專利名稱：一種高密度炭素制品的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化工技術領域，炭素材料及其制品的生產(chǎn)工藝，特別涉及一種高體積
密度預焙陽極、石墨電極、炭塊、炭糊等高密度炭素制品的生產(chǎn)工藝。
背景技術：
炭素制品是以石油焦、瀝青焦、電煅煤、冶金焦、石墨為原料，經(jīng)過破粉碎、配料、混 捏、成型、焙燒、浸漬、石墨化等工藝生產(chǎn)出的制品。炭素焦炭原料呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，體積密度 普遍小于1. 3g/cm 在混捏、成型過程中需要加入14 27%煤瀝青結(jié)合劑，而煤瀝青結(jié)焦 值只有50X左右，造成焙燒后炭素制品體積密度普遍低于1.6g/cm3。特別是炭素制品中 使用量最大的石油焦原料，體積密度波動在0. 9 1. 2g/cm3之間，用國產(chǎn)煅后石油焦原料 生產(chǎn)鋁用預焙陽極體積密度雖然大于1. 5g/cm3，但明顯低于國際鋁用預焙陽極體積密度 1.6g/cm3指標，在產(chǎn)品質(zhì)量、使用壽命和節(jié)能、減排、降耗等方面與國際先進水平存在一定 的差距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了上述存在缺陷，目的是通過采用體積密度大于1. 6g/cm3高密度型焦 炭為主要原料，采用大顆粒高密度型焦炭整球加入方式，達到降低粉料和結(jié)合劑煤瀝青加 入量，改變炭素制品顆粒結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)出體積密度大于1. 6g/cm3炭素焙燒品，提供一種高密度 炭素制品的生產(chǎn)工藝。 本發(fā)明高密度炭素制品的生產(chǎn)工藝內(nèi)容簡述 本發(fā)明高密度炭素制品的生產(chǎn)工藝，其特征在于高密度炭素制品包括高密度 預焙陽極、或高密度石墨化電極、或砌筑炭塊用高密度半石墨質(zhì)炭糊及半石墨質(zhì)陰極糊，其 生產(chǎn)工藝按下列步驟 [OOOS] (1)原料選擇 采用石油焦、或瀝青焦、或電煅煤、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或炭素制
品生產(chǎn)返回料、或炭素制品回收料，其中一種或上述一種以上混合物以及用上述原料生產(chǎn)
的體積密度大于1. 6g/cm3高密度型焦炭為原料； (2)顆粒級配、結(jié)合劑選擇、結(jié)合劑含有量控制 按質(zhì)量份數(shù)計算，顆粒級配料+結(jié)合劑=100% ; 顆粒級配 根據(jù)炭素制品的品種選擇對應材質(zhì)的炭素原料和高密度型焦炭，顆粒大于lmm采
用體積密度大于1.6g/cm3原料，加入量大于30X，其中顆粒大于10mm加入量大于10% ;顆
粒小于0. lmm加入量小于32% ; 結(jié)合劑選擇、結(jié)合劑含有量控制 選擇煤瀝青為結(jié)合劑； 結(jié)合劑含有量
5
模壓成型或等靜壓成型結(jié)合劑含有量小于10% ; 振動成型結(jié)合劑含有量小于12% ;
擠壓成型結(jié)合劑含有量小于17% ; 不定形炭素制品炭糊或陰極糊結(jié)合劑含有量小于19% ;
(3)混捏 將顆粒級配后的原料加熱到110 200°C ，再加入煤瀝青結(jié)合劑混捏10 60min 后，不定形炭糊或陰極糊炭素制品經(jīng)熱搗固，在溫度IOO(TC時，經(jīng)過煅燒后體積密度大于 1. 5g/cm3 ;定型炭素制品在溫度110 20(TC條件下按炭素制品常規(guī)方法進行成型；
(4)成型、焙燒、浸漬、石墨化 成型、焙燒、浸漬、石墨化按常規(guī)炭素制品生產(chǎn)方法進行，焙燒后炭素定型制品的 體積密度大于1. 6g/cm3。 利用本發(fā)明生產(chǎn)高密度炭素制品，焙燒后炭素定型制品的體積密度大于1.6g/ cm 可實現(xiàn)節(jié)能、減排、高效，低投入、高產(chǎn)出。
