CN101723353A - 一种高密度型焦炭的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高密度型焦炭的生产方法，是一种采用石油焦、或沥青焦、或电煅煤、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或炭素制品生产返回料、或炭素制品回收料，其中一种或上述一种以上混合物为原料生产高密度型焦炭；其生产方法包括：(1)原料选择；(2)颗粒级配、结合剂选择、结合剂含有量控制；(3)混合；(4)压球；(5)煅烧；煅烧后型焦炭特征：球形或三维尺寸不相等的椭圆球体形状；体积密度1.6～1.8g/cm3；球体受压平行面气孔率小于受压垂直面气孔率；具有石墨化各向异性特性。本发明通过原料颗粒级配，控制压球时辊皮线速度等生产方法，实现炭素原料体积密度大于炭素焙烧品为目标，生产出体积密度大于1.6g/cm3的高密度型焦炭。
Description
技术领域
本发明属于化工技术领域，炭素材料及其制品的生产方法，特别涉及用石油焦、沥青焦、电煅煤、冶金焦、天然石墨、人造石墨、炭素制品生产返回料、回收料为原料生产高密度型焦炭的生产方法。
背景技术
焦炭作为冶金工业、炭素工业原料，得到广泛应用，焦炭蜂窝状气孔结构又给使用带来许多麻烦。生产炭素制品时，在保持焦炭显微结构不变前提下，如能把焦炭蜂窝状气孔全部取消可以节省结合剂煤沥青加入量50％，提高强度一倍，降低电阻率40％，提高炭素制品使用寿命40％，对炭素制品节能、减排、高效产生重要影响。因此改变、减少焦炭气孔，提高体积密度的研究显得非常重要。中国发明专利“一种采用压球工艺生产型焦炭的方法”，专利申请号200810012949.8公开了一种采用煅前石油焦或煅后石油焦、沥青焦、电煅煤、冶金焦、天然石墨、人造石墨、炭素制品生产返回料、回收料，其中一种或上述一种以上混合物为原料；采用压球机压球工艺生产型焦炭的方法，其压球煅烧后的型焦炭体积密度大于1.3g/cm3，与普通炭素焙烧品体积密度相比没有明显优势，与国际水平还有差距，满足不了高密度炭素制品生产需要。
发明内容
本发明克服了上述存在的缺陷，目的是为提高炭素原料和制品体积密度，提供一种采用石油焦、沥青焦、电煅煤、冶金焦、天然石墨、人造石墨、炭素制品生产返回料、回收料为原料，通过原料颗粒级配，控制压球时辊皮线速度等生产方法，实现炭素原料体积密度大于炭素焙烧品目标，生产出体积密度大于1.6g/cm3的高密度型焦炭的生产方法。
本发明高密度型焦炭的生产方法内容简述：
本发明高密度型焦炭的生产方法，其特征在于：高密度型焦炭是采用石油焦、或沥青焦、或电煅煤、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或炭素制品生产返回料、或炭素制品回收料，其中一种或上述一种以上混合物为原料生产高密度型焦炭；
其生产方法包括：
(1)原料选择
采用煅前石油焦、或煅后石油焦、或沥青焦、或电煅煤、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或炭素制品生产返回料、或炭素制品回收料，其中一种或上述一种以上混合物为原料；
(2)颗粒级配、结合剂选择、结合剂含有量控制
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％；
颗粒级配：
原料最大粒度小于10mm，其中大于1mm的颗粒料大于25％，小于0.1mm的粉料量大于18％；
结合剂选择：
以石油提取物石油渣油到沥青之间产物、煤焦油提取物蒽油到煤沥青之间产物，其中一种或上述一种以上混合物为结合剂；
结合剂含有量控制：
颗粒级配原料中结合剂含有量控制在10～20％之间，采用炭素制品混合废料和成型废料为原料或采用含有挥发分的煅前石油焦、沥青焦为原料计算结合剂含有量时，计算原料中已含有结合剂量，其中，挥发分含量等同于该原料结合剂含有量进行计算；
(3)混合
采用热态混料，根据不同温度下结合剂粘度变化，将配料后的原料加热到100～200℃，与结合剂一起混合5～60min；
(4)压球
混合后原料在保持100～200℃温度条件下送入压球机压球，压球机正常工作线压比大于0.8t/mm；
