎后物料的最大块直径破碎后物料的最大块直径(mm)。(2)用破碎机的给料口的有效宽度和排料口的宽度的比值来确定用破碎机的给料口的有效宽度和排料口的宽度的比值来确定式中：式中：0.85B:进料口有效宽度进料口有效宽度S破碎机排料口的宽度破碎机排料口的宽度(mm)。(3)用平均粒度来确定用平均粒度来确定式中：式中：D平均平均破碎前物料的平均直径破碎前物料的平均直径(mm)：d平均平均破碎后物料的平均直径破碎后物料的平均直径(mm)。5.1.3破碎和粉碎的原则破碎和粉碎的原则破碎或粉碎物料时，必须遵守破碎或粉碎物料时，必须遵守“不作过粉碎不作过粉碎”的基本原则的基本原则。为为防止防止“过粉碎过粉碎”，可采用下列措施：可采用下列措施：(1)尽量做到尽量做到“自由粉碎自由粉碎”。碎成料不作滞留，尽快离开粉碎机，。碎成料不作滞留，尽快离开粉碎机，避免避免“闭塞粉碎闭塞粉碎”；弹性衬垫的包裹、缓冲弹性衬垫的包裹、缓冲(2)物料在进行粉碎前，必须先进行筛分处理；物料在进行粉碎前，必须先进行筛分处理；(3)使粉碎功真正只用在物料的粉碎上，粉碎机金属件的磨损会降使粉碎功真正只用在物料的粉碎上，粉碎机金属件的磨损会降低粉碎效率。低粉碎效率。5.1.4破破碎机械分类碎机械分类分类分类机名机名粉碎方法粉碎方法运动方式运动方式粉碎比粉碎比适用范围适用范围破破碎碎机机械械颚式破碎机颚式破碎机压碎为主压碎为主往复往复46、中碎最高达、中碎最高达10左右左右粗碎粗碎中碎中碎硬质料硬质料中硬料中硬料对辊破碎机对辊破碎机压碎为主压碎为主旋转旋转(慢速慢速)10左右左右中碎中碎细碎细碎硬质料硬质料软质料软质料圆锥破碎机圆锥破碎机压碎为主压碎为主回转回转粗碎粗碎317中碎中碎317粗碎粗碎中碎中碎硬质料硬质料软质料软质料锤式破碎机锤式破碎机击击碎碎旋转旋转(快速快速)单转子单转子1015双转子双转子304O中碎中碎细碎细碎硬质料硬质料中硬料中硬料反击式破碎机反击式破碎机击击碎碎旋转旋转(快速快速)10以上最高可达以上最高可达40中碎中碎中硬料中硬料表表5-1破（粉）碎设备的类型（一）破（粉）碎设备的类型（一）p87表5-1破（粉）碎设备的类型（二）粉粉磨磨机机械械笼式粉碎机笼式粉碎机击击碎碎旋转旋转(快速快速)数数百百粗磨粗磨细碎细碎软脆软脆质料质料轮碾机轮碾机压碎压碎+研磨研磨自转自转(公转公转)数数十十细碎细碎湿粘湿粘物料物料辊磨机辊磨机压碎压碎+研磨研磨自转自转(公转公转)数百以上数百以上磨碎磨碎细碎细碎中硬料中硬料软质料软质料球磨机球磨机击碎击碎+研磨研磨旋转旋转(慢速慢速）数百以上数百以上磨碎磨碎硬质料硬质料中硬料中硬料自磨机自磨机击碎击碎+研磨研磨旋转旋转(慢速慢速)数百至数千数百至数千细碎细碎磨碎磨碎硬性硬性质料质料分类分类机名机名粉碎方法粉碎方法运动方式运动方式粉碎比粉碎比适用范围适用范围5.2 5.2 破碎机械破碎机械( (自学为主自学为主184192184192）5.2.1颚式破碎机颚式破碎机1.颚式破碎机的工作原理和类型颚式破碎机的工作原理和类型颚式破碎机的工作部件是两块颚板，其中固定在机架前壁的为颚式破碎机的工作部件是两块颚板，其中固定在机架前壁的为定定颚板颚板，可活动的为，可活动的为动颚板动颚板。工作时，动颚板对定颚板作周期性往。工作时，动颚板对定颚板作周期性往返运动，物料在颚板间受到返运动，物料在颚板间受到挤压、劈裂、冲击挤压、劈裂、冲击而被破碎，颚板离而被破碎，颚板离开时已破物料靠重力从排料口排出。开时已破物料靠重力从排料口排出。简单摆动式（前后）、复杂摆动式（加上下）、混合摆动式。简单摆动式（前后）、复杂摆动式（加上下）、混合摆动式。2.颚式破碎机的主要参数颚式破碎机的主要参数给料口宽度给料口宽度B B：最大块度：最大块度D=75D=758585B B；B=1.2B=1.21.3D1.3D啮啮角角：动动颚颚与与定定颚颚间间的的夹夹角角（20203030度度）与与破破碎碎比相关，比相关，小破碎比也小，小破碎比也小，产量大。量大。偏心轮转速偏心轮转速（摆动次数）：（摆动次数）： S:S:动颚行程动颚行程电机功率：电机功率： kwkw左右左右 L L、B B进料口的长、宽（进料口的长、宽（cm)cm)复摆式颚式破碎机复摆式颚式破碎机1 1. .机架；机架；2 2. .定颚板；定颚板；3 3. .动颚板；动颚板；4 4. .侧衬板；侧衬板；5 5. .偏心轴；偏心轴；6 6. .飞轮；飞轮； 7 7. .调节螺栓；调节螺栓；8 8. .调节楔铁；调节楔铁；9 9. .滑块支架；滑块支架；1010. .拉紧弹簧；拉紧弹簧；1111. .拉杆拉杆 1212. .推力板；推力板；1313. .动颚体动颚体颚式破碎机的工作原理及主要类型颚式破碎机的工作原理及主要类型1定颚；2动颚；3推力板；4连杆；5偏心轴；6悬挂轴a简单摆动型简单摆动型b复杂摆动型复杂摆动型c混合摆动型混合摆动型2.颚式破碎机的安装、操作和维修颚式破碎机的安装、操作和维修(p9192大、中、小修大、中、小修)3.颚式破碎机的故障、产生原因和排除方法颚式破碎机的故障、产生原因和排除方法(p93表表53）4.颚式破碎机的优缺点颚式破碎机的优缺点优优点点：构构造造简简单单、坚坚凑凑，工工作作安安全全可可靠靠，操操作作检检修修方方便便，生生产产能能力大，给料范围宽。力大，给料范围宽。缺缺点点：动动颚颚有有空空行行程程，生生产产效效率率低低；动动颚颚板板受受力力负负荷荷不不均均匀匀，因因而而磨磨损损不不均均匀匀；排排料料口口呈呈长长方方形形，易易出出片片状状产产品品，不不适适合合处处理理片片状状结结构构物物料料，不不适适合合处处理理粘粘性性物物料料；破破碎碎比比较较小小，一一般般只只有有4 46 6，噪音大。，噪音大。适合硬质物料的粗碎和中碎。适合硬质物料的粗碎和中碎。5.2.2 5.2.2 油压破碎机油压破碎机油油压压破破碎碎机机可可用用来来破破碎碎不不合合格格生生块块和和焙焙烧烧废废炭炭块块等等特特大大块块物物料料，破破碎碎粒粒度度150mm150mm以以下下。它它是是利利用用油油压压使使破破碎碎齿齿板板动动作作，对对炭炭块块进进行行破破碎碎，小小于于150mm150mm的的炭炭块块从从下下面面的的格格栅栅空空中中通通过过，由由下下面面的的输输送皮带送到指定位置。送皮带送到指定位置。(p93(p93示意图示意图) ) 可用来破碎不合格可用来破碎不合格生块或焙烧废块生块或焙烧废块成成150mm150mm以下块。以下块。5.2.3圆锥破碎机圆锥破碎机1.工作原理及类型工作原理及类型其工作部件是两个截锥体，动锥（内锥）固定在主轴上，定锥其工作部件是两个截锥体，动锥（内锥）固定在主轴上，定锥（外锥）在机架上，主轴与定轴成一夹角（外锥）在机架上，主轴与定轴成一夹角（p97图图53）。主轴）。主轴下端插在绕定轴旋转的偏心套中，动锥绕定锥的内表面作偏旋运下端插在绕定轴旋转的偏心套中，动锥绕定锥的内表面作偏旋运动。靠拢定锥时，物料受挤压、弯曲而破碎，偏离时碎料落下。动。靠拢定锥时，物料受挤压、弯曲而破碎，偏离时碎料落下。按结构、功能分为：悬挂式、托盘式和振动式按结构、功能分为：悬挂式、托盘式和振动式2.圆锥破碎机的结构圆锥破碎机的结构(下页）下页）3.圆锥破碎机的应用圆锥破碎机的应用(1)(1)圆锥破碎机广泛应用于中碎与细碎坚硬物料。圆锥破碎机广泛应用于中碎与细碎坚硬物料。(2)(2)在在工工矿矿企企业业的的原原料料破破碎碎中中，当当生生产产量量较较小小时时，可可以以选选用用颚颚式式或辊式破碎机，但规模较大的企业，全部使用圆锥破碎机。或辊式破碎机，但规模较大的企业，全部使用圆锥破碎机。(3)(3)用用于于破破碎碎坚坚硬硬物物料料，例例如如细细碎碎刚刚玉玉，在在操操作作时时必必须须采采取取相相应应措施，因这种物料的硬度达到莫式硬度措施，因这种物料的硬度达到莫式硬度9.79.7级。级。(4)(4)用用于于要要求求破破碎碎物物料料中中立立方方体体颗颗粒粒较较多多的的场场合合。实实践践证证明明，圆圆锥锥破破碎碎机机产产品品中中立立方方体体颗颗粒粒较较多多，特特别别是是其其粒粒度度接接近近排排料料口口宽宽度度的那部分粒级中，产品形状好，立方体颗粒多。的那部分粒级中，产品形状好，立方体颗粒多。圆锥破碎机工作示意图圆锥破碎机工作示意图1动锥；动锥；2定锥；定锥；3物料；物料；4破碎腔破碎腔不准负荷启动不准负荷启动5.2.4对辊破碎机对辊破碎机1.对锟破碎机的工作原理和结构对锟破碎机的工作原理和结构对辊破碎机由两个大小相同、相对转动的圆柱型滚筒组成。两滚对辊破碎机由两个大小相同、相对转动的圆柱型滚筒组成。两滚体的相对旋转，靠摩擦作用将物料卷入辊间而被压碎、排出。辊体的相对旋转，靠摩擦作用将物料卷入辊间而被压碎、排出。辊间距颗粒尺寸。滚子分为光面和齿面两种（压、研磨；劈、研）间距颗粒尺寸。滚子分为光面和齿面两种（压、研磨；劈、研）辊式破碎机工作原理辊式破碎机工作原理1，2辊子；辊子；3物料；物料；4固定轴承；固定轴承；5可动轴承；可动轴承；6弹簧；弹簧；7机架机架2.对锟破碎机的技术规格对锟破碎机的技术规格辊直径辊直径长度规格。长度规格。8001000双齿辊双齿辊3.对锟破碎机的安装、操作和维修对锟破碎机的安装、操作和维修(p105106)操作人员注意事项操作人员注意事项（p106-8）5.2.5锤式破碎机锤式破碎机1.工作原理和类型工作原理和类型锤锤式式破破碎碎机机的的主主要要部部件件是是挂挂有有若若干干个个活活动动锤锤头头的的转转子子和和围围绕绕转转子子带带有有筛筛孔孔的的筛筛板板或或筛筛条条。当当转转子子高高速速旋旋转转时时，呈呈放放射射状状的的锤锤头头打打击击物物料料而而破破碎碎，小小块块物物料料通通过过筛筛孔孔或或筛筛条条间间隙隙被被排排出出。筛筛孔孔或或筛筛条条间间隙隙的的大大小小是是破破碎碎大大粒粒的的1.53倍倍。锤锤式式破破碎碎机机分分为为可可逆逆和和不可逆式两种。不可逆式两种。优点：结构简单，效率高，外形小、重量轻，操作、维修简单优点：结构简单，效率高，外形小、重量轻，操作、维修简单缺点：部件易损坏，易堵料。缺点：部件易损坏，易堵料。2.单转子锤式破碎机的结构（单转子锤式破碎机的结构（p105-图图5-7）3.锤式破碎机的应用、操作与维修锤式破碎机的应用、操作与维修（p108p110）5.2.6反击式破碎机反击式破碎机1.工作原理（工作原理（p110)反反向向旋旋转转转转子子上上的的板板锤锤，强强烈烈冲冲击击物物料料到到第第一一块块反反击击板板上上，被被弹弹回回后后又又受受到到第第二二次次冲冲击击。在在此此过过程程中中，物物料料被被多多次次碰碰撞撞而而破破碎碎并并由下方排出。破碎比大，产物粒度均匀。由下方排出。破碎比大，产物粒度均匀。反击式破碎机的安装和维修（反击式破碎机的安装和维修（p111)1、机体衬板、机体衬板2、下机体；、下机体；3上机体；上机体；4、打击板；、打击板；5、转子；、转子；6、拉杆罗栓、拉杆罗栓7、反击板；、反击板；8，9、垫圈、垫圈10、给料溜板、给料溜板5.3 5.3 磨粉机械磨粉机械将物料细碎成粉末状颗粒（将物料细碎成粉末状颗粒（-0.15mm-0.15mm以下）使用磨粉机械。以下）使用磨粉机械。使用破碎介质：球磨机、棒磨机；使用破碎介质：球磨机、棒磨机；无介质：悬辊式磨粉机、齿盘式磨粉机。无介质：悬辊式磨粉机、齿盘式磨粉机。5.3.1 5.3.1 球磨机球磨机1.球磨机的结构球磨机的结构由筒体、进料装置、卸料装置、传动装置、支撑装置组成。由筒体、进料装置、卸料装置、传动装置、支撑装置组成。转动、离心、下落、打击，位移与滑动、研磨转动、离心、下落、打击，位移与滑动、研磨粉碎粉碎球磨机的工作状态球磨机的工作状态 a a泻落式；泻落式；b b抛落式；抛落式；c c离心式离心式a=vr2v2/rF=m.aFm2r2.球磨机的主要工作参数球磨机的主要工作参数球的工作状态：球的工作状态：a.泻落式状泻落式状态低速低速压碎、研磨；压碎、研磨；b.抛落式状抛落式状态较高速较高速击碎、研磨；击碎、研磨；c.离心式状离心式状态高速高速失去磨碎作用失去磨碎作用。(1)筒体筒体转速速离心式状态的最低速度离心式状态的最低速度临界速度临界速度临界转数临界转数d:圆筒内径圆筒内径(m)n工作工作0.756n0=(2)(2)装球量装球量0.16R式中：式中：R球磨机的净空半径球磨机的净空半径(m)装球率装球率40时生产率最高，实际装球率为时生产率最高，实际装球率为35，0.25RR装球量装球量Gm=D2/4L.k.gk:装球系数装球系数0.30.4；g:装球比重装球比重4.5t/m3D:球磨机净空直径；球磨机净空直径；L：球磨机的净空长度。：球磨机的净空长度。例：例：MQG9001800Gm=L.k.g3.140.921.80.354.5/4=1.8t最大最大1/181/25D;最小最小25mm大：大：中：小中：小50：10：40(3)(3)衬板形状衬板形状保护筒体；增大摩擦。保护筒体；增大摩擦。光面、波形、凹坑形等光面、波形、凹坑形等 (4)(4)球磨机的直径球磨机的直径直径直径装球率；跌落高度装球率；跌落高度直径越大，生产率越高。直径越大，生产率越高。(5)(5)操作情况操作情况用用锰锰钢钢、高高炭炭钢钢球球；加加料料不不足足，磨磨损损增增加加；定定期期补补球球；衬衬板板磨磨损损及时更换；及时更换；耗能大，噪音大。耗能大，噪音大。磨磨；磨； 球、棒；球、棒；干、湿干、湿 (6)(6)球磨机的使用要点：球磨机的使用要点：1)1)开机前检查各部件的灵活性、离合器位置，紧固件紧固情况。开机前检查各部件的灵活性、离合器位置，紧固件紧固情况。 2)2)润滑油应充足，特别是主轴承，减速箱的润滑必须可靠。润滑油应充足，特别是主轴承，减速箱的润滑必须可靠。 3)3)出现不正常噪声，应停机检查。出现不正常噪声，应停机检查。 4)4)啮啮合合齿齿轮轮的的间间隙隙和和接接触触面面积积要要调调整整适适当当。调调节节时时，筒筒体体不不装装载，松开主轴承的紧固螺栓，然后调整筒体位置。载，松开主轴承的紧固螺栓，然后调整筒体位置。 5)5)内衬崩塌时或磨损过度，要及时填补或更换。内衬崩塌时或磨损过度，要及时填补或更换。 6)6)安装球磨机的地基承重，约安装球磨机的地基承重，约3 35 5倍球磨机的总重。倍球磨机的总重。 7)7)要要特特别别注注意意两两端端轴轴头头的的同同心心对对齐齐，不不然然的的话话，易易损损坏坏端端盖盖和和主轴承。主轴承。5.3.2悬悬辊辊式环式环辊辊磨机（雷蒙磨）磨机（雷蒙磨）1.工作原理和结构工作原理和结构它它是是一一种种借借悬悬辊辊在在旋旋转转时时产产生生的的离离心心力力对对物物料料产产生生挤挤压压、滚滚压压作作用用而而磨磨成成粉粉料料的的设设备备。中中心心竖竖轴轴、磨磨辊辊、磨磨环环、铲铲刀刀和和鼓鼓风风机机、分级机、收尘器。分级机、收尘器。(p121-图图515）2.优缺点优缺点是是一一种种综综合合性性、连连续续生生产产、产产量量大大、单单位位电电耗耗小小、粉粉碎碎比比大大、细细度均匀且可控制的粉碎机械；度均匀且可控制的粉碎机械；铁污染较大、粉尘大，要求厂房高大。铁污染较大、粉尘大，要求厂房高大。3.3.使用注意要点使用注意要点(1)(1)主机应在负压下运行，注意密封；主机应在负压下运行，注意密封；(2)(2)主机不应空载开车，以免损坏部件；主机不应空载开车，以免损坏部件；(3)(3)喂喂料料速速度度要要适适宜宜且且均均匀匀。料料层层过过薄薄，磨磨耗耗大大；料料层层过过厚厚，进进气孔易堵塞，气阻大，易堵车；气孔易堵塞，气阻大，易堵车；(4)(4)注注重重磨磨粉粉细细度度的的控控制制。除除了了调调节节分分级级器器转转速速外外，还还要要注注意意收收尘器、鼓风量等各因素的影响。尘器、鼓风量等各因素的影响。雷蒙磨示意图雷蒙磨示意图1 1电动机；电动机；2 2三角皮带；三角皮带；3 3底盘；底盘；4 4磨环磨环；5 5磨辊磨辊；6 6短轴；短轴；7 7罩筒；罩筒；8 8滤气筒；滤气筒；9 9管子；管子；1010分级机叶片分级机叶片；1111三角皮带；三角皮带；1212离合器；离合器；1313电动机；电动机；1414风筒；风筒；1515进风孔进风孔；1616刮板刮板；1717刮板架；刮板架；1818连轴器；连轴器；1919减速机；减速机；2020进料口；进料口；2121梅花架；梅花架；2222中心轴中心轴3.3.规格和参数规格和参数工作参数：喂料粒度；粉碎压力；功率、生产能力。工作参数：喂料粒度；粉碎压力；功率、生产能力。规格：用磨辊个数、磨辊直径及长度的厘米数表示。规格：用磨辊个数、磨辊直径及长度的厘米数表示。 4R-3216: 4R-3216: 四辊；辊径四辊；辊径32cm32cm；辊长；辊长16cm16cm 5R-4018 5R-4018；3R-27143R-2714 5.4 5.4 筛分和筛分设备筛分和筛分设备用筛子把物料按尺寸大小不同分成若干粒度级别称筛分用筛子把物料按尺寸大小不同分成若干粒度级别称筛分5.4.1粒度组成和粒度分析粒度组成和粒度分析1.