CN113816744A - 一种石墨电极煤沥青用量调整方向和加入比例确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种石墨电极煤沥青用量调整方向和加入比例确定方法，通过根据目标配方与基础配方的显气孔率平均值与体积密度平均值，依靠建立的数学模型，可以快速的预判和确定原料焦替代和原料焦用量调整生产时(调整幅度在30％以内)，依据原来既有的替代之前基础配方的煤沥青用量比例，判定原料焦替代和调整后目标配方的沥青用量调整方向，计算出原料焦替代和调整后目标配方的煤沥青用量比例。

Description

一种石墨电极煤沥青用量调整方向和加入比例确定方法

技术领域

本发明涉及石墨电极领域，特别是一种石墨电极煤沥青用量调整方向和加入比例确定方法。

背景技术

在石墨电极生产中，采用不同品种的原料焦进行替代和调整是炭素生产企业经常采用的一种生产方式。例如，使用国产针状焦替代进口针状焦，使用价格便宜的原料焦替代价格较高的原料焦等。在此种情况下，需要依据和参考替代之前既有的石墨电极配方煤沥青用量的比例，判定替代后石墨电极配方煤沥青用量的调整方向和确定沥青用量的比例，煤沥青调整方向一旦弄错或者沥青用量比例掌握不准，就会出现包括生坯、焙烧、石墨化工序的各种废品，导致企业生产成本提高，影响和降低企业的经济效益。

在石墨电极配方组成中存在两种形式的配方，其一是煅后焦原料比组成配方、其二是粒度组成配方，粒度组成配方是根据石墨电极直径大小不同、石墨电极品种不同、应用领域不同，用户对象不同，其组成也会出现不同，但是都是经过长期生产经验积累、逐步完善、经过用户反馈使用效果，而逐渐积累的经过优化的粒度组成配方，石墨电极生产中粒度组成配方很少变化、一般2～3年都不会做出主动调整和改变；而煅后焦原料组成配方，在石墨电极生产中需要进行主动调整和适当变动。这里分两种情况，其一是在保持原料焦用量比例不变的情况下，仅进行原料焦品种或种类的更换。由于使用的原料焦经常变化、不同厂家生产的原料焦、批次不同，其原料焦性质也不相同。例如，同样是国产针状焦与进口国外针状焦，其性质差距也较大，另一方面，石墨电极生产企业本身也需要根据用户炼钢操作中冶炼条件不同，有针对性的调整原料焦品种和批次进行原料焦的替代生产。例如，用于冶炼磷、硅的石墨电极和精炼炉用石墨电极，对于石墨电极的质量要求相比炼钢炉要低一些，其电极中通过的电流强度相比炼钢炉要小许多。因此，石墨电极生产企业，在保持原料比例不变的情况下对于原料焦品种的调整是经常性的、也是生产中所必须的、更是降低生产成本所要求的；在生产中常常遇到的情况，就是要求保持粒度组成配方不变和原料焦比例不变的情况下，仅改变原料焦品种或批次进行原料焦替代生产，作为粘结剂使用的煤沥青(以下简称沥青)加入比例也要进行相应的适当调整，以生产出质量合格的石墨电极产品；其二是，在原料焦品种不变时，将原料焦使用比例进行适当调整(调整幅度在30％以内)，调整为更加满足用户的特殊性能要求，或者是为了降低生产成本而做出的原料焦比例的主动性调整，例如，提高国产针状焦的加入比例，或者提高指定的某种针状焦的使用比例等，这些针状焦比例进行调整后，其煤沥青用量比例也要进行相应的调整。由于沥青用量比例与石墨电极本身的产品质量相关性较强，生产中要求煤沥青加入比例既不要过多、也不要过少，加入量要求正好合适。但是在实际操作上要做到这一点却是很困难的，而且还会出现将沥青调整方向弄成相反的情况，本来应当是多加入一些沥青，但是实际上却是沥青加少了；或者相反，本来应当少加入一些沥青，但却将沥青加多了。以往都是根据原料焦对于变压器油的吸附性测试指标，来判定沥青用量的调整方向和计算沥青的合适比例，但是这种方法的缺点，就是测试过程较慢，至少需要3～4天时间才能测试出来，这对于原料焦品种经常变化的车间大生产来说往往是等不及的，如何快速的预判沥青用量调整方向和确定合适的沥青比例就是生产中必须要加以解决的问题。