型焦炭是球形或三维尺寸不相等的椭圆形球体，最长方向球体尺寸小于80mm；
压球辊皮线速度根据结合剂的软化点温度、挥发温度、气化温度、燃点温度变化控制在0.1～20m/min，压球后型焦炭坯体用篦条筛进行筛分，篦条孔距控制在整球三维最小尺寸的4/5～1/2之间，筛下料保温100～200℃返回到压球机供料槽继续压球，筛上料送到煅烧设备进行煅烧；
(5)煅烧
压球后的型焦炭坯体，选择罐式煅烧炉、回转窑、电煅烧炉、竖窑、隧道窑、石墨化炉，其中一种作为煅烧设备，煅烧温度控制在800～2200℃之间；
煅烧后型焦炭特征：球形或三维尺寸不相等的椭圆球体形状；体积密度1.6～1.8g/cm3；球体受压平行面气孔率小于受压垂直面气孔率；具有石墨化各向异性特性。
本发明高密度型焦炭的生产方法，采用石油焦、沥青焦、电煅煤、冶金焦、天然石墨、人造石墨、炭素制品生产返回料、回收料为原料，通过原料颗粒级配，控制压球时辊皮线速度等生产工艺，实现炭素原料体积密度大于炭素焙烧品目标，生产出了体积密度大于1.6g/cm3的高密度型焦炭。
具体实施方式
本发明一种高密度型焦炭的生产方法是这样实现的，下面做具体说明。
本发明一种高密度型焦炭是采用石油焦、或沥青焦、或电煅煤、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或炭素制品生产返回料、或炭素制品回收料，其中一种或上述一种以上混合物为原料生产。
其生产方法包括：
(1)原料选择
采用煅前石油焦、或煅后石油焦、或沥青焦、或电煅煤、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或炭素制品生产返回料、或炭素制品回收料，其中一种或上述一种以上混合物为原料；
(2)颗粒级配、结合剂选择、结合剂含有量控制
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％；
颗粒级配：
原料最大粒度小于10mm，其中大于1mm的颗粒料大于25％，小于0.1mm的粉料量大于18％；
结合剂选择：
以石油提取物石油渣油到沥青之间产物、煤焦油提取物蒽油到煤沥青之间产物，其中一种或上述一种以上混合物为结合剂；
结合剂含有量控制：
颗粒级配原料中结合剂含有量控制在10～20％之间，采用炭素制品混合废料和成型废料为原料或采用含有挥发分的煅前石油焦、沥青焦为原料计算结合剂含有量时，计算原料中已含有结合剂量，其中，挥发分含量等同于该原料结合剂含有量进行计算；
(3)混合
采用热态混料，根据不同温度下结合剂粘度变化，将配料后的原料加热到100～200℃，与结合剂一起混合5～60min；
(4)压球
混合后原料在保持100～200℃温度条件下送入压球机压球，压球机正常工作线压比大于0.8t/mm；
型焦炭是球形或三维尺寸不相等的椭圆形球体，最长方向球体尺寸小于80mm；
压球辊皮线速度根据结合剂的软化点温度、挥发温度、气化温度、燃点温度变化控制在0.1～20m/min，压球后型焦炭坯体用篦条筛进行筛分，篦条孔距控制在整球三维最小尺寸的4/5～1/2之间，筛下料保温100～200℃返回到压球机供料槽继续压球，筛上料送到煅烧设备进行煅烧；
(5)煅烧
压球后的型焦炭坯体，选择罐式煅烧炉、回转窑、电煅烧炉、竖窑、隧道窑、石墨化炉，其中一种作为煅烧设备，煅烧温度控制在800～2200℃之间；
煅烧后型焦炭特征：球形或三维尺寸不相等的椭圆球体形状；体积密度1.6～1.8g/cm3；球体受压平行面气孔率小于受压垂直面气孔率；具有石墨化各向异性特性。
实施例一
采用煅前石油焦为原料生产的炭素用高密度型焦炭。
采用石墨化电极生产用或预焙阳极生产用煅前石油焦为原料，检测挥发分含量15.1％。
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％。
煅前石油焦颗粒级配：
5～1mm 40％；1～0mm 30％；小于0.1mm 30％。
结合剂选择、结合剂含有量控制；
当煅前石油焦挥发分含量15.1％时，相当于含有15.1％结合剂，不加结合剂。
