CN103601173A - 采用压球工艺生产炭素制品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用压球工艺生产炭素制品的方法，其特征在于：采用煅烧后降温到≤200℃自然粒度炭原料直接混合、或混捏；压球；压球短流程生产工艺：炭原料→混合、或混捏（一）→压球→混合、或混捏（二）→成型坯体；炭原料从第一次加入煤沥青混合、或混捏到成型坯体时间≤1小时；成型前物料中压球焦坯体体积密度≥成型坯体体积密度；成型坯体体积密度1.64～1.85g/cm3。通过短流程生产预焙阳极方法、不浸渍生产石墨化电极方法、压球工艺生产半石墨质阴极炭块方法和压球工艺生产阴极捣打糊方法实现。本发明以低投入高产出为目标，将节能、减排、降炭、增效融为一体，用低档、廉价炭原料；压球短流程工艺，生产高质量炭素制品。
Description
技术领域
本发明属于炭素生产技术领域，是一种炭材料、炭素制品的生产方法，特别涉及采用海绵状、蜂窝状、松散状、细颗粒粉状、鳞片状炭原料及压球工艺生产炭素制品的方法。
背景技术
现有炭素制品生产技术，利用充填原理，颗粒级配方法，将大颗粒炭原料破碎、筛分制得各种粒度，使海绵状、蜂窝状、松散酥软状炭原料封闭气孔，通过破碎成为显气孔，同时，粉磨细粉；颗粒级配；添加结合剂；混合、混捏；成型坯体，使细颗粒、粉料和结合剂充填到破碎后炭原料显气孔中，达到提高炭素制品体积密度、耐压强度、导电性、抗氧化性、抗侵蚀性为目的。破碎、粉磨、筛分、运输提升、储存、颗粒级配是现有炭素生产工艺的基础，也是炭素行业成为高能耗、高污染、高成本、低效益的主要原因。目前，炭原料存在主要问题：焦体气孔增大、气孔数量增多、疏松变软、强度降低、大颗粒变小、细颗粒粉料增多，能够满足颗粒级配生产炭素制品的炭原料越来越少，选择范围越来越窄，充填原理，颗粒级配方法，已经不适应炭素制品的生产。虽然科研人员尝试增加颗粒配料级数；降低粉料粒度；添加各种微量元素；提高配料精度和混捏温度；增加粉料和结合剂加入量；高压真空成型改进措施，付出了高强度、高能耗，高污染、高成本代价，结果：炭素制品质量始终在原地徘徊，与国际先进水平差距没有缩小，走了一条治标不治本炭素工业发展道路。当前，炭素工业已经成为落后产能、高污染行业，炭素技术的改革、创新刻不容缓。
发明内容
本发明克服了上述存在缺陷，目的是为解决炭原料在自然粒度条件下，采用压球短流程工艺生产炭素制品，提供一种采用压球工艺生产炭素制品的方法。
本发明采用压球工艺生产炭素制品的方法内容简述：
本发明采用压球工艺生产炭素制品的方法，其特征在于：
（1）、采用煅烧后降温到≤200℃自然粒度炭原料直接混合、或混捏；压球；
（2）、压球短流程生产工艺：
炭原料→混合、或混捏（一）→压球→混合、或混捏（二）→成型坯体；
（3）、炭原料从第一次加入煤沥青混合、或混捏到成型坯体需要时间≤1小时；
（4）、成型前物料中压球焦坯体体积密度≥成型坯体体积密度；
（5）、成型坯体体积密度1.64～1.85 g/cm3、焙烧后体积密度1.60～1.80g/cm3；
（6）、一次焙烧品内部与表面体积密度差值≤1%；
（7）、本发明生产的炭素制品为：预焙阳极、或阴极炭块、或炭块、或半石墨炭块、或石墨炭块、或石墨电极、或炭电极、或炭糊、或阳极糊、或阴极糊、或捣打糊；
通过短流程生产预焙阳极方法、不浸渍生产石墨化电极方法、压球工艺生产半石墨质阴极炭块方法和压球工艺生产阴极捣打糊方法四种方法实现。
所述的压球短流程生产工艺采用下述生产工艺步骤：
原料选择→配料→混合、或混捏（一）→压球→混合、或混捏（二）→成型、焙烧、浸渍、石墨化按常规炭素制品生产方法进行；
（1）、原料选择
炭素制品是采用煅后石油焦、或煅后沥青焦、或电煅煤、或电煅石油焦、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或上述原料生产过程返回料、或上述原料生产炭素制品返回料、或上述原料生产炭素制品使用后的回收料，其中一种以上混合物为原料；
（2）、结合剂选择
煤沥青及其改性后衍生产品，结焦值≥40%，其中糊料用结合剂煤沥青结焦值≥30%；
（3）、配料
按质量份数百分比配料：原料+结合剂煤沥青＝100%；
原料加入量：76～90%；其中：
①石油焦、沥青焦、冶金焦以≤50mm自然粒度加入；加入量：≥30%；
②成型废坯以≤20mm自然粒度加入；加入量：≤20%；
③焙烧以后的返回料和回收料以≤2mm自然粒度加入，加入量：≤30%；
结合剂煤沥青加入量：包括生产返回料中含有煤沥青量计算在内，混合、或混捏（一）物料中结合剂煤沥青含有量7～15%；混合、或混捏（二）物料中结合剂煤沥青含量10～24%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速≥ 30r/min带加热、保温功能双轴、或单轴混合、或混捏机中，原料加热到130～180℃，配料加入煤沥青，按常规操作方法混合、或混捏5～25min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
混合、或混捏好的物料，保温送入带加热、保温功能压球机供料槽内，调节、控制供料槽下面给料设备的给料量，连续定量向压球机供料；压球机辊皮线速度根据结合剂种类、软化点温度、挥发温度、气化温度、燃点温度变化控制在0.5～5m/min，压球机正常工作线压比0.3～1.5t/mm，在保持混合、或混捏物料温度130～180℃条件下压球，压球后的物料全部进入到混合、或混捏（二）混合、或混捏设备中；
