滲透率,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有要求,而國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求很?chē)?yán)格,本文以美國(guó)炭陽(yáng)極為例,通過(guò) 改變炭陽(yáng)極中瀝青的含量,探討瀝青含量對(duì)炭陽(yáng)極理化指標(biāo)的影響。 關(guān)鍵詞:炭陽(yáng)極;理化指標(biāo);空氣滲透率;瀝青含量;配方。
1 前言
鋁電解生產(chǎn)中,炭陽(yáng)極質(zhì)量的好壞,直接影響到 電解槽的正常生產(chǎn)和鋁電解生產(chǎn)中的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì) 指標(biāo)。炭陽(yáng)極是由石油焦和殘極、與煤瀝青按一定比例混合成型后,經(jīng)高溫焙燒而成的。炭陽(yáng)極的各項(xiàng)理 化指標(biāo)是衡量陽(yáng)極質(zhì)量好壞的主要依據(jù),我國(guó)鋁電 解預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)起步比較晚,炭陽(yáng)極國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與國(guó) 際上先進(jìn)的炭陽(yáng)極質(zhì)量要求存在著差距。國(guó)際上炭 陽(yáng)極的理化指標(biāo)的測(cè)定項(xiàng)目共有 15項(xiàng),而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 中只對(duì)耐壓強(qiáng)度、電阻率、體積密度、真密度、灰分 5 項(xiàng)進(jìn)行要求。隨著出口炭陽(yáng)極的生產(chǎn),炭陽(yáng)極的理化指標(biāo)必須與國(guó)際接軌,尤其是炭陽(yáng)極的空氣滲透率,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有要求,而國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求很?chē)?yán)格。以美國(guó) 炭 陽(yáng) 極 為 例,炭 陽(yáng) 極 中 要 求 空 氣 滲 透 率 為 2～4npm。 按傳統(tǒng)的炭陽(yáng)極配方生產(chǎn)、焙燒陽(yáng)極的外觀 合格率,強(qiáng)度、電阻率、密度、空氣反應(yīng)性、CO2 反應(yīng) 性等理化指標(biāo)都比較穩(wěn)定,但空氣滲透率指標(biāo)波動(dòng) 較大。影響炭陽(yáng)極空氣滲透率的主要因素是配方中 料粉的比表面積及瀝青的用量。當(dāng)然,炭陽(yáng)極配方中 料粉的細(xì)度與用量也直接影響炭陽(yáng)極的其他理化指 標(biāo)。一般配方中細(xì)粉(小于 0.1mm)含量約占干料總 量的 30% 以上,但是這些細(xì)粉的比表面積卻占干料 總比表面積的 95% 以上。瀝青用量的多少主要決定 于配方中料粉的比表面積總和。從所周知,炭陽(yáng)極中瀝青含量過(guò)高,在焙燒過(guò)程中容易使制品變形和裂紋,嚴(yán)重時(shí)使炭陽(yáng)極表面填充料粘結(jié)。同時(shí)炭陽(yáng)極瀝 青含量過(guò)低,糊料塑性差,生坯不易成型,炭陽(yáng)極生 坯體積密度也較低。在焙燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生炭陽(yáng)極的 滲透性大、焙燒程度不夠的現(xiàn)象。 另外,瀝青含量的大小,對(duì)炭陽(yáng)極的理化指標(biāo)也有很大的影響,尤其是 對(duì)炭陽(yáng)極的空氣滲透率影響較大。因此,確定瀝青的最佳含量是很重要的。 本文通過(guò)改變炭陽(yáng)極中瀝青 的含量,探討瀝青含量對(duì)炭陽(yáng)極理化指標(biāo)的影響。
