[發明專利]采用炭素中間體生產高密度預焙陽極的方法

有效

• 申請號: 201310180501.8
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN103224397A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 任利華;王橙橙
• 申請（專利權）人: 任利華
• 主分類號: C04B35/52
• 分類號: C04B35/52;C04B35/622
• 代理公司: 鞍山大千專利事務所 21110
• 代理人: 聶振峽

1.一種采用炭素中間體生產高密度預焙陽極的方法，其特征在于：

（1）、預焙陽極和炭素中間體是采用煅后石油焦、或瀝青焦、或天然石墨、或人造石墨、或上述原料生產過程中返回料、或上述原料生產的炭素制品返回料、或上述原料生產的炭素制品使用后的回收料，其中一種以上混合物為原料；

（2）、利用炭素企業現有預焙陽極生產線設備；

（3）、炭素中間體為球形或三維尺寸不相等橢圓形球體及二個球以上通過邊沿連接在一起的連體球、或棱角為圓弧形的正方體或棱角為圓弧形的長方體及二個方體以上通過邊沿連接在一起的連體方體、或棱角為圓弧形對稱的八面體及二個八面體以上通過邊沿連接在一起的連體八面體，球體、或方體、或八面體，最長方向形體尺寸小于80mm；結合劑煤瀝青含量7～16%；平均體積密度1.65～1.80g/cm³；受壓面氣孔率小于受壓垂直面氣孔率；表面氣孔率小于10%，內部氣孔率小于20%；具有各向異性化炭質結構；

（4）、炭素中間體體積密度大于預焙陽極成型坯體體積密度；

（5）、生產預焙陽極炭素中間體加入量、加料方式、加料地點：按質量份數百分比計算，加入量5～100%；炭素中間體采用定量給料方式加入；加料地點：當炭素中間體溫度≥成型物料、或糊料溫度時，加料到混合、或混捏設備到成型機之間各可落料點；當炭素中間體溫度小于成型物料、或糊料溫度時，直接加料到混合、或混捏設備中；當采用連續混捏機工藝生產預焙陽極，炭素中間體溫度小于自身含有的結合劑煤瀝青軟化點溫度時，加料到預熱設備中；

（6）、焙燒后燒失量2.0～4.9%；

（7）、具有各向異性化炭質結構，當炭素中間體加入量大于60%時，貫通氣孔率比較普通預焙陽極減少50%以上；

（8）、預焙陽極在真密度≥2.03g/cm³條件下，成型坯體平均體積密度1.65～1.80g/cm³；焙燒后預焙陽極平均體積密度1.62～1.75g/cm³；內部中心部位平均體積密度1.60～1.74?g/cm³；

（9）、適用生產陰極炭塊、炭塊、半石墨質炭塊、石墨質炭塊、石墨電極、炭電極、炭糊炭材料及其炭素制品。

2.根據權利要求1所述的采用炭素中間體生產高密度預焙陽極的方法，其特征在于：生產工藝步驟：原料選擇→配料→混合、或混捏→成型、焙燒→預焙陽極特征；

（1）、原料選擇

預焙陽極和炭素中間體是采用煅后石油焦、或瀝青焦、或天然石墨、或人造石墨、或上述原料生產過程中返回料、或上述原料生產的炭素制品返回料、或上述原料生產的炭素制品使用后的回收料，其中一種以上混合物為原料；

（2）、配料

按質量份數百分比配料：顆粒級配原料＋炭素中間體+結合劑煤瀝青＝100%；

炭素中間體加入量：5～100%；

結合劑選擇：選擇煤瀝青及其改性后衍生產品，要求結合劑煤瀝青的結焦值大于40%；

結合劑煤瀝青加入量：包括炭素中間體、成型廢坯、混捏廢糊料中含有煤瀝青量計算在內，成型物料、或糊料中加入的結合劑煤瀝青量為12～18%，當炭素中間體加入量多時，煤瀝青加入量取下限值；當炭素中間體加入量少時，煤瀝青加入量取上限值；