压球焦坯体为球形或三维尺寸不相等椭圆形球体及二个球以上通过边沿连接在一起的连体球、或棱角为圆弧形的正方体或棱角为圆弧形的长方体及二个方体以上通过边沿连接在一起的连体方体、或棱角为圆弧形对称的八面体及二个八面体以上通过边沿连接在一起的连体八面体，球体、或方体、或八面体，最长方向形体尺寸小于80mm；结合剂煤沥青含量7～15%；平均体积密度1.64～1.85g/cm3；受压面气孔率小于受压垂直面气孔率；气孔率10～18%；具有各向异性化炭质结构；
（6）、混合、或混捏（二）
根据炭素制品成型坯体方法，混合、或混捏（二）需要加入的结合剂煤沥青量，包括压球焦坯体内结合剂煤沥青含量计算在内：
模压成型：10～14%；等静压成型：10～15%；振动成型：13～18%；挤压成型：18～22%；捣打成型：20～24%；
混合、或混捏（二）选择带加热、保温功能的混合、或混捏设备，搅拌桨转速：3～30r/min，双轴搅拌好于单轴搅拌，将压球后物料直接定量卸料到混合、或混捏（二）设备内，配料加入结合剂煤沥青，在温度130～180℃条件下，混合、或混捏3～25min后，卸料；成型；
（7）、成型、焙烧、浸渍、石墨化按常规生产炭素制品方法进行；
（8）、一次焙烧后炭素制品特征
在炭素制品真密度2.05g/cm3条件下，平均体积密度1.60～1.75g/cm3；内部与表面体积密度差≤1%；具有各向异性化炭质结构；气孔率14～22%；空气渗透率0.1～1.0nPm。
所述的短流程生产预焙阳极方法：
（1）、原料选择
采用罐式煅烧炉煅烧后温度降至200℃自然粒度预焙阳极用石油焦和电解铝后预焙阳极残极回收料为原料；
（2）、结合剂选择
采用软化点温度105℃，结焦值56%，破碎后粒度≤2mm固体改质煤沥青粉为结合剂；
（3）、配料
按质量份数计算：原料+结合剂煤沥青＝100%；
原料加入量：煅烧后200℃自然粒度石油焦：74%、
≤1.0mm颗粒度预焙阳极残极：10%、
混合、或混捏（一）结合剂煤沥青加入量：10%、
混合、或混捏（二）结合剂煤沥青加入量：6%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速60 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，混合1min，使混合物料温度达到180℃，加入10%固体煤沥青粉，在150～170℃条件下，连续混合20min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
调整压球机线压力0.7～1.2t/mm，控制压球机辊皮线速度1.3～1.6m/min。压球机供料槽中混合、或混捏好物料，保持140~160℃条件下，通过压球机供料槽下面连续定量给料机向压球机连续给料，压制成40×40×30八面体，压球焦坯体体积密度≥1.72g/cm3；受压面气孔率小于受压垂直面气孔率；气孔率小于15%，具有各向异性化炭质特性，压球后的物料直接放料到混合、或混捏（二）混捏机中；
（6）、混合、或混捏（二）
计量的压球后物料，直接加入搅拌桨转速6 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加入6%固体煤沥青粉，使混合、或混捏（二）物料煤沥青含量16%，在150~170℃条件下，连续混合、或混捏6min后卸料，振动成型；
（7）、振动成型、焙烧按常规生产预焙阳极方法进行；
（8）、预焙阳极特征
焙烧后的预焙阳极，当真密度2.05g/cm3时，平均体积密度≥1.66g/cm3，具有各向异性化炭质结构，平均气孔率≤19%。
所述的不浸渍生产石墨化电极方法：
（1）、原料选择
采用罐式煅烧炉煅烧后温度降至180℃石墨化电极用自然粒度石油焦和石墨化电极废品生产返回料为原料；
（2）、结合剂选择
采用软化点温度102℃，结焦值53%的液体改质煤沥青为结合剂；
（3）、配料
按质量份数计算：原料+结合剂煤沥青＝100%、
原料加入量：煅烧后180℃自然粒度石油焦：75%、
≤0.1mm颗粒度石墨化电极废品：5%、
混合、或混捏（一）结合剂煤沥青加入量：9%、
混合、或混捏（二）结合剂煤沥青加入量：11%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速100 r/min带加热、保温功能的单轴混合机中，混合1min后，混合物料温度170℃，加入9%液体煤沥青，在150～170℃条件下，连续混合25min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
调整压球机线压力0.7～1.1t/mm，控制压球机辊皮线速度1.2～1.7m/min。压球机供料槽中混合、或混捏好物料，保持140~160℃条件下，通过压球机供料槽下面连续定量给料机向压球机连续给料，压制成Φ32×25×20椭圆形球体，压球焦坯体体积密度≥1.72g/cm3，受压面气孔率小于受压垂直面气孔率，气孔率小于15%，具有各向异性化炭质特性，压球后物料直接放料到混合、或混捏（二）混捏机中；
（6）、混合、或混捏（二）
计量的压球后物料，直接加入搅拌桨转速10 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加入11%液体煤沥青，使混合、或混捏（二）物料煤沥青含量20%，在150~160℃条件下，连续混合、或混捏10min后卸料，挤压成型；