粒度表示法粒度表示法(1)(1)单个料块的粒度单个料块的粒度 =三个互相垂直方向上尺寸的平均值三个互相垂直方向上尺寸的平均值 常用来测大块料常用来测大块料(2)(2)粒级的表示法粒级的表示法 -b-b1 1+b+b2 2 或或 b b1 1b b2 2 2.平均粒度和物料的均匀度（算术；加权平均）平均粒度和物料的均匀度（算术；加权平均）偏差：偏差：标准差；标准差；D:加权平均粒度加权平均粒度K60%不均匀不均匀k=k=40406060为中等匀为中等匀5.4.2筛分分析筛分分析1.标准筛标准筛泰勒标准筛泰勒标准筛: :1 1英寸（英寸（25.4mm)25.4mm)长度上筛孔的数目长度上筛孔的数目目目 序列：序列： 4848目目 6565目目 100100目目 150150目目 200200目目 325325目目 （mm) 0.295 0.208 0.147 0.104 0.074 0.043 mm) 0.295 0.208 0.147 0.104 0.074 0.043 2.筛分分析筛分分析粒度：粒度：颗粒大小的量度，用颗粒大小的量度，用mmmm或或mm 表示。表示。粒粒级级：将将物物料料分分成成若若干干级级别别，这这些些级级别别叫叫粒粒级级；经经计计算算，得得到到的的各粒级重量百分率称各粒级重量百分率称粒度组成粒度组成；确定粒度组成的工作叫；确定粒度组成的工作叫粒度分析粒度分析； 进行粒度分析所采用的筛分方法称进行粒度分析所采用的筛分方法称筛分分析筛分分析。筛分（粒级）纯度筛分（粒级）纯度：某一定义尺寸粒级的物料：某一定义尺寸粒级的物料G中，真正符合尺中，真正符合尺寸要求的物料寸要求的物料q(使用标准筛）所占的百分数。使用标准筛）所占的百分数。(见p144例)纯度要求：纯度要求：155mm70%;51-80%;1075%1.0b阻碍颗粒阻碍颗粒3.筛分设备筛分设备振动、回转振动、回转、摇摆、阶段筛等、摇摆、阶段筛等 ( (一一) )振动筛振动筛 1 1）构构造造 偏偏心心和和惯惯性性两两种种惯惯性性筛筛筛筛框框，单单轴轴振振动动器器，高高速速运运转转，惯惯性性力力振振动动。1500150030003000次次/min/min；0.50.51.2mm1.2mm。跳跃过程中，小颗粒漏到筛网下。跳跃过程中，小颗粒漏到筛网下。 2 2）使用方法）使用方法在在筛筛子子启启动动前前应应进进行行全全面面检检查查，各各连连接接紧紧固固件件要要可可靠靠，检检查查电电气气元元件件有有无无失失效效，振振动动器器的的主主轴轴是是否否灵灵活活，轴轴承承润润滑滑情情况况是是否否良好。良好。筛筛子子的的启启动动顺顺序序是是；先先启启动动除除尘尘装装置置，然然后后启启动动筛筛子子，待待运运转正常后，再均匀给料。停车顺序与此相反。转正常后，再均匀给料。停车顺序与此相反。筛子在运动时，应密切注意轴承温度和润滑系统情况。筛子在运动时，应密切注意轴承温度和润滑系统情况。运运动动过过程程中中应应注注意意筛筛子子有有无无强强烈烈噪噪音音，筛筛子子振振动动应应平平稳稳，不不准准有有不不正正常常摆摆动动现现象象。当当筛筛子子有有摇摇晃晃现现象象发发生生时时，应应检检查查四四根根支支承弹簧的弹性是否一致，有无折断情况。承弹簧的弹性是否一致，有无折断情况。振振动动筛筛在在运运行行期期间间，应应定定期期检检查查磨磨损损情情况况，如如发发现现磨磨损损过过渡渡的零部件，应及时更换。的零部件，应及时更换。经经常常观观察察筛筛网网有有无无松松动动，有有无无因因筛筛网网局局部部磨磨损损造造成成漏漏料料现现象象，如发现，应立即停车进行修理。如发现，应立即停车进行修理。 3 3）影响振动筛生产能力的因素）影响振动筛生产能力的因素筛网面积筛网面积适当增加筛网的长和宽，增大有效截面积；适当增加筛网的长和宽，增大有效截面积；振动频率和振幅振动频率和振幅保持适宜的振动频率和振幅；保持适宜的振动频率和振幅；筛网倾斜度筛网倾斜度15152525 ；加料情况加料情况给料均匀。给料均匀。振幅低、效率高、结构简单紧凑、能耗低、操作维修方便。振幅低、效率高、结构简单紧凑、能耗低、操作维修方便。( (二二) )回转筛回转筛 柱柱形形筛筛框框，倾倾斜斜5 59 9 ；六六角角锥锥形形筛筛框框（小小头头进进，大大头头出出）无无倾斜倾斜D14dmax粒度粒度L（长度）（长度）=(35)D转速转速n=分级率低、纯度差、消耗功率大分级率低、纯度差、消耗功率大50mmD700mm(800)L=2.44.0mn=2413/minP131 p132P131 p132例例 图图 5-20 5-20 破碎筛分工艺流程破碎筛分工艺流程1 1煅后焦；煅后焦；2 2，6 6斗式提升机；斗式提升机；3 3，1313贮料斗；贮料斗；4 4，8 8振动给料机；振动给料机；5 5一次破碎机；一次破碎机；7 7贮料斗；贮料斗； 9 9，1010振动筛；振动筛；1111二次破碎机；二次破碎机；1212分级料仓；分级料仓； 1414星形给料机；星形给料机；1515雷蒙磨；雷蒙磨；1616大旋风分离器；大旋风分离器；1717鼓风机；鼓风机；1818袋式除尘器；袋式除尘器；1919，2121抽风机；抽风机；2020小旋风分离小旋风分离 思考题：思考题：1 1、破碎的方法有哪些？破碎比的概念及表示方法是什么？、破碎的方法有哪些？破碎比的概念及表示方法是什么？2 2、炭素行业生产常用的破碎机械有哪些？、炭素行业生产常用的破碎机械有哪些？3 3、破碎、粉碎的基本原则是什么？、破碎、粉碎的基本原则是什么？4 4、炭素行业磨粉机械有哪些？叙述其工作原理。、炭素行业磨粉机械有哪些？叙述其工作原理。5 5、什么叫筛分？粒度、粒级、筛分纯度的概念各是什么？、什么叫筛分？粒度、粒级、筛分纯度的概念各是什么？6 6、你你厂厂的的筛筛分分设设备备是是什什么么？影影响响振振动动筛筛生生产产能能力力的的因因素素有有哪哪些些？7 7、根据图例（、根据图例（p131p131、132132），分析破碎、筛分的工艺流程。），分析破碎、筛分的工艺流程。第六章第六章炭素制品配料方的编制与配料炭素制品配料方的编制与配料 根根据据炭炭素素制制品品使使用用性性能能的的要要求求，将将数数种种不不同同性性质质、不不同同粒粒度度的的固固体体原原料料与与粘粘结结剂剂按按一一定定比比例例组组合合起起来来，这这种种组组合合称称配配方方，按按配配方方要要求求对对各各种种粒粒度度骨骨料料、粉粉料料和和粘粘结剂进行配比的过程称结剂进行配比的过程称配料。配料。配料的主要内容：配料的主要内容：1 1、选择炭素原料的种类；选择炭素原料的种类；2 2、确定不同原料的比例；、确定不同原料的比例；3 3、确定固体炭素原料的粒度组成；、确定固体炭素原料的粒度组成； 4 4、确定粘结剂的加入量。、确定粘结剂的加入量。不同直径圆球填充示意图不同直径圆球填充示意图a a立方体；立方体；b b单交错；单交错；c c双双交错；交错；d d角锥；角锥；e e四面体四面体6 6. .1 1 配料方的编制与配料配料方的编制与配料6.1.1选择炭素原料种类的原则选择炭素原料种类的原则(1)(1)对对纯纯度度要要求求较较高高的的制制品品要要选选用用低低灰灰分分原原料料。比比如如石石墨墨电电极极，预焙阳极、阳极糊。预焙阳极、阳极糊。(2)(2)对对纯纯度度要要求求不不高高的的炭炭素素制制品品，可可选选用用无无烟烟煤煤和和冶冶金金焦焦等等多多灰灰原料作为主要原料。这两种原料来源较广，且价格较便宜。原料作为主要原料。这两种原料来源较广，且价格较便宜。6.1.2确定配方中各种颗粒粒度组成比例的依据确定配方中各种颗粒粒度组成比例的依据1.配方中原料组成的理论基础配方中原料组成的理论基础5(1)(1)配方中原料组成的理论基础配方中原料组成的理论基础分分散散体体系系是是由由材材料料的的颗颗粒粒、颗颗粒粒的的界界面面和和空空隙隙所所组组成成制制品品的的性能取决于组成体系的性质。性能取决于组成体系的性质。多多组组分分材材料料，可可使使各各自自的的特特性性互互相相结结合合、取取长长补补短短，达达到到高高质质量量。混合材料的性质取决于各组分在总体中所占的体积百分比混合材料的性质取决于各组分在总体中所占的体积百分比。例例：真真密密度度为为1.84g/cm31.84g/cm3的的碳碳黑黑和和真真密密度度为为2.08g/cm32.08g/cm3的的石石油油焦焦按按2525：7575的体积混合，求其混合后的重量比。的体积混合，求其混合后的重量比。解：因解：因V=W/d, V=W/d, 则则W=VdW=VdW W1 1=1.84=1.8425254646（碳黑的重量份额）（碳黑的重量份额）W W2 2=2.08=2.087575156 156 （石油焦的重量份额）（石油焦的重量份额）碳黑的重量比：碳黑的重量比： 4646（4646156156）10010022.822.8石油焦的重量比石油焦的重量比 156156（4646156156）10010077.277.2(2)(2)颗粒料堆积的特性颗粒料堆积的特性同同尺尺寸寸圆圆球球的的堆堆积积只只用用同同一一直直径径的的球球体体，随随机机堆堆积积体体的的气气孔孔率率几几乎乎相相等等。单单球球最最紧紧密密堆堆积积气气孔孔25.9525.95，随随机机堆堆积积孔孔(p135(p135表表6 61 1）37373939单一直径的球体不可能得到致密的堆积体。单一直径的球体不可能得到致密的堆积体。几种不同直径球体的堆积几种不同直径球体的堆积 多种不同直径球体堆积，可以减小堆积气孔率。达紧密堆积时：多种不同直径球体堆积，可以减小堆积气孔率。达紧密堆积时：两种球的直径比为两种球的直径比为7 7：3 3（空隙（空隙max14.4max14.4) )；三种球的直径比为；三种球的直径比为7 7：1 1：2 2 （空隙（空隙max5.4max5.4, ,四组四组2.02.0) ) ；超过四组时，气孔率变化；超过四组时，气孔率变化就不显著。中间颗粒影响较小。就不显著。中间颗粒影响较小。2.原料性质原料性质不不同同原原料料的的强强度度系系数数、膨膨胀胀系系数数、对对粘粘结结剂剂的的吸吸附附性性和和石石墨墨化化特特性性等等都都有有差差异异采采用用不不同同原原料料生生产产同同一一产产品品，各各粒粒度度的的比比例例需需适适当当调调整整：大大颗颗粒粒使使用用颗颗粒粒强强度度大大的的原原料料，颗颗粒粒强强度度低低的的原原料料磨磨粉粉使使用用；在在确确定定粒粒度度比比例例时时应应适适当当考考虑虑大大颗颗粒粒的的破破碎碎作作用用；原原料料颗颗粒粒对对粘粘结结剂剂的的吸吸附附性性能能不不同同，其其颗颗粒粒选选择择也也不不同同（煤煤骨骨料料）3.产品截面大小产品截面大小产产品品规规格格（截截面面积积、直直径径）越越大大，大大颗颗粒粒的的尺尺寸寸要要相相应应增增大大（1.50.75D10.55.3mm)；尽尽可可能能减减少少颗颗粒粒的的闭闭气气孔孔。大大颗颗粒粒：提提高高抗抗热热震震性性能能和和降降低低热热膨膨胀胀系系数数；增增大大不不均均匀匀性性。小小颗颗粒粒（粉粉料料）：能能提提高高产产品品的的强强度度、密密度度；抗抗热热震震性性、抗抗氧氧化化性性差差，压压型型成成品品率率低低，焙焙烧烧、石石墨墨化化增增加加裂裂纹纹废废品品，增增大大粘粘结结剂剂用用量可导致气孔率增加，强度降低。量可导致气孔率增加，强度降低。4.产品的用途及所要求的理化指标产品的用途及所要求的理化指标要要求求强强度度高高、密密度度大大、孔孔度度小小、表表面面光光洁洁的的产产品品小小颗颗粒粒，粉料比例高；粉料比例高；要要求求耐耐热热震震性性、抗抗腐腐蚀蚀性性好好，强强度度、孔孔度度不不太太严严格格的的产产品品大颗粒比例大。大颗粒比例大。应全面、统一考虑应全面、统一考虑5.工艺条件和工艺成品率工艺条件和工艺成品率粒级粒级工艺条件和实践流程工艺条件和实践流程在满足产品质量指标的前提下：在满足产品质量指标的前提下：要尽可能减少配方中的粒级；要尽可能减少配方中的粒级；有一种可自由调节；有一种可自由调节；大中型制品，尽可能减少细粉用量，适当控制小颗粒。大中型制品，尽可能减少细粉用量，适当控制小颗粒。6.1.3确定固体炭素原料的粒度组成确定固体炭素原料的粒度组成目的：较高的堆积密度和较小的气孔率目的：较高的堆积密度和较小的气孔率一般大颗粒和细粉占一般大颗粒和细粉占较大的比例，中间颗粒占较小的比例，一种颗粒的量可以自由较大的比例，中间颗粒占较小的比例，一种颗粒的量可以自由调整调整大骨架作用；粉料大骨架作用；粉料405。（例见。（例见p137表表62）国产石油焦的特点：质地疏松、气孔大而多，最大闭口气孔国产石油焦的特点：质地疏松、气孔大而多，最大闭口气孔56mm。增大颗粒：增大颗粒：810mm6.1.4粘结剂加入量的确定粘结剂加入量的确定1.粘结剂的作用和必备条件粘结剂的作用和必备条件(1)(1)粘结剂的作用粘结剂的作用填填满满散散料料颗颗粒粒的的开开口口气气孔孔；把把散散料料颗颗粒粒粘粘结结在在一一起起，形形成成质质量量均均匀匀有有良良好好可可塑塑性性的的糊糊料料；焙焙烧烧时时生生成成粘粘结结焦焦，把把散散料料颗颗粒结合成坚固的整体。粒结合成坚固的整体。(2(2) )粘结剂必备条件粘结剂必备条件对对炭炭质质物物料料有有很很好好的的浸浸润润性性和和粘粘结结力力，这这样样才才能能保保证证糊糊料料具具有良好的可塑性。有良好的可塑性。应具有较高的含碳量和析（结）焦率。应具有较高的含碳量和析（结）焦率。应应为为热热塑塑性性物物质质，常常温温下下为为固固体体，稍稍加加热热熔熔化化成成液液体体，冷冷却却后立即硬化。后立即硬化。2.影响粘结剂用量的因素影响粘结剂用量的因素 (1)(1)粉末对粘结剂的吸附性能粉末对粘结剂的吸附性能无烟煤无烟煤石油焦、沥青焦石油焦、沥青焦石墨碎、碳黑石墨碎、碳黑 (2)(2)粉末粒度及颗粒的表面状态粉末粒度及颗粒的表面状态覆盖所有表面，形成一层薄膜；充填颗粒间的空隙。覆盖所有表面，形成一层薄膜；充填颗粒间的空隙。 (3)(3)粘结剂的性质粘结剂的性质萃取组分不同：中温低萃取组分不同：中温低1 12 2 (4)(4)成型方法成型方法挤压良好塑性；模压低挤压良好塑性；模压低2 23 3；振动低；振动低4 46 6。3.3.粘结剂加入量的确定粘结剂加入量的确定(1)(1)粘结剂用量的粗略计算粘结剂用量的粗略计算 C=(1.60-1.34)/1.60C=(1.60-1.34)/1.6016.2516.25 (2)(2)常用粘结剂加入量的测定方法常用粘结剂加入量的测定方法 粉末的吸油量法粉末的吸油量法 Q=kq+c Q=kq+c 测的测的q q，求出，求出Q Q 粉末比表面法粉末比表面法 C=NS+CC=NS+C0 0 N N：单位面积所需沥青量，：单位面积所需沥青量， C C0 0：充填单位气孔所需沥青量。：充填单位气孔所需沥青量。P1、P2分别为生坯、干料的体密度4.4.粘结剂用量对生坯和焙烧制品质量的影响粘结剂用量对生坯和焙烧制品质量的影响过少：塑性差、成型力大、裂纹可能性增加；过少：塑性差、成型力大、裂纹可能性增加；过量：脱模后易变形，焙烧时迁移、变形、粘料、气孔增大过量：脱模后易变形，焙烧时迁移、变形、粘料、气孔增大6.2 6.2 生生产返回料的使用返回料的使用原料的有效利用原料的有效利用1 1、生碎：废糊和不合格的生块、生碎：废糊和不合格的生块可加入到相同配方的产品中可加入到相同配方的产品中：5 5左右，破左右，破20mm20mm以下使用以下使用；加加1 1减少沥青减少沥青0.20.20.50.5；混捏提混捏提温温3 355；多，生坯裂纹。多，生坯裂纹。2 2、焙烧碎：破碎中等颗粒使用，有利提高机械强度。多灰？、焙烧碎：破碎中等颗粒使用，有利提高机械强度。多灰？3 3、残极：电解使用后的残余部分、残极：电解使用后的残余部分含电解质，含电解质，2020，严格清，严格清理使用。理使用。4 4、石墨碎：石墨化废品及石墨品的加工碎屑。改善塑性，减少、石墨碎：石墨化废品及石墨品的加工碎屑。改善塑性，减少成型过程的摩擦力，提高密度和成品率，成型过程的摩擦力，提高密度和成品率，5 515155050。以。以小粒度或磨粉使用。小粒度或磨粉使用。5 5、石墨化冶金焦：石墨化炉的电阻料。电阻降低、灰分减少。、石墨化冶金焦：石墨化炉的电阻料。电阻降低、灰分减少。2020中小颗粒或磨粉使用。中小颗粒或磨粉使用。