煅后焦外观粒度和光泽不同对性能指标的影响

王冉 崔刚

摘要：研究了石油焦煅烧后煅后焦粒度不同和煅烧过程中形成热解炭膜的光泽不同对煅后焦性能指标的影响。本文着重对12～50mm、5～12mm、1～5mm和0～1mm四种原始粒度煅后焦的真密度和粉末比电阻测定，同时对热解炭膜光泽不同煅后焦的振实密度、抗氧化性和沥青浸润率的测定，验证了煅后焦粒度不同和热解炭膜光泽不同对煅后焦各项性能指标的影响。

关键词：煅后焦;粒度;热解炭膜;性能指标

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绝空气的条件下进行高温（1050-1350℃）热处理，排除石油焦中的水分和挥发分，提高石油焦的密度、机械强度、导电性和抗氧化性等一系列物理化学变化后的产品。煅后焦质量的波動，直接影响混捏、成型和焙烧等工艺，最终影响预焙阳极的各项指标。在煅烧过程中，石油焦由于热解而逸出碳氢化合物（挥发分），当逸出通道不畅通时，会在焦炭颗粒表面和孔壁上热解炭化沉积，使焦炭颗粒产生银灰色光泽（光泽炭）或变黑（炭黑）[1]。

煅后焦不同原始粒度和煅烧过程中形成热解炭膜的光泽不同对煅后焦性能指标影响等方面的研究比较少。本文以32罐8层火道顺流式罐式煅烧炉的中间1组排料为研究对象，火道温度控制参数为：首层1200℃～1280℃，三层1250℃～1350℃，六层1180℃～1250℃，八层1150℃以下。主要验证了在石油焦料源、温度控制和排料速度等相同条件下，煅后焦因原始粒度不同和热解炭膜的光泽不同对煅后焦性能指标（包括真密度、粉末比电阻、振实密度、抗氧化性和沥青浸润率）的影响。

1 性能指标测定

1.1 测定原料

测定石油焦原料指标见表1，煅后焦不同粒度的平均比例见表2，沥青指标见表3。

1.2 煅后焦原始粒度不同对性能指标影响测定的准备

在同一煅烧炉同一组连续30天定时定点每次取样500g。首先将每份煅后焦原始样先筛分出（12mm～50mm、5mm～12mm、1mm～5mm和0mm～1mm）四种不同粒度后，再分别进行破碎和筛分：真密度测试需粒度为小于0.15mm，称取质量分别为3g;粉末比电阻测试需粒度为0.5～1.0mm，称取质量分别为15g。

1.3 热解炭膜光泽不同对性能指标影响测定的原料准备

1.3.1 振实密度测定准备

两种同等原始粒度的煅后焦分别破碎、筛分，粒度为5～12mm、1～5mm和0～1mm，称取质量分别为100g，各准备3份，共9份试样。

1.3.2 抗氧化性测定准备

两种煅后焦分别破碎、筛分，粒度为1～1.4mm，称取质量分别为5g，各准备3份，共9份试样。

1.3.3 沥青浸润率测定准备

1.3.3.1 两种煅后焦分别破碎、筛分，粒度为0.5～1mm，称取质量分别为30g，各准备3份，共6份试样。

1.3.3.2 沥青为槽沥青取样冷却后破碎、筛分，粒度为0.5～1mm，称取质量分别为1g，共6份试样;准备100mL的烧杯6个。

1.4 性能指标测定方法

煅后焦真密度通过“煮水排气法”进行测定;粉末比电阻通过ISPC-15N型粉末电阻率测定仪进行测定;振实密度通过GZ-85型水泥胶砂振动台进行测定;空气反应性通过ALC-24型煅后焦空气反应性测定仪进行测定;CO2反应性通过ALC-23型煅后焦CO2反应性测定仪进行测定;据相关文献[2-3]，沥青对煅后焦颗粒浸润率（W）的测定方法：称取30g粒度为0.5～1mm的煅后焦颗粒（M）置于烧杯中并振实，在煅后焦颗粒顶层压出（顶面直径20mm、底面直径15mm、深度5mm）凹槽，称取1g粒度为0.5～1mm的沥青颗粒（M1）加入到凹槽中，并把烧杯放入到烘箱中间位置按升温曲线到180℃后保温3h，沥青完全被浸润到煅后焦颗粒中，取出后放入干燥器内冷却至室温，称量煅后焦颗粒未与沥青黏结的质量（M2）。