具體實施例方式
本發(fā)明一種高密度炭素制品的生產(chǎn)工藝是這樣實現(xiàn)的，下面按不同制品做具體說 明。 發(fā)明一種高密度炭素制品的生產(chǎn)工藝中的大顆粒原料是采用本發(fā)明人在《一種高 密度型焦炭的生產(chǎn)方法》發(fā)明專利中公開的"球形或三維尺寸不相等的橢圓球體形狀；體積 密度1. 6 1. 8g/cm3 ;球體受壓平行面氣孔率小于受壓垂直面氣孔率；具有石墨化各向異 性特性的高密度型焦炭"為原料，進行試驗研究的，高密度炭素制品的生產(chǎn)工藝，按下列步 驟 (1)原料選擇 采用石油焦、或瀝青焦、或電煅煤、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或炭素制
品生產(chǎn)返回料、或炭素制品回收料，其中一種或上述一種以上混合物以及用上述原料生產(chǎn)
的體積密度大于1. 6g/cm3高密度型焦炭為原料。
(2)顆粒級配、結(jié)合劑選擇、結(jié)合劑含有量控制 按質(zhì)量份數(shù)計算，顆粒級配料+結(jié)合劑=100%。
顆粒級配 根據(jù)炭素制品的品種選擇對應材質(zhì)的炭素原料和高密度型焦炭，顆粒大于lmm采
用體積密度大于1.6g/cm3原料，加入量大于30X，其中顆粒大于10mm加入量大于10% ;顆
粒小于O. lmm加入量小于32%。 結(jié)合劑選擇、結(jié)合劑含有量控制 選擇煤瀝青為結(jié)合劑。 結(jié)合劑含有量 模壓成型或等靜壓成型結(jié)合劑含有量小于10% ;
振動成型結(jié)合劑含有量小于12% ;
擠壓成型結(jié)合劑含有量小于17% ; 不定形炭素制品炭糊或陰極糊結(jié)合劑含有量小于19%。
(3)混捏 將顆粒級配后的原料加熱到110 200°C ，再加入煤瀝青結(jié)合劑混捏10 60min 后，不定形炭糊或陰極糊炭素制品經(jīng)熱搗固，在溫度IOO(TC時，經(jīng)過煅燒后體積密度大于 1. 5g/cm3 ;定型炭素制品在溫度110 20(TC條件下按炭素制品常規(guī)方法進行成型。
(4)成型、焙燒、浸漬、石墨化 成型、焙燒、浸漬、石墨化按常規(guī)炭素制品生產(chǎn)方法進行，焙燒后炭素定型制品的 體積密度大于1. 6g/cm3。
實施例一 高密度預焙陽極的生產(chǎn)工藝是采用預焙陽極生產(chǎn)用煅后石油焦和用該石油焦煅 前焦生產(chǎn)的32X25X 15mm橢園形體積密度達到1. 60g/cm3高密度型焦炭、預焙陽極殘極、 預焙陽極焙燒后廢品四種原料。 按質(zhì)量份數(shù)計算，顆粒級配料+結(jié)合劑=100%。
顆粒級配 32X25X 15mm橢園形高密度型焦炭整球加入量50X ;
5 Omm高密度型焦炭破碎料10 % ; 1 Omm預焙陽極殘極、或預焙陽極焙燒后廢品、或高密度型焦炭，其中一種或上
述一種以上混合物11.5% ; 小于0. 09mm煅后石油焦粉20% 。 結(jié)合劑選擇、結(jié)合劑含有量控制 選擇軟化點92t:煤瀝青為結(jié)合劑； 結(jié)合劑加入量是8. 5%。 將顆粒級配后的原料加熱到180°C ，再加入結(jié)合劑煤瀝青，恒溫混捏40min，混捏 后原料按預焙陽極成型溫度要求進行溫度調(diào)整，按常規(guī)預焙陽極生產(chǎn)工藝進行振動成型、 焙燒處理。 焙燒后生產(chǎn)出來的預焙陽極體積密度大于1. 60g/cm3。
實施例二 高密度石墨化電極的生產(chǎn)工藝是采用石墨化電極生產(chǎn)用煅后石油焦；用該 石油焦煅前焦55%與含有43%石墨化電極生產(chǎn)返回料及石墨化電極回收料生產(chǎn)的 25X15X10mm橢園形體積密度達到1. 62g/cm3高密度型焦炭；石墨化電極成型廢坯料；石 墨化電極焙燒廢品、或石墨化電極石墨化廢品、或石墨化電極殘極，其中一種或上述一種以 上混合物為原料。 按質(zhì)量份數(shù)計算，顆粒級配料+結(jié)合劑=100%。
顆粒級配 25X15X10mm橢園形高密度型焦炭整球加入量35X ;
