煅后焦外觀粒度和光澤不同對性能指標的影響

王冉 崔剛

摘要：研究了石油焦煅燒后煅后焦粒度不同和煅燒過程中形成熱解炭膜的光澤不同對煅后焦性能指標的影響。本文著重對12～50mm、5～12mm、1～5mm和0～1mm四種原始粒度煅后焦的真密度和粉末比電阻測定，同時對熱解炭膜光澤不同煅后焦的振實密度、抗氧化性和瀝青浸潤率的測定，驗證了煅后焦粒度不同和熱解炭膜光澤不同對煅后焦各項性能指標的影響。

關鍵詞：煅后焦;粒度;熱解炭膜;性能指標

Abstract： The effects of different particle size of calcined coke and different luster of pyrolytic carbon film formed during calcination on the performance index of calcined coke were studied. In this paper， the true density and specific resistance of calcined coke with original particle size of 12 ～ 50mm， 5 ～ 12mm， 1 ～ 5mm and 0 ～ 1mm were measured， and the vibration density， oxidation resistance and pitch infiltration rate of calcined coke with different luster of pyrolytic carbon film were measured， the effects of different particle size of calcined coke and different luster of pyrolytic carbon film on various performance indexes of calcined coke were verified.

Key words： Calcined coke; particle Size; pyrolytic carbon membrane; performance index

煅后焦是石油焦在隔絕空氣的條件下進行高溫（1050-1350℃）熱處理，排除石油焦中的水分和揮發分，提高石油焦的密度、機械強度、導電性和抗氧化性等一系列物理化學變化后的產品。煅后焦質量的波動，直接影響混捏、成型和焙燒等工藝，最終影響預焙陽極的各項指標。在煅燒過程中，石油焦由于熱解而逸出碳氫化合物（揮發分），當逸出通道不暢通時，會在焦炭顆粒表面和孔壁上熱解炭化沉積，使焦炭顆粒產生銀灰色光澤（光澤炭）或變黑（炭黑）[1]。

煅后焦不同原始粒度和煅燒過程中形成熱解炭膜的光澤不同對煅后焦性能指標影響等方面的研究比較少。本文以32罐8層火道順流式罐式煅燒爐的中間1組排料為研究對象，火道溫度控制參數為：首層1200℃～1280℃，三層1250℃～1350℃，六層1180℃～1250℃，八層1150℃以下。主要驗證了在石油焦料源、溫度控制和排料速度等相同條件下，煅后焦因原始粒度不同和熱解炭膜的光澤不同對煅后焦性能指標（包括真密度、粉末比電阻、振實密度、抗氧化性和瀝青浸潤率）的影響。

1 性能指標測定

1.1 測定原料

測定石油焦原料指標見表1，煅后焦不同粒度的平均比例見表2，瀝青指標見表3。

1.2 煅后焦原始粒度不同對性能指標影響測定的準備

在同一煅燒爐同一組連續30天定時定點每次取樣500g。首先將每份煅后焦原始樣先篩分出（12mm～50mm、5mm～12mm、1mm～5mm和0mm～1mm）四種不同粒度后，再分別進行破碎和篩分：真密度測試需粒度為小于0.15mm，稱取質量分別為3g;粉末比電阻測試需粒度為0.5～1.0mm，稱取質量分別為15g。