（7）、按常规生产石墨化电极方法挤压成型、焙烧，不经浸渍；直接石墨化电极；
（8）、生产石墨化电极三种状态体积密度特征：
①挤压成型后坯体体积密度：≥1.69 g/cm3；
②焙烧后体积密度：≥1.61 g/cm3；
③石墨化后体积密度：≥1.65 g/cm3。
所述的压球工艺生产半石墨质阴极炭块方法：
（1）、原料选择
采用经≥2000℃电煅烧自然粒度石油焦和无烟煤；石墨化电极残极；天然鳞片石墨为原料；
（2）、结合剂选择
采用软化点温度95℃，结焦值50%的液体树脂改性煤沥青为结合剂；
（3）、配料
按质量份数计算：原料+结合剂煤沥青＝100%；
原料加入量：电煅石油焦34%、
≤5mm电煅煤30%、
≤0.1mm石墨化电极残极10%、
≤1mm天然鳞片石墨10%；
混合、或混捏（一）结合剂煤沥青加入量：9%；
混合、或混捏（二）结合剂煤沥青加入量：7%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速80 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加热、混合，物料温度达到150~160℃，加入9%液体煤沥青，在150～160℃条件下，连续混合30min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
调整压球机线压力0.7～1.3t/mm，控制压球机辊皮线速度1.2～1.7m/min。压球机供料槽中混合、或混捏好物料，保持130~160℃条件下，通过压球机供料槽下面连续定量给料机向压球机连续给料，压制成35×26×20长方体，压球焦坯体体积密度≥1.74g/cm3，受压面气孔率小于受压垂直面气孔率，气孔率小于15%，具有各向异性化炭质特性，压球后的物料直接放料到混合、或混捏（二）混捏机中；
（6）、混合、或混捏（二）
计量的压球后物料，直接加入搅拌桨转速3 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加入7%液体煤沥青，使混合、或混捏（二）物料煤沥青含量16%，在150~160℃条件下，连续混合、或混捏10min后卸料；成型；
（7）、成型：按预焙阳极常规成型方法振动成型；
（8）、焙烧：按阴极炭块1300℃常规焙烧工艺焙烧；
（9）、半石墨质阴极炭块特征
焙烧后的半石墨质阴极炭块，平均体积密度≥1.65g/cm3；具有各向异性化炭质结构；气孔率≤20%。
所述的压球工艺生产阴极捣打糊方法：
（1）、原料选择
采用经≥2000℃电煅烧自然粒度石油焦和无烟煤；石墨化电极残极；冶金焦为原料；
（2）、结合剂选择
采用软化点温度50～65℃液体煤沥青、或软化点温度100～110℃改质煤沥青加入煤焦油、或蒽油混合后软化点温度降至50～65℃液体煤沥青；
（3）、配料
按质量份数计算：原料+结合剂煤沥青＝100%；
原料加入量：电煅石油焦27%、
≤6.0mm电煅煤35%、
≤0.1mm石墨化电极残极5%、
≤1mm冶金焦10%；
混合、或混捏（一）结合剂煤沥青加入量：10%；
混合、或混捏（二）结合剂煤沥青加入量：13%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速90 r/min带加热、保温功能的单轴混合机中，加热、混合，物料温度达到130～150℃，加入10%液体煤沥青，在130～150℃条件下，连续混合30min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
调整压球机线压力0.7～1.1t/mm，控制压球机辊皮线速度1.2～1.7m/min。压球机供料槽中混合、或混捏好物料，保持130~150℃条件下，通过压球机供料槽下面连续定量给料机向压球机连续给料，压制成Φ30×24×18椭圆形球体，压球焦坯体体积密度≥1.70g/cm3，受压面气孔率小于受压垂直面气孔率，气孔率小于16%，具有各向异性化炭质特性；压球后物料直接放料到混合、或混捏（二）混捏机中；
（6）、混合、或混捏（二）
计量的压球后物料，直接加入搅拌桨转速12 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加入13%液体煤沥青，使混合、或混捏（二）物料煤沥青含量23%，在130～150℃条件下，连续混合、或混捏8min后卸料；成型；
（7）、成型、包装按常规炭糊生产方法进行；
（8）、阴极捣打糊特征
捣打后的糊料坯体平均体积密度1.68g/cm3；焙烧后捣打糊平均体积密度1.60 g/cm3。
采用本发明压球工艺生产炭素制品，可实现炭原料选择范围宽；购货渠道广；价格低廉；原料成本低；减少炭素制品生产线投资20%以上；工艺流程缩短30%以上，降低生产成本10%以上；生产炭素制品，废品率减少90～95%；粉尘污染减少95～98%；沥青烟气排放量降低30%以上；炭素制品指标提高10～20%；使用寿命增加10～30%。本发明以低投入高产出为目标，将节能、减排、降炭、增效融为一体，用低档、廉价炭原料；压球短流程工艺，生产高质量炭素制品。
具体实施方式
本发明采用压球工艺生产炭素制品的方法，（1）、采用煅烧后降温到≤200℃自然粒度炭原料直接混合、或混捏；压球；
（2）、压球短流程生产工艺：
炭原料→混合、或混捏（一）→压球→混合、或混捏（二）→成型坯体；
（3）、炭原料从第一次加入煤沥青混合、或混捏到成型坯体需要时间≤1小时；
