第二章 石墨制品生产原料 生产各种碳素及石墨制品的主要原料是石油焦、沥青焦、冶金焦、无烟煤、沥青煤焦油、蒽油、天然石墨。 其他辅助材料有焦粉、石英砂等。 现将这些原材料和辅料的来源及质量指标介绍如下。 第一节石油焦石油焦是生产各种石墨化电极、石墨化阳极、石墨化块及其他石墨化制品的主要原料。 也是生产预焙阳极、阳极糊等产品的主要原料。 石油焦的特点是灰分杂质极低，一般小于灰分含量，在高温下易石墨化生成的石墨质量较好。 石油焦是石油精炼过程的副产品之一。 原油常压或减压蒸馏得到的渣油、石油沥青或裂解后得到的渣油均可作为焦化的原料。 焦化通常在约' 的温度下开始。 此时渣油发生热分解，部分高分子烃裂解成低分子烃。 同时，发生复杂的缩聚反应，小分子聚合成大分子。 因此，焦化的主要产品是石油气、汽油、柴油等，最终残渣是石油焦。 石油焦的收率一般仅为焦化原料的收率。 焦化方法一般有五种：釜式焦化、平炉焦化、延迟焦化、接触焦化、流态化焦化。 我国过去以釜式焦化法为主。 近年来，釜式焦化法不断减少。 延迟焦化法发展迅速，成为主要的焦化方法。 下面简单介绍一下釜式焦化和延迟焦化。 第二章石墨制品生产原料 1、釜式焦化 釜式焦化是一种较早的焦化方法。
又分为立式釜焦化和卧式釜式焦化两种。 一般情况下，卧式水壶使用较多。 例如某厂采用的卧式釜焦化方式如图所示。 焦化原料为常减压渣油和热裂化渣油。 它们被送入缓冲罐，在“温度”下混合。 一部分轻质成分从缓冲罐顶部逸出，其余部分泵入加热炉加热后加入焦化釜。 釜底利用油气燃烧直接加热釜内温度。 经过加热、蒸馏、焦化、均热、鼓风、焦化、冷却、清焦等一系列步骤的循环。 生产周期为小时。 每釜处理每吨渣油的焦化率为-。 每釜一次可生产约吨石油焦。 图：釜式焦化工艺流程 2、延迟焦化 延迟焦化是一种比较先进的焦化方法。 生产效率高，劳动条件好。 延迟焦化工艺流程如图所示。 在延迟焦化工艺中，渣油被泵入管式炉并加热至10℃左右，然后进入数十米高的焦化塔。 进入塔内的渣油温度足以使渣油利用自身热量进行热分解反应。 油、气和轻组分从塔顶逸出，随着过程的进行，留在塔内的焦炭逐渐充满塔内。 为了使该过程能够连续进行，一套焦化设备往往包含几个相同规模的焦化塔，定期交换装焦和焦化。 延迟焦化之名来源于渣油在管式炉内得到足够的热量进行热分解，但变成焦炭并分离油、气、汽油等的过程，不是在炉管内而是延迟直至进入焦化塔。 例如，一些炼油厂采用延迟焦化方法，利用常压蒸馏和减压蒸馏得到的渣油作为延迟焦化的原料。
所用主要设备为对流加热炉一座和焦化塔两座。 焦化塔的直径为m高。 渣油经加热炉加热，直至泵入焦化塔，每小时可装满一座焦化塔。 充满焦炭后，用'kg/cm高压水推动合金钻头切割焦炭层。 切碎的石油焦被水流冲走。 两座焦化塔轮流进出焦炭，每塔一次可生产吨焦炭。 《0》第2部分石墨产品生产新技术概述。 延迟焦化工艺流程。 釜式焦化和延迟焦化因方法不同而得到的石油焦质量也不同。 釜式焦化得到的焦炭块数较多，机械强度较大。 由于焦化温度较高，挥发分含量也较低。 