1.3 熱解炭膜光澤不同對性能指標影響測定的原料準備

1.3.1 振實密度測定準備

兩種同等原始粒度的煅后焦分別破碎、篩分，粒度為5～12mm、1～5mm和0～1mm，稱取質量分別為100g，各準備3份，共9份試樣。

1.3.2 抗氧化性測定準備

兩種煅后焦分別破碎、篩分，粒度為1～1.4mm，稱取質量分別為5g，各準備3份，共9份試樣。

1.3.3 瀝青浸潤率測定準備

1.3.3.1 兩種煅后焦分別破碎、篩分，粒度為0.5～1mm，稱取質量分別為30g，各準備3份，共6份試樣。

1.3.3.2 瀝青為槽瀝青取樣冷卻后破碎、篩分，粒度為0.5～1mm，稱取質量分別為1g，共6份試樣;準備100mL的燒杯6個。

1.4 性能指標測定方法

煅后焦真密度通過“煮水排氣法”進行測定;粉末比電阻通過ISPC-15N型粉末電阻率測定儀進行測定;振實密度通過GZ-85型水泥膠砂振動臺進行測定;空氣反應性通過ALC-24型煅后焦空氣反應性測定儀進行測定;CO2反應性通過ALC-23型煅后焦CO2反應性測定儀進行測定;據相關文獻[2-3]，瀝青對煅后焦顆粒浸潤率（W）的測定方法：稱取30g粒度為0.5～1mm的煅后焦顆粒（M）置于燒杯中并振實，在煅后焦顆粒頂層壓出（頂面直徑20mm、底面直徑15mm、深度5mm）凹槽，稱取1g粒度為0.5～1mm的瀝青顆粒（M1）加入到凹槽中，并把燒杯放入到烘箱中間位置按升溫曲線到180℃后保溫3h，瀝青完全被浸潤到煅后焦顆粒中，取出后放入干燥器內冷卻至室溫，稱量煅后焦顆粒未與瀝青黏結的質量（M2）。

瀝青浸潤率的計算方法為：

W=（M - M2）/ M1

W—浸潤率/g/g（在相同的溫度、保溫時間和煅后焦粒度條件下單位質量的瀝青能夠黏結煅后焦顆粒質量的比值）;M—煅后焦顆粒的質量/g;M2—煅后焦顆粒未與瀝青黏結的質量/g;M1—瀝青的質量/g。

瀝青浸潤率測定示意圖見圖1。

2 性能指標測定結果

2.1 煅后焦原始粒度不同對真密度和粉末比電阻性能指標的影響：測定結果見表4

2.2 煅燒過程中形成熱解炭膜的光澤不同對煅后焦各性能指標的影響

2.2.1 對振實密度性能指標的影響：測定結果見表5

2.2.2 對抗氧化性能指標的影響：測定結果見表6

2.2.3 對瀝青浸潤率性能指標的影響：測定結果見表7

3 結論

通過對鋁用炭素預焙陽極生產用石油焦，在相同煅燒條件下，原始粒度不同和煅燒過程中產生的熱解炭膜光澤不同對煅后焦各項性能指標綜合分析驗證后得出如下結論：

3.1 煅后焦四種不同原始粒度的真密度和粉末比電阻綜合性能指標從高到低的排序依次為5mm～12mm、1mm～5mm、12mm～50mm和0mm～1mm。（1）實驗中原料粒度過大或過細在相同煅燒條件下都影響煅后焦質量，因此在石油焦煅燒前的破碎粒度控制尤為重要，一般建議破碎間隙控制到50mm以下，最多不超過70mm;（2）在石油焦原料采購中的粒度應加強控制，尤其是粉焦量指標，目前在石油焦行業標準《預焙陽極用石油焦原料技術要求》YS/T 843—2012中對石油焦粉焦量有要求，但實際石油焦原料采購過程中，因市場等原因很少按行業標準要求執行，炭素生產企業也深受其害，因此石油焦粉焦量及總體粒度在企業承受范圍內應加強控制尤為重要。

3.2 煅燒過程中形成熱解炭膜光澤不同的兩種煅后焦按照5mm～12mm、1mm～5mm和0mm～1mm三級粒度各項性能指標綜合對比后：（1）振實密度指標區別不大;（2）CO2反應性和空氣反應抗氧化性能指標黑色優于銀灰色熱解炭膜光澤的煅后焦;（3）瀝青浸潤率指標銀灰色優于黑色熱解炭膜光澤的煅后焦。（4）通過對比表面黑色光澤煅后焦的瀝青浸潤率低于銀灰色光澤煅后焦（正常煅后焦顏色），而在鋁用預焙陽極生產中瀝青的浸潤性指標很重要，瀝青浸潤率對成型糊料塑性、生坯體積密度、抗壓強度以及熟塊的各項指標都有一定影響。因此應加強對煅燒爐清爐周期及清理質量的管控，讓石油焦熱解逸出碳氫化合物（揮發分）時逸出通道暢通，減少表面黑色光澤煅后焦的產生量。

參考文獻：

[1]李憲磊，楊靜，杜濱濱，等.預焙陽極電阻率的影響因素分析與探討[J].炭素技術，2010.29（6）：43-47.

[2]陳凱斌，劉鳳琴，羅英濤，等.煤瀝青流變性和煤瀝青對碳素骨料焦浸潤性的研究[J].炭素技術，2009，28（2）：20-23.

[3]肖勁，包虹光，鄧松云，等.石油焦煅燒過程中熱解炭膜的形成及其對煅后焦性能的影響[J].炭素技術，2014，33（2）：9-12.