（4）、成型前物料中压球焦坯体体积密度≥成型坯体体积密度；
（5）、成型坯体体积密度1.64～1.85 g/cm3、焙烧后体积密度1.60～1.80g/cm3；
（6）、一次焙烧品内部与表面体积密度差值≤1%；
（7）、本发明生产的炭素制品为：预焙阳极、或阴极炭块、或炭块、或半石墨炭块、或石墨炭块、或石墨电极、或炭电极、或炭糊、或阳极糊、或阴极糊、或捣打糊；
压球短流程生产工艺采用下述生产工艺步骤：
原料选择→配料→混合、或混捏（一）→压球→混合、或混捏（二）→成型、焙烧、浸渍、石墨化按常规炭素制品生产方法进行；
（1）、原料选择
炭素制品是采用煅后石油焦、或煅后沥青焦、或电煅煤、或电煅石油焦、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或上述原料生产过程返回料、或上述原料生产炭素制品返回料、或上述原料生产炭素制品使用后的回收料，其中一种以上混合物为原料；
（2）、结合剂选择
煤沥青及其改性后衍生产品，结焦值≥40%，其中糊料用结合剂煤沥青结焦值≥30%；
（3）、配料
按质量份数百分比配料：原料+结合剂煤沥青＝100%；
原料加入量：76～90%；其中：
①石油焦、沥青焦、冶金焦以≤50mm自然粒度加入；加入量：≥30%；
②成型废坯以≤20mm自然粒度加入；加入量：≤20%；
③焙烧以后的返回料和回收料以≤2mm自然粒度加入，加入量：≤30%；
结合剂煤沥青加入量：包括生产返回料中含有煤沥青量计算在内，混合、或混捏（一）物料中结合剂煤沥青含有量7～15%；混合、或混捏（二）物料中结合剂煤沥青含量10～24%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速≥ 30r/min带加热、保温功能双轴、或单轴混合、或混捏机中，原料加热到130～180℃，配料加入煤沥青，按常规操作方法混合、或混捏5～25min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
混合、或混捏好的物料，保温送入带加热、保温功能压球机供料槽内，调节、控制供料槽下面给料设备的给料量，连续定量向压球机供料；压球机辊皮线速度根据结合剂种类、软化点温度、挥发温度、气化温度、燃点温度变化控制在0.5～5m/min，压球机正常工作线压比0.3～1.5t/mm，在保持混合、或混捏物料温度130～180℃条件下压球，压球后的物料全部进入到混合、或混捏（二）混合、或混捏设备中；
压球焦坯体为球形或三维尺寸不相等椭圆形球体及二个球以上通过边沿连接在一起的连体球、或棱角为圆弧形的正方体或棱角为圆弧形的长方体及二个方体以上通过边沿连接在一起的连体方体、或棱角为圆弧形对称的八面体及二个八面体以上通过边沿连接在一起的连体八面体，球体、或方体、或八面体，最长方向形体尺寸小于80mm；结合剂煤沥青含量7～15%；平均体积密度1.64～1.85g/cm3；受压面气孔率小于受压垂直面气孔率；气孔率10～18%；具有各向异性化炭质结构；
（6）、混合、或混捏（二）
根据炭素制品成型坯体方法，混合、或混捏（二）需要加入的结合剂煤沥青量，包括压球焦坯体内结合剂煤沥青含量计算在内：
模压成型：10～14%；等静压成型：10～15%；振动成型：13～18%；挤压成型：18～22%；捣打成型：20～24%；
混合、或混捏（二）选择带加热、保温功能的混合、或混捏设备，搅拌桨转速：3～30r/min，双轴搅拌好于单轴搅拌，将压球后物料直接定量卸料到混合、或混捏（二）设备内，配料加入结合剂煤沥青，在温度130～180℃条件下，混合、或混捏3～25min后，卸料；成型；
（7）、成型、焙烧、浸渍、石墨化按常规生产炭素制品方法进行；
（8）、一次焙烧后炭素制品特征
在炭素制品真密度2.05g/cm3条件下，平均体积密度1.60～1.75g/cm3；内部与表面体积密度差≤1%；具有各向异性化炭质结构；气孔率14～22%；空气渗透率0.1～1.0nPm。
本发明通过短流程生产预焙阳极方法、不浸渍生产石墨化电极方法、压球工艺生产半石墨质阴极炭块方法和压球工艺生产阴极捣打糊方法四种方法实现，下面结合实施例作具体说明。
实施例1：短流程生产预焙阳极方法
（1）、原料选择
采用罐式煅烧炉煅烧后温度降至200℃自然粒度预焙阳极用石油焦和电解铝后预焙阳极残极回收料为原料；
（2）、结合剂选择
采用软化点温度105℃，结焦值56%，破碎后粒度≤2mm固体改质煤沥青粉为结合剂；
（3）、配料
按质量份数计算：原料+结合剂煤沥青＝100%；
原料加入量：煅烧后200℃自然粒度石油焦：74%；
≤1.0mm颗粒度预焙阳极残极：10%
混合、或混捏（一）结合剂煤沥青加入量：10%；
混合、或混捏（二）结合剂煤沥青加入量：6%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速60 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，混合1min，使混合物料温度达到180℃，加入10%固体煤沥青粉，在150～170℃条件下，连续混合20min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
