一种针状焦煅烧工艺的制作方法

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1.本发明属于针状焦生产技术领域，更具体地涉及一种针状焦煅烧工艺。


背景技术：

2.由针状焦制成的碳素制品具有结晶度高、纯度高、烧蚀量低、cte低，所以是制造高功率电极和超高功率电极的主要优质原料，针状焦的质量决定着电极的材料性能。
3.针状焦的主要性能指标有真密度、强度、电阻率、热膨胀系数等，硫含量、氮含量、灰分等指标对电极的性能有较大影响。
4.真密度表明针状焦的致密程度和晶格排列规整程度，同时表征煅烧程度，通常针状焦熟焦的真密度≥2.13g/cm3。针状焦的s、n含量是造成电极气涨，产生裂纹的主要原因，熟焦要求s含量≤0.5％，n含量≤0.5％。
5.现在用于针状焦煅烧工艺为回转窑、回转床工艺，该工艺有以下缺点：针状焦收率较低，一般为70％
‑
75％；煅后焦粒度较差，粒度指标一般为3.5mm以上的占30％以上，1mm以下的不大于10％，振实密度0.8g/cm3。
6.专利号为201810989595.6的国家发明专利公开了一种通过罐式炉煅烧针状焦的新工艺，采用罐式炉对生焦进行煅烧，针状焦生焦装入罐式炉，罐式炉使用燃料气进行助燃，针状焦由上而下慢慢升温煅烧，在炉内停留40～60小时，同时由于自身重力的作用，在针状焦煅烧重排的过程中使其在不破坏粒度的前提下增加颗粒强度及振实密度。
7.虽然该法对真密度和振实密度有了一定的提高，但是仍然存在煅后焦颗粒强度不足的现象，仍需要进一步的提高煅后焦的颗粒强度和真密度。


技术实现要素：

8.为解决上述问题，克服现有技术的不足，本发明提供了一种针状焦煅烧工艺，能够有效的解决颗粒强度和真密度不足的问题。
9.本发明解决上述技术问题的具体技术方案为：针状焦煅烧工艺，其特征在于，利用箱式炉对生焦进行煅烧，包括预热升温工序、缓冲升温工序和高温煅烧工序；
10.所述预热升温工序包括将预处理后的生焦从450℃以2℃/min升温速度升温，达到1000℃后恒温1h；
11.所述缓冲升温工序包括从1000℃以5℃/min升温速度升温，达到1350℃后恒温1h；
12.所述高温煅烧工序包括从1350℃以2℃/min升温速度升温，达到1400℃后恒温1h。
13.进一步的，所述的预热升温工序还包括预处理工序，所述预处理工序包括将生焦从室温以升温速度为10℃/min升温至450℃。
14.进一步的，所述的箱式炉采用硅钼棒进行加热，测温热偶采用刚玉进行包裹保护，采用间歇生产的方式运行。
15.进一步的，所述箱式炉采用间歇生产的正压加热方式运行，压力为20
‑
500pa。
16.进一步的，所述间歇生产的正压加热方式为：在预处理工序之前从箱式炉的4支注
气点注氩气，用氩气置换炉膛内空气，氩气进气量为2
‑
10m3/h。
17.进一步的，所述高温煅烧工序后还包括后处理升温工序，所述后处理升温工序从高温煅烧工序的1400℃以2℃/min升温速度升温，达到1450℃后恒温1h。
18.进一步的，所述高温煅烧工序后还包括后处理升温工序，所述后处理升温工序从高温煅烧工序的1400℃以2℃/min升温速度升温，达到1450℃后以10℃/min降温，降至1350℃，然后再按照2℃/min进行升温，升温至1450℃，恒温1h。
19.本发明的有益效果是：
20.(1)本发明采用由室温梯度升温至450℃，能够保护针状焦的纤维结构，减少焦炭表面的大直径孔隙，提高针状焦的真密度，针状焦的晶面结构得到了改善，具有优越的真密度，微观碳层面区域平行化，面间距减少，并且更易石墨化；
21.(2)本发明采用缓冲升温工序工艺，避免了箱式炉采用硅钼棒进行间歇加热，加热元件和测温热偶在特定的温度区域内存在膨胀和收缩现象，造成加热元件和测温热偶的变形、弯曲、断裂，缩短使用寿命，加热元件或测温热偶断裂后会造成其他加热区域负荷突然增大，最终影响产品品质的问题；