顆粒級配原料加入量：顆粒級配原料加入量=成型物料總量100%—炭素中間體加入量—結合劑煤瀝青加入量；

①當炭素中間體加入量90～100%

煤瀝青加入量：包括炭素中間體、成型廢坯、混捏廢糊料中含有煤瀝青量計算在內為12～15%；

顆粒級配原料加入量：顆粒級配原料加入量=成型物料總量100%—炭素中間體加入量—結合劑煤瀝青加入量

其中原料粒度3～0.1mm占顆粒級配原料加入量50±20%；剩余為≤0.1mm原料粉料；

②當炭素中間體加入量>65～<90%

煤瀝青加入量：包括炭素中間體、成型廢坯、混捏廢糊料中含有煤瀝青量計算在內為13～17%；

顆粒級配原料加入量：顆粒級配原料加入量=成型物料總量100%—炭素中間體加入量—結合劑煤瀝青加入量

其中原料粒度5～0.1mm占顆粒級配原料加入量50±20%；剩余為≤0.1mm原料粉料；

③當炭素中間體加入量5～65%

利用原有預焙陽極生產線工藝配方和顆粒級配：

顆粒級配原料和結合劑煤瀝青加入量采用質量份數百分比配料量計算：?顆粒級配原料加入量+結合劑煤瀝青加入量?=?A?=?成型物料總量100%—炭素中間體加入量；

加入炭素中間體后，各粒度原料、或結合劑煤瀝青理論加入量計算值：各粒度原料理論加入量、或結合劑煤瀝青理論加入量=原有預焙陽極生產線顆粒級配各粒度原料加入量、或結合劑煤瀝青加入量×A；

加入炭素中間體后，計算原有預焙陽極生產線工藝配方中各粒度原料、或結合劑加入量：各粒度原料、或結合劑煤瀝青加入量=原有預焙陽極生產線顆粒級配各粒度原料加入量、或結合劑煤瀝青加入量×A；

預焙陽極生產工藝配方：在計算值基礎上，修改、控制最大粒度原料和結合劑煤瀝青加入量，其余各粒度原料加入量，按加入量計算值四舍五入后取整數；煤瀝青加入量：煤瀝青加入量在加入量計算值基礎上，包括炭素中間體、成型廢坯、混捏廢糊料中含有煤瀝青量計算在內控制在14～18%，按100%計算剩余量為最大粒度原料加入量；

（3）、混合、或混捏

預焙陽極生產線的混合、或混捏工藝有二種方法：

①、連續混合、或混捏方法，利用現有預焙陽極生產線的連續定量給料設備；預熱設備；連續混合、或混捏設備；涼料輸送設備生產工藝；

②、間斷混合、或混捏方法，利用現有預焙陽極生產線的配料秤；間斷混合、或混捏設備；料罐或涼料輸送設備工藝；

按常規生產預焙陽極操作程序加入顆粒級配后的各種粒度原料；控制溫度、時間、速度；加熱物料；加入結合劑煤瀝青；混合、或混捏生產成型物料、或糊料，按常規生產預焙陽極操作程序出料、涼料，成型物料、或糊料輸送到成型設備供料槽內；

炭素中間體與正常混合、或混捏物料、糊料在一起混合、或混捏要求：

①、炭素中間體加入時溫度狀態選擇順序：1、剛成型后的熱態炭素中間體；2、常溫狀態加熱到成型物料溫度的熱態炭素中間體；3、常溫狀態炭素中間體；

②、炭素中間體中結合劑煤瀝青軟化點溫度≥正常混合、或混捏物料、糊料中結合劑煤瀝青軟化點溫度；

③、炭素中間體和正常混合、或混捏物料、糊料的溫度大于并接近于成型物料、或糊料溫度再進行混合、或混捏，炭素中間體的熔化、剝落最小；

④、炭素中間體和正常混合、或混捏物料、糊料在一起混合時間越短；炭素中間體受到的混合攪拌的摩擦力、機械力越小，炭素中間體熔化、剝落最小；

⑤、炭素中間體中結合劑煤瀝青含量小于普通預焙陽極混合、或混捏糊料中結合劑煤瀝青含量，二種物料在高于結合劑煤瀝青軟化點溫度條件下，接觸摩擦碰撞、或混合、或混捏時，糊料中的結合劑煤瀝青會滲透到炭素中間體中，造成混合、或混捏后成型物料、或糊料變干；濕潤性和塑性減少，隨著炭素中間體加入量增加，成型物料、或糊料中的結合劑煤瀝青含量在原配方基礎上增加，通過成型坯體狀態進行調整；