调整压球机线压力0.7～1.2t/mm，控制压球机辊皮线速度1.3～1.6m/min。压球机供料槽中混合、或混捏好物料，保持140~160℃条件下，通过压球机供料槽下面连续定量给料机向压球机连续给料，压制成40×40×30八面体，压球焦坯体体积密度≥1.72g/cm3；受压面气孔率小于受压垂直面气孔率；气孔率小于15%；具有各向异性化炭质特性。压球后的物料直接放料到混合、或混捏（二）混捏机中；
（6）、混合、或混捏（二）
计量的压球后物料，直接加入搅拌桨转速6 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加入6%固体煤沥青粉，使混合、或混捏（二）物料煤沥青含量16%，在150~170℃条件下，连续混合、或混捏6min后卸料；振动成型；
（7）、振动成型、焙烧按常规生产预焙阳极方法进行；
（8）、预焙阳极特征
焙烧后的预焙阳极，当真密度2.05g/cm3时；平均体积密度≥1.66g/cm3；具有各向异性化炭质结构；平均气孔率≤19%。
实施例2：不浸渍生产石墨化电极方法
（1）、原料选择
采用罐式煅烧炉煅烧后温度降至180℃石墨化电极用自然粒度石油焦和石墨化电极废品生产返回料为原料；
（2）、结合剂选择
采用软化点温度102℃，结焦值53%的液体改质煤沥青为结合剂；
（3）、配料
按质量份数计算：原料+结合剂煤沥青＝100%；
原料加入量：煅烧后180℃自然粒度石油焦：75%；
≤0.1mm颗粒度石墨化电极废品：5%
混合、或混捏（一）结合剂煤沥青加入量：9%；
混合、或混捏（二）结合剂煤沥青加入量：11%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速100 r/min带加热、保温功能的单轴混合机中，混合1min后，混合物料温度170℃，加入9%液体煤沥青，在150～170℃条件下，连续混合25min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
调整压球机线压力0.7～1.1t/mm，控制压球机辊皮线速度1.2～1.7m/min。压球机供料槽中混合、或混捏好物料，保持140~160℃条件下，通过压球机供料槽下面连续定量给料机向压球机连续给料，压制成Φ32×25×20椭圆形球体，压球焦坯体体积密度≥1.72g/cm3；受压面气孔率小于受压垂直面气孔率；气孔率小于15%；具有各向异性化炭质特性。压球后物料直接放料到混合、或混捏（二）混捏机中；
（6）、混合、或混捏（二）
计量的压球后物料，直接加入搅拌桨转速10 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加入11%液体煤沥青，使混合、或混捏（二）物料煤沥青含量20%，在150~160℃条件下，连续混合、或混捏10min后卸料；挤压成型；
（7）、按常规生产石墨化电极方法挤压成型、焙烧，不经浸渍；直接石墨化电极；
（8）、生产石墨化电极三种状态体积密度特征：
①挤压成型后坯体体积密度：≥1.69 g/cm3；
②焙烧后体积密度：≥1.61 g/cm3；
③石墨化后体积密度：≥1.65 g/cm3。
实施例3：压球工艺生产半石墨质阴极炭块方法
（1）、原料选择
采用经≥2000℃电煅烧自然粒度石油焦和无烟煤；石墨化电极残极；天然鳞片石墨为原料；
（2）、结合剂选择
采用软化点温度95℃，结焦值50%的液体树脂改性煤沥青为结合剂；
（3）、配料
按质量份数计算：原料+结合剂煤沥青＝100%；
原料加入量：电煅石油焦34%、
≤5mm电煅煤30%、
≤0.1mm石墨化电极残极10%、
≤1mm天然鳞片石墨10%；
混合、或混捏（一）结合剂煤沥青加入量：9%；
混合、或混捏（二）结合剂煤沥青加入量：7%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速80 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加热、混合，物料温度达到150~160℃，加入9%液体煤沥青，在150～160℃条件下，连续混合30min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
调整压球机线压力0.7～1.3t/mm，控制压球机辊皮线速度1.2～1.7m/min。压球机供料槽中混合、或混捏好物料，保持130~160℃条件下，通过压球机供料槽下面连续定量给料机向压球机连续给料，压制成35×26×20长方体，压球焦坯体体积密度≥1.74g/cm3；受压面气孔率小于受压垂直面气孔率；气孔率小于15%；具有各向异性化炭质特性。压球后的物料直接放料到混合、或混捏（二）混捏机中；
（6）、混合、或混捏（二）
计量的压球后物料，直接加入搅拌桨转速3 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加入7%液体煤沥青，使混合、或混捏（二）物料煤沥青含量16%，在150~160℃条件下，连续混合、或混捏10min后卸料；成型；
（7）、成型：按预焙阳极常规成型方法振动成型；
（8）、焙烧：按阴极炭块1300℃常规焙烧工艺焙烧；
（9）、半石墨质阴极炭块特征
焙烧后的半石墨质阴极炭块，平均体积密度≥1.65g/cm3；具有各向异性化炭质结构；气孔率≤20%。
实施例4：压球工艺生产阴极捣打糊方法
（1）、原料选择
采用经≥2000℃电煅烧自然粒度石油焦和无烟煤；石墨化电极残极；冶金焦为原料；
（2）、结合剂选择
采用软化点温度50～65℃液体煤沥青、或软化点温度100～110℃改质煤沥青加入煤焦油、或蒽油混合后软化点温度降至50～65℃液体煤沥青；
