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石墨电极的制造工艺流程

发表时间:2023-11-21 访问量:1897

黏结剂的种类

炭素材料的生产中,通常使用的黏结剂有:煤焦油、蒽油、煤沥青(中温沥青或高温沥青)、酚醛树脂、环氧树脂、咲喃树脂等各种人造树脂。对于某些特殊用途的产品使用的黏结剂还有蔗糖、蜂蜜、菌麻油、松节油、石蜡等。

对黏结剂的选择视成型方式、成型设备和制品用途而定。对于一般制品,无论挤压或模压及振动成型,大都用中温煤沥青或中温沥青与蒽油、煤焦油的混合物,以降低其软化点。对于高强度、高密度模压制品倾向于使用高温沥青(软化点达110℃),而某些炭黑基制品用辐压代替热混合时,甚至可用软化点达120-150°C的硬沥青。目前,改质煤沥青(或称改性煤沥青)越来越受到重视和使用。

炭素制品制造工艺中的一个重要工序是焙烧,它的本质就是压件中的黏结剂受热焦化的过程,所以正确选用黏结剂及其用量是一个重要问题,而黏结剂的加工改质是改善炭素制品质量的一个有效途径,受到人们重视。

不论是煤焦油、煤沥青,还是人造树脂,它们的化学活性都很高,在贮藏、运输、取用过程中不断变性,性质是不稳定的,运输也不方便,需专用车辆,加热时所产生的烟气有一定的毒性,要注意改进设备和预防。

煤焦油与煤沥青是生产各种人造石墨和炭素制品的常用黏结剂。它们能很好地浸润和渗透到各种焦炭及无烟煤的表面和孔隙,并使各种配料的颗粒成分能互相黏结及形成具有良好塑性状态的糊料。糊料成型后的生制品,稍加冷却即硬化,保持其成型时的形状。生制品在焙烧时煤沥青逐渐分解并炭化,同时把四周的焦炭颗粒牢固地连接在一起。煤沥青的炭化率比较高,炭化后生成的沥青焦也较容易石墨化。

5.4.3.2煤焦油与蒽油的生成与质量指标

煤焦油是烟煤焦化的副产物,它是黑色黏稠液体。煤的焦化有两类:一为高温焦化,温度达1000-1300°C,其主要产品为冶金焦,副产品为煤焦油和煤气,煤焦油约占3%,主要含芳香炷,密度1.15~1.26g/cm3,可用作炭素生产的黏结剂;另一类为低温焦化,温度达500〜600℃,主要产品为煤焦油和半焦,是煤的综合利用的一种形式,低温焦油主要含石蜡炷和环烷炷,密度0.95~1.14g/cm3,挥发分高达91%,不宜作炭素生产的黏结剂。

煤焦油是多种不同分子量的碳氢化合物的混合物。有资料认为,其中的单体有机化合物有一万多种,其中,确定为单体化合物的只不过300多种,但不易分离。可用蒸儲方法从煤焦油中提炼出轻油、酚油、萘油、蒽油和煤沥青等上百种有机化合物。煤焦油中沥青的含量为50%~60%,一般是煤焦油与沥青配合使用,经过脱水后的煤焦油在炭素制品生产中主要用来调整煤沥青的软化点。有些炭和石墨制品需要浸渍时,有时为了降低沥青的黏度也加入适量煤焦油。这种与煤焦油混合的沥青降低黏度后能提高流动性,易于浸入焙烧半成品的气孔中。蒽油是煤焦油加热蒸馋时在270~360°C间蒸发岀来并冷凝以后得到的褐色黏稠液体,产量占煤焦油量的20%左右。使用蒽油的目的与使用煤焦油相同,也是为了降低煤沥青的软化点或黏度。煤焦油和蒽油的质量指标分别见表5-20和表5-21o