6.3 6.3 工作配方的计算工作配方的计算6.3.1工作配方计算举例工作配方计算举例实例一：阳极糊工作配方的计算实例一：阳极糊工作配方的计算 已知：某厂提供的阳极糊配方为：煅后焦：已知：某厂提供的阳极糊配方为：煅后焦：7474，沥青：，沥青：2626骨料组成：骨料组成： 10106mm 186mm 183 3 6 6 2mm 172mm 173 3 填充料填充料(2(2Omm)Omm)不作要求不作要求 粉料粉料( (其中其中-0.075mm-0.075mm占占30303 3) 43) 433 3粒级10mm106mm62mm2Omm-0.075mm106mm2808016262mm028585132Omm19999粉料257575使用量使用量=理论量理论量纯度纯度解：设每锅阳极糊总量为解：设每锅阳极糊总量为1900kg1900kg，则每锅糊料中沥青量：则每锅糊料中沥青量：1900kg1900kg2626494kg 494kg 煅后焦用量：煅后焦用量：1900kg1900kg74741406kg 1406kg 或或190019004944941406kg1406kg 为为了了计计算算方方便便，先先算算出出100kg100kg糊糊料料中中各各级级粒粒度度料料质质量量，在在100kg100kg糊料中沥青量糊料中沥青量26kg,26kg,干料为干料为74kg74kg。 (1)(1) 大颗粒大颗粒10106mm6mm级的用量：级的用量： 10106mm6mm级级用用量量在在干干料料中中占占18183 3，取取中中间间值值1818，则则在在74kg74kg干料中占：干料中占： 7474181813.32(kg)13.32(kg) 故故lOlO6mm6mm级颗粒应取：级颗粒应取：x x1 113.3213.32808016.6516.65(kg)(kg) (2)(2)中颗粒中颗粒6 62mm2mm级的用量：级的用量： 6 62mm2mm级级用用量量在在干干料料中中占占17173 3，取取中中间间值值1717，则则在在74kg74kg干料中占：干料中占： 7474171712.58(kg)12.58(kg) 在已取在已取lOlO6mm6mm级料中，级料中，6 62mm2mm级料有级料有16.6516.6516162.66(kg)2.66(kg)尚缺尚缺12.5812.582.662.669.92(kg)9.92(kg)， 故故6 62mm2mm级颗粒应取：级颗粒应取：x x2 29.929.92858511.6711.67(kg)(kg) (3) 2(3) 2OmmOmm级的用量级的用量在配方中不作要求，故在配方中不作要求，故暂不计算暂不计算 (4)(4)计算粉料用量计算粉料用量 粉粉料料占占干干料料43433 3，其其中中-0.075mm-0.075mm占占3030土土3 3，取取中中间间值值3030，在在74kg74kg骨料中应占：骨料中应占： 7474303022.2(kg)22.2(kg) 则粉料用量为：则粉料用量为：x x4 422.222.2757529.629.6(kg)(kg) (5) (5)填充料填充料2 20mm0mm用量用量 x x3 37474x xl lx x2 2x x4 474- 74- 16.6516.65- -11.6711.67- -29.629.6=16.08(kg)=16.08(kg) (6) (6)将上述将上述74g74g干料换算为干料用量的百分数：干料换算为干料用量的百分数： lOlO6mm6mm： 16.6516.65747410010022.522.5 6 62mm2mm： 11.6711.67747410010015.815.8 2 2OmmOmm： 16.0816.087474lOOlOO21.721.7 粉粉 料：料： 29.629.674741001004040方法二：方法二：以以100100单位（单位（g g、kgkg）干料为基）干料为基 或直接用：或直接用：理论配方理论配方纯度工作配方纯度工作配方10106mm: 186mm: 18% %808022.522.5% % （g g、kgkg） 6 62mm: 2mm: （1717% %-22.5-22.5% %1616）858515.815.8% % （g g、kgkg） 粉料：粉料： 3030% %75754040% % （g g、kgkg） 2 20mm0mm： 10010022.522.515.815.84040% %21.721.7% % （g g、kgkg）(7)(7)配方验证配方验证：所有加和与标准对比所有加和与标准对比是否符合要求？是否符合要求？ 10106mm6mm用用量量：22.522.5808015.815.82 218.318.3( (符符合合1818土土3 3要求要求) ) 6 62mm2mm量量： 15.815.8858522.522.516161717( (符符合合17173 3要求要求) ) 粉料：粉料： 4040符合符合43433 3要求。要求。 404075753030满足满足-0.075mm-0.075mm占占3030的要求。的要求。(8)(8)最终配料（最终配料（答答）干料总量为干料总量为1406kg1406kg，需从各级料仓中取料量为：，需从各级料仓中取料量为： lOlO6mm6mm： 1406140622.522.5316kg316kg 6 62mm2mm： 1406140615.815.8222kg222kg 填充料填充料(2(2Omm) 1406Omm) 140621.721.7305kg305kg 粉料：粉料： 140614064040563kg563kg 干混后加入沥青量：干混后加入沥青量：494kg494kg实例二：预焙阳极工作配方计算实例二：预焙阳极工作配方计算 已知：某厂提供的预焙阳极配方为：已知：某厂提供的预焙阳极配方为： 干料干料8484，沥青，沥青1616，干料中煅后焦占，干料中煅后焦占7575，残极占，残极占2525。粒度组成：粒度组成： 煅后焦煅后焦 12126mm 176mm 173 3； 6 63mm 103mm 103 3 3 30mm 430mm 433 3； 粉料粉料(-0.075mm) 30(-0.075mm) 303 3残残 极极 12123 mm 37.53 mm 37.52 2； 3 3Omm 62.5Omm 62.52 2各粒度料仓取样筛分结果如下各粒度料仓取样筛分结果如下( () )：(1)(1)煅后焦煅后焦粒级12mm12mm12126mm6mm6 63mm3mm3 3OmmOmm-0.075mm-0.075mm12126mm6mm2 2757520203 36 63mm3mm5 5858510103 3OmmOmm5 590905 5粉料粉料30307070粒级粒级12mm12mm12123mm3mm3 3OmmOmm12123mm3mm2 290908 83 3OmmOmm5 59595( (2)2)残残 极极 为便于计算，取为便于计算，取lOOglOOg糊料，则沥青用量为糊料，则沥青用量为16g16g，干料用量为，干料用量为84g84g。1.1.计算煅后焦用量计算煅后焦用量 8484757563(g)63(g)2.2.计算残极用量计算残极用量 8484252521(g) 21(g) 或或1001001616636321(g)21(g)3.3.计算煅后焦粒级用量计算煅后焦粒级用量(1)(1)计算计算12126mm6mm粒级在粒级在63g63g中用量：中用量： 6363171710.7110.71(g)(g)故故12126mm6mm粒级应取：粒级应取： x x1 110.710.7757514.28(g)14.28(g) 其其x x1 1中含中含6 63mm3mm的量为：的量为：14.2814.282020%= =2.862.86(g)(g)； 含含3 30mm0mm的的量量为：为：14.2814.283 3%= =0.430.43(g)(g)。(2)(2)计算计算6 63mm3mm粒级在粒级在63g63g中用量：中用量： 636310106.3(g)6.3(g) 由于由于12126mm6mm中已有中已有6 63mm3mm粒级料粒级料2.862.86(g)(g) 尚缺的料：尚缺的料： 6.36.32.862.863.44(g)3.44(g) 故：故：6 63mm3mm粒级应取粒级应取 x x2 2=3.44=3.4485854.05(g)4.05(g)其中其中x x2 2中含中含12126mm6mm的为的为4.054.055 5%= =0.2(g)0.2(g)； 含含3 30mm0mm的为的为4.054.051010%= =0.41(g)0.41(g)。(3)(3)计算粉料在计算粉料在63g63g中用量：中用量： 6363303018.9(g)18.9(g)则则-0.075mm-0.075mm粒级应取：粒级应取： x x3 318.918.9707027(g)27(g) 其中其中x x3 3中含中含3 30mm0mm的为的为27-18.9=27-18.9=8.1(g)8.1(g)(4)(4)3 3OmmOmm粒级应取粒级应取: : x x4 46363x x1 1x x2 2x x3 31 17 7.67(g).67(g)其中其中x x4 4中含中含6 63mm3mm的为的为17.6717.675 5%= =0.880.88(g)(g)； 含含3 30mm0mm的为的为17.6717.679090%= =15.9015.90(g)(g)； 含含-0.075mm-0.075mm的为的为17.6717.67-0.88-15.9=0.89(g)-0.88-15.9=0.89(g)。(5)5)对煅后焦各粒级含量验证对煅后焦各粒级含量验证 12126mm6mm：( (10.7110.710.20.2) )636317.3217.32( (满足满足17173 3要求要求) ) 6 63mm3mm：( (2.862.863.443.440.880.88) )636311.4011.40( (满满足足10103 3要要求求) ) 3 3OmmOmm：( (0.430.430.410.4115.915.98.18.1) )636339.4339.43( (基基本本满满足足43433 3要求要求调节料调节料) )粉粉料料-0.075mm-0.075mm：(18.9(18.90.89)0.89)636331.4131.41( (满满足足-0.075 -0.075 mmmm占占30303 3要求要求) )4.4.计算残极用量计算残极用量(1)12(1)123mm3mm在在残残极极中中占占37.537.52 2，取取中中间间值值37.537.5，则则在在21g21g中中占：占： 2l2l37.537.57.88(g)7.88(g)12123mm3mm残极实际用量：残极实际用量： 7.887.8890908.76(g)8.76(g)(2)3(2)30mm0mm残极用量：残极用量： 2l2l8.768.7612.24(g)12.24(g)(3)(3)验算验算12123mm3mm： (7.88(7.8812.2412.245 5) )212140.4440.44( (不不满满足足37.537.52 2要求要求) )(4)(4)调整：调整： 将将12123mm3mm残残极极用用量量由由8.76g8.76g调调整整为为8.2g8.2g，则则3 30mm0mm残残极极由由12.24g12.24g调整为调整为 21218.28.212.8g12.8g。(5)(5)验算：验算： 12123mm3mm： (8.2(8.2909012.812.85 5) )212138.238.2( (满满足足37.537.52 2要求要求) ) 3 3 OmmOmm： (8.2(8.28 8 12.812.89595 ) )21=6121=61 ( (满满 足足62.562.52 2要求要求) )由由于于所所取取糊糊料料以以lOOglOOg为为基基数数，通通过过计计算算，可可以以得得出出各各种种物物料料的的百百分分比如比如下：下： 沥青：沥青：1616 煅后焦：煅后焦： 12126mm 14.286mm 14.28 6 63mm 4.053mm 4.05 3 30mm 17.670mm 17.67 粉料粉料(-0.075mm) 27(-0.075mm) 27 残残 极：极： 12123mm 8.23mm 8.2（ 38.238.2） 3 3Omm 12.8Omm 12.8 （ 6161） 方法二：方法二： 1 1、先按先按100100石油焦进行计算：石油焦进行计算： (1)(1)计算计算12126mm6mm粒级粒级x x1 1用量：用量： 1717757522.67 22.67 (g)(g) 其其x x1 1中含中含6 63mm3mm的量为：的量为： 22.6722.672020%= =4.53 4.53 (g)(g) ；(2)(2)计算计算6 63mm3mm粒级粒级x x2 2用量：用量： （10-4.5310-4.53）85856.43(g)6.43(g)(3)(3)计算粉料计算粉料x x4 4用量：用量： 3030707042.86(g)42.86(g)(4)(4)3 3OmmOmm粒级粒级x x3 3应取应取: : x x3 3100100x x1 1x x2 2x x4 428.04(g)28.04(g)2 2、对煅后焦各粒级含量验证对煅后焦各粒级含量验证(1)(1) 12126mm6mm：22.6722.6775%+6.4375%+6.435%5%17.3217.32( (满满足足17173 3要要求求) )(2)(2) 6 63mm3mm：22.6722.6720%+6.4320%+6.4385%+28.0485%+28.045 511.4011.40( (满满足足10103 3要求要求) )(3)(3)粉粉 料料 -0.075mm-0.075mm： 42.8642.8670%70% 31.4131.41 ( (满满 足足 -0.075 -0.075 mmmm占占30303 3要求要求) )3.3.计算残极用量计算残极用量残极亦按残极亦按100100进行计算进行计算(1)12(1)123mm3mm残极用量：残极用量： 37.5%37.5%909041.67%41.67%(2)3(2)30mm0mm残极用量：残极用量： 100%-41.67%100%-41.67%58.33(%58.33(%4.4.残极验证残极验证(1) (1) 12123mm3mm： 41.67%41.67%909058.33%58.33%5 540.4240.42( (不不满满足足37.537.52 2要要求求) )。将将41.6741.67的的量量降降低低2.672.67, ,降降为为3939，则则3 30mm0mm增为增为61611212 3mm3mm的的 量量 为为 ： 39%39%9090 58.33%58.33%5 5 =38.15%(=38.15%(满满 足足37.537.52 2要求）要求） (2) (2) 3 30mm0mm：39%39%8%+61%8%+61%95%=61.07% 95%=61.07% （满满足足62.562.52%2%的的要要求）求）5 5、结果计算结果计算 若若以以糊糊料料lOO%lOO%为为基基数数，通通过过计计算算，可可以以得得出出各各种种物物料料的的百百分比如分比如下：下： 沥青：沥青： 1616 煅后焦：煅后焦： 12126mm 22.67%6mm 22.67%75%75%84%84%14.2814.28 6 63mm 6.43%3mm 6.43%75%75%84%84% 4.054.05 3 30mm 28.04%0mm 28.04%75%75%84%84%17.6717.67 粉料粉料(-0.075mm) 42.86%(-0.075mm) 42.86%75%75%84%84%27.027.0残残 极：极： 12123mm 39%3mm 39%25%25%84%84% 8.198.19 （ 3939） 3 3Omm 61%Omm 61%25%25%84%84%12.8112.81 （ 6161） 答：（略）答：（略）6.3.3 6.3.3 参考配方举例（参考配方举例（p148)p148)思考题：思考题：1 1、配料包括哪些内容？确定原料组成的依据有哪些？、配料包括哪些内容？确定原料组成的依据有哪些？2 2、粘结剂的作用和必备条件是什么？、粘结剂的作用和必备条件是什么？3 3、你厂选用何种粘结剂？使用性能如何？、你厂选用何种粘结剂？使用性能如何？4 4、粘粘结结剂剂用用量量受受哪哪些些因因素素影影响响？过过量量粘粘结结剂剂对对制制品品的的质质量量影影响响如何？如何？5 5、以例题练习工作配方的计算。、以例题练习工作配方的计算。 问题探讨（问题探讨（2 2） Blaine值与其应用值与其应用第七章第七章糊料的混捏糊料的混捏7 7. .1 1 混捏的基本原理混捏的基本原理7.1.1混捏的概念及作用混捏的概念及作用把把定定量量的的骨骨料料、粉粉料料与与粘粘结结剂剂在在一一定定的的温温度度和和一一定定的的时时间间内内搅搅拌拌、混合、捏和，取得塑性糊料的工艺过程叫混合、捏和，取得塑性糊料的工艺过程叫混捏混捏。混捏技术条件：混捏技术条件：混捏时间、混捏温度、混捏锅参数。混捏时间、混捏温度、混捏锅参数。