延迟焦化得到的焦粉大多小于1毫米。 焦粉约占焦块的10%。 焦块的机械强度较低，挥发份含量较高。 一般情况下，有时高达10%。 石油焦的理化分析结果示例如表所示。 下表为几种石油焦的理化分析结果。 理化指标品种。 水壶可乐。 延迟可乐。 延迟可乐。 釜式可乐。 釜式可乐。 灰分------挥发分----'-硫含量----。 ---/煅烧后真比重-0----0-釜焦产量越来越少，延迟焦产量越来越多。 由于现有煅烧设备结构的限制，上述延迟焦使用大量的挥发性物质，给煅烧操作带来一定的困难。 如果延迟焦在干馏炉中煅烧，则很容易在干馏炉内结焦而堵塞炉膛。 在回转窑中煅烧时，烧损较大，窑尾温度较高，操作困难。 一般结构的蒸煮炉或回转窑需要适当改造后才能煅烧延迟焦，但延迟焦可以在焦炉中煅烧。
石油焦的质量还与原油的成分有关。 有些石泵的硫含量较高，在石油炼制过程中，大部分硫残留在石油焦中。 如果采用硫含量较高的石油焦生产各种石墨化产品，是否会对成品的质量和收率产生一定的影响？ 第二章 生产石墨制品所使用的原材料有明显的不良影响，特别是制品的石墨化程度较差。 石墨化学品连续裂纹会产生更多废物。 这种石墨化电极在炼钢中氧化损失较大，显着增加吨电炉钢电极消耗。 如果使用阳极糊生产电解铝，导电棒阳极接头处的电压降将会增大。 会加速导电杆、烟气收集罩等金属部件的腐蚀，降低使用寿命。 如果用于生产预焙阳极，影响不会很大。 石油焦的质量指标见表。 表：石油焦质量指标 指标名称 1号焦 2号焦 3号焦 灰分 不大于 硫含量 不大于 挥发份 不大于 煅烧后真比重 不小于大于''抗磨试验损失不大于小于mm粉焦含量不大于大于-水分含量不大于第2节沥青焦沥青焦也是生产各种石墨化产品如如石墨化电极、石墨化阳极、石墨化块以及预焙阳极、阳极糊等产品。 石油焦易石墨化，但产品机械强度较低。 在相同石墨化温度下，由沥青焦得到的石墨具有较大的比电阻，但机械强度较高。 因此，石墨化产品的生产中除石油焦外，一般还使用一定比例的沥青焦。 沥青焦是一种低硫、低灰分的焦炭。 沥青焦是煤沥青在焦炉中焦化的最终产品。 煤沥青的焦化是一个复杂的蒸馏、热冷凝和热分解过程。
过去主要是蒸馏和热冷凝。 发生显着的吸热反应，释放出大量气态低分子烃，随后形成半焦。 当焦饼中部达到以上时，焦炭逐渐形成，最终焦化温度在以上。 焦化所用沥青可以是中温沥青或高温沥青。 高温沥青是由中温沥青在氧化釜中用热空气氧化而成。 高温沥青粘度高，难以渗透到焦炉炭化室的砖缝中。 炉体安装温度较高，可延长炉体寿命，且其挥发分含量小，有利于炉体安装操作。 某工厂生产沥青焦的流程如图所示。 首先，温度高于第二篇《石墨制品生产新工艺新技术介绍》的液体浸出液自动流至中温罐，然后由泵连续输送至氧化釜。 液态沥青经压缩空气氧化后，通过环球法将软化点从“”提高到“”，然后自行流入高温罐。 然后在计量罐中计量并从焦炉进料口添加到炭化室中。 此时，沥青温度为。 一次向每个碳化室添加数吨沥青。 经过大约十五个小时的焦化，就制成了沥青焦。 图：沥青焦生产流程示意图。 由于沥青焦的焦化温度较高，相当于碳素制品厂的煅烧温度，因此沥青焦无需煅烧即可直接使用。 但由于沥青焦从焦炉推出后一般要通过浇水熄灭，因此含水量较大。 因此，如果不进行煅烧，则必须进行干燥。 有时，考虑到沥青焦化程度不均匀，再次煅烧即可达到质量均匀。 通常与石油焦一起煅烧。 沥青焦的质量指标为：灰分不大于-。 硫含量不大于-。 挥发分不大于'-。 含量小于毫米不大于-。 含水率不大于-。