⑥、炭素中間體加入地點的選擇順序：1、成型設備供料槽；2、涼料輸送設備；3、混合、或混捏設備；4、預熱設備；

炭素中間體加入量和加入地點：

①、當預焙陽極中炭素中間體加入量100%時，直接將達到成型溫度的炭素中間體加入到成型設備供料槽中，按常規生產預焙陽極方法成型坯體；

②、當預焙陽極中炭素中間體加入量小于100%時，根據炭素中間體溫度狀態，加入到現有預焙陽極生產線預熱；混合、或混捏；涼料輸送；成型機供料槽設備中；

炭素中間體的加入方式：

①、現有預焙陽極生產線是采用連續混合、或混捏方法時，炭素中間體采用連續定量配料給料方式加入；

②、現有預焙陽極生產線是采用間斷混合、或混捏方法時，炭素中間體采用間斷定量配料給料方式加入；

當炭素中間體加入時的溫度≥成型物料、或糊料的溫度時，采用如下方法和地點位置加入炭素中間體：

A、新增設備：在成型設備供料槽到涼料輸送設備之間，增設一臺帶保溫、或加熱功能的混合設備，現有預焙陽極生產線涼料輸送加入到成型設備供料槽的成型物料、或糊料，改為加入到新增混合設備中，同時加入炭素中間體，炭素中間體與成型物料、或糊料在新增混合設備中混合均勻，滿足成型物料溫度要求后，輸送到成型設備供料槽內，按常規生產預焙陽極方法成型坯體；

B、利用現有預焙陽極生產線設備和工藝：a、當成型設備供料槽中安裝有攪拌機，明確知道供料槽中成型物料、或糊料數量時：炭素中間體直接加入到成型設備供料槽中、或直接加入到涼料輸送設備中、或直接加入到運輸成型物料、或糊料的料罐中；b、采用連續混合、或混捏工藝時，向涼料輸送設備進料點加入炭素中間體，與從混合、或混捏設備出料口出來混合、或混捏好的成型物料、或糊料，再向涼料輸送設備下料過程中會合，實現相互混合，涼料輸送設備在向成型設備供料槽卸料過程中完成第二次混合；c、直接向含有混捏好成型物料、或糊料的間斷混合、或混捏設備中加入炭素中間體，繼續混合、或混捏10S～100S；

當炭素中間體加入時的溫度小于成型物料、或糊料的溫度時，利用預熱設備；混合、或混捏設備，在預熱、或混合、或混捏過程中提高炭素中間體溫度，完成混合、或混捏；

A、當炭素中間體溫度小于炭素中間體中結合劑煤瀝青軟化點溫度時：a、向連續混合、或混捏預焙陽極生產線的預熱設備加入炭素中間體，與顆粒級配物料一起預熱和混合；一起加熱、加入結合劑煤瀝青、進行混捏；b、向間斷混合、或混捏預焙陽極生產線的間斷混合、或混捏設備中加入炭素中間體，為了縮短炭素中間體在間斷混合、或混捏設備停留時間，要求顆粒級配物料與結合劑煤瀝青混合、或混捏結束，糊料溫度≥170℃時，再加入炭素中間體，繼續混合、或混捏1～20min，使顆粒級配物料、結合劑煤瀝青、炭素中間體均勻分散，達到成型物料、或糊料要求；

B、當炭素中間體溫度介于炭素中間體結合劑煤瀝青軟化點溫度與成型物料、或糊料溫度之間時：a、向連續混合、或混捏預焙陽極生產線混合、或混捏設備中加入炭素中間體；b、向混捏好糊料的間斷混合、或混捏設備中加入炭素中間體，繼續混合、或混捏0.5～5min；

（4）成型、焙燒

成型、焙燒按常規預焙陽極生產方法進行；

（5）預焙陽極特征

焙燒后的預焙陽極，燒失量2.0～4.9%；在真密度≥2.03g/cm³條件下，平均體積密度1.62～1.75g/cm³；內部中心部位平均體積密度1.60～1.74g/cm³；平均耐壓強度40～70MPa；具有各向異性化特性；氣孔率15～21%。