混捏的作用混捏的作用为：为： (1)(1)使使各各种种原原料料均均匀匀混混合合，同同时时使使各各种种不不同同大大小小的的颗颗粒粒均均匀匀地地混合和填充，混合和填充，形成形成密实程度较高的密实程度较高的混合料混合料。 (2)(2)使使干干料料和和粘粘结结剂剂混混合合均均匀匀，液液体体粘粘结结剂剂均均匀匀分分布布在在干干料料颗颗粒粒表表面面，靠靠粘粘结结剂剂的的粘粘和和力力把把所所有有颗颗粒粒互互相相粘粘结结起起来来，赋赋予予物物料料以塑性，有利于成型。以塑性，有利于成型。 (3)(3)使使粘粘结结剂剂部部分分地地渗渗透透到到干干料料颗颗粒粒的的空空隙隙中中，进进一一步步提提高高粘粘结剂和糊料的密实程度。结剂和糊料的密实程度。7.1.2沥青对骨料颗粒的湿润性和渗透性沥青对骨料颗粒的湿润性和渗透性湿湿润润性性是是表表示示液液相相对对固固相相湿湿润润能能力力的的性性质质。用用湿湿润润角角表表示示。越越大，湿润性越差。大，湿润性越差。900900固固体体炭炭素素原原料料属属于于亲亲油油憎憎水水物物质质，煤煤沥沥青青为为弱弱极极性性物物质质，在在一一定定温温度度下下对对炭炭颗颗粒粒有有较较好好的的湿湿润润效效果果。颗颗粒粒表表面面未未饱饱和和化化学学键键力力，在在表表面面形形成成“弹弹性性层层”，赋赋予予糊糊料料以以弹弹性性。毛毛细细管管渗渗透透现现象象，随温度升高沥青粘度降低，轻组分对炭越容易渗透。随温度升高沥青粘度降低，轻组分对炭越容易渗透。湿湿润润是是一一种种粘粘附附现现象象，粘粘结结剂剂必必须须有有良良好好的的流流动动性性，应应具具有有适当的适当的温度温度、湿润能力。、湿润能力。7.1.3影响糊料混捏质量的因素影响糊料混捏质量的因素在在混混捏捏时时，糊糊料料混混合合越越均均匀匀，制制品品的的结结构构就就越越均均匀匀，制制品品的的性性能能就越稳定。就越稳定。影响因素主要有：影响因素主要有：1.温度的影响温度的影响干料、沥青、混捏。干料、沥青、混捏。干干料料温温度度：低低，水水分分难难以以完完全全排排除除，水水分分形形成成的的强强极极性性吸吸附附层层，降降低低沥沥青青的的浸浸润润作作用用；若若料料温温低低于于液液体体沥沥青青温温度度，会会降降低低液液体体粘粘度，湿润渗透亦变差。度，湿润渗透亦变差。干混干混，保证干料温度与融体温度接近。，保证干料温度与融体温度接近。120180，改，改160180沥沥青青温温度度：温温度度 ，粘粘度度、湿湿润润角角、毛毛细细压压（夹夹干干）、搅搅拌拌力力增增大大；温温度度 塑塑性性好好，会会发发生生氧氧化化缩缩合合反反应应：老老化化变变硬硬，塑塑性性差差； 200 200混混捏捏温温度度：介介质质与与糊糊料料（135155170200）。温温度度 ，沥沥青青粘粘度度大大、糊糊的的流流动动性性差差，湿湿润润不不好好、生生碎碎不不化化；温温度度，氧氧化化反应，变硬、发散，不利成型。反应，变硬、发散，不利成型。稳定、低粘阶段温度：稳定、低粘阶段温度：Sp5080或或E()0.5pa.s(500mpa.s)。2.混捏时间的影响混捏时间的影响适适当当长长的的混混捏捏时时间间，有有利利颗颗粒粒均均匀匀、均均匀匀沥沥青青薄薄膜膜，使使糊糊料料混混捏捏均匀均匀制成制成具有良好塑性的糊料具有良好塑性的糊料过短：料温低，浸润效果差，有夹干现象，不均匀；过短：料温低，浸润效果差，有夹干现象，不均匀；过长：粒度组成破坏，密度变差；氧化缩合程度加深，塑性差；过长：粒度组成破坏，密度变差；氧化缩合程度加深，塑性差；152030min；510min；Eirich强力单独电预热。强力单独电预热。混捏时间亦应考虑以下因素：混捏时间亦应考虑以下因素：温度低时，可适当延长混捏时间；高时，适当缩短。温度低时，可适当延长混捏时间；高时，适当缩短。粘结剂软化点低，同样温度可适当缩短混捏时间。粘结剂软化点低，同样温度可适当缩短混捏时间。粉状小颗粒越多，适当延长混捏时间。粉状小颗粒越多，适当延长混捏时间。加入生碎，应延长混捏时间。加入生碎，应延长混捏时间。过程中因故停机，应保温并延长混捏时间过程中因故停机，应保温并延长混捏时间3.干料粒度及性质的影响干料粒度及性质的影响 颗颗粒粒表表面面性性质质：粗粗糟糟，颗颗粒粒组组成成差差大大，可可提提高高密密实实、均均匀匀性性，煤煤油油焦焦表表面面性性质质不不同同；浸浸润润服服从从化化学学相相似似原原理理性性质质接接近近，相相互互作作用用强强、化化学学键键牢牢固固（焦焦与与石石墨墨碎碎不不同同）。为为避避免免分分层层、离离析：析：干混投料干混投料按密度由小到大加入按密度由小到大加入 组组分分比比例例：1:11:1的的链链易易断断。多多颗颗粒粒，比比例例差差大大混混合合均均一一性；性； 粉末的大小粉末的大小小，流动性好；性质匀，小，流动性好；性质匀， 粉末的比重：不同比重的粉末有偏（离）析现象。粉末的比重：不同比重的粉末有偏（离）析现象。4.粘结剂的用量多少及粘度高低对混捏的影响粘结剂的用量多少及粘度高低对混捏的影响量少量少干，不能粘结，塑性差；量多：成型、焙烧后变形，干，不能粘结，塑性差；量多：成型、焙烧后变形，空头，气孔大空头，气孔大粘度适当，粘度适当，稳定、低粘阶段，稳定、低粘阶段，A A1 1 则：则： F F2 2 F F1 1 这是一个力的放大过程，放大倍率等于两个柱塞面积的比。这是一个力的放大过程，放大倍率等于两个柱塞面积的比。(2)(2)液压的传动的优缺点液压的传动的优缺点液压传动与机械传动、电气传动相比，有以下优点：液压传动与机械传动、电气传动相比，有以下优点： 能能在在较较大大范范围围内内比比较较方方便便地地实实现现无无级级调调速速。调调速速范范围围一一般般可可达达100100：1 1至至20002000：1 1。 在在相相同同功功率率情情况况下下，液液压压传传动动能能量量转转换换元元件件的的体体积积较较小小，质质量较轻。量较轻。 工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。便便于于实实现现过过载载保保护护，而而且且工工作作油油液液能能使使传传动动零零件件实实现现自自润润滑滑，故使用寿命较长。故使用寿命较长。 操操作作简简单单，便便于于实实现现自自动动化化。特特别别是是和和电电气气控控制制联联合合使使用用时时，易于实现复杂的自动工作循环。易于实现复杂的自动工作循环。 液液压压元元件件易易于于实实现现系系列列化化、标标准准化化和和通通用用化化，便便于于设设计计，制制造和推广。造和推广。A2A1F2F1F2/A2=F1/A1F2=F1A2/A1因：因：A2A1 则：则：F2F1液压传递原理图液压传递原理图液压传动也有其缺点：液压传动也有其缺点：液液压压传传动动中中的的泄泄露露和和液液体体的的可可压压缩缩性性使使传传动动无无法法保保证证严严格格的的传传动比。动比。液液压压传传动动有有较较多多的的能能量量损损失失（泄泄露露损损失失、磨磨擦擦损损失失），故故传传动动效率不高，不宜作远距离传动。效率不高，不宜作远距离传动。液液压压传传动动对对油油温温的的变变化化比比较较敏敏感感，不不宜宜在在很很高高或或很很低低的的温温度度条条件下工作。件下工作。液压传动出现故障时不易找出原因。液压传动出现故障时不易找出原因。液压传动的优点很多，随着科学技术的不断发展，有些缺点会逐液压传动的优点很多，随着科学技术的不断发展，有些缺点会逐步被克服。步被克服。2、液压传动系统的构成、液压传动系统的构成一个液压系统通常由以下几个部分组成：一个液压系统通常由以下几个部分组成：(1)(1)动动力力系系统统，如如液液压压泵泵使使动动力力部部分分（电电机机或或其其它它原原动动力力）所所输输出的机械能转换成液压能，给液压系统提供压力油。出的机械能转换成液压能，给液压系统提供压力油。(2)(2)执执行行系系统统，如如液液压压缸缸（或或作作回回转转运运动动的的液液压压马马达达），它它使使液液压能转换成机械能。压能转换成机械能。(3)(3)控控制制系系统统，如如换换向向阀阀、节节流流阀阀、溢溢流流阀阀等等，通通过过这这些些阀阀可可以以控控制制和和调调节节液液流流的的方方向向、流流量量和和压压力力，从从而而改改变变执执行行元元件件的的运运动动方向、运动速度和作用力（或转矩）大小。方向、运动速度和作用力（或转矩）大小。(4)(4)辅辅助助系系统统，如如油油管管、油油箱箱和和滤滤油油器器等等。辅辅助助系系统统元元件件是是组组成成液液压压系系统统必必不不可可少少的的元元件件，对对保保证证液液压压系系统统的的可可靠靠地地运运行行工工作作起起重要作用。重要作用。(5)(5)工作介质，如液压油、水。工作介质，如液压油、水。3、液压传动元件、液压传动元件 (1)(1)液液压压泵泵主主要要动动力力原原件件。将将机机械械能能转转变变成成液液压压能能（有有齿齿轮轮、叶片、塞柱、螺杆等多种形式）叶片、塞柱、螺杆等多种形式） (2)(2)执行元件：执行元件： 液压马达液压马达 、液压缸、液压缸 (3)(3)控制元件控制元件 (4)(4)辅助元件辅助元件 (5)(5)液压油液压油8.5 8.5 载热体加热炉在铝用炭素工艺中的应用载热体加热炉在铝用炭素工艺中的应用导导热热油油具具有有无无毒毒、残残炭炭量量小小、热热稳稳定定性性好好、抗抗氧氧化化性性能能强强、低低蒸蒸气气压压、高高闪闪点点、高高初初蒸蒸点点、高高传传热热性性等等特特点点，加加热热温温度度300300350350。适用于高软化点沥青的熔化与混捏、成型过程。适用于高软化点沥青的熔化与混捏、成型过程。（p180优点、注意优点、注意)思考题：思考题：1、炭素成型有哪几种方法？、炭素成型有哪几种方法？2、炭素颗粒具有择优取向的性质，它在不同的成型方法中对制、炭素颗粒具有择优取向的性质，它在不同的成型方法中对制品性能有什么影响？品性能有什么影响？3、影响制品成型质量的因素有哪些？、影响制品成型质量的因素有哪些？4、什么叫弹性后效？影响弹性后效的因素有哪些？、什么叫弹性后效？影响弹性后效的因素有哪些？5、振动成型的基本原理是什么？试分析振动成型过程中产生裂、振动成型的基本原理是什么？试分析振动成型过程中产生裂纹的原因。纹的原因。6、振动成型设备的、振动成型设备的振动台安装、使用应注意的要点振动台安装、使用应注意的要点有哪些？有哪些？7、单工位振动成型机主要由哪几部分组成？单工位振动成型机主要由哪几部分组成？第九章第九章铝用炭阳极焙烧铝用炭阳极焙烧9 9. .1 1 焙烧及焙烧及焙烧的目的焙烧的目的 9 9. .1.11.1定定义义：炭炭素素生生坯坯在在填填充充料料保保护护下下（防防氧氧化化、变变形形）隔隔绝绝空空气进行高温热处理，使煤沥青炭化的工艺过程称气进行高温热处理，使煤沥青炭化的工艺过程称焙烧焙烧 9 9. .1.21.2目的：目的：1.排排除除挥挥发发份份：挥挥发发分分降降低低了了热热稳稳定定性性。约约131316160.50.5、石石油油质质、沥沥青青质质、游游离离碳碳的的蒸蒸馏馏、分分解解、缩缩合合反反应应，使使低低分分子子芳芳、烷烃排除，内部结构变化，烷烃排除，内部结构变化，可极大改善性能指标；可极大改善性能指标；2.粘粘结结剂剂焦焦化化：形形成成焦焦炭炭网网格格、牢牢固固连连接接使使制制品品硬硬化化、韧韧化化、降阻、形状固定降阻、形状固定-缓慢焦化，焦率高、好，结焦率缓慢焦化，焦率高、好，结焦率50506060；3.固固定定几几何何形形状状:两两种种焦焦性性能能趋趋同同、热热固固性性提提高高、使使制制品品形形状状长长期固定；期固定；4.降降低低比比电电阻阻：分分解解、聚聚合合、挥挥发发及及整整体体焦焦化化，沥沥青青聚聚合合生生成成六角碳环平面及大六角碳环平面及大键，由键，由1000010000降到降到50mm，变成良成良导体。体。5.体体积积充充分分收收缩缩：是是充充分分收收缩缩过过程程。径径向向1 1；纵纵向向2 2，体体积积2 23 3，密度增大，提高抗氧化、耐腐蚀和导热性能。，密度增大，提高抗氧化、耐腐蚀和导热性能。 收收缩缩主主要要与与受受压压程程度度、粘粘结结剂剂质质和和量量、煅煅烧烧程程度度、焙焙烧烧温温度度和和升升温温速速度度及及焙焙烧烧条条件件有有关关。300300400400收收缩缩剧剧增增，持持续续到到800 800 ，之后收缩下降。，之后收缩下降。9.2 9.2 铝用炭阳极焙烧铝用炭阳极焙烧9.2.1焙烧的过程焙烧的过程焦化过程：分解、环化、芳构化、缩聚。焦化过程：分解、环化、芳构化、缩聚。影响因素影响因素温升、气氛、压力、装炉方法、填料质量等。温升、气氛、压力、装炉方法、填料质量等。过程变化过程变化决定物化的变化，焙烧控制作业的理论依据。决定物化的变化，焙烧控制作业的理论依据。1.低温预热阶段：低温预热阶段：1p 1p （共四段共四段）200200（明明火火350350）主主要要为为沥沥青青软软化化、排排出出附附着着水水、干干燥燥和和预预热热制制品品。重重力力效效应应、温温度度梯梯度度效效应应和和毛毛细细管管作作用用沥沥青青剧剧烈迁移。烈迁移。升温速度宜快升温速度宜快炭碗塌陷、内裂、密度不匀或空头。炭碗塌陷、内裂、密度不匀或空头。2.中温剧变阶段中温剧变阶段2 23p3p、4p 4p 重点控制、管理区重点控制、管理区炭炭素素制制品品的的温温度度在在200200700700之之间间（明明火火350350850850）。排排出出挥挥发发分分，粘粘结结剂剂焦焦化化。其其中中：200200300 300 ，先先后后排排化化合合水水、氢氢化化物物、轻轻馏馏分分；350350起起，分分解解、聚聚合合，排排量量增增加加；500500，半半焦焦；570570后后开开始始焦焦化化。应应均均匀匀、缓缓慢慢升升温温（特特别别300300500500，2 23/h3/h）裂裂纹纹、疏疏松松、体体密密度度低低；挥挥发发分分燃燃烧烧不不充充分分，控控制难，热效率低。制难，热效率低。3.高温焙烧阶段高温焙烧阶段5 56p6p7001100 （明明火火85085013001300）。焦焦化化基基本本完完成成，排排出出残残余余挥挥发发分分，焦焦化化更更彻彻底底，提提高高理理化化指指标标。明明火火900900后后，宜宜加加快升温快升温，高温，高温保温保温1520h烧透、温度均匀。烧透、温度均匀。 焙烧控温原则焙烧控温原则“两头快，中间慢两头快，中间慢”4.冷却阶段冷却阶段缓冷缓冷7 710p,10p,强冷强冷111113p13p焙焙烧烧结结束束，制制品品从从四四周周开开始始冷冷却却。但但内内部部温温度度可可能能还还在在继继续续升升高高，同同时时还还伴伴有有收收缩缩，而而 制制品品表表面面收收缩缩已已停停止止，这这就就加加剧剧了了炭炭素素制制品品各各部部分分体体积积变变化化不不均均匀匀而而产产生生内内应应力力。随随着着冷冷却却的的继继续续，炭炭素素制制品品的的表表面面再再次次收收缩缩，因因而而使使炭炭素素制制品品的的内内应应力力降降低低，如如果果表表面面部部分分冷冷却却速速度度超超过过内内部部，又又重重新新使使内内应应力力增增加加，导导致致炭炭素素制制品品裂裂纹纹，所所以以冷冷却却过过程程应应缓缓慢慢进进行行。冷冷却却降降温温速速度度应应控控制制在在50/h50/h，太太快快对对炭炭块块质质量量和和炉炉体体寿寿命命都都会会产产生生影影响响。一一般般400400以以下下可可以以出炉，一般工厂都控制在出炉，一般工厂都控制在200200300300以下。以下。（焙烧（焙烧过程过程p184p184) )1p:200300，排出化合水、氢化物、轻馏分，低温预热；，排出化合水、氢化物、轻馏分，低温预热；2p：300450，气排量增加、粘结剂分解聚合的气排量增加、粘结剂分解聚合的中温剧变中温剧变；3p：450700，半焦剧变半焦剧变；CRBRZPRTPRERHR3HR2HR113p12p11p10p9p8p7p6p5p4p3p2p1p4p：700950，半焦热解、，半焦热解、成焦剧变成焦剧变；5p、6p：9501150，高温焙烧；，高温焙烧；710p：缓慢冷却；：缓慢冷却；1113p：强制冷却强制冷却火焰方向火焰方向下游方向下游方向2p3p一般不参与控制，是通过排烟架一般不参与控制，是通过排烟架ER提供的负压（火道提供的负压（火道60110pa;总总15002000pa）来调整挥发分燃烧的位置来实现）来调整挥发分燃烧的位置来实现温度调整（温度调整（挥发分在挥发分在23p间完全燃烧间完全燃烧），主要为热气流热交换加热，），主要为热气流热交换加热，要求：利用好挥发分；要求：利用好挥发分；4p6p为燃烧控制区，一般靠控制系统与设定升温曲线的对为燃烧控制区，一般靠控制系统与设定升温曲线的对比，通过负压和燃料的供应调配的达到升温控制（比，通过负压和燃料的供应调配的达到升温控制（4p、5p：负：负压燃料；压燃料；6p：燃料）；：燃料）；零压点在最后一个燃烧架后，通过鼓风机零压点在最后一个燃烧架后，通过鼓风机BR的风力、燃烧装的风力、燃烧装置、排气装置阀的控制来实现（置、排气装置阀的控制来实现（01pa)。