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煤系针状焦生产技术研究 王素秋 贾昌涛 王恩阁 沿海化工(鞍山)有限公司 1．前言 针状焦是制造高级石墨电极的主要原料。按原料不同分为油系针状焦和煤系针状焦 两种。以石油重油为原料生产的针状焦为油系，以煤焦油馏分为原料生产的针状焦为煤 系。两种针状焦生产工艺不完全相同，但用途基本相同。 美国在五十年代后期首先掌握了石油系针状焦的生产技术。由于石油加工趋向催化 裂化等轻质化深加工方向发展，致使油系针状焦原料减少。加之七十年代两次石油危机， 更使人们感到原料供应的不稳定。于是，七十年代以来，日本、德国等国家均致力于丌 发煤系针状焦技术。一九七九年．日本煤系针状焦实现工业化生产。使油系和煤系针状 焦共存市场。 国内针状焦技术开发工作启步较晚。近年随着国内电炉炼钢工业的发展和电极生产 技术水平的提高，针状焦需求量逐年增加，针状焦生产技术开发也有了较大进展。九十 年代中期煤系针状焦和石油系针状焦工业化装置先后建成并投入生产。 本文对煤系针状焦生产技术情况做简要介绍。 2．生产技术概要 大功率电弧炉对高功率、超高功率电极的质量要求是能耐大电流引起的强烈冲击。 因而，作为电极的主要原料针状焦的结晶度要好，热膨胀系数(CTE)要低。 根据针状焦的这一特殊要求，沿海化工针状焦制造工艺设计了原料予处理、延迟焦 化、煅烧三个工序(工艺流程见图1)。选定的原料主渠道是鞍钢焦化厂的煤焦油沥青及 其馏分。 ———叶l蒸馏H缩聚H焦化H煅烧H盛虽壑薹I 煤焦型-隧盈岖霾习—岖圈习—岖西习—岖圈 图l煤系针状焦工艺流程示意图 下面分别介绍各工序情况。 2．1原料予处理 2．1．1原料予处理目的 国内外的研究表明：几乎不含喹啉不溶物的煤沥青经过热处理能生成光学上各向异 性的中间相小球体。小球体经出生、成长、融并、解体逐步形成具有连续性流动态的中 间相沥青。中间相沥青进一步取向。成为具有一定纹理走向的半焦(见图2)。 锣 ≮≯ 曩丛：盟9堍 赫 唆礤醪、黪 鲢漤—勃一移 一 中舯幅秭青 半鼻 图2沥青经中间相生成半焦的示意图 研究认为，煤沥青在一定加热条件下，沥青分子通过低聚和脱氢缩聚反应，首先生 成分子量较大的苯不溶分(BI)，然后再生成分予量更大的喹啉不溶物(QI)，从而形成 平面状大分子的缩聚物。分子量越大，分子间的范德华力也越强，促使这些平面状大分 子聚集而缔合又经过晶核形成过程，从而形成更大的小球。小球是光学各向异性的，而 生成小球的沥青母体是各向同性的，小球体一旦形成，在偏光显微镜下就能见到。初生 的小球体系的表面能最小。这样的小球比形成它们的各向同性分子量低的母相沥青表面 张力大。因此，两个小球相遇时。平面状大分子层面彼此插入，开始融并，使体系处于 更稳定的热力学状态，融并后仍成球形，以保持体系的最低表面自由能。小球经多次融 并，直径逐渐变大。当直径大到表面张力难以维持其球状时，球状开始解体，成为一团 一片的连续性流动态组织，称为相交。这种由沥青小球体解体着之后形成的物质，称为 中间相。组成小球体的物质，也是一种中间相物质，所以称中间相小球体。中l刈相小球 体是针状焦取向成焦的基本物质。 但是，如果煤沥青中含有一定的喹啉不溶物等杂质，它们将附着在中间相周围，阻 碍着球状晶体的长大、融并。焦化后也不能得到纤维结构良好的针状焦组织。 因此，对煤沥青原料进行予处理，首先除去其中的有害小球体生长的喹啉不溶物， 然后再经热处理进行组分调制．获得满足针状焦生产需要的原料，是原料予处理的目的． 也是用煤沥青生产针状焦的必要条件。 2．1．2原料予处理方法 据文献报道，煤系针状焦有不同的制取方法。如蒸馏法、离心法、溶剂法、改质法 等。各种不同的方法，主要指对原料的处理方法。几乎所有的方法都是围绕着这一技术 关键而构思并取得成果。 沿海化工针状焦生产采用改