22.(3)本发明在1400℃节点上恒温1h，意外地发现能够有效降低煅后焦的氮含量，并进一步提高其真密度，有利于提高超高功率电极的抗折强度、导电性能，降低其热膨胀系数；
23.(4)后处理升温工序采用了降温的手段，提高煅后焦的颗粒强度，进一步提高其真密度，解决传统煅烧工艺的煅后焦颗粒强度不足的现象，特别是预处理工序与后处理升温工序的结合，保证上述效果的实现。
附图说明：
24.附图1是本发明对比例1煅后焦偏光照片图；
25.附图2是本发明实施例1煅后焦偏光照片图；
26.附图3是本发明对比例3箱式炉结构图；
27.附图4是本发明实施例1箱式炉结构图。
具体实施方式：
28.在本发明的描述中具体细节仅仅是为了能够充分理解本发明的实施例，但是作为本领域的技术人员应该知道本发明的实施并不限于这些细节。另外，公知的结构和功能没有被详细的描述或者展示，以避免模糊了本发明实施例的要点。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.本发明的具体实施方式：
30.实施例1:
31.针状焦煅烧工艺，利用箱式炉对生焦进行煅烧，从箱式炉的4支注气点注氩气，用氩气置换炉膛内空气，氩气进气量为2
‑
10m3/h，箱式炉采用硅钼棒进行加热，测温热偶采用刚玉进行包裹保护，采用间歇生产的正压加热方式运行，压力为20
‑
500pa，运行包括预处理工序、预热升温工序、缓冲升温工序、高温煅烧工序和后处理升温工序；
32.所述预处理工序包括将生焦从室温以升温速度为10℃/min升温至450℃；
33.所述预热升温工序包括将预处理后的生焦从450℃以2℃/min升温速度升温，达到1000℃后恒温1h；
34.所述缓冲升温工序包括从1000℃以5℃/min升温速度升温，达到1350℃后恒温1h；
35.所述高温煅烧工序包括从1350℃以2℃/min升温速度升温，达到1400℃后恒温1h。
36.所述后处理升温工序从高温煅烧工序的1400℃以2℃/min升温速度升温，达到1450℃后恒温1h。
37.针状焦煅烧完成后，冷却降温，加大进气量，自然冷却降温至100℃以下，关闭气源，方可出炉。
38.作为另一实施例的实施例2:
39.针状焦煅烧工艺，利用箱式炉对生焦进行煅烧，从箱式炉的4支注气点注氩气，用氩气置换炉膛内空气，氩气进气量为2
‑
10m3/h，箱式炉采用硅钼棒进行加热，测温热偶采用刚玉进行包裹保护，采用间歇生产的正压加热方式运行，压力为20
‑
500pa，运行包括预处理工序、预热升温工序、缓冲升温工序、高温煅烧工序和后处理升温工序；
40.所述预处理工序包括将生焦从室温以升温速度为10℃/min升温至450℃；
41.所述预热升温工序包括将预处理后的生焦从450℃以2℃/min升温速度升温，达到1000℃后恒温1h；
42.所述缓冲升温工序包括从1000℃以5℃/min升温速度升温，达到1350℃后恒温1h；
43.所述高温煅烧工序包括从1350℃以2℃/min升温速度升温，达到1400℃后恒温1h。
44.所述后处理升温工序从高温煅烧工序的1400℃以2℃/min升温速度升温，达到1450℃后以10℃/min降温，降至1350℃，然后再按照2℃/min进行升温，升温至1450℃，恒温1h。
45.针状焦煅烧完成后，冷却降温，加大进气量，自然冷却降温至100℃以下，关闭气源，方可出炉。
46.为了更加直观的展现本发明的预处理工艺优势，特以本发明采用预处理工艺方法和相同工艺采用等效替换的方法进行对比，
47.对比例1：
48.制备方法同实施例1，所不同的是：本对比例的制备过程中，预处理工艺采用于，生焦在800℃高温烟气烘干后，水分≤3％，
49.对比例2：