以往生产中对于这种粒度组成配方不变，原料焦比例不变，仅进行原料焦品种的替代生产，或者保持原料焦品种不变，仅改变原料焦用量比例的情况(调整幅度在30％以内)，对于调整后的配方，都需要进行沥青加入方向的判定，再确定沥青用量的合适比例，所谓沥青加入方向的判定是指增加、不变或减少沥青用量的调整行为，例如，本来应当是进行沥青减少的调整，而实际上却是保持不变或增加了沥青量，导致沥青用量相对增大，其后果就是造成焙烧品体积密度降低、石墨化工序会产生电阻率偏高废品。

发明内容

为了克服以上现有技术缺陷，本发明的目的在于提供一种石墨电极煤沥青用量调整方向和加入比例确定方法，适用于在石墨电极粒度组成配方不变的情况下，进行原料焦替代和原料焦用量调整生产时，其一是在保持原料焦用量比例不变，仅改变原料焦品种的情况下，其二是在保持原料焦品种不变，仅改变原料焦使用比例的情况下(调整幅度在30％以内)，进行石墨电极配方的沥青用量的调整和计算。

为达到以上目的，提供以下技术方案：

一种石墨电极煤沥青用量调整方向和加入比例确定方法，该方法是，首先将基础配方中各种煅后原料焦以及需要调整的目标配方的煅后原料焦进行破碎、筛分，取出8～6mm、6～4mm粒级，颗粒料筛分纯度≥96％，然后测试各种原料焦的8～6mm、6～4mm粒级的显气孔率和体积密度，取8～6mm、6～4mm粒级的显气孔率平均值和体积密度平均值，并计算显气孔率平均值与体积密度平均值的比值，简称B值，以此可得到基础配方的各种原料焦的B值以及目标配方的各种原料焦的B值，将基础配方原料焦的显气孔率P、体积密度D、B值以下角标“1”表示，目标配方的原料焦显气孔率P、体积密度D、B值以下角标“2”表示，基础配方的原料焦品种数为1、2、……、n；目标配方原料焦品种数为1、2、……、n；这样可以得到基础配方的第一种原料焦的P₁₁、D₁₁、B₁₁；第二种原料焦的P₁₂、D₁₂、B₁₂；……；第n种原料焦的P_1n、D_1n、B_1n；目标配方的第一种原料焦的P₂₁、D₂₁、B₂₁；第二种原料焦的P₂₂、D₂₂、B₂₂；……；第n种原料焦的P_2n、D_2n、B_2n；同样，令基础配方中各种干料原料焦比例为n₁、n₂、……、n_n；目标配方中各种干料原料焦比例为m₁、m₂、……、m_n；令基础配方中已知的最佳沥青比例为η₁，目标配方的沥青比例η₂，目标配方相对于基础配方其原料焦的用量比例调整幅度要求在30％以内，显气孔率P的单位，％；体积密度D的单位，g/cm³；B值的单位，(g/cm³)^-1；

基础配方、目标配方的B值加权平均值计算公式如下：

基础配方的B值比加权平均值N：

式中，N——基础配方B值加权平均值，(g/cm³)^-1；n₁——基础配方中第一种原料焦的干料比例，％；P₁₁——基础配方中第一种原料焦的显气孔率平均值，％；D₁₁——基础配方中第一种原料焦的体积密度平均值，g/cm³；B₁₁——基础配方中第一种原料焦显气孔率平均值与体积密度平均值的比值，(g/cm³)^-1；其余类推；