（3）、配料
按质量份数计算：原料+结合剂煤沥青＝100%；
原料加入量：电煅石油焦27%、
≤6.0mm电煅煤35%、
≤0.1mm石墨化电极残极5%、
≤1mm冶金焦10%；
混合、或混捏（一）结合剂煤沥青加入量：10%；
混合、或混捏（二）结合剂煤沥青加入量：13%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速90 r/min带加热、保温功能的单轴混合机中，加热、混合，物料温度达到130～150℃，加入10%液体煤沥青，在130～150℃条件下，连续混合30min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
调整压球机线压力0.7～1.1t/mm，控制压球机辊皮线速度1.2～1.7m/min。压球机供料槽中混合、或混捏好物料，保持130~150℃条件下，通过压球机供料槽下面连续定量给料机向压球机连续给料，压制成Φ30×24×18椭圆形球体，压球焦坯体体积密度≥1.70g/cm3；受压面气孔率小于受压垂直面气孔率；气孔率小于16%；具有各向异性化炭质特性。压球后物料直接放料到混合、或混捏（二）混捏机中；
（6）、混合、或混捏（二）
计量的压球后物料，直接加入搅拌桨转速12 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加入13%液体煤沥青，使混合、或混捏（二）物料煤沥青含量23%，在130～150℃条件下，连续混合、或混捏8min后卸料；成型；
（7）、成型、包装按常规炭糊生产方法进行；
（8）、阴极捣打糊特征
捣打后的糊料坯体平均体积密度1.68g/cm3；焙烧后捣打糊平均体积密度1.60 g/cm3。
采用本发明压球工艺生产炭素制品，可实现炭原料选择范围宽；购货渠道广；价格低廉；原料成本低；减少炭素制品生产线投资20%以上；工艺流程缩短30%以上，降低生产成本10%以上；生产炭素制品，废品率减少90～95%；粉尘污染减少95～98%；沥青烟气排放量降低30%以上；炭素制品指标提高10～20%；使用寿命增加10～30%；采用压球工艺生产阴极捣打糊和阴极炭块，电解铝阴极槽使用寿命由3～５年提高到6～7年。采用压球工艺生产预焙阳极，在降低电阻率10%基础上，可以提高预焙阳极电解铝使用寿命20～30%，减少炭渣排放量50%以上，相当于降炭排放量20～30%。仅电解铝工业每年减少400万吨以上炭排放量，产生经济和社会效益200亿元以上；采用压球工艺生产石墨化电极，不用浸渍，就能生产出高功率石墨化电极，浸渍一次体积密度1.75 g/cm3，相当于普通功率生产成本，超高功率石墨化电极使用效果。
采用压球工艺生产炭素制品方法，以低投入高产出为目标，将节能、减排、降炭、增效融为一体，用低档、廉价炭原料；压球短流程工艺，生产高质量炭素制品，为缩小与国际先进水平差距，赶超国际先进水平开创一条崭新发展道路，也是对冶金、炭素工业最大贡献，推动冶金、炭素工业的科技进步。
Claims (6)
1.一种采用压球工艺生产炭素制品的方法，其特征在于：
（1）、采用煅烧后降温到≤200℃自然粒度炭原料直接混合、或混捏；压球；
（2）、压球短流程生产工艺：
炭原料→混合、或混捏（一）→压球→混合、或混捏（二）→成型坯体；
（3）、炭原料从第一次加入煤沥青混合、或混捏到成型坯体需要时间≤1小时；
（4）、成型前物料中压球焦坯体体积密度≥成型坯体体积密度；
（5）、成型坯体体积密度1.64～1.85 g/cm3、焙烧后体积密度1.60～1.80g/cm3；
（6）、一次焙烧品内部与表面体积密度差值≤1%；
（7）、本发明生产的炭素制品为：预焙阳极、或阴极炭块、或炭块、或半石墨炭块、或石墨炭块、或石墨电极、或炭电极、或炭糊、或阳极糊、或阴极糊、或捣打糊；
通过短流程生产预焙阳极方法、不浸渍生产石墨化电极方法、压球工艺生产半石墨质阴极炭块方法和压球工艺生产阴极捣打糊方法四种方法实现。
2.根据权利要求1所述的采用压球工艺生产炭素制品的方法，其特征在于：所述的压球短流程生产工艺采用下述生产工艺步骤：
原料选择→配料→混合、或混捏（一）→压球→混合、或混捏（二）→成型、焙烧、浸渍、石墨化按常规炭素制品生产方法进行；
（1）、原料选择
炭素制品是采用煅后石油焦、或煅后沥青焦、或电煅煤、或电煅石油焦、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或上述原料生产过程返回料、或上述原料生产炭素制品返回料、或上述原料生产炭素制品使用后的回收料，其中一种以上混合物为原料；
（2）、结合剂选择
煤沥青及其改性后衍生产品，结焦值≥40%，其中糊料用结合剂煤沥青结焦值≥30%；
（3）、配料
按质量份数百分比配料：原料+结合剂煤沥青＝100%；
原料加入量：76～90%；其中：
①石油焦、沥青焦、冶金焦以≤50mm自然粒度加入；加入量：≥30%；
②成型废坯以≤20mm自然粒度加入；加入量：≤20%；
③焙烧以后的返回料和回收料以≤2mm自然粒度加入，加入量：≤30%；
结合剂煤沥青加入量：包括生产返回料中含有煤沥青量计算在内，混合、或混捏（一）物料中结合剂煤沥青含有量7～15%；混合、或混捏（二）物料中结合剂煤沥青含量10～24%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速≥ 30r/min带加热、保温功能双轴、或单轴混合、或混捏机中，原料加热到130～180℃，配料加入煤沥青，按常规操作方法混合、或混捏5～25min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