将颗粒级配后煅前石油焦加热到150℃，混合20min后，送入压球机供料槽，混合原料在保持130～140℃条件下进行压球，压制球体为椭园形32×25×15；控制压球机辊皮线速度2.0～5.0m/min；施加线压力比0.9t/mm；压球后的型焦炭坯体用篦条孔距10mm篦条筛进行筛分，筛上料送入回转窑或罐式煅烧炉进行煅烧，最高煅烧温度1380℃；筛下料保持大于130℃条件下，返回到压球机供料槽与压球料一起重新进行压球。
煅烧后椭圆型焦炭体积密度大于1.60g/cm3。
实施例二
采用石墨化电极生产用煅前石油焦、和石墨化电极成型废坯料或石墨化电极焙烧废品或石墨化电极石墨化废品、和石墨化电极残极为原料生产石墨化电极用型焦炭。
选择石墨化电极生产用煅前石油焦为原料，检测挥发分含量9.8％。
选择石墨化电极成型废坯料；石墨化电极焙烧废品、或石墨化电极石墨化废品、或石墨化电极残极，其中一种或上述一种以上混合物为细颗粒及细粉原料。
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％。
颗粒级配：
8～0mm煅前石油焦45％；
1～0mm石墨化电极成型废坯料10％，在石墨化电极成型废坯料中含有结合剂煤沥青23％；
1～0mm石墨化电极残极、或石墨化电极焙烧废品、或石墨化电极石墨化废品、或煅前石油焦，其中一种或上述一种以上混合物10％；
小于0.1mm煅前石油焦10％；
小于0.1mm石墨化电极成型废坯料23％，在石墨化电极成型废坯料中含有结合剂煤沥青23％。
结合剂选择、结合剂含有量控制：
选择软化点89℃煤沥青为结合剂；
结合剂加入量：2％。
将颗粒级配后原料加热到170℃，再加入煤沥青混合40min后，送入压球机供料槽，混合原料在保持140～160℃条件下进行压球，压制球体为椭园形25×15×10mm；控制压球机辊皮线速度2.5～6.0m/min；施加线压力比1.2t/mm；压球后的型焦炭坯体用篦条孔距8mm篦条筛进行筛分，筛上料送入罐式煅烧炉进行煅烧，最高煅烧温度1350℃，筛下料保持大于140℃条件下，返回到压球机供料槽与压球料一起重新进行压球。
煅烧后高密度型焦炭体积密度大于1.62g/cm3。
实施例三
采用预焙阳极生产用煅前石油焦、和预焙阳极成型废坯料、和预焙阳极残极或预焙阳极焙烧废品为原料生产预焙阳极用高密度型焦炭。
采用预焙阳极生产用煅前石油焦为原料，检测挥发分含量11.5％；采用预焙阳极残极、或预焙阳极焙烧废品、或预焙阳极成型废坯料为细颗粒及细粉原料。
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％。
颗粒级配：
6～0mm煅前石油焦45％；
1～0mm预焙阳极成型废坯料15％，在预焙阳极成型废坯料中含有结合剂煤沥青15％；
1～0mm预焙阳极残极、或焙烧后废品、或煅前石油焦，其中一种或上述一种以上混合物10％；
小于0.1mm预焙阳极残极、或预焙阳极焙烧废品、或煅前石油焦，其中一种或上述一种以上混合物10％；
小于0.1mm煅前石油焦14.5％。
结合剂选择、结合剂含有量控制：
选择软化点95℃煤沥青为结合剂；
结合剂加入量：5.5％。
将颗粒级配后原料加热到180℃，再加入煤沥青混合40min后，送入压球机供料槽，混合原料在保持150～170℃条件下进行压球，压制球体为椭园形30×20×12；控制压球机辊皮线速度2.5～6.0m/min；施加线压力比1.0t/mm；压球后的型焦炭坯体用篦条孔距8mm篦条筛进行筛分，筛上料送入罐式煅烧炉进行煅烧，最高煅烧温度1390℃，筛下料保持大于150℃条件下，返回到压球机供料槽与压球料一起重新进行压球。
煅烧后型焦炭体积密度大于1.60g/cm3。
实施例四
采用冶金焦为原料生产高密度型焦炭。
选择颗粒度小于2.5mm冶金焦为原料。
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％。
颗粒级配：
2.5～0mm的冶金焦64％；小于0.1mm的冶金焦20％。
结合剂选择、结合剂含有量控制：
选择软化点96℃的10#石油沥青为结合剂，加入量16％。