系统由系统由5个个PLC系统分别（系统分别（1ER、TPR；24HR及及ZPR；5BR)进行控制；进行控制；预热（预热（3g）加热（）加热（3g）鼓风（）鼓风（4g）冷却（）冷却（3g）11g炉室。炉室。ER:E-eject排出；排出；R-rack架；架；TPR：T-temperature温度；温度；P-press压力；压力；R-rack架架HR、ZPR、BR、CRH-heat加热；加热；Z-zero零；零；B-blast鼓风；鼓风；C-cooling冷却。冷却。9.2.2焙烧过程中粘合焦的生成和理化指标的变化焙烧过程中粘合焦的生成和理化指标的变化1.粘合焦的生成粘合焦的生成多多种种芳芳环环烃烃组组成成的的煤煤沥沥青青，通通过过高高温温分分解解、聚聚合合、分分子子重重排排异异类类原原子子首首先先逸逸出出，支支链链热热分分解解后后分分子子断断裂裂处处的的不不饱饱和和力力互互相相接接触触就就容容易易聚聚合合起起来来连连续续得得到到巨巨大大的的、结结构构牢牢固固的的分分子子，并并聚积于残渣或料表面聚积于残渣或料表面粘合焦或炭青质（粘合焦或炭青质（Carbolids)；粘粘结结剂剂焦焦化化具具有有氧氧化化脱脱氢氢缩缩聚聚的的特特征征：干干料料表表面面焦焦化化，吸吸附附有有氧氧、一一氧氧化化碳碳的的碳碳粉粉对对粘粘结结剂剂的的各各组组分分具具有有选选择择的的化化学学吸吸附附作作用用，促促使使其其在在270300脱脱氢氢缩缩聚聚，使使提提前前固固化化，而而增增大大析析焦焦量量，并并妨碍中间相生成妨碍中间相生成。（不匀会导致制品收缩不匀而开裂）。（不匀会导致制品收缩不匀而开裂）2.焙烧过程中理化指标的变化焙烧过程中理化指标的变化 (1)(1)挥挥发发份份：200200以以后后开开始始，350350500500激激烈烈，以以后后变变缓缓慢慢，10001000基本结束，至基本结束，至0.50.5； (2)(2)比比电电阻阻：700700形形成成具具有有运运动动电电子子的的平平行行原原子子层层的的堆堆状状结结构构炭炭青青质质结结构构，电电阻阻急急剧剧下下降降。800800后后，颗颗粒粒结结合合更更紧紧密密，电阻继续下降；电阻继续下降； (3)(3)体体积积密密度度：200200以以上上挥挥降降，500-500-收收增增稳稳定定；- -重损失重损失9 913%13%，体收缩，体收缩2 23 3 (4)(4)真密度：略有增加真密度：略有增加 (5)(5)抗压强度：一般低于生制品抗压强度：一般低于生制品炭制品焙烧过程中理化指标的变化表炭制品焙烧过程中理化指标的变化表指标指标生坯生坯焙烧品焙烧品指标指标生坯生坯焙烧品焙烧品挥发分挥发分1316100004560径向收缩径向收缩1气孔率气孔率342530体积收缩体积收缩239.2.3焙烧过程对阳极理化性能的影响焙烧过程对阳极理化性能的影响温度温度/性能变化性能变化影响结果影响结果200沥青热膨胀，释放过程压力。沥青热膨胀，释放过程压力。密度减小，骨料连接力略变小。密度减小，骨料连接力略变小。150350沥青热解膨胀、重组，湿润干沥青热解膨胀、重组，湿润干料。料。引起炭碗塌落、变形，强度、渗引起炭碗塌落、变形，强度、渗透性受影响。透性受影响。350450释放轻组分。释放轻组分。骨料的振实容重减小。骨料的振实容重减小。450600重组分焦化，大量释放挥发分。重组分焦化，大量释放挥发分。 热传导梯度形成的张力引起内部热传导梯度形成的张力引起内部膨胀膨胀/收缩，裂纹释放应力。收缩，裂纹释放应力。600900再焦化，挥发分应力减小。再焦化，挥发分应力减小。无明显变化。无明显变化。9001200晶体重组、粘结焦生长，骨料晶体重组、粘结焦生长，骨料生长变小。生长变小。收缩张力减小，温度大的变化会收缩张力减小，温度大的变化会出现大裂纹。出现大裂纹。9.2.3焙烧曲线的制定焙烧曲线的制定曲曲线线既既符符合合反反应应的的客客观观规规律律，又又考考虑虑炉炉型型、填填料料、品品种种规规格格、挥挥发分等情况。它包括：速度、时间、最高温度发分等情况。它包括：速度、时间、最高温度产量和质量。产量和质量。基本原则基本原则：（：（5 5） 1.根据产品在焙烧过程中的变化规律制定焙烧曲线根据产品在焙烧过程中的变化规律制定焙烧曲线 遵遵循循“两两头头快快，中中间间慢慢”的的原原则则：200200前前，坯坯体体无无显显著著物物理理、化化学学变变化化，防防空空头头、变变形形快快；700700后后，粘粘结结剂剂焦焦化化基基本本结结束束。200200500500，是挥发分大量逸出过程，控制升温速度。，是挥发分大量逸出过程，控制升温速度。2.根据产品种类和规格制定升温曲线根据产品种类和规格制定升温曲线 (1)(1)炭炭块块不不石石墨墨化化，烧烧成成温温度度13001300左左右右；电电极极需需经经过过石石墨墨化化，烧成最高温度控制在烧成最高温度控制在12001200。 种类种类 (2)(2)预预焙焙阳阳极极炭炭块块制制品品截截面面大大，内内外外温温差差大大，为为减减少少裂裂纹纹废废品品，升温曲线要求长，升温速度慢；小直径则相反。升温曲线要求长，升温速度慢；小直径则相反。规格规格3.根据炉型结构制定焙烧曲线根据炉型结构制定焙烧曲线 带盖与敞开炉不同，传热、温差亦不同。带盖与敞开炉不同，传热、温差亦不同。新新环环式式炉炉：窄窄料料箱箱、宽宽火火道道、“W W”型型炉炉墙墙气气流流分分布布和和炉炉底底材材料料的低密、高强、低导热等。温差小、传热快的低密、高强、低导热等。温差小、传热快可缩短曲线。可缩短曲线。 40h40h、36h36h、32h32h、28h28h、24h24h、22h22h；（；（192h192h、168h168h) )4.根据填充料的种类和燃料种类制定焙烧曲线根据填充料的种类和燃料种类制定焙烧曲线导热性、透气性；热值、燃位。导热性、透气性；热值、燃位。5.根据生制品的组成、性质制定焙烧曲线根据生制品的组成、性质制定焙烧曲线 (1)(1)生生制制品品的的体体积积密密度度大大，升升温温速速度度要要慢慢，体体积积密密度度小小，升升温速度要快些。温速度要快些。 (2)(2)生生制制品品粘粘结结剂剂用用量量偏偏大大，升升温温速速度度可可以以快快些些，用用量量偏偏小小，升温速度可以慢些。升温速度可以慢些。 (3)(3)生生制制品品中中骨骨料料粒粒度度大大，升升温温速速度度可可慢慢些些，曲曲线线长长；骨骨料料粒度小，升温速度可快些，曲线短一些。粒度小，升温速度可快些，曲线短一些。 240h240h、280h280h、180h180h。 有关的升温曲线举例如下有关的升温曲线举例如下 （p188p188） (1)(1)240h6室运转升温曲线室运转升温曲线40h (2)180h (2)180h焙烧升温曲线焙烧升温曲线36h36h6.煤沥青的热失重过程与焙烧曲线煤沥青的热失重过程与焙烧曲线（下下p）6、煤沥青的热失重过程与焙烧曲线、煤沥青的热失重过程与焙烧曲线中温煤沥青中温煤沥青（sp86）140以下软化阶段，几乎无失重；以下软化阶段，几乎无失重；140210熔融、脱水阶熔融、脱水阶段，有轻微分解，失重缓慢段，有轻微分解，失重缓慢(0.0010.006mg/)220480热解、热解、缩聚反应阶段，反应急剧，失重速率最大缩聚反应阶段，反应急剧，失重速率最大（360为最大点为最大点,失重失重0.031mg/，其后反应变缓，缩聚反应呈优势，稠环芳烃分子直径增大。，其后反应变缓，缩聚反应呈优势，稠环芳烃分子直径增大。)。480600炭化、炭化、半焦阶段，分解反应逐渐停止，仅残留低分子缓慢逸出半焦阶段，分解反应逐渐停止，仅残留低分子缓慢逸出（0.01mg/以下），以下），600之后失重几乎结束。之后失重几乎结束。改质煤沥青（改质煤沥青（sp110）150以下软化几乎无失重；以下软化几乎无失重；150230开始缓慢分解失重开始缓慢分解失重（0.0060.008mg/)250500为热解、聚合反应阶段为热解、聚合反应阶段，（340为最大点为最大点,失重失重0.018mg/，其后反应变缓，缩聚反应呈优势，稠环芳烃分子直径增大。，其后反应变缓，缩聚反应呈优势，稠环芳烃分子直径增大。)580以后进入失重稳定阶段，以炭化、体积收缩为主以后进入失重稳定阶段，以炭化、体积收缩为主。220250开始失重，开始失重，400450同为同为4344（为为相同的相同的组分挥发过程组分挥发过程）500分别为分别为58、62（组分、性能不同，速率有组分、性能不同，速率有别别）；）；放热，焙烧中间慢放热，焙烧中间慢6001000失重都较小；失重都较小；焙烧后期加快升温焙烧后期加快升温改质煤沥青失重过程提前。改质煤沥青失重过程提前。某改质煤沥青热失重曲线某改质煤沥青热失重曲线温度曲线温度曲线热失重微分曲线热失重微分曲线热失重曲线热失重曲线310450焦化点550主要挥发分析出温度主要挥发分析出温度氢：800；甲烷：640；焦油：4009.2.4炭素焙烧产品的缺陷炭素焙烧产品的缺陷(5) 1.纵裂纵裂沿长度方向的裂纹。原因（沿长度方向的裂纹。原因（4）： (1)(1)生生坯坯装装炉炉时时靠靠火火道道墙墙太太近近，导导致致局局部部升升温温过过快快。生生坯坯局局部部表面的挥发份分解速度过快，使生坯产生不均匀膨胀和收缩。表面的挥发份分解速度过快，使生坯产生不均匀膨胀和收缩。 (2)(2)升升温温曲曲线线不不合合理理。在在挥挥发发份份大大量量排排除除阶阶段段，升升温温过过快快，从而造成产品的内外温差过大，产生内应力而引发裂纹。从而造成产品的内外温差过大，产生内应力而引发裂纹。 (3)(3)冷冷却却期期降降温温过过快快，产产品品表表面面与与内内部部收收缩缩不不一一致致，产产生生内内应力而引发裂纹。应力而引发裂纹。 (4)(4)若若存存在在生生坯坯粘粘结结剂剂用用量量不不准准或或挤挤压压力力不不足足，生生坯坯内内部部结结合有缺陷，产生裂纹的可能性也将大大增加。合有缺陷，产生裂纹的可能性也将大大增加。 2.横裂横裂宽度、高度方向裂纹（宽度、高度方向裂纹（7） （1)1)挤压成型时，糊料温度较低，挤压压力不足或时间较短。挤压成型时，糊料温度较低，挤压压力不足或时间较短。 (2)(2)挤挤压压机机加加压压柱柱塞塞返返回回时时将将料料室室内内糊糊料料拉拉断断，再再次次挤挤压压时时没有接合好。没有接合好。 (3)(3)前前后后两两种种糊糊料料的的差差别别较较大大而而且且结结合合不不好好，生生坯坯内内部部结结构构有缺陷。有缺陷。 (4)(4)原原料料煅煅烧烧程程度度不不足足，焙焙烧烧时时骨骨料料颗颗粒粒产产生生二二次次收收缩缩，可可能在产品表层出现不规则的小裂纹能在产品表层出现不规则的小裂纹( (网状裂纹网状裂纹) )。 (5) (5)粘结剂用量偏少，粘结力差。粘结剂用量偏少，粘结力差。 (6)(6)升温过快，导致上下温差过大。升温过快，导致上下温差过大。 (7)(7)升升温温中中停停炉炉，外外界界氧氧气气通通过过填填充充料料渗渗透透到到制制品品的的表表面面，粘粘结剂氧化，制品体积密度变化大、分界明显而导致裂纹。结剂氧化，制品体积密度变化大、分界明显而导致裂纹。3.弯曲及变形弯曲及变形（5） (1)(1)生坯糊料含粘结剂数量偏多，焙烧时易出现弯曲变形。生坯糊料含粘结剂数量偏多，焙烧时易出现弯曲变形。 (2)(2)装装炉炉操操作作不不当当，如如料料箱箱温温度度过过高高，装装炉炉延延续续时时间间过过长长，装入生坯后未及时用填充料填塞固定生坯。装入生坯后未及时用填充料填塞固定生坯。 (3)(3)填充料水分大，没有填实或棚料引起产品四周局部空区。填充料水分大，没有填实或棚料引起产品四周局部空区。 (4)(4)装装炉炉时时生生坯坯不不垂垂直直或或上上下下层层产产品品搭搭配配不不合合理理，下下层层产产品品受压较大，易弯曲变形。受压较大，易弯曲变形。 (5)(5)炉炉室室状状况况不不佳佳，造造成成局局部部填填充充料料漏漏掉掉或或吸吸走走，出出现现无无料料空区。空区。4.氧化氧化（5） (1)(1)产产品品装装炉炉时时生生坯坯周周围围填填充充料料未未填填实实或或焙焙烧烧时时填填充充料料局局部部沉陷，致使产品局部暴露在高温中。沉陷，致使产品局部暴露在高温中。 (2)(2)顶部填充料厚度不够。顶部填充料厚度不够。 (3) (3)产品出炉后未及时散开，聚集在一起而导致温度升高。产品出炉后未及时散开，聚集在一起而导致温度升高。 （4)4)炉箱砌体有裂缝，高温气体进入料箱接触产品。炉箱砌体有裂缝，高温气体进入料箱接触产品。 (5)(5)重复焙烧，氧气透过填充料，使表面氧化。重复焙烧，氧气透过填充料，使表面氧化。5.碳碗塌陷或变形碳碗塌陷或变形（5） (1)(1)装装炉炉时时填填充充料料未未填填实实炭炭碗碗空空间间，炭炭碗碗周周缘缘软软化化时时因因重重力力作用而脱开。作用而脱开。 (2)(2)产产品品在在焙焙烧烧软软化化阶阶段段因因停停电电、停停负负压压等等而而升升温温中中断断、间间歇，造成炭碗温度升降突变，在低温预热阶段时间较长。歇，造成炭碗温度升降突变，在低温预热阶段时间较长。 (3)(3)成型糊料成分不均匀或生块炭碗区存在应力或裂纹缺陷。成型糊料成分不均匀或生块炭碗区存在应力或裂纹缺陷。 (4)(4)粘结剂用量过大，在软化阶段骨料下沉。粘结剂用量过大，在软化阶段骨料下沉。 (5)(5)骨骨料料粒粒度度较较大大，其其比比表表面面积积小小，骨骨料料与与粘粘结结剂剂的的接接触触面面积小，造成生坯制品焙烧时粘结剂迁移，产生变形。积小，造成生坯制品焙烧时粘结剂迁移，产生变形。9.2.59.2.5焙烧过程影响的理论分析焙烧过程影响的理论分析#1.1.焙烧体系与焙烧体系与气氛气氛体系：一个焙烧室组成一个体系。体系：一个焙烧室组成一个体系。封闭体系：升温挥发分逸出扩散整个炉室封闭体系：升温挥发分逸出扩散整个炉室-气压升高气压升高饱和蒸气压饱和蒸气压逸出恒定逸出恒定逸出与凝结平衡。逸出与凝结平衡。非封闭体系：透过填充料、砖缝排出非封闭体系：透过填充料、砖缝排出挥发分挥发分浓度梯度浓度梯度继续挥发、扩散（继续挥发、扩散（ ）浓度梯度增大，挥发速率浓度梯度增大，挥发速率亦大亦大分解速度加快分解速度加快分解产物增多分解产物增多留下聚合分子减留下聚合分子减少少析焦量减少。相反，析焦量增多。析焦量减少。相反，析焦量增多。 温度梯度温度梯度受升温速度影响；受升温速度影响； 浓度梯度与负压有关；浓度梯度与负压有关； 浓度梯度还与填充料的透气率有关；浓度梯度还与填充料的透气率有关； 填充料的吸气能力、特性影响浓度梯度；填充料的吸气能力、特性影响浓度梯度； 浓度梯度与温度梯度有互相影响作用而产生影响。浓度梯度与温度梯度有互相影响作用而产生影响。2.2.升温速度的影响机理升温速度的影响机理升温慢升温慢足够时间进行分解聚合足够时间进行分解聚合析焦量多，结焦密度大析焦量多，结焦密度大 内温度场均匀内温度场均匀应力小应力小防止裂纹；防止裂纹；升温快升温快有机分子来不及分解聚合被排出有机分子来不及分解聚合被排出析焦量减少析焦量减少 挥发分排出激烈挥发分排出激烈内外温差大内外温差大容易产生裂纹。容易产生裂纹。在焙烧体系内，沥青组分的热解、聚合是一个动态平衡。在焙烧体系内，沥青组分的热解、聚合是一个动态平衡。分解吸热过程，升温速度快可使平衡向热解方向进行；分解吸热过程，升温速度快可使平衡向热解方向进行；聚合放热过程，降温或放缓升温会使平衡向聚合方向进行。聚合放热过程，降温或放缓升温会使平衡向聚合方向进行。300300500500最剧烈反应阶段，若温度不升不降，聚合反应加强，最剧烈反应阶段，若温度不升不降，聚合反应加强，可能会使小型模压制品产生硬壳形的裂纹，而大型影响不明显。可能会使小型模压制品产生硬壳形的裂纹，而大型影响不明显。3.3.冷却速度的控制冷却速度的控制太快太快温差大温差大热应力增大热应力增大导致裂纹，导致裂纹， 热应力与温差、热应力与温差、弹性模量、热膨胀系数、泊松比等因素有关。温度，弹性模量、热膨胀系数、泊松比等因素有关。温度，慢，低慢，低 式中：式中：B:B:热应力，热应力，N/mmN/mm2 2; ; E: E:弹性模量，弹性模量， N/mmN/mm2 2; ; ：坯热膨胀系数；：坯热膨胀系数； ：泊松比；：泊松比；横、纵应变之比横、纵应变之比 t:t:温度差；温度差； S:S:形状因数形状因数 9.3 9.3 焙烧炉焙烧炉环式焙烧炉环式焙烧炉（敞开式阳极敞开式阳极、带盖式石墨、阴极）；、带盖式石墨、阴极）；倒焰窑、隧道窑等。倒焰窑、隧道窑等。9.3.1敞开环式焙烧炉结构（敞开环式焙烧炉结构（p192）独独特特的的火火道道墙墙设设计计：使使温温度度均均匀匀、温温差差50、终终温温118020、周期短（周期短（28h）、自动控制、装料量大、节能（）、自动控制、装料量大、节能（2.0Gj/t）。）。1.混混凝凝土土炉炉壳壳底底部部连连续续排排列列混混凝凝土土槽槽形形板板，减减少少炉炉底底散散热热，壳壳壁壁厚厚减减4040；2.炉炉底底及及侧侧墙墙使使用用多多层层保保温温材材料料、砖砖缝缝与与膨膨胀胀缝缝错错开开，形形成成曲曲折折膨膨胀胀线路，保持砌体气密性，底温线路，保持砌体气密性，底温160160；侧墙炉底同样设计思路（侧；侧墙炉底同样设计思路（侧110110）3.