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耐火材料、碳化硅用原材料——焦炭和无烟煤

发布日期: 2019-05-15 10:52:51    阅读量(146)    作者:

含碳耐火材料中使用的碳质原料除石墨外,还有焦炭和无烟煤,如碳质制品即以焦炭或经热处理的无烟煤为主要原料。焦炭和无烟煤也是冶炼碳化硅的主要原料。

一、焦炭(冶炼焦、石油焦和沥青焦)

焦炭是无定型碳。焦炭不是开采得到的,而是用烟煤(炼焦煤)或某些含碳量高的物质(如石油沥青或渣油、煤沥青)在高温下隔绝空气加热使之焦化的产物。用烟煤焦化后得到冶金焦;用石油沥青或渣油焦化得到石油焦;用煤沥青焦化而得到沥青焦。多数焦炭在经过2000℃以上的高温处理后都能转化为石墨。

1.冶金焦

冶金焦又名煤焦(Coal coke),是几种炼焦煤按照一定比例在炼焦炉中高温(>1200℃)焦化炼成的。冶金焦的最主要用途是作为高炉炼铁的燃料和还原剂,其次也是生产各种碳块、碳素电极等的主要原料。用于生产磷砖时,要求其灰分少、强度高、气孔率低、含硫量低并呈块状。

冶金焦的灰分含量较高,一般均在10%以上,比较不容易石墨化,煅烧或石墨化后的导电性能也较石油焦或沥青焦差一些。表1为我国冶金焦的化学成分指标(GB 1996- 80)。

2.沥青焦

沥青焦是煤沥青在焦炉中经高温(>1100℃)焦化的最终产品。煤沥青按软化点(环球法)不同分为低温沥青、中温沥青和高温沥青三种。生产沥青焦主要用中温沥青(软化点75〜95℃)或高温沥青(软化点>95℃)为原料。煤沥青的焦化包括蒸馏、热缩合和热分解等过程。在450℃以前主要是蒸馏和热分解:450〜500℃ 之间主要是热分解与热缩合;而在500℃以上形成半焦,则以热缩合为主;最后的成焦温度在1100℃以上。

把高温沥青置于焦炉中焦化而生产沥青焦的方法有不少缺点。产焦率较低、机械化和自动化操作困难、炉体寿命短,因此正被延迟焦化工艺所取代。

表1冶金焦的化学成分指标

沥青焦与冶金焦有一定的联系。从炼焦煤乾馏而得到冶金焦,冋时获得煤焦油;煤焦油分馏又得到沥青,沥青在高温下焦化而成沥青焦。

沥青焦是一种含碳量高、低灰分及低硫分的优质焦炭。沥青焦灰分远低于冶金焦,但高于石油焦,硫分、挥发分、水分也都比冶金焦低;但硼含量稍高于石油焦。沥青焦结构比石油焦致密,耐磨性和机械强度都比石油焦高。以延迟焦化工艺生产的沥青焦固定碳含量可达99.2%〜99.6%,灰分0.09%〜0.18%,挥发分0.26%〜0.55%,硫分0.3%〜0.4%,真比重1.98〜2.04,

沥青焦是生产人造石墨制品和铝电解工业所用阳极糊及预焙阳极的原料。在生产高炉碳砖时。当无烟煤和冶金焦的灰分不能满是要求时,也加入少里沥青焦以降低制品总的灰分含量。

我国沥青焦的质量标准(GB3070-82)如表2所列。

表2 沥青焦的质量标准

3.石油焦

石油焦(Petroleum coke)是炼油工业的副产品,由渣油经过焦化反应(500〜700℃左右)而得到。原油经过常压或减压蒸馏,分别得到汽油、煤油、柴油和腊油,还剩下的一部分残余物即为渣油。焦化一般是在450〜500℃左右开始,此时渣油发生热分解,一部分高分子碳氢化合物裂解成低分了碳氢化合物。同时还发生复杂的缩合反应,小分子聚合成大分子。

焦化的方法有釜式热化、延迟焦化、平炉焦化、接触焦化、流化焦化等。我国二十世纪六十年代以前主要是釜式焦化工艺,现在绝大多数炼油厂均采用延迟焦化工艺。

釜式焦化得到的块焦较多,焦块机械强度较大:由于成焦温度焦高(700℃左右),所以挥发分含量较低(3%〜7%),焦炭质量较高。延迟焦化(焦化温度500℃左右)得到的石油焦(又名生焦)粉焦较多(小于6mm的粉焦约占2/3),焦块机械强度较低,挥发分含量也较高,一般为10%〜14%,有时高达18%〜20%。表3为我国延迟石油焦的质量标准(SH 0527-92)。

按外形和质量,石油焦可以分为海绵状焦、蜂窝状焦和针状焦三类,以针状石油焦的质量最好。

石油焦的特点是灰分低,一般小于1%,并且在高温下容易石墨化•是生产石墨电极 的原料*冶炼碳化硅用碳质垛料也主要是石油焦,要求固定碳含量大于87%,灰分小于 1.2%,挥发分小于12%。表4为我闲石油焦的一些典型性能。

表3 延迟石油焦的质量标准

表4 我国石油焦的典型性能

二、无烟煤

煤炭是几百万年以前的古代植物在地壳变动时埋入地下并受到一定的温度和压力作用后产生不断的变质作用碳化而成。煤炭是泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤的通称,它们的碳化程度相差很大。碳化程度越高,则煤的含碳量越高。颜色越深、比重越大、硬度和光泽越强。泥煤的碳化程度最差,其结构疏松,含有大量的挥发物。无烟煤的碳化程度较高,碳含量一般在80%以上,挥发分在10%以下,结构较为致密,比重约1.50,有较高的机械强度。煤炭没有明显的结晶形态,也是无定型碳。

不同产地的无烟煤在变质程度上仍有相当大的差别。按生成的地质年代,无烟煤可分为年老无烟煤、中年无烟煤及年青无烟煤。以无烟煤的挥发分和灰分含量可将无烟煤分为无烟煤一号,无烟煤二号和无烟煤三号,如表5所列。

无烟煤是生产碳砖、碳素电极以及各种电极糊、底部糊等的重要原料,也可以用于治炼碳化硅。用于生产碳砖时对无烟煤的质量要求是:灰分不大于8%,挥发分不大于7%,硫分小于2%,水分不大于5%。

表5无烟煤的分类

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