沥青浸润率的计算方法为：

W=（M - M2）/ M1

W—浸润率/g/g（在相同的温度、保温时间和煅后焦粒度条件下单位质量的沥青能够黏结煅后焦颗粒质量的比值）;M—煅后焦颗粒的质量/g;M2—煅后焦颗粒未与沥青黏结的质量/g;M1—沥青的质量/g。

沥青浸润率测定示意图见图1。

2 性能指标测定结果

2.1 煅后焦原始粒度不同对真密度和粉末比电阻性能指标的影响：测定结果见表4

2.2 煅烧过程中形成热解炭膜的光泽不同对煅后焦各性能指标的影响

2.2.1 对振实密度性能指标的影响：测定结果见表5

2.2.2 对抗氧化性能指标的影响：测定结果见表6

2.2.3 对沥青浸润率性能指标的影响：测定结果见表7

3 结论

通过对铝用炭素预焙阳极生产用石油焦，在相同煅烧条件下，原始粒度不同和煅烧过程中产生的热解炭膜光泽不同对煅后焦各项性能指标综合分析验证后得出如下结论：

3.1 煅后焦四种不同原始粒度的真密度和粉末比电阻综合性能指标从高到低的排序依次为5mm～12mm、1mm～5mm、12mm～50mm和0mm～1mm。（1）实验中原料粒度过大或过细在相同煅烧条件下都影响煅后焦质量，因此在石油焦煅烧前的破碎粒度控制尤为重要，一般建议破碎间隙控制到50mm以下，最多不超过70mm;（2）在石油焦原料采购中的粒度应加强控制，尤其是粉焦量指标，目前在石油焦行业标准《预焙阳极用石油焦原料技术要求》YS/T 843—2012中对石油焦粉焦量有要求，但实际石油焦原料采购过程中，因市场等原因很少按行业标准要求执行，炭素生产企业也深受其害，因此石油焦粉焦量及总体粒度在企业承受范围内应加强控制尤为重要。

3.2 煅烧过程中形成热解炭膜光泽不同的两种煅后焦按照5mm～12mm、1mm～5mm和0mm～1mm三级粒度各项性能指標综合对比后：（1）振实密度指标区别不大;（2）CO2反应性和空气反应抗氧化性能指标黑色优于银灰色热解炭膜光泽的煅后焦;（3）沥青浸润率指标银灰色优于黑色热解炭膜光泽的煅后焦。（4）通过对比表面黑色光泽煅后焦的沥青浸润率低于银灰色光泽煅后焦（正常煅后焦颜色），而在铝用预焙阳极生产中沥青的浸润性指标很重要，沥青浸润率对成型糊料塑性、生坯体积密度、抗压强度以及熟块的各项指标都有一定影响。因此应加强对煅烧炉清炉周期及清理质量的管控，让石油焦热解逸出碳氢化合物（挥发分）时逸出通道畅通，减少表面黑色光泽煅后焦的产生量。

参考文献：

[1]李宪磊，杨静，杜滨滨，等.预焙阳极电阻率的影响因素分析与探讨[J].炭素技术，2010.29（6）：43-47.

[2]陈凯斌，刘凤琴，罗英涛，等.煤沥青流变性和煤沥青对碳素骨料焦浸润性的研究[J].炭素技术，2009，28（2）：20-23.

[3]肖劲，包虹光，邓松云，等.石油焦煅烧过程中热解炭膜的形成及其对煅后焦性能的影响[J].炭素技术，2014，33（2）：9-12.