火火道道墙墙和和横横墙墙用用水水模模型型和和计计算算机机优优化化设设计计，温温度度分分布布均均匀匀，升升温温快快：火火道道12001200保保持持一一段段，阳阳极极11801180 2020。火火道道的的降降温温粘粘土土可可代代高高铝铝，抗抗热热震震性性好，利于间断用。横墙不设排烟孔，好，利于间断用。横墙不设排烟孔，4 4个孔在个孔在400mm400mm预制砖火道墙上。预制砖火道墙上。4.连连通通烟烟道道在在两两端端壳壳外外用用金金属属烟烟道道，保保证证了了接接口口和和形形状状，阻阻力力小小；轻轻质内衬，质内衬，降蓄热，减少降温，保证炉室均匀加热。降蓄热，减少降温，保证炉室均匀加热。5.排烟道排烟道无衬砖无衬砖U U形钢烟道、金属膨胀节。形钢烟道、金属膨胀节。预焙阳极用环式炉技术参数预焙阳极用环式炉技术参数(p193、194)表表95、6炭素焙烧炉的发展炭素焙烧炉的发展炭素环式焙烧炉始用于炭素环式焙烧炉始用于20世纪世纪60年代末（敞开），年代末（敞开），70年代年代Alcan首建密闭式炉，首建密闭式炉，80年代年代pechiney的脉冲燃烧技术应用于敞开的脉冲燃烧技术应用于敞开式炉。此后，式炉。此后，PID回路火道墙控温技术、挥发分利用技术回路火道墙控温技术、挥发分利用技术预预热区温度负压阶梯回路集成技术、热区温度负压阶梯回路集成技术、烟气混浊度传感技术、火道烟气混浊度传感技术、火道墙状态指数模块（墙状态指数模块（FCI）等的应用，使其控制精度、重现性提高等的应用，使其控制精度、重现性提高（01，15），敞开式炉优于密闭炉，得以不断发展。），敞开式炉优于密闭炉，得以不断发展。主要指标主要指标20sj70年代年代20sj80年代年代20sj90年代年代2006年年敞开敞开密闭密闭敞开敞开密闭密闭敞开敞开密闭密闭敞开敞开热耗热耗Gj/t3.52.42.72.42.42.41.8填料焦耗填料焦耗kg/t10405405353耐火砖寿命耐火砖寿命/炉次炉次60100120100150100200最高焙烧温度最高焙烧温度/1300125011751250116012501135温度温度稳定性定性/120100601003060159.3.2敞开环式焙烧炉的技术评价敞开环式焙烧炉的技术评价多多室室串串连连运运行行，环环式式连连续续作作业业，多多个个深深窄窄料料箱箱产产能能大大（8.5wd/y)(1)(1)产产能能大大，质质量量好好（从从几几年年来来在在135135300KA300KA预预焙焙槽槽上上使使用用看看，它它的的电电流流分分布布均均匀匀，底底掌掌平平坦坦，很很少少有有裂裂纹纹和和掉掉块块现现象象，钢钢爪爪与与炭炭块块结结合合牢牢固固），各项理化指标可以完全满足电解工艺的要求。各项理化指标可以完全满足电解工艺的要求。(2) (2) 结结构构简简单单，实实现现了了装装出出炉炉，卸卸吸吸填填充充料料的的机机械械化化操操作作，生生产效率高。产效率高。(3)(3)产产品品在在中中温温炉炉室室焙焙烧烧时时，充充分分利利用用余余热热使使挥挥发发分分在在火火道道内内燃燃烧，节省燃料。烧，节省燃料。(4)(4)炉内作传热介质的填充料不与火焰直接接触，氧化烧损少。炉内作传热介质的填充料不与火焰直接接触，氧化烧损少。(5)(5)热热效效率率高高。敞敞开开炉炉与与密密闭闭炉炉焙焙烧烧炭炭块块单单位位热热耗耗几几乎乎相相当当，但但敞开炉的热效率比密闭炉高敞开炉的热效率比密闭炉高8 81515。(6) (6) 结焦少，改善了劳动条件。结焦少，改善了劳动条件。(7) (7) 一次性投资小，维修方便。一次性投资小，维修方便。敞开炉敞开炉具有产品质量稳定、易控制、调节方便、装出炉易具有产品质量稳定、易控制、调节方便、装出炉易机械化、热效率较高等特点。机械化、热效率较高等特点。温度长期交变运行，易出现墙体温度长期交变运行，易出现墙体变形、倾斜、烧穿，密封引起火道低负压、低温度等问题。变形、倾斜、烧穿，密封引起火道低负压、低温度等问题。115011809.3.3焙烧炉的日常维护焙烧炉的日常维护 (1)(1)对对炉炉壁壁四四面面附附着着的的焦焦结结填填充充料料刮刮扫扫，提提高高炉炉体体火火道道墙墙的的透气性、均匀性。透气性、均匀性。 (2)(2)对对热热胀胀冷冷缩缩形形成成的的大大的的收收缩缩缝缝用用耐耐火火纤纤维维毡毡进进行行填填塞塞，防止漏料。防止漏料。 (3)(3)对拔脱的火眼圆孔铸铁圈进行浇固。对拔脱的火眼圆孔铸铁圈进行浇固。 (4)(4)对烟道翻板阀机构，天然气管道阀门进行检查。对烟道翻板阀机构，天然气管道阀门进行检查。 (5)(5)对炉体、墙面进行全面检查，根据情况进行处理或报告。对炉体、墙面进行全面检查，根据情况进行处理或报告。焙烧炉用燃料焙烧炉用燃料名称热值（kcal/kj/kg/m3)一般用量(kg/m3)无烟煤无烟煤700029.30130200冷煤气冷煤气12505.23600800重油重油1000041.846090天然气天然气870036.35701009.4 9.4 阳极焙烧装置和控制（法阳极焙烧装置和控制（法SETARAM;SETARAM;瑞士瑞士R&DR&D；德；德EANOEANO）新型装备的特点：能耗低、产量大、效率高新型装备的特点：能耗低、产量大、效率高9.4.1敞开环式阳极焙烧炉敞开环式阳极焙烧炉(34室室)平行两行排列平行两行排列（p204196)172火焰；火焰；8料箱料箱/室室9个火道个火道(55607304870mm；7块3层8箱168块/室)9.4.2火焰系统火焰系统焙烧炉室；冷却炉室；密封炉室；出装炉室；维护炉室组成焙烧炉室；冷却炉室；密封炉室；出装炉室；维护炉室组成l.预预热热区区从从1p1p3p3p。排排烟烟架架（ERER) )到到燃燃烧烧架架( (HRHR1)1)下下游游点点挥发分燃烧区挥发分燃烧区通过调整通过调整排烟口排烟口负压，来控制负压，来控制1p1p升温曲线升温曲线；2.加加热热（焙焙烧烧）区区4p4p6p6p。燃燃烧烧架架( (HRHR1 13 3 ）所所在在炉炉室室区区 ；2 29 91818嘴嘴/ /套套测温、闭环控制。火道测温、闭环控制。火道1150115012001200 CR BR ZPR CR BR ZPR HR3 HR2 HR1HR3 HR2 HR1 TPR ER TPR ER 13p13p c c c c c c c c c c c c 6p 5p 4p6p 5p 4p 3p 2p 1p 3p 2p 1p3.3.鼓风区鼓风区零压架零压架ZPRZPR到鼓风架（到鼓风架（BRBR) )，自然冷却区，自然冷却区，7 710c10c。各。各烟道正压鼓风，采用鼓风调节阀手动调节，使下游烟道维持设定的烟道正压鼓风，采用鼓风调节阀手动调节，使下游烟道维持设定的微负压（零压）值，；微负压（零压）值，；4.4.冷却区冷却区鼓风架（鼓风架（BRBR) )到冷却架（到冷却架（CRCR) )， 111113c13c。亦统称强制。亦统称强制冷却区。敞口鼓风冷却。冷却区。敞口鼓风冷却。ERBRCRHR13TPRZPR连接烟道连接烟道焙烧炉面示意图焙烧炉面示意图火焰组总体分布图火焰组总体分布图（17个炉室）个炉室）l7冷却炉室；冷却炉室；813焙烧炉室；焙烧炉室；14密封炉室；密封炉室；15维护炉室；维护炉室；16、17装出炉室装出炉室自控系统自控系统有四个有四个PLC闭环控制子系统闭环控制子系统分别控制预热、焙烧区。分别控制预热、焙烧区。系统的安全停喷功能系统的安全停喷功能：1、当焙烧区烟道温度低于设定值下限、当焙烧区烟道温度低于设定值下限报警、相应油嘴报警、相应油嘴停喷油停喷油防止烟道温度过低、火焰熄火喷油；防止烟道温度过低、火焰熄火喷油；2、当零压架处烟道负压低于设定值下限、当零压架处烟道负压低于设定值下限报警、相应油报警、相应油嘴停喷油嘴停喷油防止返火；防止返火；3、当焙烧区烟道温度大于设定值上限、当焙烧区烟道温度大于设定值上限报警、油嘴停喷报警、油嘴停喷油、停止相应油泵运行油、停止相应油泵运行防止燃烧器故障，造成常开喷油。防止燃烧器故障，造成常开喷油。9.4.3焙烧设备焙烧设备1.焙焙烧烧区区设设备备：2 23 3个个燃燃烧烧架架( (HRHR):):通通过过燃燃料料流流量量控控制制加加热热炉炉室室温温度度包包括括：烧烧嘴嘴、手手动动（电电磁磁）阀阀、热热电电耦耦、信信号号变变送送器器和和控控制柜；根据炉墙温度，控制模块制柜；根据炉墙温度，控制模块HR-CMHR-CM借脉冲电磁阀控制燃料。借脉冲电磁阀控制燃料。2.排排烟烟区区设设备备：1 1台台排排烟烟架架（ERER) )和和1 1台台测测温温测测压压架架（TPRTPR，在在ERER上上游游) )。来来排排烟烟、变变送送信信号号、调调整整负负压压。通通过过电电动动蝶蝶阀阀来来调调节节烟道压力烟道压力（预热区负压）（预热区负压），从而调整预热温度；，从而调整预热温度；3.鼓鼓风风区区设设备备：提提供供燃燃烧烧区区燃燃料料所所需需空空气气。一一套套零零压压架架（ZPRZPR) )和和一套一套鼓风架鼓风架( (BRBR) )（9 9个可调风机）；控制个可调风机）；控制HRHR下游为下游为0 01pa1pa负压。负压。4.冷冷却却区区设设备备：12套套冷冷却却架架（CRCR），9风风机机2手手动动翻翻板板阀阀，不不入网，手动调整风量，冷却已烧好炭块温度。入网，手动调整风量，冷却已烧好炭块温度。5.外围设备：外围设备：局域网络（局域网络（DH+)、燃料供给设备、燃料供给设备、环形烟道、环形烟道、中心控制系统、中心控制系统、本地控制系统（各架的本地控制系统（各架的PLCPLC操作终端）操作终端）。9.4.4燃烧控制系统燃烧控制系统燃烧控制系统由燃烧控制系统由排烟架、测温测压架、燃烧架、零排烟架、测温测压架、燃烧架、零压架、鼓风架和冷却架压架、鼓风架和冷却架组成。组成。主要功能主要功能：对预热区和焙烧区各料箱、火道的温度和负：对预热区和焙烧区各料箱、火道的温度和负压进行有效的控制，使其在工艺要求的升温曲线和负压压进行有效的控制，使其在工艺要求的升温曲线和负压范围内对料箱中的炭块进行预热、焙烧、冷却，并对焙范围内对料箱中的炭块进行预热、焙烧、冷却，并对焙烧过程进行调节、记录、存储、管理等优化控制。烧过程进行调节、记录、存储、管理等优化控制。控制原理控制原理：对采集到的温度、负压信号经：对采集到的温度、负压信号经本地控制系统本地控制系统可编程序可编程序PLC节点控制器处理，并周期性传输至节点控制器处理，并周期性传输至中央控中央控制室制室调节站，调节站，调节站调节站将这些信号与设定值进行对比分析将这些信号与设定值进行对比分析处理，并将指令通过处理，并将指令通过PLC节点控制器送给燃烧器的节点控制器送给燃烧器的电磁电磁阀阀以调节以调节燃料输入量燃料输入量和排烟架和排烟架蝶阀开度蝶阀开度，达到温度和负，达到温度和负压的调节。压的调节。最直接的控制最直接的控制为燃烧嘴的燃料输入量为燃烧嘴的燃料输入量。1P排烟架处排烟架处2506002P负压架处负压架处60075060100paHR19001050HR210501150HR311501200设定曲线设定曲线制品温度曲线制品温度曲线各火道温度各火道温度焙烧炉升温曲线举例焙烧炉升温曲线举例燃烧嘴燃料输入量由以下条件决定：燃烧嘴燃料输入量由以下条件决定： (1)(1)最大功率最大功率(P(Pp p) )，即在烧嘴常开时燃料最大流速，对于重油，即在烧嘴常开时燃料最大流速，对于重油主要取决于重油的粘度、油温、供油压力和烧嘴喷油嘴的口径尺主要取决于重油的粘度、油温、供油压力和烧嘴喷油嘴的口径尺寸；对于天然气主要取决于天然气压力和烧嘴口径尺寸。寸；对于天然气主要取决于天然气压力和烧嘴口径尺寸。 (2)(2)脉冲喷射的持续时间脉冲喷射的持续时间( () )，即每次喷射燃料的持续时间。，即每次喷射燃料的持续时间。 (3)(3)喷射脉冲的频率喷射脉冲的频率(f)(f)。 通通常常系系统统提提供供燃燃料料管管道道压压力力恒恒定定，故故燃燃料料喷喷射射量量和和喷喷射射时时间间可以看作线性关系处理，因此烧嘴功率可以表示成：可以看作线性关系处理，因此烧嘴功率可以表示成： P Pp p f f其中：其中： T T周期周期(ms)(ms)； 次喷射持续时间次喷射持续时间(ms)(ms)； P Pp p最大功率最大功率( () )； P P输出功率百分数输出功率百分数( () )； f f喷射脉冲频率喷射脉冲频率(Hz)(Hz)，f=1/Tf=1/T。焙烧过程的调节原则焙烧过程的调节原则：1 1、300300以前快速升温，减少制品上、下性能差异；以前快速升温，减少制品上、下性能差异；2 2、350350550550段段，放放慢慢升升温温速速度度，防防止止制制品品裂裂纹纹，同同时时保保证证挥挥发分充分燃烧；发分充分燃烧；3 3、各火道负压均匀，火道均匀升温，火道间温差最小；、各火道负压均匀，火道均匀升温，火道间温差最小；4 4、增加保温时间，减少裂纹产生；、增加保温时间，减少裂纹产生；5 5、防止隔墙局部过热（采用脉冲加热），保证耐火砖寿命。、防止隔墙局部过热（采用脉冲加热），保证耐火砖寿命。位置位置温度区间（温度区间（）升温速度（升温速度（/h)h)负压负压(pa)控制情况控制情况1p250550912控制控制2p5507505.05.880100非控制非控制3p7509004.05.54060非控制非控制4p90010504.58.0控制控制5p1050115035控制控制6p1150120001.513控制控制焙烧炉的基本控制焙烧炉的基本控制9.5 9.5 炭阳极焙烧作业及管理炭阳极焙烧作业及管理焙焙烧烧炉炉规规格格多多样样，燃燃料料各各异异（重重油油、天天然然气气、煤煤气气）。例例：34室室，68万万吨吨/作作业管理：业管理：根据焙烧曲线要求，对炉室的温度、负压控制调整。根据焙烧曲线要求，对炉室的温度、负压控制调整。9.5.1烘烘炉炉作作业业焙焙烧烧炉炉寿寿命命主主要要取取决决于于烘烘炉炉和和生生产产过过程程炉炉体体的的冷冷却却速速度度等等因素。因素。驱逐水分、烧结泥浆、形成坚固整体，转入正常生产。驱逐水分、烧结泥浆、形成坚固整体，转入正常生产。升升温温不不均均匀匀，温温度度失失控控：炉炉体体变变形形，火火道道墙墙弯弯曲曲或或发发生生裂裂纹纹和和盖盖板拱起现象。板拱起现象。烘烘炉炉曲曲线线：最最短短不不能能低低于于280小小时时移移架架404048h/48h/室室；300300、800 800 、12501250分别进行保温处理（高保温分别进行保温处理（高保温2436h)。新、冷炉都需要。新、冷炉都需要带料带料烘炉。烘炉。温度范围温度范围/升温速度升温速度/h需要时间需要时间/h备备注注室温20012.5162003004.224300保温3h3006004.2726008003.164800保温4h80011006.2556110012506.25241250保温24合计3369.5.2正常焙烧作业的管理正常焙烧作业的管理 管理过程主要为：管理过程主要为：温度管理温度管理和和负压管理负压管理温度管理的基本点温度管理的基本点： 燃烧架处各火道温度（燃烧架处各火道温度（4p4p、5p5p、6p)6p)，850850； 排烟室（排烟室（1p1p）各火道挥发分温度；）各火道挥发分温度； 总管烟气温度；总管烟气温度； 冷却区降温过程管理。冷却区降温过程管理。负压管理的基本点负压管理的基本点： 总管总管负压（负压（2000pa)2000pa)； 预热区排烟炉室（预热区排烟炉室（1p1p）各火道各火道负压负压(80(80100pa)100pa)； 自然冷却区（自然冷却区（7p7p）零压零压管理。管理。强制加热区强制加热区：基准设定（明）：基准设定（明）850起，焙品已焦化、但不完全起，焙品已焦化、但不完全保证火道热量的供给，保温度、保证火道热量的供给，保温度、1200恒温。恒温。满足条件：满足条件：1、足够的空气，并与燃料充分混合零压架处为、足够的空气，并与燃料充分混合零压架处为01pa负压，负压，保证空气顺利进入；保证空气顺利进入；2、足够的燃烧空间和时间燃料喷射压力及燃烧焰喷射长度，、足够的燃烧空间和时间燃料喷射压力及燃烧焰喷射长度，确保燃烧空间；确保燃烧空间；3、燃烧产物及时排出管路清洗，燃烧不滞流、燃烧产物及时排出管路清洗，燃烧不滞流。功率变化。功率变化。肉眼观察火焰肉眼观察火焰：判断燃气和空气的配合适宜情况判断燃气和空气的配合适宜情况正常正常白天：火焰稻黄色，细长呈火炬状，略有白色；白天：火焰稻黄色，细长呈火炬状，略有白色；夜间：发白亮。夜间：发白亮。空气多，燃料少空气多，燃料少火焰短，白亮刺眼；火焰短，白亮刺眼；空气少，燃料多空气少，燃料多火焰发暗冒烟；火焰发暗冒烟；空气和燃料都少空气和燃料都少火焰较小；火焰较小；空气和燃料都多空气和燃料都多火焰较大。火焰较大。