混合、或混捏好的物料，保温送入带加热、保温功能压球机供料槽内，调节、控制供料槽下面给料设备的给料量，连续定量向压球机供料；压球机辊皮线速度根据结合剂种类、软化点温度、挥发温度、气化温度、燃点温度变化控制在0.5～5m/min，压球机正常工作线压比0.3～1.5t/mm，在保持混合、或混捏物料温度130～180℃条件下压球，压球后的物料全部进入到混合、或混捏（二）混合、或混捏设备中；
压球焦坯体为球形或三维尺寸不相等椭圆形球体及二个球以上通过边沿连接在一起的连体球、或棱角为圆弧形的正方体或棱角为圆弧形的长方体及二个方体以上通过边沿连接在一起的连体方体、或棱角为圆弧形对称的八面体及二个八面体以上通过边沿连接在一起的连体八面体，球体、或方体、或八面体，最长方向形体尺寸小于80mm；结合剂煤沥青含量7～15%；平均体积密度1.64～1.85g/cm3；受压面气孔率小于受压垂直面气孔率；气孔率10～18%；具有各向异性化炭质结构；
（6）、混合、或混捏（二）
根据炭素制品成型坯体方法，混合、或混捏（二）需要加入的结合剂煤沥青量，包括压球焦坯体内结合剂煤沥青含量计算在内：
模压成型：10～14%；等静压成型：10～15%；振动成型：13～18%；挤压成型：18～22%；捣打成型：20～24%；
混合、或混捏（二）选择带加热、保温功能的混合、或混捏设备，搅拌桨转速：3～30r/min，双轴搅拌好于单轴搅拌，将压球后物料直接定量卸料到混合、或混捏（二）设备内，配料加入结合剂煤沥青，在温度130～180℃条件下，混合、或混捏3～25min后，卸料；成型；
（7）、成型、焙烧、浸渍、石墨化按常规生产炭素制品方法进行；
（8）、一次焙烧后炭素制品特征
在炭素制品真密度2.05g/cm3条件下，平均体积密度1.60～1.75g/cm3；内部与表面体积密度差≤1%；具有各向异性化炭质结构；气孔率14～22%；空气渗透率0.1～1.0nPm。
3.根据权利要求1所述的采用压球工艺生产炭素制品的方法，其特征在于：所述的短流程生产预焙阳极方法：
（1）、原料选择
采用罐式煅烧炉煅烧后温度降至200℃自然粒度预焙阳极用石油焦和电解铝后预焙阳极残极回收料为原料；
（2）、结合剂选择
采用软化点温度105℃，结焦值56%，破碎后粒度≤2mm固体改质煤沥青粉为结合剂；
（3）、配料
按质量份数计算：原料+结合剂煤沥青＝100%；
原料加入量：煅烧后200℃自然粒度石油焦：74%、
≤1.0mm颗粒度预焙阳极残极：10%、
混合、或混捏（一）结合剂煤沥青加入量：10%、
混合、或混捏（二）结合剂煤沥青加入量：6%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速60 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，混合1min，使混合物料温度达到180℃，加入10%固体煤沥青粉，在150～170℃条件下，连续混合20min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
调整压球机线压力0.7～1.2t/mm，控制压球机辊皮线速度1.3～1.6m/min，压球机供料槽中混合、或混捏好物料，保持140~160℃条件下，通过压球机供料槽下面连续定量给料机向压球机连续给料，压制成40×40×30八面体，压球焦坯体体积密度≥1.72g/cm3；受压面气孔率小于受压垂直面气孔率；气孔率小于15%，具有各向异性化炭质特性，压球后的物料直接放料到混合、或混捏（二）混捏机中；
（6）、混合、或混捏（二）
计量的压球后物料，直接加入搅拌桨转速6 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加入6%固体煤沥青粉，使混合、或混捏（二）物料煤沥青含量16%，在150~170℃条件下，连续混合、或混捏6min后卸料，振动成型；
（7）、振动成型、焙烧按常规生产预焙阳极方法进行；
（8）、预焙阳极特征
焙烧后的预焙阳极，当真密度2.05g/cm3时，平均体积密度≥1.66g/cm3，具有各向异性化炭质结构，平均气孔率≤19%。
4.根据权利要求1所述的采用压球工艺生产炭素制品的方法，其特征在于：所述的不浸渍生产石墨化电极方法：
（1）、原料选择
采用罐式煅烧炉煅烧后温度降至180℃石墨化电极用自然粒度石油焦和石墨化电极废品生产返回料为原料；
（2）、结合剂选择
采用软化点温度102℃，结焦值53%的液体改质煤沥青为结合剂；
（3）、配料
按质量份数计算：原料+结合剂煤沥青＝100%、
原料加入量：煅烧后180℃自然粒度石油焦：75%、
≤0.1mm颗粒度石墨化电极废品：5%、
混合、或混捏（一）结合剂煤沥青加入量：9%、
混合、或混捏（二）结合剂煤沥青加入量：11%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速100 r/min带加热、保温功能的单轴混合机中，混合1min后，混合物料温度170℃，加入9%液体煤沥青，在150～170℃条件下，连续混合25min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
