針狀焦與石墨電極
作者：admin 發(fā)布日期：2019/4/13 關(guān)注次數(shù)：
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炭素材料的生產(chǎn)過程是一個嚴(yán)密受控的系統(tǒng)工程，生產(chǎn)石墨電極、特種炭材料、鋁用炭素、新型高端炭材料等都離不開原料、裝備、技術(shù)、管理4個生產(chǎn)要素和相關(guān)專有技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用。
原料是決定炭素材料基本特性的關(guān)鍵要素，原料的性能決定了制造出的炭素材料使用性能。就UHP、HP石墨電極的生產(chǎn)而言，優(yōu)質(zhì)的針狀焦是首選，還要有優(yōu)質(zhì)黏結(jié)劑瀝青、浸漬劑瀝青。但只有優(yōu)質(zhì)的原料，缺少了裝備、技術(shù)、管理要素和相關(guān)的專有技術(shù)，同樣也是生產(chǎn)不出優(yōu)質(zhì)的UHP、HP石墨電極的。
本文著重就優(yōu)質(zhì)針狀焦的一些特性闡述個人的一些觀點(diǎn)，供針狀焦生產(chǎn)企業(yè)、電極生產(chǎn)企業(yè)、科研院所的同行們共同探討商榷。
我國的針狀焦工業(yè)化生產(chǎn)雖晚于國外企業(yè)，但近年來發(fā)展很快，目前已初具規(guī)模，就生產(chǎn)總量而言基本上可滿足國內(nèi)炭素企業(yè)生產(chǎn)UHP、HP石墨電極對針狀焦量的需求。但在針狀焦質(zhì)量上與國外企業(yè)相比仍有一定的差距，批次性能的波動影響生產(chǎn)大規(guī)格UHP、HP石墨電極對優(yōu)質(zhì)針狀焦的需求，特別是目前還沒有能滿足石墨電極接頭生產(chǎn)所用的優(yōu)質(zhì)接頭針狀焦。
國外炭素企業(yè)生產(chǎn)大規(guī)格UHP、HP石墨電極往往首選優(yōu)質(zhì)石油針狀焦為主要原料焦，日本炭素企業(yè)也用一些煤系針狀焦作原料，但只用于Φ600 mm以下規(guī)格的石墨電極生產(chǎn)。我國的針狀焦目前是以煤系針狀焦為主，各炭素企業(yè)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大規(guī)格UHP石墨電極往往還依賴于進(jìn)口石油系針狀焦，特別是優(yōu)質(zhì)接頭的生產(chǎn)都以進(jìn)口日本水島油系針狀焦和英國HSP油系針狀焦為原料焦。
目前各企業(yè)生產(chǎn)的針狀焦通常都以常規(guī)性能指標(biāo)，如灰分、真密度、硫含量、氮含量、顆粒度分布、熱膨脹系數(shù)等與國外針狀焦的商務(wù)性能指標(biāo)進(jìn)行比較。但在針狀焦分品級上與國外相比還缺少不同級別性能的針狀焦分級。因此生產(chǎn)的針狀焦通俗講還多為“統(tǒng)貨”，體現(xiàn)不出分品級的優(yōu)質(zhì)優(yōu)價針狀焦。
在針狀焦性能比較上，炭素企業(yè)除常規(guī)性能比較外，還應(yīng)注重針狀焦的熱膨脹系數(shù)（CTE）的分級、顆粒強(qiáng)度、各向異性度大小、非抑制狀態(tài)和抑制狀態(tài)時的膨脹數(shù)據(jù)、膨脹與收縮時所處的溫度區(qū)間等針狀焦的特性表征。因為針狀焦的這些熱性能對石墨電極生產(chǎn)過程中的石墨化工藝的掌控非常重要，當(dāng)然不排除黏結(jié)劑、浸漬劑瀝青焙燒后形成的瀝青焦的熱性能的影響。
1、針狀焦的各向異性度比較
（A）樣品：國內(nèi)某炭素廠Φ500 mm UHP電極本體；
從表1、表2比較可看出，新日化煤系針狀焦LPC-U級的熱性能各向異性度較大，其中CTE各向異性度可達(dá)3.61~4.55，電阻率的各向異性度也較大，達(dá)到了2.06~2.25，而國產(chǎn)石油針狀焦除抗折強(qiáng)度優(yōu)于新日化LPC-U級煤系針狀焦外，在各向異性度評價上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新日化LPC-U級煤系針狀焦。
超高功率石墨電極成品的各向異性度性能分析是反推評價原料針狀焦優(yōu)劣與否的一項很重要分析手段，各向異性度的大小當(dāng)然也對電極生產(chǎn)工藝過程有一定的影響，各向異性度大的電極其抗熱震性能遠(yuǎn)比各向異性度小的普通功率電極優(yōu)良。