第三节冶金焦 冶金焦是生产各种炭块、炭电极以及各种电极糊、底糊、粗缝糊、细缝糊的主要原料。 冶金焦是由几种炼焦煤按一定比例在焦炉中高温炼焦而成。 冶金焦的灰分含量一般高于石油焦或沥青焦。 由于冶金焦的结焦温度在'以上，因此冶金焦可不经煅烧在炭素制品厂使用，但应将其水分干燥，以利于研磨。 第二章 生产石墨制品的原料冶金焦的质量指标为：灰分不大于硫含量，不大于挥发分不大于抗磨试验残留量不少于公斤； 含量小于毫米； 含水量不大于。 第四节 无烟煤 无烟煤也是生产各种碳块、碳电极以及各种电极糊、底糊、粗缝糊等产品的主要原料。 有时可用低灰分无烟煤代替部分石油焦制备石墨化电极。 各种煤都是由古老的植物在地壳运动过程中受到一定的温度和压力后，经过不断的变质作用而转变而来的。 变质程度越高，煤的含碳量越高。 颜色逐渐变深，比重逐渐增大，硬度和光泽也逐渐增大。 无烟煤是一种变质程度较高的煤。 一般碳含量在上面，挥发物含量在下面。 无烟煤结构较致密，比重为10%左右，机械强度较高。 经过适当的热处理后，具有良好的导电性。 某些产地的无烟煤相对容易石墨化。 由于变质程度不同，成煤条件不同，各地生产的无烟煤质量差异很大。
有的无烟煤灰分含量比较大，有的无烟煤在矿山开采时多呈块状，有一定的强度，但提升到地面后很容易风化，破碎成煤粉。 此类无烟煤不能用作炭素工业的原料。 炭素工业所需的无烟煤必须是灰分较低、强度较高的块状无烟煤。 无烟煤的质量指标为：灰分不大于硫分，抗磨试验不大于毫米； 残留量不小于块度； 含水量不小于毫米。 第二部分石墨制品生产新工艺、新技术介绍第五节煤沥青煤沥青是生产各种石墨和碳素制品的粘结剂。 煤沥青能很好地浸润和渗透各种焦炭和无烟煤的表面和孔隙，并使各种成分的颗粒组分相互粘结，形成可塑性良好的膏体。 糊剂模制后，生坯制品硬化并保持其模制时的形状。 当生产品被焙烧时，煤沥青逐渐分解和碳化，同时将周围的焦炭颗粒牢固地连接在一起。 煤沥青的碳化率较高。 碳化后生成的沥青焦也易于石墨化。 煤沥青是焦化工业的副产品。 焦化时得到的煤焦油经预热脱水后放入蒸馏釜中加热蒸馏。 煤沥青也可以使用管式炉和蒸发器等设备生产。 之前蒸馏出来的成分有轻油、中油、重油、蒽油、蒽油。 留在蒸馏釜中的最后残渣是煤浸油。 下面举例介绍两种不同的煤沥青生产方法。 1、用蒸馏釜生产煤沥青。 首先将煤焦油加热至含水量降至100%以下，然后倒入蒸馏釜中。