在电炭生产中使用的煤焦油须预先蒸馅至270°C,以驱除荼以下的轻储分,因为蔡和其他轻儲分的析焦量低,挥发的温度范围窄,易使制品在焙烧时开裂。

煤沥青的生成及其质量指标

煤焦油蒸馅至320℃后的所得物为软沥青或称熬煮煤焦油,其软化点控制到52~56Y;蒸馅到360℃后所得物为中沥青,其软化点波动在65~80°C范围内。焦化厂蒸馅煤焦油的目的在于得到各种有机溶剂和有机物:轻油(<170°C)、酚油(170〜210°C)、萘油(210〜230°C)、洗油(230〜300°C)、蒽油(300-360℃),由此再精德获得各种单体,蒸馅釜最后留下的残余物就是煤沥青。煤焦油蒸馅分釜式和管式两种:

(1) 釜式间歇蒸馅生产煤沥青。这是一种较老的方法。首先将煤焦油预热至120°C,使水分降至1%以下,然后打入釜内。

在釜底用煤气加热,随着釜内温度的升高,轻油、中油、重油和蒽油依次陆续蒸馅出来。经过16~20h,当蒸馋釜顶部的气体上升管温度达到300°C以上时即取残留在釜底的沥青样品分析,软化点达到要求时即停止加热。把沥青从蒸馅釜放出来,经过筛孔漏入冷却水池(成长条状),蒸馏釜再次装入焦油循环操作。蒸偕釜是一种间歇操作的设备,不能连续生产。

用蒸馏釜法生产煤沥青由于焦油在釜中停留时间很长,以及加热不均形成局部过热,一部分煤焦油分解和聚合过急,引起部分焦油加深裂解,因而沥青中的游离炭含量相对有所增加。沥青中的甲苯不溶物较多,达27%。

一个蒸馏釜可装焦油20t,蒸榴出轻油、中油、重油和蒽油8〜10t,残留沥青量为10~12t,即沥青产率为焦油量的50%~60%。用蒸懼釜生产沥青时软化点可任意调节,只要在蒸儲时提前停止加热使蒽油少出一些,沥青的软化点即可降低。反之,在蒸倦釜中吹入压缩空气则可提高沥青的软化点。

(2) 用管式炉与蒸发器生产煤沥青。这是一种比较先进的生产方法,实现了煤沥青的连续生产。焦油先加热至110℃,使水分降低至4%,再将焦油用柱塞泵打入两段管式炉的段,入口温度80°C,出口温度120-130°C,在此段使焦油进一步脱水至0.4%以下。以后,将脱水至0.4%的焦油打入管式炉的第二段(高温区),即蒸馆段入口温度120℃,在这里加热温度达到400-410°C:后,迅速打入蒸发器中。焦油中的轻備分立即蒸发,并进入分馏塔分级。煤沥青则沉在蒸发器的底部,经过油封口(保持沥青液面高度)将液体沥青打入贮罐。在此取样分析,并定期放入冷却池,冷却成条状。

由管式炉加热并由蒸发器分离出沥青的方法是一种处理量大、生产效率高、连续作业的生产方法。焦油在加热炉内停留时间短而且加热均匀,因而不会引起深度裂解,沥青中的游离炭含量也较少。

由于炼焦时采用原煤的品种不同,配比、炼焦的温度、蒸馅等工艺操作也不同,致使煤沥青的物理化学性质在很大范围内波动。根据煤沥青软化点的不同一般分为三种:硬沥青或称高温沥青(软化点90~110°C),中沥青(软化点75~90°C)和软沥青(软化点75°C以下)。

国外一般使用高温沥青(环球法软化点为100〜115℃),如美国大湖炭素公司使用软化点为100-110℃(空气中立方体法)的直馏沥青。国外,对沥青的要求质量指标项目为:软化点、挥发分、甲苯不溶物(a—组分)含量、喳咻不溶物(at一组分)含量、密度、360°C以下的馅出物、灰分和水分。根据各项指标的不同、分成不同的牌号,如前苏联对生产电极、电刷、预焙阳极、炭砖等不同材料分别有专门生产的沥青;国外还有不含喳嚇不溶物的煤沥青。

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