50.制备方法同实施例1，所不同的是：本对比例的制备过程中，预处理工艺采用于，生焦在450℃高温烟气烘干后，水分≤3％，
51.试验结果如下：
52.表1：不同预处理工艺对于煅后焦产品品质影响
[0053] 处理过程样品名称硫含量％氮含量％挥发分％水分％灰分％真密度g/cm3实施例1室温
‑
450℃梯度升温煅后焦0.20.370.350.10.12.16对比例1直接升温至800℃煅后焦0.210.370.50.10.122.14对比例2直接升温至450℃煅后焦0.20.360.470.10.122.141
[0054]
由表1数据分析可知：
[0055]
本发明采用由室温梯度升温至450℃，能够保护针状焦的纤维结构，减少焦炭表面
的大直径孔隙，提高针状焦的真密度，针状焦的晶面结构得到了改善，具有优越的真密度，微观碳层面区域平行化，面间距减少，并且更易石墨化。从两组偏光显微照片可以看出经过室温
‑
450℃梯度升温的处理，纤维结构得到了很好的保留，经过煅后焦真密度提高到了2.16，挥发分降到了0.35％。
[0056]
这可能是由于直接升温至450或800℃，水分、挥发分大量逸出，破坏针状焦的纤维结构，减少焦炭表面的大直径孔隙，改善针状焦的晶面结构。从偏光照片可以看出，直接升温至800℃的煅后焦气孔多，纤维结构遭到了大量的破坏，且真密度低，挥发分高。
[0057]
为了更加直观的展现本发明的缓冲升温工序工艺优势，特以本发明采用缓冲升温工序方法和相同工艺采用等效替换的方法进行对比，
[0058]
对比例3：
[0059]
制备方法同实施例1，所不同的是：本对比例的制备过程中，将缓冲升温工序修改为直接升温至1400℃；
[0060]
对比例4：
[0061]
制备方法同实施例1，所不同的是：本对比例的制备过程中，取消缓冲升温工序；且箱式炉替换成回转窑或回转床；
[0062]
对比例5：
[0063]
制备方法同实施例1，所不同的是：本对比例的制备过程中，取消缓冲升温工序；且箱式炉替换成负压的罐式炉；
[0064]
具体的，将生焦从室温以升温速度为10℃/min升温至450℃；水分≤3％，经斗提进入煅前仓，物料冷却至100℃以下，经煅前上料斗提提升至罐式炉顶布料机后向各罐式炉自动加料，通过调整各火道负压，将预处理后的生焦从450℃以2℃/min升温速度升温，达到1000℃后恒温1h；从1000℃以2℃/min升温速度升温，达到1400℃后恒温1h；1400℃以2℃/min升温速度升温，达到1450℃后恒温1h。
[0065]
本发明和对比例3
‑
5对比例可知：
[0066]
本发明的箱式炉采用硅钼棒进行加热，测温热偶采用刚玉进行包裹保护，并且属于间歇生产，需要经常的升降温，由于其加热元件和测温热偶在特定的温度区域内存在膨胀和收缩现象，详见附图3；而类似的煅烧设备中回转炉、罐式炉不存在这样的现象。
[0067]
如作为对比的对比例4和对比例5，回转窑、回转床或罐式炉不存在经常的升降温，加热元件和测温热偶在特定的温度区域内不存在膨胀和收缩现象，因此，取消缓冲升温工序对设备的影响不大。
[0068]
而对比例3来说，箱式炉采用硅钼棒进行加热，采用间歇生产的正压加热方式运行，直接升温至1400℃对加热元件和测温热偶损害较大，会造成加热元件和测温热偶的变形、弯曲、断裂，缩短使用寿命，加热元件或测温热偶断裂后会造成其他加热区域负荷突然增大，最终影响产品品质，详见附图4。
[0069]
为了更加直观的展现本发明的高温煅烧工序工艺优势，特以本发明采用缓冲升温工序方法和相同工艺采用等效替换的方法进行对比，
[0070]
对比例6：
[0071]
制备方法同实施例1，所不同的是：本对比例的制备过程中，所述高温煅烧工序替换成从1350℃以2℃/min升温速度升温，达到1450℃后恒温1h。
[0072]
表2：不同高温煅烧工序对于煅后焦产品品质影响