目标配方的B值加权平均值M：

式中，M——目标配方的B值加权平均值，(g/cm³)^-1；m₁——目标配方中第一种原料焦的干料比例，％；P₂₁——目标配方中第一种原料焦的显气孔率平均值，％；D₂₁——目标配方中第一种原料焦的体积密度平均值，g/cm³；B₂₁——目标配方中第一种原料焦显气孔率平均值与体积密度平均值的比值，(g/cm³)^-1；其余类推；

煤沥青用量调整方向的判定准则：

目标配方沥青用量增加、不变、减少的操作方向的判定准则：

当

时，目标配方相比基础配方其沥青用量需要增加，即η₂＞η₁；

当

时，目标配方相比基础配方其沥青用量保持不变，即η₂＝η₁；

当

时，目标配方相比基础配方其沥青用量需要减少，即η₂＜η₁；

式中，N——基础配方的B值加权平均值，(g/cm³)^-1；M——目标配方的B值加权平均值，(g/cm³)^-1；η₁——基础配方中已知的最佳沥青比例，％；η₂——目标配方的沥青用量比例，％；

目标配方的煤沥青用量比例计算公式：

式中，N——基础配方的B值加权平均值，(g/cm³)^-1；M——目标配方的B值加权平均值，(g/cm³)^-1；η₁——基础配方中已知的最佳沥青比例，％；η₂——目标配方的沥青用量比例，％。

本发明的有益效果为：

采用本项发明石墨电极煤沥青用量调整方向和加入比例确定方法，测试原料焦显气孔率和体积密度的整个测试过程仅需要最多4～6小时就可以完成，根据给出的数学模型，可以实现煤沥青用量调整方向的快速判定和沥青加入比例的快速确定，满足车间大生产要求，减少工序废品，提高石墨电极产品质量。

具体实施方式

实施例1：φ450mm电极，基础配方的原料焦用量比例为韩国PMC公司煤系针状焦30％，本公司自煅普通石油焦70％，基础配方的最佳沥青比例为23.5％，糊料总重2600kg；以相同用量比例替代目标配方为宝泰隆煤系针状焦30％，(外购)普煅锦西石油焦70％，目标配方沥青加入方向的判定和用量比例的计算：

基础配方中，韩国PMC公司煤系针状焦，8～6mm显气孔率31.98％，体积密度1.39g/cm³；6～4mm显气孔率31.63％，体积密度1.40g/cm³；因此，P₁₁＝(31.98％+31.63％)÷2＝31.81％、D₁₁＝(1.39+1.40)÷2＝1.40g/cm³、B₁₁＝31.81％÷1.40＝0.2272(g/cm³)^-1；本公司自煅普通石油焦，8～6mm显气孔率42.32％，体积密度1.16g/cm³；6～4mm显气孔率43.67％，体积密度1.14g/cm³；因此，P₁₂＝(42.32％+43.67％)÷2＝43.00％、D₁₂＝(1.16+1.14)÷2＝1.15g/cm³、B₁₂＝43.00％÷1.15＝0.3739(g/cm³)^-1；n＝2,n₁＝30％,n₂＝70％，η₁＝23.5％；

目标配方中，宝泰隆煤系针状焦，8～6mm显气孔率33.97％，体积密度1.37g/cm³；6～4mm显气孔率37.86％，体积密度1.28g/cm³；因此，P₂₁＝(33.97％+37.86％)÷2＝35.92％、D₂₁＝(1.37+1.28)÷2＝1.33g/cm³、B₂₁＝35.92％÷1.33＝0.2701(g/cm³)^-1；(外购)普煅锦西石油焦，8～6mm显气孔率30.21％，体积密度1.35g/cm³；6～4mm显气孔率33.30％，体积密度1.36g/cm³；因此，P₂₂＝(30.21％+33.30％)÷2＝31.76％、D₂₂＝(1.35+1.36)÷2＝1.36g/cm³、B₂₂＝31.76％÷1.36＝0.2335(g/cm³)^-1；m＝2，m₁＝30％,m₂＝70％；

