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石墨化炉用焦炭详解

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-07-07  来源:中国碳谷网  作者:中国碳谷网  浏览次数:252
核心提示:焦炉焦炭 炼焦煤经高温干馏后产生的固体可燃产物称为焦炭,焦炉炭焦指用于高炉炼铁、熔铁、有色金属冶炼、铁合金和炭素制品生产的优质焦炭。焦炉焦炭表面具有类金属光泽,一般略呈银灰色,坚硬而多孔,表面多裂纹。

  焦炉焦炭 炼焦煤经高温干馏后产生的固体可燃产物称为焦炭,焦炉炭焦指用于高炉炼铁、熔铁、有色金属冶炼、铁合金和炭素制品生产的优质焦炭。焦炉焦炭表面具有类金属光泽,一般略呈银灰色,坚硬而多孔,表面多裂纹。目前山西的焦化厂生产的焦炭按块度的大小分为以下几种规格120mm以上,40-80mm,30-60mm,20-40mm,筛下焦粒及焦粉。我国炭素厂内艾奇逊石墨化炉根据生产电极的规格不同分别选用30-60mm和20-40mm两种规格的焦炭作为电阻料。焦化厂在分级处理后的焦粉同时可作为石墨化炉使用的保温料,一般石墨化炉的保温料使用的是0-3mm焦粉。

  煤的成焦机理 煤在高温下(隔绝空气)转变成焦炭的过程十分复杂,各国学者对成焦机理提出多种说法,比较有影响的是塑性成焦机理及粘结成焦机理。塑性成焦机理认为炼焦煤在加热时,煤粒软化,煤中的有机质热分解,经过塑性阶段逐渐形成半焦、半焦在高温下进一步热解缩聚、焦块收缩、表面出现裂纹,最终形成坚硬的焦炭。粘结成焦机理认为炼焦煤中存在着黏性成份(沥青质),当加热时黏性成份熔化,焦化过程是一种粘结过程,被沥青质粘结在一起的煤粒经过熔融,热解和缩聚先形成半焦,半焦进一步加热,不断释放出残余挥发份,同时体积收缩而形成焦炭。20世纪60年代又提出一种新的焦化理论,即中间相成焦机理,它是从光学物理的角度研究成焦机理,认为炼焦煤随着加热温度的升高,熔融后首先形成光学上各相同性的塑性体,然后在其中出现介乎液相与固相之间的中间相液晶。这种液晶在基体中核晶化,核晶长大、融并、重排、增黏而焦化,最终形成多种形态无序叠合的焦炭。

  焦炭的物理化学性质 由于炼焦煤配比的不同和干馏温度的高低,不同产地的冶金焦的质量有所区别,也由于主焦煤的加入量的不同也会使焦炭的质量标准各有所异。山西由于是主焦煤的产地,所以在配煤比上焦煤的加入量能达到30~40%,所以焦炭的质量较全国其它省份为好。焦炭的质量指标主要体现在化学成份、化学性质、物理机械性能三个方面。

  化学成份

  (1)灰份:焦炭不论作为原料、燃料或还原剂都希望灰份越低越好。对生产炭素制品而言,原料的电阻率是一项重要的指标。焦炭中灰份在10%以下时,对电阻率影响不明显。大于10%时有一定的影响,灰份含量过高往往使焦炭的耐磨强度降低,优质焦炭的灰份应不大于12%。

  (2)硫份:焦炭作为炭素生产石墨化炉中的电阻料,其中的硫份对制品不会产生影响,它不会由于焦炭的含硫量高而使电极焙烧坯在石墨化过程中开裂。所以石墨化炉可以使用高硫焦来作为炉用电阻料。

  (3)挥发份:焦炭的挥发份表示焦炭的干馏温度和高温下的受热均匀程度。焦炉焦炭的挥发份一般在1.5%左右。如挥发份较高,则焦炭的强度会降低,会减少焦炭在石墨化炉中的循环使用的次数,同时也会增加石墨化炉运行的成本。

  (4)水份: 焦炭的水份与熄焦操作及焦炭的块度大小有关,目前焦化厂出厂的焦炭水份大约在5%左右。

  (5)固定炭 焦炭的固定炭在石墨化炉中使用时是一个比较重要的指标,因为焦炭的固定炭的高低将直接影响焦炭的电阻率,同时也影响焦炭的强度。一般情况下,石墨化炉用焦炭的固定炭不小于82%。

  化学性质

  主要是指焦炭的反应性和抗碱性,焦炭的反应性为焦炭与CO2、O2及水蒸气发生化学反应的能力。焦炭的反应性与焦炭的块度、孔隙结构、比表面积及灰份组成有关。灰份中的碱金属氧化物对焦炭与CO2的反应起催化作用,而SiO2及AL2O3起抑制作用。抗碱性为抵抗与碱金属及其盐类发生化学反应的能力。碱金属及其盐类在一定的条件下浸入焦炭中的空隙中,使焦炭疏松化,出现开裂或熔蚀。这对使用焦炭为原料的高炉炭块的使用寿命有明显的影响,因此20世纪80年代之后生产的高炉炭块的配方中已经减少或不再使用焦炭。

  物理机械性能

  (1)焦炭的密度:焦炭的真密度一般为1.70~1.85g/cm3,干燥焦炭的体积密度0.88~1.08 g/cm3,块焦的堆积密度取决于焦块的体积密度和焦块堆积后的空隙多少,25mm以上的中块焦其堆积密度一般在400~520 ㎏/m3之间。

  (2)焦炭的石墨化度。焦炭与沥青焦、石油焦相比较,较难石墨化。但是加热到高温其石墨化度也在不断提高,这可以从石墨化炉中的电阻料(焦炭)的电阻率不断下降而得到证明。

  (3)机械强度,焦炭的机械强度包括抗碎强度和耐磨强度两个指标,两者又密切相关,焦炭的机械强度又直接影响到高炉冶炼的正常进行,也会影响到以焦炭为原料的炭素制品的机械强度。目前鉴定焦炭机械强度的方法主要为转鼓试验法,可同时得出抗碎强度和耐磨强度两个指标。

  (4)电阻率。煤的电阻率极大,而焦炭要小的多,焦炭的电阻率和焦化温度有直接关系,因此靠近炭化室壁的焦炭一般电阻率较小,面远离炭化室壁的焦炭,因焦化温度较低而电阻率较大。同一炉次炼出的焦炭其中的大块焦、中块焦及15mm以下的焦粒的电阻率均有一定的区别。一般是大块焦和小块焦的电阻率较大,而中块焦的电阻率要小一些,这是因为不同焦块的焦炭的形成过程不一样。中块焦主要来自焦化温度较高的部位,焦体有较发达的裂纹,强度较大,耐磨性较好,大块焦一般来自焦化温度较低的部位,焦体裂纹不发达,而且耐磨性差,受到碰击后容易碎裂成小块焦和焦粉。

 
关键词: 焦炭 炭素
 
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