[0073] 样品名称硫含量％氮含量％挥发分％水分％灰分％真密度g/cm3实施例1煅后焦0.20.370.350.10.12.16对比例6煅后焦0.20.510.320.060.152.145
[0074]
根据上述数据分析可知：从表中可以看出，经过1350
‑
1400梯度升温，在1400℃节点上恒温1h，煅后焦的氮含量更低，
[0075]
而作为对比的对比例6由于直接升温至1450℃，煅后焦中的氮含量超标，会导致超高功率石墨电极制作过程中出现“晶胀”现象，造成电极开裂、产品不合格；
[0076]
在1400℃节点上恒温1h，意外地发现能够有效降低煅后焦的氮含量，并进一步提高其真密度，有利于提高超高功率电极的抗折强度、导电性能，降低其热膨胀系数。
[0077]
为了更加直观的展现本发明的后处理升温工序工艺优势，特以本发明实施例1和实施例2进行对比，
[0078]
表3：不同后处理升温工序对于煅后焦产品品质影响
[0079] 样品名称硫含量％氮含量％挥发分％水分％灰分％真密度g/cm3颗粒强度％实施例2煅后焦0.140.350.320.080.092.17533.6实施例1煅后焦0.20.370.350.10.12.1629.6
[0080]
根据上述数据分析可知：从表中可以看出，实施例2中，后处理升温工序采用了降温的手段，真密度从2.16g/cm3提高至2.175g/cm3，特别是颗粒强度从29.6％提高至33.6％。
[0081]
这样解决传统煅烧工艺的煅后焦颗粒强度不足的现象，提高煅后焦的颗粒强度，进一步提高其真密度。
[0082]
为了更加直观的展现本发明的预处理工序对后处理升温工序影响的工艺优势，特以本发明实施例1和实施例2进行对比，
[0083]
对比例7：
[0084]
制备方法同实施例2，所不同的是：预处理工艺采用于，生焦直接升温至450℃，高温烟气烘干后，水分≤3％，
[0085]
表4：预处理工序对后处理升温工序影响
[0086] 样品名称硫含量％氮含量％挥发分％水分％灰分％真密度g/cm3颗粒强度％实施例1煅后焦0.20.370.350.10.12.1629.6实施例2煅后焦0.140.350.320.080.092.17533.6对比例7煅后焦0.210.370.40.20.122.15927.1
[0087]
根据上述数据分析可知：
[0088]
对比例7中后处理升温工序中虽然也采用了降温的手段，但是颗粒强度仅仅只有27.1％，比没有后处理升温工序的实施例1的29.6％还低，
[0089]
这可能是由于生焦直接升温至450℃，水分、挥发分大量逸出，破坏针状焦的纤维结构，减少焦炭表面的大直径孔隙，这样的针状焦的纤维结构，无法抵抗降温的手段强度，反而进一步的破坏针状焦的纤维结构导致的，最终颗粒强度仅仅只有27.1％。
[0090]
综上所述：
[0091]
(1)本发明采用由室温梯度升温至450℃，能够保护针状焦的纤维结构，减少焦炭
表面的大直径孔隙，提高针状焦的真密度，针状焦的晶面结构得到了改善，具有优越的真密度，微观碳层面区域平行化，面间距减少，并且更易石墨化；
[0092]
(2)本发明采用缓冲升温工序工艺，避免了箱式炉采用硅钼棒进行间歇加热，加热元件和测温热偶在特定的温度区域内存在膨胀和收缩现象，造成加热元件和测温热偶的变形、弯曲、断裂，缩短使用寿命，加热元件或测温热偶断裂后会造成其他加热区域负荷突然增大，最终影响产品品质的问题；
[0093]
(3)本发明在1400℃节点上恒温1h，意外地发现能够有效降低煅后焦的氮含量，并进一步提高其真密度，有利于提高超高功率电极的抗折强度、导电性能，降低其热膨胀系数；
[0094]
(4)后处理升温工序采用了降温的手段，提高煅后焦的颗粒强度，进一步提高其真密度，解决传统煅烧工艺的煅后焦颗粒强度不足的现象，特别是预处理工序与后处理升温工序的结合，保证上述效果的实现。