关于负压关于负压：太大：太大预热区升温快，不符合升温要求；预热区升温快，不符合升温要求；过小过小吸入热空气少，燃烧不完全，炉温上不去。吸入热空气少，燃烧不完全，炉温上不去。负压调整原则负压调整原则：在：在满足升温曲线满足升温曲线前提下，负压调到前提下，负压调到最小程度最小程度。调调温温操操作作：首首先先保保证证密密封封，防防止止负负压压流流失失；其其次次各各火火道道之之间间纵纵横横温差小；温差小；同时同时保证负压能够调整（蝶阀：总管和排烟架风门）。保证负压能够调整（蝶阀：总管和排烟架风门）。冷却区：主要是由冷却架实现降温管理冷却区：主要是由冷却架实现降温管理12001200800800（忌忌快快），5 510/h10/h； 800 800 以以下下（稍稍快快），50/h50/h调整冷却架风门开度调整冷却架风门开度9.5.3火焰系统移动作业火焰系统移动作业按火焰周期每次移动一个炉室（短）按火焰周期每次移动一个炉室（短） 1.1.移移动动准准备备和和停停止止燃燃烧烧；20min20min插插隔隔流流板板、使使用用备备用用烟烟斗斗、向向中中央央控控制请求、关阀停燃烧。制请求、关阀停燃烧。 2.2.停止温度负压监视装置工作；停止温度负压监视装置工作；断吊、移连，恢复负压。断吊、移连，恢复负压。 3.3.停停止止燃燃烧烧架架(HR3)(HR3)监监视视并并断断开开连连结结，将将HR3HR3向向前前跨跨移移2 2个个炉炉室室 与相对应接口连接，并将零压架前移并与原与相对应接口连接，并将零压架前移并与原HR2HR2连结连结， 4.4.鼓风架及冷却架也相应向前移动一个炉室。鼓风架及冷却架也相应向前移动一个炉室。 5.5.待待检检查查排排烟烟架架负负压压恢恢复复至至设设定定要要求求，依依次次恢恢复复鼓鼓风风架架、燃燃烧架烧架(HR3(HR3一一HR2HR2一一HRl)HRl)，使其正常工作。，使其正常工作。 6.6.在在移移炉炉结结束束后后，由由于于各各火火道道温温差差较较大大，应应通通过过调调整整负负压压来来维持各火道温差最小。维持各火道温差最小。移动注意事项移动注意事项： 1.1.移移动动前前应应先先停停止止燃燃烧烧，后后切切负负压压，否否则则先先切切负负压压，当当负负压压突然消失后，燃气大量滞留于火道内，易产生爆炸。突然消失后，燃气大量滞留于火道内，易产生爆炸。 2.2.移动结束后应先恢复负压后进行点火燃烧。移动结束后应先恢复负压后进行点火燃烧。 3.3.对对于于测测温温用用热热电电偶偶移移动动过过程程中中应应最最后后从从观观察察孔孔取取出出，移移动动后最先放入观察孔，以免降温时间太长，影响点火及热电偶寿命。后最先放入观察孔，以免降温时间太长，影响点火及热电偶寿命。 4.4.吊运前，应先检查吊具是否安全可靠。吊运前，应先检查吊具是否安全可靠。9.5.4碳块的装、出炉作业碳块的装、出炉作业一、一、出炉作业出炉作业两两个个步步骤骤：吸吸出出填填充充料料；取取出出炭炭块块。出出炉炉温温度度一一般般应应小小于于200。作作业业时时一一般般要要求求吸吸出出一一层层取取出出一一层层，不不准准一一次次从从上上部部吸到底部，防止出现炭块倒块现象。吸到底部，防止出现炭块倒块现象。二、装炉要求：二、装炉要求： (1)(1)装装炉炉时时炉炉室室空空间间温温度度应应低低于于制制品品粘粘结结剂剂软软化化点点( (一一般般不不高高于于60)60)。 (2)(2)炉底填充料的厚度应在炉底填充料的厚度应在100mm100mm以上。以上。 (3)(3)层与层之间填充料厚度不小于层与层之间填充料厚度不小于50mm50mm。 (4)(4)炭块摆放要求平整炭块摆放要求平整( (平整性平整性) )，四周对称，四周对称( (对称性对称性) )。 (5)(5)装装完完炉炉上上面面覆覆盖盖料料不不小小于于300mm300mm，以以避避免免产产品品氧氧化化，并并对对制制品起保温作用。品起保温作用。 (6)(6)填充料粒度应符合要求。填充料粒度应符合要求。 (7)(7)填充料填充时要求填充密实填充料填充时要求填充密实( (密实性密实性) )。三、出炉要求：三、出炉要求：1.1.出炉温度一般应低于出炉温度一般应低于200200或或300300；2.2.一般吸一层填充料，取一层块，以免出现倒块现象。一般吸一层填充料，取一层块，以免出现倒块现象。四、关于填充料：四、关于填充料：1.1.作用作用防止制品氧化、传热、支承制品防止变形。防止制品氧化、传热、支承制品防止变形。2.2.用料用料石油焦、冶金焦、无烟煤、高炉渣、河沙等。石油焦、冶金焦、无烟煤、高炉渣、河沙等。3.3.要要求求导导热热性性好好，吸吸附附作作用用小小（与与分分散散度度和和表表面面状状态态有有关关），透透气气性性较较小小（0.5mm0.5mm，析析焦焦大大、防防氧氧化化),),不不大大于于6mm(6mm(导导热热鼓鼓包包），松装密度大，松装密度大，品种和粒度要保持恒定品种和粒度要保持恒定。4.影响对比影响对比种类、粒度（下表）。种类、粒度（下表）。不同材料（细）填充料的焙烧品性质对比不同材料（细）填充料的焙烧品性质对比填充填充料料填充料性质填充料性质粘结剂粘结剂析焦率析焦率（%）体积密度体积密度（g/cm3）电阻率电阻率（.m）抗压强度抗压强度（MPa）粒度粒度（mm）吸附性吸附性（mg/g）石英石英砂砂1.56.0631.583668.7煅烧煅烧无烟无烟煤煤0.566.9611.554165.70.527.3621.564067.0冶金冶金焦焦0.5611.0591.504953.90.5211.7601.534260.1石墨石墨化冶化冶金焦金焦0.5614.6501.464849.00.5221.3511.484750.0炭黑炭黑23.0461.266512.4几种填充料粒度对焙烧品析焦率的影响几种填充料粒度对焙烧品析焦率的影响填充料填充料粒度粒度（mm）吸附性（吸附性（mg/g）粘结剂析焦率（粘结剂析焦率（%）冶金焦冶金焦石墨化冶金石墨化冶金焦焦返回填充返回填充料料冶金焦冶金焦石墨化冶金石墨化冶金焦焦返回填充返回填充料料645.0016.561.454.7425.3717.215.4463.054.058.820.56.6218.3715.8746.655.20.511.5019.3117.2552.241.954.29.6 9.6 环式焙烧炉技术进展环式焙烧炉技术进展(p207)(p207)1 1 适当缩短焙烧周期适当缩短焙烧周期3232282824h24h2 2 改善炉顶封闭性能减少外部空气渗漏改善炉顶封闭性能减少外部空气渗漏后预热室后预热室3 3 改变顺流火焰为逆流火焰焙烧改变顺流火焰为逆流火焰焙烧底部燃烧底部燃烧4 4 燃料燃烧的控制装置和燃烧器的改进燃料燃烧的控制装置和燃烧器的改进喷枪高速若酸嘎器喷枪高速若酸嘎器5 5 采用燃油乳化技术采用燃油乳化技术表面活性剂表面活性剂6 6 采用新型耐火砖，提高烟道使用寿命采用新型耐火砖，提高烟道使用寿命高纯半氧化铝砖高纯半氧化铝砖7 7 使用计算机控制进行优化操作使用计算机控制进行优化操作充分燃烧、提高质量。充分燃烧、提高质量。9.7 9.7 预焙阳极焙烧炉烟气净化预焙阳极焙烧炉烟气净化烟气中主要有害物质烟气中主要有害物质：3 3，4 4苯并吡、苯并吡、HFHF、COCO2 2、SOSO2 2和炭粉尘和炭粉尘 沥沥青青加加热热过过程程中中的的挥挥发发物物成成分分复复杂杂，其其中中1010多多种种多多环环芳芳烃烃对对动动植植物物有有一一定定危危害害。对对人人体体危危害害主主要要是是呼呼吸吸道道和和皮皮肤肤；对对植植物物为为叶叶、径径。 3.43.4苯苯并并吡吡属属强强致致癌癌物物质质，俄俄小小于于0.15mg/m0.15mg/m3 3 ，美美多多环环烃烃0.10.10.2mg/m0.2mg/m3 3 ；我我国国，烟烟气气排排放放焦焦油油物物质质浓浓度度50mg/m50mg/m3 3 ，作业环境，沥青烟尘，作业环境，沥青烟尘3mg/m3mg/m3 3 ，沥青挥发物，沥青挥发物1mg/m1mg/m3 39.7.1 9.7.1 焙烧炉烟气的净化焙烧炉烟气的净化炭阳极焙烧过程的排放物炭阳极焙烧过程的排放物德德.MatthiasHagenLightMetals2006p615619项项目目单单位位敞开焙烧炉敞开焙烧炉密闭焙烧炉密闭焙烧炉烟气体积烟气体积M3/t50003500COmg/Nm312001500总含炭量总含炭量mg/Nm31003001000焦油冷凝物焦油冷凝物mg/Nm32004008001200PHAmg/Nm32020040500煤烟灰尘煤烟灰尘mg/Nm310020050100SOxmg/Nm3100800100800HFmg/Nm353005300由于敞开炉中，低沸点烃在炉内燃烧，减少了燃料消耗，由于敞开炉中，低沸点烃在炉内燃烧，减少了燃料消耗，故烟气中焦油、故烟气中焦油、PHA（多环芳香烃）量小于密闭炉。（多环芳香烃）量小于密闭炉。烟气净化的方法：烟气净化的方法：1.焚焚烧烧法法专专门门的的燃燃烧烧炉炉内内，借借助助外外加加燃燃料料使使烟烟气气中中的的烃烃类类和和可可燃燃炭炭尘尘烧烧掉掉，燃燃烧烧产产物物放放空空或或用用来来热热废废利利用用。排排出出的的废废气气不不含含焦焦油油与与炭炭粉粉，投投资资高高，技术复杂；技术复杂；2.水水洗洗法法喷喷水水排排烟烟机机，预预净净化化；同同向向附附在在水水沫沫上上，加加添添加加剂剂沉沉淀淀，刮刮油油器器刮去；效率低、刮去；效率低、60608080，不易达标。，不易达标。3.油洗法油洗法洗油喷洗。回收、处理麻烦，焦化厂使用洗油喷洗。回收、处理麻烦，焦化厂使用；4.电电捕捕法法是是用用高高压压静静电电捕捕集集焦焦油油的的方方法法。分分为为干干式式和和湿湿式式两两种种，目目前前世世界界上占上占85焙烧品的沥青烟气采用电捕法治理。焙烧品的沥青烟气采用电捕法治理。国国外外用用C型型电电捕捕器器。它它是是一一钢钢制制简简体体，内内部部装装有有钢钢管管制制的的沉沉积积电电极极和和钢钢丝丝做做的的电电晕晕电电极极，焦焦油油雾雾粒粒被被捕捕集集在在沉沉积积电电极极上上，聚聚积积到到一一定定数数量量后后，流流到到电电捕捕器底部清除。国内器底部清除。国内多用同心圆或卧式板式多用同心圆或卧式板式电捕器。焦油扑集电捕器。焦油扑集90以上以上 电电晕晕电电极极（负负极极，2mm2mm镍镍铬铬丝丝、不不锈锈钢钢丝丝或或铜铜铝铝线线）产产生生高高压压电电晕晕放放电电，不不均均电电场场电电离离荷荷电电被被吸吸引引；沉沉积积（集集尘尘）电电极极（正正极极，多多排排板板、管管，距距180180300mm300mm）；均均流流装装置置影影响响：气气体体流流速速、电电场场强强度度、捕捕集集物物的的导导电电性、含尘浓度等。性、含尘浓度等。运行的时间越长，则电捕效率随之下降。运行的时间越长，则电捕效率随之下降。5.干式吸附法干式吸附法表面活性、比表面积大、低温。活性炭、石油焦粉、冶金焦表面活性、比表面积大、低温。活性炭、石油焦粉、冶金焦粉、氧化铝粉等。粉、氧化铝粉等。9.7.2净化技术举例净化技术举例1、湿法净化湿法净化氢氧化钠喷淋法；氢氧化钠喷淋法；来自焙烧炉的烟气，先经来自焙烧炉的烟气，先经重力沉降重力沉降室将粗粒炭尘沉降分离；室将粗粒炭尘沉降分离；再进入再进入洗涤塔洗涤塔，与塔顶喷淋下来的氢氧化钠溶液在逆向流动中充分，与塔顶喷淋下来的氢氧化钠溶液在逆向流动中充分接触，使烟气中的接触，使烟气中的氟和硫氟和硫被氢氧化钠溶液吸收，一部分被氢氧化钠溶液吸收，一部分粉尘和焦油粉尘和焦油也被洗涤。洗涤塔排出的烟气中仍含有细小的粉尘和焦油，再经也被洗涤。洗涤塔排出的烟气中仍含有细小的粉尘和焦油，再经湿湿式电收尘器式电收尘器净化，最后经高烟囱排人大气。净化，最后经高烟囱排人大气。净化系统流程净化系统流程2.干法净化干法净化氧化铝或焦粉吸附法氧化铝或焦粉吸附法来自焙烧炉的烟气，由地下烟道进人来自焙烧炉的烟气，由地下烟道进人冷却塔冷却塔进行喷水雾化冷却，进行喷水雾化冷却，冷却后的烟气由塔底部排出，经管道分别进人冷却后的烟气由塔底部排出，经管道分别进人4组组VRI反应器反应器与氧化与氧化铝吸附反应，吸附反应后的氧化铝进入铝吸附反应，吸附反应后的氧化铝进入袋式除尘器袋式除尘器进行气固分离，进行气固分离，分离下的氧化铝一部分循环使用，另一部分经风动溜槽、气力提升分离下的氧化铝一部分循环使用，另一部分经风动溜槽、气力提升到吸附后氧化铝贮仓，定期输送电解使用，同时向氧化铝贮仓补充到吸附后氧化铝贮仓，定期输送电解使用，同时向氧化铝贮仓补充新氧化铝。分离后的干净烟气由主新氧化铝。分离后的干净烟气由主排烟机排烟机经烟囱排人大气。经烟囱排人大气。氧化铝干法净化的优点：氧化铝干法净化的优点：(1)回收工艺流程简单，易维护操作管理。回收工艺流程简单，易维护操作管理。(2)吸附剂是氧化铝，吸附后的氧化铝、可返回电解使用。吸附剂是氧化铝，吸附后的氧化铝、可返回电解使用。(3)不需供水供汽，无废水、废渣及防腐蚀处理。不需供水供汽，无废水、废渣及防腐蚀处理。(4)占地面积小，总投资省。占地面积小，总投资省。(5)不仅不消耗原材料，而且回收了烟气中的氟化物。不仅不消耗原材料，而且回收了烟气中的氟化物。(6)可适用于各种气候条件，可适用于各种气候条件，在北方冬季不存在保温防冻问题。在北方冬季不存在保温防冻问题。思考题：思考题：1 1、什么叫焙烧？焙烧的目的是什么？、什么叫焙烧？焙烧的目的是什么？2 2、焙焙烧烧过过程程可可分分为为哪哪几几个个阶阶段段？各各阶阶段段中中粘粘结结剂剂会会有有哪哪些些变变化化？3 3、焙烧曲线制定原则有哪些？、焙烧曲线制定原则有哪些？4 4、分析焙烧废品缺陷的类型和产生的原因。、分析焙烧废品缺陷的类型和产生的原因。5 5、常用炭素焙烧炉分哪几类？、常用炭素焙烧炉分哪几类？6 6、敞开式焙烧炉有哪些优、缺点？日常维护的内容是什么？、敞开式焙烧炉有哪些优、缺点？日常维护的内容是什么？7 7、焙焙烧烧控控制制的的原原理理是是什什么么？焙焙烧烧过过程程中中工工艺艺调调节节的的原原则则是是什什么么？ 8 8、焙烧管理的主要内容主要有哪些？、焙烧管理的主要内容主要有哪些？9 9、火焰移动系统作业的内容和注意事项有哪些？、火焰移动系统作业的内容和注意事项有哪些？ 1010、炭炭阳阳极极焙焙烧炉炉焙焙烧过程程中中所所排排出出的的烟烟气气主主要要含含哪哪些些有有害害物物质？焙？焙烧烟气有哪些净化方法？烟气有哪些净化方法？ 1111、你厂目前采用哪种焙、你厂目前采用哪种焙烧炉炉，主要工艺技术参数是什么主要工艺技术参数是什么？第十章第十章阳极炭块生产质量控制阳极炭块生产质量控制阳极是铝电解槽的阳极是铝电解槽的“心脏心脏”1010. .1 1 阳极炭块质量对铝电解生产的影响阳极炭块质量对铝电解生产的影响 1 1 对对电电流流效效率率的的影影响响提提升升温温度度（10 10 1.51.5）；炭化反应炭化反应AlAl4 4C C3 3；“病槽病槽”8080因阳极。因阳极。 2 2 对对电电耗耗的的影影响响导导电电性性，占占1010左左右右；含含炭炭：0.040.04电电导导1 1；0.60.6 1010；1.01.0 11111212120012001300kwh/t 1300kwh/t 3 3 对对原原材材料料消消耗耗的的影影响响炭炭耗耗（理理论论消消耗耗380kg380kg左左右，净耗右，净耗400kg400kg，毛耗，毛耗500500600kg)600kg)；槽温影响氟盐消耗；槽温影响氟盐消耗(40(4025kg)25kg)10.2 10.2 有色金属行业炭阳极质量标准有色金属行业炭阳极质量标准表表10-2 10-2 我国现行炭阳极质量标准我国现行炭阳极质量标准(YS(YST2851998)T2851998)牌牌号号灰分灰分电阻率电阻率m m线膨胀线膨胀率率C02反应性反应性mg(cm2h)-1耐压强度耐压强度MPa体积密度体积密度gcm-3真密度真密度gcm-3不大于不大于不小于不小于TY-10.50550.4545321.502.00TY-20.60600.5050301.502.00TY-31.00650.5555291.482.0010.2.2国外几项新的阳极质量标准国外几项新的阳极质量标准1.阳极的阳极的CO2反应性指标反应性指标 COCO2 2反应性：炭阳极在电解铝的过程中参加反应性：炭阳极在电解铝的过程中参加: :电化学反应：电化学反应： AlAl2 2O O3 31.5C1.5C2A12A11.5CO1.5CO2 2 Al Al2 2O O3 33C3C2A12A13CO3CO化学反应：在化学反应：在COCO2 2中中 C CCOCO2 22CO 2CO 布多尔反应布多尔反应 在空气中在空气中 C CO O2 2COCO2 2 2C 2CO O2 22CO2CO二二氧氧化化碳碳对对焦焦炭炭的的选选择择性性氧氧化化是是阳阳极极过过消消耗耗及及生生成成炭炭渣渣的的主主要要原原因。因。