用气体加热釜底，随着釜内温度升高，逐渐蒸馏出轻油、中油、重油和蒽油。 1小时后，当蒸馏釜顶部升气管温度达到10℃以上时，取出釜底残留的沥青样品进行分析。 当软化点达到要求时，停止加热。 沥青从蒸馏釜排出，通过筛孔漏入冷却池，长成条状蒸馏釜，然后投入焦油循环操作。 蒸馏釜可容纳数吨焦油，蒸馏出轻油、中油、重油和蒽油。 残余沥青量以吨为单位，即沥青产量为焦油量。 使用蒸馏釜生产沥青时，软化点可任意调节。 只要在蒸馏时提前停止加热，减少蒽油，就可以降低沥青的软化点。 相反，向釜内吹压缩空气可以提高沥青的软化点。 2、采用管式炉和蒸发器生产煤沥青。 这是一种比较先进的生产方法，实现了煤沥青的连续化生产。 首先将焦油加热，使水分含量降低至0.0s0，然后用柱塞泵将焦油泵入两级管式炉的第一级。 使用完第二章生产石墨制品的原料后，将脱水焦油倒入管式炉第二高温区。 第二段高温区入口温度达到出口温度后，迅速倒入蒸发器。 焦油中的轻馏分立即蒸发，进入分馏塔进行分级。 煤沥青沉至蒸发器底部并穿过油封保持沥青液位并将液体沥青泵入储罐。 在这里取样进行分析，并定期放入冷却池中冷却成带材。 蒸馏釜法生产煤沥青时，焦油在釜内停留时间较长，加热不均匀造成局部过热，导致部分焦油加深、龟裂。
因此，沥青中的游离碳含量相对增加。 蒸馏釜是一种间歇操作的设备，不能连续生产。 采用管式炉加热、蒸发器分离沥青的方法是一种处理量大、生产效率高、可连续操作的生产方法。 焦油在加热炉内停留时间短，加热均匀，不会造成深度裂纹。 沥青中的游离碳含量也较少。 由于焦化所用原煤配比、焦化、蒸馏等工艺操作的温度不同，导致煤沥青的物理化学性质在较大范围内波动。 根据煤沥青软化点的不同，一般分为硬沥青、中沥青和软沥青三种。 根据水银法测定软化点温度，将软化点在“”以上的为硬沥青，在“”之间的为中沥青，在“”以下的为软沥青。 目前炭素制品厂一般采用中质沥青，少数厂采用硬质沥青或软质沥青。 中质沥青的质量指标为：灰分不大于挥发分软化点，汞法，游离碳含量-含水量。 第六节 煤焦油 煤焦油是炼焦的副产品。 它是一种黑色粘稠液体。 煤焦油是碳氢化合物的混合物。 从煤焦油中可以提取数百种有机化合物。 脱水煤焦油主要用于炭素制品厂调节煤沥青的软化点。 例如，生产某些碳素或石墨制品，要求粘结剂的软化点为“，中沥青的软化点为”，只需在中沥青中加入煤焦油，即可将粘结剂的软化点降低至大约 '。 当石墨化制品需要浸渍时，有时为了降低沥青的粘度，加入适量的煤焦油或蒽油。
这种沥青与煤焦油或蒽油混合后，可降低其粘度后改善流动性，易于渗入焙烧半成品的孔隙中。 煤焦油的质量指标为：比重、灰分不大于“水分含量”、不大于“游离碳含量”。 第七节 蒽油 蒽油是煤焦油加热蒸馏时蒸发凝结的棕色粘稠液体。 产量约占煤焦油的量。 使用蒽油的目的与使用煤焦油的目的相同，都是为了降低煤沥青的软化点或粘度。 蒽油的质量指标为：比重、苯不溶物、‘水分’、分馏组分：不超过‘不超过’、不超过‘不超过’。 第八节 天然石墨一般不使用天然石墨生产石墨化产品和大部分碳素产品。 然而，天然石墨可用于生产天然石墨电极、电池碳棒、电刷、坩埚等产品。天然石墨有两种形式。 一种是片状石墨，颜色呈深灰色，有金属光泽，具有较高的导电性和润滑性，另一种是土状石墨，颜色更加鲜艳。 第二章 生产石墨制品的原料