调整压球机线压力0.7～1.1t/mm，控制压球机辊皮线速度1.2～1.7m/min，压球机供料槽中混合、或混捏好物料，保持140~160℃条件下，通过压球机供料槽下面连续定量给料机向压球机连续给料，压制成Φ32×25×20椭圆形球体，压球焦坯体体积密度≥1.72g/cm3，受压面气孔率小于受压垂直面气孔率，气孔率小于15%，具有各向异性化炭质特性，压球后物料直接放料到混合、或混捏（二）混捏机中；
（6）、混合、或混捏（二）
计量的压球后物料，直接加入搅拌桨转速10 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加入11%液体煤沥青，使混合、或混捏（二）物料煤沥青含量20%，在150~160℃条件下，连续混合、或混捏10min后卸料，挤压成型；
（7）、按常规生产石墨化电极方法挤压成型、焙烧，不经浸渍；直接石墨化电极；
（8）、生产石墨化电极三种状态体积密度特征：
①挤压成型后坯体体积密度：≥1.69 g/cm3；
②焙烧后体积密度：≥1.61 g/cm3；
③石墨化后体积密度：≥1.65 g/cm3。
5.根据权利要求1所述的采用压球工艺生产炭素制品的方法，其特征在于：所述的压球工艺生产半石墨质阴极炭块方法：
（1）、原料选择
采用经≥2000℃电煅烧自然粒度石油焦和无烟煤；石墨化电极残极；天然鳞片石墨为原料；
（2）、结合剂选择
采用软化点温度95℃，结焦值50%的液体树脂改性煤沥青为结合剂；
（3）、配料
按质量份数计算：原料+结合剂煤沥青＝100%；
原料加入量：电煅石油焦34%、
≤5mm电煅煤30%、
≤0.1mm石墨化电极残极10%、
≤1mm天然鳞片石墨10%；
混合、或混捏（一）结合剂煤沥青加入量：9%；
混合、或混捏（二）结合剂煤沥青加入量：7%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速80 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加热、混合，物料温度达到150~160℃，加入9%液体煤沥青，在150～160℃条件下，连续混合30min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
调整压球机线压力0.7～1.3t/mm，控制压球机辊皮线速度1.2～1.7m/min，压球机供料槽中混合、或混捏好物料，保持130~160℃条件下，通过压球机供料槽下面连续定量给料机向压球机连续给料，压制成35×26×20长方体，压球焦坯体体积密度≥1.74g/cm3，受压面气孔率小于受压垂直面气孔率，气孔率小于15%，具有各向异性化炭质特性，压球后的物料直接放料到混合、或混捏（二）混捏机中；
（6）、混合、或混捏（二）
计量的压球后物料，直接加入搅拌桨转速3 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加入7%液体煤沥青，使混合、或混捏（二）物料煤沥青含量16%，在150~160℃条件下，连续混合、或混捏10min后卸料；成型；
（7）、成型：按预焙阳极常规成型方法振动成型；
（8）、焙烧：按阴极炭块1300℃常规焙烧工艺焙烧；
（9）、半石墨质阴极炭块特征
焙烧后的半石墨质阴极炭块，平均体积密度≥1.65g/cm3；具有各向异性化炭质结构；气孔率≤20%。
6.根据权利要求1所述的采用压球工艺生产炭素制品的方法，其特征在于：所述的压球工艺生产阴极捣打糊方法：
（1）、原料选择
采用经≥2000℃电煅烧自然粒度石油焦和无烟煤；石墨化电极残极；冶金焦为原料；
（2）、结合剂选择
采用软化点温度50～65℃液体煤沥青、或软化点温度100～110℃改质煤沥青加入煤焦油、或蒽油混合后软化点温度降至50～65℃液体煤沥青；
（3）、配料
按质量份数计算：原料+结合剂煤沥青＝100%；
原料加入量：电煅石油焦27%、
≤6.0mm电煅煤35%、
≤0.1mm石墨化电极残极5%、
≤1mm冶金焦10%；
混合、或混捏（一）结合剂煤沥青加入量：10%；
混合、或混捏（二）结合剂煤沥青加入量：13%；
（4）、混合、或混捏（一）
配料后原料，加入到搅拌桨转速90 r/min带加热、保温功能的单轴混合机中，加热、混合，物料温度达到130～150℃，加入10%液体煤沥青，在130～150℃条件下，连续混合30min后，直接放料到带加热、保温的压球机供料槽内压球；
（5）、压球
调整压球机线压力0.7～1.1t/mm，控制压球机辊皮线速度1.2～1.7m/min，压球机供料槽中混合、或混捏好物料，保持130~150℃条件下，通过压球机供料槽下面连续定量给料机向压球机连续给料，压制成Φ30×24×18椭圆形球体，压球焦坯体体积密度≥1.70g/cm3，受压面气孔率小于受压垂直面气孔率，气孔率小于16%；具有各向异性化炭质特性；压球后物料直接放料到混合、或混捏（二）混捏机中；
（6）、混合、或混捏（二）
计量的压球后物料，直接加入搅拌桨转速12 r/min带加热、保温功能的双轴混捏机中，加入13%液体煤沥青，使混合、或混捏（二）物料煤沥青含量23%，在130～150℃条件下，连续混合、或混捏8min后卸料；成型；
（7）、成型、包装按常规炭糊生产方法进行；
（8）、阴极捣打糊特征
捣打后的糊料坯体平均体积密度1.68g/cm3；焙烧后捣打糊平均体积密度1.60 g/cm3。
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