将颗粒级配后冶金焦加热到180℃，加入结合剂混合40min后，送入压球机供料槽，混合原料在保持150～170℃条件下进行压球，压制球体为椭园形40×28×20；控制压球机辊皮线速度3.0～8.0m/min；施加线压力比1.15t/mm；压球后的型焦炭坯体用篦条孔距12mm篦条筛进行筛分，筛上料送入竖窑进行煅烧，最高煅烧温度1100℃，筛下料保持大于150℃条件下，返回到压球机供料槽与压球料一起重新进行压球。
煅烧后型焦炭体积密度大于1.60g/cm3。
Claims (5)
1.一种高密度型焦炭生产方法，其特征在于：高密度型焦炭是采用石油焦、或沥青焦、或电煅煤、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或炭素制品生产返回料、或炭素制品回收料，其中一种或上述一种以上混合物为原料生产高密度型焦炭；
其生产方法包括：
(1)原料选择
采用煅前石油焦、或煅后石油焦、或沥青焦、或电煅煤、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或炭素制品生产返回料、或炭素制品回收料，其中一种或上述一种以上混合物为原料；
(2)颗粒级配、结合剂选择、结合剂含有量控制
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％；
颗粒级配：
原料最大粒度小于10mm，其中大于1mm的颗粒料大于25％，小于0.1mm的粉料量大于18％；
结合剂选择：
以石油提取物石油渣油到沥青之间产物、煤焦油提取物蒽油到煤沥青之间产物，其中一种或上述一种以上混合物为结合剂；
结合剂含有量控制：
颗粒级配原料中结合剂含有量控制在10～20％之间，采用炭素制品混合废料和成型废料为原料或采用含有挥发分的煅前石油焦、沥青焦为原料计算结合剂含有量时，计算原料中已含有结合剂量，其中，挥发分含量等同于该原料结合剂含有量进行计算；
(3)混合
采用热态混料，根据不同温度下结合剂粘度变化，将配料后的原料加热到100～200℃，与结合剂一起混合5～60min；
(4)压球
混合后原料在保持100～200℃温度条件下送入压球机压球，压球机正常工作线压比大于0.8t/mm；
型焦炭是球形或三维尺寸不相等的椭圆形球体，最长方向球体尺寸小于80mm；
压球辊皮线速度根据结合剂的软化点温度、挥发温度、气化温度、燃点温度变化控制在0.1～20m/min，压球后型焦炭坯体用篦条筛进行筛分，篦条孔距控制在整球三维最小尺寸的4/5～1/2之间，筛下料保温100～200℃返回到压球机供料槽继续压球，筛上料送到煅烧设备进行煅烧；
(5)煅烧
压球后的型焦炭坯体，选择罐式煅烧炉、回转窑、电煅烧炉、竖窑、隧道窑、石墨化炉，其中一种作为煅烧设备，煅烧温度控制在800～2200℃之间；
煅烧后型焦炭特征：球形或三维尺寸不相等的椭圆球体形状；体积密度1.6～1.8g/cm3；球体受压平行面气孔率小于受压垂直面气孔率；具有石墨化各向异性特性。
2.根据权利要求1所述的高密度型焦炭生产方法，其特征在于：采用煅前石油焦为原料生产的炭素用高密度型焦炭；
采用石墨化电极生产用或预焙阳极生产用煅前石油焦为原料，检测挥发分含量15.1％；
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％；
煅前石油焦颗粒级配：
5～1mm 40％；1～0mm 30％；小于0.1mm 30％；
结合剂选择、结合剂含有量控制：
当煅前石油焦挥发分含量15.1％时，相当于含有15.1％结合剂，不加结合剂；
将颗粒级配后煅前石油焦加热到150℃，混合20min后，送入压球机供料槽，混合原料在保持130～140℃条件下进行压球，压制球体为椭园形32×25×15；控制压球机辊皮线速度2.0～5.0m/min；施加线压力比0.9t/mm；压球后的型焦炭坯体用篦条孔距10mm篦条筛进行筛分，筛上料送入回转窑或罐式煅烧炉进行煅烧，最高煅烧温度1380℃；筛下料保持大于130℃条件下，返回到压球机供料槽与压球料一起重新进行压球；
煅烧后椭圆型焦炭体积密度大于1.60g/cm3。
3.根据权利要求1所述的高密度型焦炭生产方法，其特征在于：采用石墨化电极生产用煅前石油焦；石墨化电极成型废坯料；石墨化电极焙烧废品、或石墨化电极石墨化废品、或石墨化电极残极，其中一种或上述一种以上混合物为原料生产石墨化电极用型焦炭；
