炭素工艺学——第三章原料的煅烧范例.pptx

钱湛芬 主编 冶金工业出版社 刘洪波 教授 第三章 原料的煅烧 3.1 煅烧原理 煅烧：炭素原料在隔绝空气的条件下进行高温（1200~1500℃）热处理的过程称为煅烧。 煅烧是炭素生产的预处理工序，炭素原料的元素组成和组织结构在此过程中都会发生显著变化。一般来说，煅后料比较硬、脆，便于破碎、磨粉和筛分。 3.1.1 煅烧的目的 煅烧的目的 排除水分，原料含水过多不便于破碎、磨粉和筛分。 排除挥发分，过高的挥发分，将导致生制品在焙烧过程中收缩过大。通常，在同样温度下，煅后料的真密度愈高，则愈容易石墨化。 提高原料导电性，煅烧过程中挥发分逸出和分子结构重排，使原料导电性提高。 提高原料化学稳定性和热稳定性，煅烧后原料中所含杂质排除，原料化学活性降低。同时，煅烧时在原料颗粒表面和孔壁形成的热解碳膜化学性能稳定，煅后料的抗氧化性能提升。 3.1.2 煅烧前后焦炭结构及物理化学性能的变化 3.1.2.1 煅烧前后焦炭结构的变化 未煅烧石油焦微晶的层面堆积厚度Lc和层面直径La只有几个纳米，它们随煅烧温度的升髙不断变化。 石油焦的Lc，La随煅烧温度的变化 (a),(c)热裂焦；(b),(d)热解焦 煅烧无烟煤时排出气体总量及其组成 左图为煅烧无烟煤时排出气体总量及其组成。由图可见，在700℃? 750℃间气体的排出量最大， 各种炭素原料在煅烧过程中，先后进行了热分解和热缩聚以及碳结构的重排，如下图所示。随着缩合反应的进行，发生了晶粒互相接近，导致原料因收缩而致密化，直到挥发分排尽才结束。 炭素材料在不同煅烧温度下分子平面网格的变化 (a)400℃；(b)700℃；(c)1300℃   加热制度 焦种 Lc，10-6?m La，10-6?m 层间距d002，10-6?m 5℃/h，加热至1000℃并在1000℃保温1h 热裂焦 51 20 3.46 热解焦 51 20 3.49 5℃/h，加热至700℃并在700℃保温1h，连续升温至1000℃并保温1h 热裂焦 32 18 3.54 热解焦 35 19 3.53 加热制度对石油焦微晶尺寸的影响 煅烧过程中，加热制度对煅烧料的晶体尺寸也有影晌。如下表所示，当加热到700℃保温lh后，再升温到1000℃，将使煅后焦的晶粒变小。表明在700℃附近，焦炭层而结构正经历断裂和重排。由于断裂，产生大量自由基，在此温度区间内保温，促使焦炭中交叉键增多，抑制了焦炭层而间的有序排列。 指标名称 石油焦Ⅰ 石油焦 Ⅱ 石油焦 Ⅲ 石油焦 Ⅳ 石油焦 Ⅴ 沥青焦 无烟煤Ⅰ 无烟煤Ⅱ 灰分，% 煅前 0.11 0.15 0.2 0.17 0.14 0.38 6.47 5.06 煅后 0.35 0.41 0.35 0.54 0.21 0.44 10.04 9.11 真密度，g/cm3 煅前 1.61 1.46 1.42 1.37 1.36 1.98 煅后 2.09 2.09 2.08 2.05 2.08 2.06 1.77 1.85 体积密度，g/cm3 煅前 0.9 0.82 0.93 0.99 0.94 0.8 1.35 1.35 煅后 0.97 0.99 1.11 1.13 1.15 0.8 1.61 1.59 机械强度，MPa 煅前 3.63 3.00 2.24 6.02 8.72 1.14 13.00 煅后 5.13 4.08 5.72 7.63 7.94 16.8 3.19 硫分，% 煅前 0.51 0.40 0.17 1.09 0.38 0.27 0.73 0.41 煅后 0.58 0.57 0.19 1.26 0.42 0.25 0.84 0.73 挥发物，% 煅前 2.23 3.23 5.79 11.71 14.95 0.55 7.43 6.31 水分，% 煅前 0.95 1.97 0.28 0.34 6.5 0.06 0.49 0.33 煅后体积收缩，% 13.0 14.6 21.5 28.5 25.5 1.25 25.5 23.9 煅后粉料电阻率 511 493 487 480 523 791 1074 1022 3.1.2.2 煅烧前后焦炭物理化学性质的变化 我国各种原料煅烧前后的理化指标 在煅烧过程中，焦炭的物理化学性质将发生明显的变化。 热裂石油焦性质随煅烧温度的变化 1—挥发分排出量；2—电阻率；3—相对收缩；4—真密度 煅烧后焦炭氢含量发生变化，其中在1000℃~1300℃温度范围内，焦炭的氢含量几乎减少了90%。对大部分炭素原料来说，氢含量降低到0.05%的温度为最佳煅烧温度。 热裂焦的真密度、氢含量与煅烧温度的关系 煅烧温度，℃ 真密度，g/cm3 含氢量，% 1000 1.956 0.332 1100 2.037 0.188 煅烧温度，℃ 真密度，g/cm3 含氢量，%