目前國內(nèi)煤系針狀焦的生產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石油針狀焦的生產(chǎn)量，由于當(dāng)前各炭素企業(yè)面臨原料成本價格因素居高不下的困境，在UHP電極生產(chǎn)中很難采用100%國產(chǎn)針狀焦生產(chǎn)，而摻入一定比例的煅后石油焦、石墨碎生產(chǎn)電極，故也較難評價國產(chǎn)針狀焦的各向異性度性能。
2、針狀焦的線性與體積變化性能
針狀焦的線性與體積變化性能著重體現(xiàn)在電極生產(chǎn)的石墨化工序中，隨著溫度的變化，在石墨化工序升溫過程中針狀焦要發(fā)生線性與體積膨脹與收縮的變化，這直接影響到電極焙燒坯品在石墨化生產(chǎn)中線性與體積的變化，這點(diǎn)對采用不同性能原料焦、不同等級針狀焦所發(fā)生的變化是不一樣的。而且不同等級針狀焦、煅后石油焦其線性、體積發(fā)生變化時的溫度區(qū)間也不一樣。只有掌握了原料焦的這一特性才能更好地控制并優(yōu)化石墨化工序的生產(chǎn)。這在串接石墨化生產(chǎn)過程中反映尤為明顯。
針狀焦的熱性能越好、各向異性度越大其線收縮的溫度區(qū)間越窄。有的優(yōu)質(zhì)油系針狀焦只有100～150℃的線收縮溫度區(qū)間。在了解各種原料焦的這種受熱線膨脹收縮再膨脹的特性變化后，對炭素企業(yè)指導(dǎo)石墨化工藝生產(chǎn)是非常有益的，可避免因采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗送電模式造成一些不必要的質(zhì)量廢品。
3、結(jié)語
掌握好原料的各種特性，選用合理的裝備匹配，良好的工藝技術(shù)結(jié)合，加上企業(yè)在管理上更加趨于科學(xué)合理，這一系列全過程系統(tǒng)地嚴(yán)密受控穩(wěn)定，才能說具備了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)超高功率、高功率石墨電極的基礎(chǔ)。
原料是決定炭素材料基本特性的關(guān)鍵要素，原料的性能決定了制造出的炭素材料使用性能。就UHP、HP石墨電極的生產(chǎn)而言，優(yōu)質(zhì)的針狀焦是首選，還要有優(yōu)質(zhì)黏結(jié)劑瀝青、浸漬劑瀝青。但只有優(yōu)質(zhì)的原料，缺少了裝備、技術(shù)、管理要素和相關(guān)的專有技術(shù)，同樣也是生產(chǎn)不出優(yōu)質(zhì)的UHP、HP石墨電極的。
本文著重就優(yōu)質(zhì)針狀焦的一些特性闡述個人的一些觀點(diǎn)，供針狀焦生產(chǎn)企業(yè)、電極生產(chǎn)企業(yè)、科研院所的同行們共同探討商榷。
我國的針狀焦工業(yè)化生產(chǎn)雖晚于國外企業(yè)，但近年來發(fā)展很快，目前已初具規(guī)模，就生產(chǎn)總量而言基本上可滿足國內(nèi)炭素企業(yè)生產(chǎn)UHP、HP石墨電極對針狀焦量的需求。但在針狀焦質(zhì)量上與國外企業(yè)相比仍有一定的差距，批次性能的波動影響生產(chǎn)大規(guī)格UHP、HP石墨電極對優(yōu)質(zhì)針狀焦的需求，特別是目前還沒有能滿足石墨電極接頭生產(chǎn)所用的優(yōu)質(zhì)接頭針狀焦。
國外炭素企業(yè)生產(chǎn)大規(guī)格UHP、HP石墨電極往往首選優(yōu)質(zhì)石油針狀焦為主要原料焦，日本炭素企業(yè)也用一些煤系針狀焦作原料，但只用于Φ600 mm以下規(guī)格的石墨電極生產(chǎn)。我國的針狀焦目前是以煤系針狀焦為主，各炭素企業(yè)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大規(guī)格UHP石墨電極往往還依賴于進(jìn)口石油系針狀焦，特別是優(yōu)質(zhì)接頭的生產(chǎn)都以進(jìn)口日本水島油系針狀焦和英國HSP油系針狀焦為原料焦。
目前各企業(yè)生產(chǎn)的針狀焦通常都以常規(guī)性能指標(biāo)，如灰分、真密度、硫含量、氮含量、顆粒度分布、熱膨脹系數(shù)等與國外針狀焦的商務(wù)性能指標(biāo)進(jìn)行比較。但在針狀焦分品級上與國外相比還缺少不同級別性能的針狀焦分級。因此生產(chǎn)的針狀焦通俗講還多為“統(tǒng)貨”，體現(xiàn)不出分品級的優(yōu)質(zhì)優(yōu)價針狀焦。