基础配方的B值比加权平均值N：

N＝(n₁B₁₁+n₂B₁₂+…+n_nB_1n)＝(30％×0.2272+70％×0.3739)＝0.3299；

目标配方的B值加权平均值M：

M＝(m₁B₂₁+m₂B₂₂+…+m_nB_2n)＝(30％×0.2701+70％×0.2335)＝0.2445；

目标配方沥青调整方向的判定标准比值M/N：

目标配方沥青加入应当向减少沥青方向调整。

目标配方沥青加入比例η₂：

目标配方沥青用量比例计算值η₂＝21.4％；目标配方比基础配方中沥青含量减少2600×(23.5％-21.4％)＝2600×2.1％＝54.6kg。

实施例2：φ600mm电极，基础配方的原料焦用量比例为韩国PMC公司煤系针状焦20％，本公司自煅普通石油焦80％，基础配方的最佳沥青比例为22.5％，糊料总重1800kg；现将韩国PMC公司煤系针状焦比例增加到40％，本公司自煅普通石油焦减少到60％，目标配方沥青加入方向的判定和沥青用量比例的计算：

韩国PMC公司煤系针状焦、本公司自煅普通石油焦的显气孔率和体积密度测试结果与实施例1相同。

基础配方的B值比加权平均值N：

N＝(n₁B₁₁+n₂B₁₂+…+n_nB_1n)＝(20％×0.2272+80％×0.3739)＝0.3446；

目标配方的B值加权平均值M：

M＝(m₁B₂₁+m₂B₂₂+…+m_nB_2n)＝(40％×0.2272+60％×0.3739)＝0.3152；

目标配方沥青调整方向的判定标准比值M/N:

目标配方沥青加入应当向减少沥青方向调整。

目标配方沥青加入比例η₂：

目标配方沥青用量比例计算值η₂＝21.9％；目标配方比基础配方中沥青含量减少1800×(22.5％-21.9％)＝1800×0.6％＝10.8kg。

实施例3：φ288mm接头电极，基础配方的原料焦用量比例为美国新大陆公司石油系针状焦(型号HSP)40％，本公司自煅普通石油焦60％，基础配方的最佳沥青比例为25.5％，糊料总重1800kg；以相同用量比例替代的目标配方为山东益大石油系针状焦40％，(外购)普煅抚顺石油焦60％，目标配方沥青加入方向的判定和用量比例的计算：

基础配方中，美国新大陆公司石油系针状焦，8～6mm显气孔率30.05％，体积密度1.44g/cm³；6～4mm显气孔率29.07％，体积密度1.46g/cm³；因此，P₁₁＝(30.05％+29.07％)÷2＝29.56％、D₁₁＝(1.44+1.46)÷2＝1.45g/cm³、B₁₁＝29.56％÷1.45＝0.2039(g/cm³)^-1；本公司自煅普通石油焦，8～6mm显气孔率42.32％，体积密度1.16g/cm³；6～4mm显气孔率43.67％，体积密度1.14g/cm³；因此，P₁₂＝(42.32％+43.67％)÷2＝43.00％、D₁₂＝(1.16+1.14)÷2＝1.15g/cm³、B₁₂＝43.00％÷1.15＝0.3739(g/cm³)^-1；n＝2,n₁＝40％,n₂＝60％，η₁＝25.5％；