净耗净耗理论消耗理论消耗过消耗过消耗判断标准判断标准：mg/cm2.h50为劣为劣微量元素：微量元素：Na、V、Fe、Ca。2.阳极的空气氧化性指标阳极的空气氧化性指标：微量元素：微量元素：Na、V、Ni、Cu。3.空气渗透率空气渗透率透气率透气率=V:通过试样的空气体积（通过试样的空气体积（m3）；）；h：试样厚度（试样厚度（m）A:试样面积（试样面积（M2）；）；t:通过的时间（通过的时间（s)；p:压力差（压力差（pa)空气渗透率单位：空气渗透率单位：nPmISO15906标准范围标准范围0.52.04.阳极的热特性指标阳极的热特性指标热膨胀率热膨胀率阳极：铝成本的阳极：铝成本的1010；铝电耗的；铝电耗的10101515 附：国际优质碳阳极指标范围附：国际优质碳阳极指标范围分析项目分析项目方法方法单位单位标准范围标准范围体密度体密度ISO12985-1Kg/dm31.531.58电阻率电阻率ISO11713m5260抗弯强度抗弯强度ISO12986-1MPa8.020.0抗压强度抗压强度ISO18515MPa3850静态弹性模量静态弹性模量MPa动态弹性模量动态弹性模量GPa7.010.0热膨胀系数热膨胀系数ISO1442010-6/K3.574.50折断能量折断能量J/m2250300导热率导热率ISO12987W/mK3.004.50二甲苯中密度二甲苯中密度ISO9088Kg/dm32.052.08空气渗透率空气渗透率ISO15906npm0.502.00分析项目分析项目方法方法单位单位标准范围标准范围CO2反应性残余反应性残余ISO12988-1%84.0-92.0其中：其中：灰份灰份%2.0-6.0损失损失%6.0-10.0空气反应性残余空气反应性残余ISO12989-1%80.0-93.0其中：其中：灰份灰份%2.0-6.0损失损失%5.0-14.0微量元素含量微量元素含量SISO12980%1.20-2.40Vppm80-260Nippm80-160Sippm100-300Fenpm100-500分析项目分析项目方法方法单位单位标准范围标准范围AlISO12988-1ppm100600Nappm200600Cappm50200KISO12989-1ppm5-30Mgppm1050Fppm100400ClISO12980ppm1050Znppm1050Pbppm1050灰份灰份DIN5130%0.20.510.3 10.3 炭阳极生产过程的质量控制炭阳极生产过程的质量控制10.3.1原料质量的管理和控制原料质量的管理和控制1.原原料料石石油油焦焦粉粉焦焦多多，挥挥发发分分不不稳稳定定；采采用用延延迟迟A A、B B号号焦焦；堆积密度大于堆积密度大于0.7g/cm0.7g/cm3 3、氧化损失小于、氧化损失小于7070，兑掺混合。，兑掺混合。2.煤沥青的控制煤沥青的控制 (1)(1)甲甲苯苯不不溶溶物物：改改质质沥沥青青和和中中温温沥沥青青分分别别为为25253535和和18182525。甲甲苯苯不不溶溶物物过过低低其其游游离离碳碳的的含含量量少少，在在焙焙烧烧时时，炭炭的的残残留少，孔隙得不到填充，易造成裂纹、分层，影响炭阳极质量。留少，孔隙得不到填充，易造成裂纹、分层，影响炭阳极质量。 (2)(2)软软化化温温度度的的控控制制：中中温温沥沥青青软软化化温温度度应应控控制制在在80808888之之间间，改改质质沥沥青青在在105105115115之之间间，软软化化温温度度太太高高太太低低均均不不好好，这这样样有有利于混捏温度的控制及稳定。利于混捏温度的控制及稳定。 (3)(3)喹喹啉啉不不溶溶物物：中中温温沥沥青青一一般般控控制制在在7 71010，改改质质沥沥青青控控制制在在9 91313。 (4)(4)起起粘粘结结作作用用的的 - -树树脂脂：改改质质沥沥青青应应控控制制在在18182323为为好好，太低沥青粘结性差。太低沥青粘结性差。 - -树脂太高容易引起炭素制品的变形。树脂太高容易引起炭素制品的变形。3.稳定残极用量，改善中粒粒度条件稳定残极用量，改善中粒粒度条件 20202525比例下限、加强清理工作、使用中颗粒以上比例下限、加强清理工作、使用中颗粒以上10.3.2煅烧质量的管理和控制煅烧质量的管理和控制 (1)(1)煅煅烧烧在在整整个个炭炭素素生生产产中中可可以以称称为为心心脏脏，煅煅烧烧的的目目的的是是排排出出石石油油焦焦的的水水分分、挥挥发发分分，使使焦焦体体积积收收缩缩，提提高高焦焦的的真真密密度度。该该过过程程应应严严格格控控制制煅煅烧烧温温度度，煅煅烧烧温温度度太太低低，焦焦烧烧不不透透，其其真真密密度度达达不不到到标标准准要要求求，电电阻阻大大，在在2 2次次焙焙烧烧时时，体体积积收收缩缩造造成成炭炭块块裂裂纹纹，温温度度太太高高，影影响响炉炉子子的的寿寿命命，造造成成煅煅后后焦焦过过烧烧，所所以以一一般煅烧温度最高控制在般煅烧温度最高控制在13501350。 (2)(2)煅煅烧烧时时应应注注意意上上料料的的粒粒度度不不能能太太碎碎，块块也也不不能能太太大大，太太碎碎易造成硼料、结焦，给炉子带来影响，太大烧不透。易造成硼料、结焦，给炉子带来影响，太大烧不透。 (3)(3)煅煅烧烧应应严严格格控控制制挥挥发发分分的的含含量量，一一般般为为10101212为为宜宜，太少不够用，太多易结焦，给煅烧炉操作带来困难。太少不够用，太多易结焦，给煅烧炉操作带来困难。 (4)(4)煅煅烧烧时时应应注注意意是是否否空空罐罐与与排排红红料料，按按时时排排料料，排排料料量量按按设设计标准，排料量不要过大。计标准，排料量不要过大。 (5)(5)合合格格煅煅后后焦焦的的真真密密度度应应控控制制在在不不小小于于2.05g/cm2.05g/cm3 3，电电阻阻率率不大于不大于550550（600600）m m。10.3.3加强混捏成型的质量控制和管理加强混捏成型的质量控制和管理1.配料配料纯度，配料，收尘粉纯度，配料，收尘粉2000(2000）4.4.常用耐火制品的性质常用耐火制品的性质(1)(1)硅酸铝质耐火制品（硅酸铝质耐火制品（p237)p237) 粘土质耐火制品的性质粘土质耐火制品的性质 高铝质耐火制品高铝质耐火制品( (高铝砖高铝砖) )的性质的性质 (2)(2)氧化硅质耐火制品（氧化硅质耐火制品（p239)p239)(3)(3)氧化镁质耐火制品（氧化镁质耐火制品（p239)p239)(4)(4)白云石质耐火制品（白云石质耐火制品（p240)p240)(5)(5)含碳耐火制品（含碳耐火制品（p240)p240)11.1.2隔热保温材料隔热保温材料气气孔孔率率高高、体体密密度度小小、导导热热率率低低，对对热热量量可可起起屏屏蔽蔽作作用用的的材材料料轻质耐火材料。体密度轻质耐火材料。体密度1.5g/cm1.5g/cm3 3; ;导热率导热率1.0w/m.k 1.0w/m.k 1.轻质耐火砖轻质耐火砖2.硅藻土隔热制品硅藻土隔热制品 (1)(1)硅藻土隔热砖；硅藻土隔热砖； (2)(2)硅藻土粉硅藻土粉3.石棉制品石棉制品4.耐火纤维材料耐火纤维材料 (1)(1)耐火纤维的特点耐火纤维的特点 (2)(2)硅酸铝纤维硅酸铝纤维 (3)(3)微孔硅酸钙板微孔硅酸钙板11.1.3其它耐火材料其它耐火材料1.耐热混凝土耐热混凝土2.不定形耐火料不定形耐火料（p243)p243) (1) (1)耐火浇注科；耐火浇注科； (2)(2)耐火可塑料；耐火可塑料； (3)(3)耐火耐火捣打料打料 11.2 11.2 筑炉施工筑炉施工工工业业窑窑炉炉：必必须须根根据据图图纸纸理理解解窑窑炉炉的的结结构构和和特特征征；熟熟知知耐耐火火材材料料的的特特性性；完完整整地地执执行行各各设设计计要要点点、充充分分体体现现设设计计意意图图；全全面面发发挥挥窑炉特性，保证窑炉寿命。窑炉特性，保证窑炉寿命。材料、筑炉是关键。材料、筑炉是关键。11.2.1 11.2.1 工业炉砌筑规范工业炉砌筑规范 (1)(1)砌砌筑筑工工业业炉炉的的工工作作地地点点和和砌砌体体周周围围环环境境温温度度一一般般不不应应低低于于+5+5，砌砌筑筑所所用的材料，应保持零上温度。用的材料，应保持零上温度。 (2)(2)砌筑工业炉用的主要材料，应有材料检验合格证，方允许使用。砌筑工业炉用的主要材料，应有材料检验合格证，方允许使用。 (3)(3)砌砌筑筑工工业业炉炉用用的的耐耐火火材材料料及及隔隔热热材材料料等等不不得得受受潮潮湿湿，也也不不能能粘粘有有或或接接触触油污、酸、碱、油漆等脏物。油污、酸、碱、油漆等脏物。 (4)(4)砌砌筑筑耐耐火火砖砖所所用用的的耐耐火火泥泥的的耐耐火火度度和和化化学学成成份份应应与与所所用用砖砖的的耐耐火火度度和和化化学成分相近似。学成分相近似。 (5)(5)耐耐火火砌砌体体应应错错缝缝砌砌筑筑，所所有有砖砖缝缝均均应应泥泥浆浆饱饱满满；干干砌砌时时，应应以以干干耐耐火火粉粉或与砖相同的材质粉料填满。或与砖相同的材质粉料填满。 (6)(6)禁止直接在砌体上凿砖；砌耐火砖时，宜用木槌禁止直接在砌体上凿砖；砌耐火砖时，宜用木槌( (或橡皮槌或橡皮槌) )找正。找正。 (7)(7)耐火砌体和隔热砌体，从施工到投入生产的过程中，应预防受潮湿。耐火砌体和隔热砌体，从施工到投入生产的过程中，应预防受潮湿。 (8)(8)耐火砖的工作面不准加工耐火砖的工作面不准加工( (即朝向炉膛的面即朝向炉膛的面) )。 (9)(9)施工现场原材物料要堆放整齐，并要保证现场的清洁，做到文明施工。施工现场原材物料要堆放整齐，并要保证现场的清洁，做到文明施工。11.2.2.砌砖要点砌砖要点 (1)(1)正正确确使使用用耐耐火火材材料料。应应按按设设计计图图分分别别使使用用各各种种耐耐火火材材料料，不不得得用用同同一一把把大大铲铲取取不不同同材材质质的的耐耐火火泥泥浆浆，避避免免降降低低材材料料的的耐耐火火度和其它性能。度和其它性能。 (2)(2)尺尺寸寸应应正正确确。每每块块砖砖都都是是按按一一定定的的公公差差标标准准成成型型制制作作的的，所所以以砌砌筑筑时时要要将将每每块块砖砖的的扭扭曲曲和和误误差差设设法法在在某某各各部部分分吸吸收收掉掉。为为此必须提高筑炉技术，掌握好调整公差的砌砖方法。此必须提高筑炉技术，掌握好调整公差的砌砖方法。 (3)(3)做做到到泥泥浆浆饱饱满满。砌砌砖砖的的基基本本原原则则之之一一是是无无论论哪哪个个方方向向的的砖砖都都应应保保持持充充满满灰灰浆浆，而而不不应应出出现现空空隙隙漏漏气气现现象象。因因此此，筑筑炉炉人人员员的基本动作之一，必须熟练地做到砌砖时灰浆饱满。的基本动作之一，必须熟练地做到砌砖时灰浆饱满。 (4)(4)使砖砌成一个整体。使砖砌成一个整体。 (5)(5)不应使用小于原砖四分之一的砖。不应使用小于原砖四分之一的砖。 (6)(6)砌砌砖砖必必须须横横平平竖竖直直。在在摆摆底底时时就就应应该该调调整整水水平平度度。砖砖的的凸凸凹凹不不平平在在加加热热升升温温投投产产时时，在在高高温温中中凸凸凹凹不不平平会会进进一一步步扩扩大大，致致使使炉炉体体变变形形，缩缩短短窑窑炉炉的的使使用用寿寿命命。因因此此，原原则则上上，砌砌砖砖始始终终要要保持横平竖直。保持横平竖直。11.3 11.3 回转窑砌筑检修（回转窑砌筑检修（p247)p247)11.4 11.4 阳极焙烧炉修筑阳极焙烧炉修筑长长期期处处于于预预热热、高高温温、冷冷却却的的变变化化，变变形形、烧烧穿穿、倾倾斜斜、裂裂缝缝、砖变形等异常现象。及时确认、给予检修。砖变形等异常现象。及时确认、给予检修。1破损炉确认破损炉确认 (1)(1)墙体被烧穿者；墙体被烧穿者； (2)(2)墙体出现较长裂缝，其宽度较大者；墙体出现较长裂缝，其宽度较大者； (3)(3)墙体整体倾斜，影响天车作业者；墙体整体倾斜，影响天车作业者； (4)(4)墙体水平度总体误差较大，影响天车作业者；墙体水平度总体误差较大，影响天车作业者； (5)(5)墙体变形程度较大，影响天车作业者；墙体变形程度较大，影响天车作业者； (6)(6)火道墙内填充料进入较多，造成火道被堵塞者；火道墙内填充料进入较多，造成火道被堵塞者； (7)(7)火道墙体内严重剥落、磨损，其墙体变得较薄者；火道墙体内严重剥落、磨损，其墙体变得较薄者； (8)(8)其它原因需要修筑者。其它原因需要修筑者。2.横墙修筑技术及工艺标准横墙修筑技术及工艺标准 (1)(1)横墙垂直度：每米误差小于横墙垂直度：每米误差小于3mm3mm，全高小于，全高小于8mm8mm； (2)(2)横墙侧面平整度：小于横墙侧面平整度：小于5mm5mm； (3)(3)横墙各砖层砖面平整度：小于横墙各砖层砖面平整度：小于5mm5mm； (4)(4)两相邻横墙侧面长度：误差小于两相邻横墙侧面长度：误差小于5mm5mm， (5)(5)横墙侧面：小于横墙侧面：小于2mm2mm： (6)(6)横墙各砖缝为横墙各砖缝为0.50.51.5mm1.5mm。 3.横墙的砌筑工艺横墙的砌筑工艺 砌砌筑筑前前，进进行行干干排排，以以确确保保砖砖缝缝达达到到要要求求；横横墙墙砖砖形形体体大大、有槽榫结构，上下层、榫须完全吻合，方能开砌。干排注意：有槽榫结构，上下层、榫须完全吻合，方能开砌。干排注意： (1)(1)保证火道插口尺寸在要求范围之内；保证火道插口尺寸在要求范围之内； (2)(2)横横墙墙砖砖尽尽量量不不加加工工，如如确确实实需需要要加加工工，须须选选用用非非工工作作面面进行，并用磨砖机打磨，且加工面要放置于非工作面处。进行，并用磨砖机打磨，且加工面要放置于非工作面处。4.火道墙砌筑的工艺技术要求火道墙砌筑的工艺技术要求 火火道道为为“W W”形形或或“U U”形形结结构构，两两端端插插入入横横墙墙插插口口内内，火火道道墙墙与与横横墙墙间间留留有有3mm3mm和和15mm15mm的的膨膨胀胀缝缝，填填充充高高铝铝质质耐耐火火纤纤维维毡毡。由由于于火火道道墙墙与与火火焰焰直直接接接接触触，是是焙焙烧烧炉炉常常损损坏坏的的墙墙体体，及及时时非非常常重要重要 (1)(1)火火道道墙墙墙墙面面垂垂直直度度误误差差范范围围是是每每米米小小于于3mm3mm，全全高高小小于于8mm8mm。 (2)(2)火道墙墙侧面平整度误差范围是火道墙墙侧面平整度误差范围是5mm5mm。 (3)(3)火道墙墙面错牙小于火道墙墙面错牙小于2mm2mm。 (4)(4)火道墙墙顶面平整度误差小于火道墙墙顶面平整度误差小于3mm3mm。第十二章第十二章 炭素材料检验炭素材料检验12.1 12.1 炭素材料常用检测项目炭素材料常用检测项目12.1.112.1.1灰分的测定灰分的测定(GB/T1429-1985:3g,-0.15mm,850,3h(GB/T1429-1985:3g,-0.15mm,850,3h）12.1.2 12.1.2 水分的测定水分的测定(YB/T1428-1997:10g,-0.5mm,110(YB/T1428-1997:10g,-0.5mm,110，2h)2h)12.1.3 12.1.3 挥发分的测定挥发分的测定(YS/T 63.17:3g,-0.5mm,900(YS/T 63.17:3g,-0.5mm,900，15min)15min)12.1.4 12.1.4 硫分的测定硫分的测定1、艾氏卡试剂、艾氏卡试剂Na2CO3:MgO=2:1MgSO4Na2SO4+2BaCl22BaSO4+MgCl22NaClBaSO4S137+32+1642333232/233=0.13732、高温燃烧法、高温燃烧法1250，氧气空气，氧气空气，H2O2，NaOH滴定滴定12.2 12.2 炭素材料体积密度、真密度和气孔率的测定炭素材料体积密度、真密度和气孔率的测定50130mm63m(230目）目）.5gM0 0、M3 3、M4 4 ：比重瓶质量、试样质量、总质量；：比重瓶质量、试样质量、总质量；x：二甲苯的密度；：二甲苯的密度；V:V:比重瓶容积。比重瓶容积。 12.3 12.3 煤沥青软化点与游离碳（煤沥青软化点与游离碳（TI)TI)的测定的测定12.4 12.4 炭素材料其他常用检测项目炭素材料其他常用检测项目 耐压强度、电阻率、二氧化碳反应性、热膨胀系数耐压强度、电阻率、二氧化碳反应性、热膨胀系数 电阻率电阻率空气渗透率空气渗透率（npm-nm2)与标准样同尺寸与标准样同尺寸第第1010、1111、1212章思考题：章思考题：1 1、阳极质量对电解生产的影响主要有哪些？、阳极质量对电解生产的影响主要有哪些？2 2、我我国国碳碳阳阳极极行行业业质质量量标标准准分分几几个个牌牌号号？理理化化指指标标包包括括哪哪几几项项？3 3、试述炭阳极生产过程的质量控制点。、试述炭阳极生产过程的质量控制点。4 4、什么是耐火材料？筑炉对耐火材料的要求有哪些？、什么是耐火材料？筑炉对耐火材料的要求有哪些？5 5、耐火材料的基本特性有哪些？高温使用性有哪些？、耐火材料的基本特性有哪些？高温使用性有哪些？6 6、国内炭素材料常规检验项目有哪些？、国内炭素材料常规检验项目有哪些？谢谢合作，祝恁成功谢谢合作，祝恁成功!