在針狀焦性能比較上，炭素企業(yè)除常規(guī)性能比較外，還應(yīng)注重針狀焦的熱膨脹系數(shù)（CTE）的分級、顆粒強(qiáng)度、各向異性度大小、非抑制狀態(tài)和抑制狀態(tài)時的膨脹數(shù)據(jù)、膨脹與收縮時所處的溫度區(qū)間等針狀焦的特性表征。因為針狀焦的這些熱性能對石墨電極生產(chǎn)過程中的石墨化工藝的掌控非常重要，當(dāng)然不排除黏結(jié)劑、浸漬劑瀝青焙燒后形成的瀝青焦的熱性能的影響。
1、針狀焦的各向異性度比較
（A）樣品：國內(nèi)某炭素廠Φ500 mm UHP電極本體；
原料針狀焦：日本新日化LPC-U級，配比：100%LPC-U級；分析：SGL Griesheim工廠；性能指標(biāo)見表1。
（B）樣品：國內(nèi)某炭素廠Φ450 mmHP電極本體；原料針狀焦：國內(nèi)某廠石油針狀焦，配比：100%；分析：山東八三炭素廠；性能指標(biāo)見表2。
從表1、表2比較可看出，新日化煤系針狀焦LPC-U級的熱性能各向異性度較大，其中CTE各向異性度可達(dá)3.61~4.55，電阻率的各向異性度也較大，達(dá)到了2.06~2.25，而國產(chǎn)石油針狀焦除抗折強(qiáng)度優(yōu)于新日化LPC-U級煤系針狀焦外，在各向異性度評價上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新日化LPC-U級煤系針狀焦。
超高功率石墨電極成品的各向異性度性能分析是反推評價原料針狀焦優(yōu)劣與否的一項很重要分析手段，各向異性度的大小當(dāng)然也對電極生產(chǎn)工藝過程有一定的影響，各向異性度大的電極其抗熱震性能遠(yuǎn)比各向異性度小的普通功率電極優(yōu)良。
目前國內(nèi)煤系針狀焦的生產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石油針狀焦的生產(chǎn)量，由于當(dāng)前各炭素企業(yè)面臨原料成本價格因素居高不下的困境，在UHP電極生產(chǎn)中很難采用100%國產(chǎn)針狀焦生產(chǎn)，而摻入一定比例的煅后石油焦、石墨碎生產(chǎn)電極，故也較難評價國產(chǎn)針狀焦的各向異性度性能。
2、針狀焦的線性與體積變化性能
針狀焦的線性與體積變化性能著重體現(xiàn)在電極生產(chǎn)的石墨化工序中，隨著溫度的變化，在石墨化工序升溫過程中針狀焦要發(fā)生線性與體積膨脹與收縮的變化，這直接影響到電極焙燒坯品在石墨化生產(chǎn)中線性與體積的變化，這點(diǎn)對采用不同性能原料焦、不同等級針狀焦所發(fā)生的變化是不一樣的。而且不同等級針狀焦、煅后石油焦其線性、體積發(fā)生變化時的溫度區(qū)間也不一樣。只有掌握了原料焦的這一特性才能更好地控制并優(yōu)化石墨化工序的生產(chǎn)。這在串接石墨化生產(chǎn)過程中反映尤為明顯。
針狀焦的熱性能越好、各向異性度越大其線收縮的溫度區(qū)間越窄。有的優(yōu)質(zhì)油系針狀焦只有100～150℃的線收縮溫度區(qū)間。在了解各種原料焦的這種受熱線膨脹收縮再膨脹的特性變化后，對炭素企業(yè)指導(dǎo)石墨化工藝生產(chǎn)是非常有益的，可避免因采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗送電模式造成一些不必要的質(zhì)量廢品。
3、結(jié)語
掌握好原料的各種特性，選用合理的裝備匹配，良好的工藝技術(shù)結(jié)合，加上企業(yè)在管理上更加趨于科學(xué)合理，這一系列全過程系統(tǒng)地嚴(yán)密受控穩(wěn)定，才能說具備了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)超高功率、高功率石墨電極的基礎(chǔ)。
烏蘭察布石墨電極網(wǎng)注釋：針狀焦與石墨電極文章來源:炭素技術(shù) 作者：張毅峰 轉(zhuǎn)發(fā)目的：分享行業(yè)知識動態(tài)！
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