目标配方中，山东益大石油系针状焦，8～6mm显气孔率31.46％，体积密度1.43g/cm³；6～4mm显气孔率32.72％，体积密度1.41g/cm³；因此，P₂₁＝(31.46％+32.72％)÷2＝32.09％、D₂₁＝(1.43+1.41)÷2＝1.42g/cm³、B₂₁＝32.09％÷1.42＝0.2260(g/cm³)^-1；(外购)普煅抚顺石油焦，8～6mm显气孔率43.59％，体积密度1.18g/cm³；6～4mm显气孔率39.88％，体积密度1.21g/cm³；因此，P₂₂＝(43.59％+39.88％)÷2＝41.74％、D₂₂＝(1.18+1.21)÷2＝1.20g/cm³、B₂₂＝41.74％÷1.20＝0.3478(g/cm³)^-1；m＝2，m₁＝40％,m₂＝60％；

基础配方的B值比加权平均值N：

N＝(n₁B₁₁+n₂B₁₂+…+n_nB_1n)＝(40％×0.2039+60％×0.3739)＝0.3059；

目标配方的B值加权平均值M：

M＝(m₁B₂₁+m₂B₂₂+…+m_nB_2n)＝(40％×0.2260+60％×0.3478)＝0.2991；

目标配方沥青调整方向的判定标准比值M/N:

目标配方沥青加入量可不必进行调整，仍然与原来配方沥青量相同即可。

目标配方沥青加入比例η₂：

目标配方沥青用量比例计算值η₂＝25.3％；目标配方比基础配方中沥青含量减少1800×(25.5％-25.3％)＝1800×0.2％＝3.6kg。因此，采用相同用量替代后的配方其沥青用量比例与替代之前配方沥青用量可保持相同，沥青用量可不必进行调整，仍然使用原来配方的沥青比例进行替代后的新配方的生产。

车间大生产中对于沥青调整比例不超过0.2％时，可不必进行调整。

本文中将原料焦替代和调整之前的配方简称为基础配方，将原料焦替代和调整之后的配方简称为目标配方；本文中有时也将煤沥青简称沥青；煅后焦从原料配方组成的角度进行定义也称为原料焦。

上述实施例中煅后焦显气孔率、体积密度测试方法如下：

煅后焦显气孔率和体积密度测试方法，取1～2kg煅后焦原料，颚式破碎机破碎，使用方孔金属丝编织网振动筛筛分出8-6mm、6-4mm粒级各自至少200g，粒级筛分纯度≥96％，再精确各自称取30g的8-6mm、6-4mm粒级，在135～150℃烘干1小时，除去煅后焦中的湿空气成分，冷却到室温，称量空气中质量(W₀)，在水中煮沸1小时，在空气中冷却到室温或者装在烧杯中在冷水浴中冷却至室温，称量水中质量(W₁)，使用孔径0.8～1.2mm金属网从水中取出试样，在空气中倾斜30°～45°角度停留90秒以沥出多余水分，水饱和试样在空气中质量(W₂)，测量室温下水的温度(温度计误差不大于±1℃)，根据水的温度查询水的密度(ρ₁)，至于当地空气密度(ρ₀)，对于海拔高度在800m以下的，可以取空气密度为常数0.0012g/cm³，或者根据室温查询当地的空气密度或者进行实际测量(空气密度测量方法省略)。

煅后焦显气孔率、体积密度计算公式：

煅后焦显气孔率计算公式，

煅后焦体积密度计算公式，

式中，P——煅后焦显气孔率，％；D——煅后焦体积密度，g/cm³；W₀——煅后焦在空气中质量，g；W₁——煅后焦在水中重量，g；W₂——煅后焦的水饱和试样在空气中质量，g；ρ₁——水密度，g/cm³；ρ₀——当地空气密度，g/cm³；质量称量使用精密电子天平，分度值d＝0.01g或者d＝0.001g，电子精密天平准确度等级在3级以上，最好在2级以上。

煅后焦显气孔率、体积密度测试、计算过程举例：

日本三菱煤系针状焦显气孔率、体积密度测试过程列表

日本三菱煤系针状焦8～6mm粒级显气孔率、体积密度计算过程。

日本三菱煤系针状焦6～4mm粒级显气孔率、体积密度计算过程。

日本三菱煤系针状焦8～6mm、6～4mm粒级显气孔率平均值、体积密度平均值测试结果。

Claims (1)