2 試驗(yàn)的理論依據(jù)
瑞士專(zhuān)家 Wernerk.Fischer,針對(duì)不同的瀝青, 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)[1],試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 1(表示炭陽(yáng) 極的 抗 熱 震 性 能)、圖 2(表 示 炭 陽(yáng) 極 的 抗 氧 化 性 能)。 圖中陰影部分為瀝青的分布。
A:瀝青含量 14%
B:瀝青含量 16%
C:瀝青含量 18%
D:瀝青含量 20%
從圖中可以看出,瀝青含量高低對(duì)炭陽(yáng)極的各 項(xiàng)理化指標(biāo)都有一定影響,影響最明顯的是炭陽(yáng)極 的 體 積 密 度、空 氣滲 透 率、電 阻 率、強(qiáng) 度、彈 性 模 量 等。為進(jìn)一步研究瀝青含量對(duì)炭陽(yáng)極性能的影響,我 們將試驗(yàn)擴(kuò)大到工業(yè)試驗(yàn)。
3 試驗(yàn)過(guò)程
根 據(jù) 瑞 士 專(zhuān) 家 Wernerk.Fischer的 小 型 試 驗(yàn) 和瑞士 R&D 專(zhuān)家布勒先生在我廠提供的多種小型配 方 試 驗(yàn),我 們 將 炭 陽(yáng) 極 瀝 青 用 量 選 定 為 15% 、15.5% 、16% 、16.5% 、四種配方進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。
圖1 炭陽(yáng)極抗熱震性能
圖2 炭陽(yáng)極抗氧化性能
3.1 生產(chǎn)試驗(yàn)技術(shù)條件要求
3.1.1 生產(chǎn)配方 我廠一直沿用傳統(tǒng)的小顆粒配方生產(chǎn),最大粒度為 4mm,此次試驗(yàn)采用 4種配方,干料粒度組成見(jiàn)表 1,原料比見(jiàn)表 2。
表 1 粒度組成
|
粒度 |
4～ 2mm |
2～ 1mm |
1～ 0mm |
粉料 |
收塵粉 |
|
% |
28 |
19 |
16 |
32 |
5 |
表2 原料配比
|
原料用量 |
配方 1 |
配方 2 |
配方 3 |
配方 4 |
|
石油焦/% |
83.5 |
84 |
84.5 |
85 |
|
瀝青/% |
16.5 |
16 |
15.5 |
15 |
表 3 煤瀝青指標(biāo)
|
項(xiàng)目 |
軟化點(diǎn)
℃ |
甲苯不溶物 % |
灰份
% |
水份
% |
揮發(fā)份
% |
喹啉不溶物 % |
|
混合瀝青 |
90-115 |
15-25 |
<0.3 |
<0.3 |
<55-63 |
<10 |
3.1.3 混捏 混捏采用單體混捏鍋進(jìn)行混捏,混捏過(guò)程工藝
條件見(jiàn)表 4。
表4混捏工藝條件
|
瀝青溫度
℃ |
干混時(shí)間
min |
濕混時(shí)間
min |
總混時(shí)間
min |
糊料溫度
℃ |
|
175～ 185 |
30 |
40 |
70 |
162～ 168 |
3.1.4 振動(dòng)成型
表5 振動(dòng)成型工藝條件
|
激振力/kN |
成型溫度/℃ |
振動(dòng)時(shí)間/min |
|
170～ 250 |
143～ 148 |
60～ 80 |
3.1.5 焙燒
在敞開(kāi)爐,采用六室運(yùn)行168h曲線。 塊溫達(dá)1080℃ 。
4 試驗(yàn)結(jié)果
4 種不同配比瀝青的炭陽(yáng)極理化指標(biāo)見(jiàn)表6
|
名 稱 |
配方 1 |
配方 2 |
配方 3 |
配方 4 |
|
平均 |
平均 |
平均 |
平均 |
|
體積密度/g· cm- 3 |
1.56 |
1.57 |
1.54 |
1.572 |
|
電阻率/µΩ· m |
59 |
55 |
59 |
56 |
|
抗彎強(qiáng)度/MPa |
8.7 |
10 |
8.49 |
9.8 |
|