选择石墨化电极生产用煅前石油焦为原料，检测挥发分含量9.8％；
选择石墨化电极成型废坯料；石墨化电极焙烧废品、或石墨化电极石墨化废品、或石墨化电极残极，其中一种或上述一种以上混合物为细颗粒及细粉原料；
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％；
颗粒级配：
8～0mm煅前石油焦45％；
1～0mm石墨化电极成型废坯料10％，在石墨化电极成型废坯料中含有结合剂煤沥青23％；
1～0mm石墨化电极残极、或石墨化电极焙烧废品、或石墨化电极石墨化废品、或煅前石油焦，其中一种或上述一种以上混合物10％；
小于0.1mm煅前石油焦10％；
小于0.1mm石墨化电极成型废坯料23％，在石墨化电极成型废坯料中含有结合剂煤沥青23％；
结合剂选择、结合剂含有量控制：
选择软化点89℃煤沥青为结合剂；
结合剂加入量：2％；
将颗粒级配后原料加热到170℃，再加入煤沥青混合40min后，送入压球机供料槽，混合原料在保持140～160℃条件下进行压球，压制球体为椭园形25×15×10mm；控制压球机辊皮线速度2.5～6.0m/min；施加线压力比1.2t/mm；压球后的型焦炭坯体用篦条孔距8mm篦条筛进行筛分，筛上料送入罐式煅烧炉进行煅烧，最高煅烧温度1350℃，筛下料保持大于140℃条件下，返回到压球机供料槽与压球料一起重新进行压球；
煅烧后高密度型焦炭体积密度大于1.62g/cm3。
4.根据权利要求1所述的高密度型焦炭生产方法，其特征在于：采用预焙阳极生产用煅前石油焦、和预焙阳极成型废坯料、和预焙阳极残极或预焙阳极焙烧废品为原料生产预焙阳极用高密度型焦炭：
采用预焙阳极生产用煅前石油焦为原料，检测挥发分含量11.5％；采用预焙阳极残极、或预焙阳极焙烧废品、或预焙阳极成型废坯料为细颗粒及细粉原料；
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％；
颗粒级配：
6～0mm煅前石油焦45％；
1～0mm预焙阳极成型废坯料15％，在预焙阳极成型废坯料中含有结合剂煤沥青15％；
1～0mm预焙阳极残极、或焙烧后废品、或煅前石油焦，其中一种或上述一种以上混合物10％；
小于0.1mm预焙阳极残极、或预焙阳极焙烧废品、或煅前石油焦，其中一种或上述一种以上混合物10％；
小于0.1mm煅前石油焦14.5％；
结合剂选择、结合剂含有量控制：
选择软化点95℃煤沥青为结合剂；
结合剂加入量：5.5％；
将颗粒级配后原料加热到180℃，再加入煤沥青混合40min后，送入压球机供料槽，混合原料在保持150～170℃条件下进行压球，压制球体为椭园形30×20×12；控制压球机辊皮线速度2.5～6.0m/min；施加线压力比1.0t/mm；压球后的型焦炭坯体用篦条孔距8mm篦条筛进行筛分，筛上料送入罐式煅烧炉进行煅烧，最高煅烧温度1390℃，筛下料保持大于150℃条件下，返回到压球机供料槽与压球料一起重新进行压球；
煅烧后型焦炭体积密度大于1.60g/cm3
5.根据权利要求1所述的高密度型焦炭生产方法，其特征在于：采用冶金焦为原料生产高密度型焦炭：
选择颗粒度小于2.5mm冶金焦为原料；
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％；
颗粒级配：
2.5～0mm的冶金焦64％；小于0.1mm的冶金焦20％；
结合剂选择、结合剂含有量控制：
选择软化点96℃的10#石油沥青为结合剂，加入量16％；
将颗粒级配后冶金焦加热到180℃，加入结合剂混合40min后，送入压球机供料槽，混合原料在保持150～170℃条件下进行压球，压制球体为椭园形40×28×20；控制压球机辊皮线速度3.0～8.0m/min；施加线压力比1.15t/mm；压球后的型焦炭坯体用篦条孔距12mm篦条筛进行筛分，筛上料送入竖窑进行煅烧，最高煅烧温度1100℃，筛下料保持大于150℃条件下，返回到压球机供料槽与压球料一起重新进行压球。
煅烧后型焦炭体积密度大于1.60g/cm3。
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