1.一种石墨电极煤沥青用量调整方向和加入比例确定方法，其特征在于，该方法为，首先将基础配方中各种煅后原料焦以及需要调整的目标配方的煅后原料焦进行破碎、筛分，取出8～6mm、6～4mm粒级，颗粒料筛分纯度≥96％，然后测试各种原料焦的8～6mm、6～4mm粒级的显气孔率和体积密度，取8～6mm、6～4mm粒级的显气孔率平均值和体积密度平均值，并计算显气孔率平均值与体积密度平均值的比值，简称B值，以此可得到基础配方的各种原料焦的B值以及目标配方的各种原料焦的B值，将基础配方原料焦的显气孔率P、体积密度D、B值以下角标“1”表示，目标配方的原料焦显气孔率P、体积密度D、B值以下角标“2”表示，基础配方的原料焦品种数为1、2、……、n；目标配方原料焦品种数为1、2、……、n；这样可以得到基础配方的第一种原料焦的P₁₁、D₁₁、B₁₁；第二种原料焦的P₁₂、D₁₂、B₁₂；……；第n种原料焦的P_1n、D_1n、B_1n；目标配方的第一种原料焦的P₂₁、D₂₁、B₂₁；第二种原料焦的P₂₂、D₂₂、B₂₂；……；第n种原料焦的P_2n、D_2n、B_2n；同样，令基础配方中各种干料原料焦比例为n₁、n₂、……、n_n；目标配方中各种干料原料焦比例为m₁、m₂、……、m_n；令基础配方中已知的最佳沥青比例为η₁，目标配方的沥青比例η₂，目标配方相对于基础配方其原料焦的用量比例调整幅度要求在30％以内，显气孔率P的单位，％；体积密度D的单位，g/cm³；B值的单位，(g/cm³)^-1；

基础配方、目标配方的B值加权平均值计算公式如下：

基础配方的B值比加权平均值N：

式中，N——基础配方B值加权平均值，(g/cm³)^-1；n₁——基础配方中第一种原料焦的干料比例，％；P₁₁——基础配方中第一种原料焦的显气孔率平均值，％；D₁₁——基础配方中第一种原料焦的体积密度平均值，g/cm³；B₁₁——基础配方中第一种原料焦显气孔率平均值与体积密度平均值的比值，(g/cm³)^-1；其余类推；

目标配方的B值加权平均值M：

式中，M——目标配方的B值加权平均值，(g/cm³)^-1；m₁——目标配方中第一种原料焦的干料比例，％；P₂₁——目标配方中第一种原料焦的显气孔率平均值，％；D₂₁——目标配方中第一种原料焦的体积密度平均值，g/cm³；B₂₁——目标配方中第一种原料焦显气孔率平均值与体积密度平均值的比值，(g/cm³)^-1；其余类推；

煤沥青用量调整方向的判定准则：

目标配方沥青用量增加、不变、减少的操作方向的判定准则：

当

时，目标配方相比基础配方其沥青用量需要增加，即η₂＞η₁；

当

时，目标配方相比基础配方其沥青用量保持不变，即η₂＝η₁；

当

时，目标配方相比基础配方其沥青用量需要减少，即η₂＜η₁；

式中，N——基础配方的B值加权平均值，(g/cm³)^-1；M——目标配方的B值加权平均值，(g/cm³)^-1；η₁——基础配方中已知的最佳沥青比例，％；η₂——目标配方的沥青用量比例，％；

目标配方的煤沥青用量比例计算公式：

式中，N——基础配方的B值加权平均值，(g/cm³)^-1；M——目标配方的B值加权平均值，(g/cm³)^-1；η₁——基础配方中已知的最佳沥青比例，％；η₂——目标配方的沥青用量比例，％。