耐壓強(qiáng)度/MPa |
41 |
41 |
32.16 |
39.7 |
|
揚(yáng)氏模量/GPa |
4 |
5.1 |
4.29 |
5.0 |
|
熱導(dǎo)率/W· (m· K)- 1 |
3.85 |
3.96 |
3.39 |
3.58 |
|
真密度/g· cm- 3 |
2.09 |
2.06 |
2.06 |
2.07 |
|
空氣滲透率/npm |
4.93 |
3.32 |
2.11 |
1.52 |
|
CO2反應(yīng) |
殘留/% |
90.1 |
89.2 |
88.8 |
86.4 |
|
粉塵 |
1.8 |
2.5 |
2.7 |
4.1 |
|
損失 |
8.1 |
8.3 |
8.4 |
9.5 |
|
空氣反應(yīng) |
殘留/% |
97.3 |
97.9 |
97.6 |
91.6 |
|
粉塵 |
0.1 |
0.1 |
0.2 |
1.7 |
|
損失 |
2.6 |
2.0 |
2.2 |
6.7 |
5 分析
從 試 驗(yàn) 結(jié) 果 看,瀝 青 含 量在 15% ～ 16.5% 時(shí), 炭陽(yáng)極的空氣滲透率變化最大。 空氣滲透率隨著瀝 青用量的減少而降低。 空氣滲透率是反映炭陽(yáng)極消 耗的重要質(zhì)量指標(biāo),空氣滲透率高,炭陽(yáng)極中氣孔大于 50nm 的開(kāi)孔較多,在氣體滲透炭陽(yáng)極的情況下, 炭陽(yáng)極內(nèi)部反應(yīng)引起炭陽(yáng)極表面反應(yīng)的增加,這樣 就增加了炭陽(yáng)極消耗。 影響空氣滲透率的主要因素 是配方中的料粉的比表面積和瀝青用量。因此,當(dāng)干料 配 方 不 變 時(shí),增 加 瀝 青 用 量,雖 然 糊 料 的 流 動(dòng) 性 好,生坯體積密度提高,但在焙燒過(guò)程中,瀝青的析 焦量只有 50% 左右,粘結(jié)劑揮發(fā)后,開(kāi)孔逐漸形成。造成炭陽(yáng)極的空氣滲透率增大。
6 結(jié)論
(1)從試驗(yàn)塊結(jié)果看,采用小顆粒配方,瀝青用 量在 15% ～ 16.5% ,可滿足國(guó)內(nèi)炭陽(yáng)極質(zhì)量指標(biāo)。
(2)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有對(duì)炭陽(yáng)極的空氣滲透率、微量元素進(jìn)行要求,而國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中,對(duì)炭陽(yáng)極的空氣滲透率及微量元素都有嚴(yán)格要求。我廠出口美國(guó)炭陽(yáng) 極 要 求 空 氣 滲 透 率 2～ 4npm,試 驗(yàn) 表 明:采 用 小 顆 粒 配 方,瀝 青 含 量 在 15% ～ 15.5% ,炭陽(yáng) 極 的 空 氣 滲透率較低,符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求。
(3)生產(chǎn)過(guò)程中,料粉的布郎值對(duì)炭陽(yáng)極的空氣 滲透率也有影響。
(4)混捏溫度、成型溫度對(duì)生坯的體積密度影響 較大,炭陽(yáng)極配方、焙燒溫度等工藝條件對(duì)炭陽(yáng)極理化指標(biāo)也有影響。
通過(guò)本試驗(yàn)進(jìn)一步證明,炭陽(yáng)極生產(chǎn)工藝條件的穩(wěn)定,是保證炭陽(yáng)極質(zhì)量的前提,采用小顆粒配方 時(shí),瀝 青 含 量 在 15% ～ 15.5% 時(shí),炭 陽(yáng) 極 的 各 項(xiàng) 理 化指標(biāo)可達(dá)國(guó)際炭陽(yáng)極質(zhì)量要求。瀝青含量的變化,對(duì)炭陽(yáng)極理化指標(biāo)的影響符合瑞士專(zhuān)家 Wernerk. Fischer的小型試驗(yàn)。
參考文獻(xiàn):
[1] AnodesfortheAluminum Industry[J].R&D CarbonLtd.147- 148.