5 Omm高密度型焦炭破碎料10 % ; 1 Omm石墨化電極成型廢坯料15% ，在石墨化電極成型廢坯料中含有結(jié)合劑煤
瀝青23% ; 小于0. lmm煅后石油焦、或高密度型焦炭13% ; 小于0. lmm石墨化電極焙燒廢品、或石墨化電極石墨化廢品、或石墨化電極殘極、或高密度型焦炭，其中一種或上述一種以上混合物15%。
結(jié)合劑選擇、結(jié)合劑加入量
選擇軟化點89t:煤瀝青為結(jié)合劑；
結(jié)合劑加入量為12%。 將顆粒級配后的原料加熱到170°C ，再加入結(jié)合劑煤瀝青，恒溫混捏50min，混捏 后原料按石墨化電極擠壓成型溫度要求進行溫度調(diào)整，按常規(guī)石墨化電極生產(chǎn)工藝進行擠 壓成型、焙燒、浸漬、石墨化處理。 焙燒后生產(chǎn)出來的電極焙燒品體積密度大于1. 62g/cm3。
實施例三 砌筑炭塊用高密度半石墨質(zhì)炭糊及半石墨質(zhì)陰極糊的生產(chǎn)工藝是采用半石墨質(zhì) 炭糊生產(chǎn)用煅后石油焦；用該石油焦煅前焦55%與含有43%石墨化電極生產(chǎn)返回料及石 墨化電極回收料生產(chǎn)的25X15X10mm橢園形體積密度達到1. 62g/cm3高密度型焦炭；石墨 化電極成型廢坯料；石墨化電極焙燒廢品、或石墨化電極石墨化廢品、或石墨化電極殘極， 其中一種或上述一種以上混合物為原料；當炭素制品要求灰分小于8%時，用電煅煤代替 石油焦、或石墨化電極焙燒廢品、或石墨化電極石墨化廢品、或石墨化電極殘極。
按質(zhì)量份數(shù)計算，顆粒級配料+結(jié)合劑=100%。
顆粒級配 25X15X10mm橢園形高密度型焦炭整球加入量37X ; 5 0mm石墨化電極石墨化廢品、或石墨化電極殘極、或高密度型焦炭，其中一種 或上述一種以上混合物15% ; 1 Omm石墨化電極成型廢坯料10% ，在石墨化電極成型廢坯料中含有結(jié)合劑煤
瀝青23% ; 小于0.09mm煅后石油焦、或高密度型焦炭11% ; 小于0.09mm石墨化電極焙燒廢品、或石墨化電極石墨化廢品、或石墨化電極殘 極、或高密度型焦炭，其中一種或上述一種以上混合物13%。
結(jié)合劑選擇、結(jié)合劑加入量
選擇軟化點6『C煤瀝青為結(jié)合劑；
結(jié)合劑加入量為14%。 將顆粒級配后的原料加熱到150°C ，再加入結(jié)合劑煤瀝青，恒溫混捏40min，從成
型機出來成為炭糊、陰極糊不定形炭素制品。 熱搗固后加熱到IOO(TC體積密度大于1. 50g/cm3。
權利要求
一種高密度炭素制品的生產(chǎn)工藝，其特征在于高密度炭素制品包括高密度預焙陽極、或高密度石墨化電極、或砌筑炭塊用高密度半石墨質(zhì)炭糊及半石墨質(zhì)陰極糊，其生產(chǎn)工藝按下列步驟(1)原料選擇采用石油焦、或瀝青焦、或電煅煤、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或炭素制品生產(chǎn)返回料、或炭素制品回收料，其中一種或上述一種以上混合物以及用上述原料生產(chǎn)的體積密度大于1.6g/cm3高密度型焦炭為原料；(2)顆粒級配、結(jié)合劑選擇、結(jié)合劑含有量控制按質(zhì)量份數(shù)計算，顆粒級配料+結(jié)合劑＝100％；顆粒級配根據(jù)炭素制品的品種選擇對應材質(zhì)的炭素原料和高密度型焦炭，顆粒大于1mm采用體積密度大于1.6g/cm3原料，加入量大于30％，其中顆粒大于10mm加入量大于10％；顆粒小于0.1mm加入量小于32％；結(jié)合劑選擇、結(jié)合劑含有量控制選擇煤瀝青為結(jié)合劑；結(jié)合劑含有量模壓成型或等靜壓成型結(jié)合劑含有量小于10％；振動成型結(jié)合劑含有量小于12％；擠壓成型結(jié)合劑含有量小于17％；不定形炭素制品炭糊或陰極糊結(jié)合劑含有量小于19％；(3)混捏將顆粒級配后的原料加熱到110～200℃，再加入煤瀝青結(jié)合劑混捏10～60min后，不定形炭糊或陰極糊炭素制品經(jīng)熱搗固，在溫度1000℃時，經(jīng)過煅燒后體積密度大于1.5g/cm3；定型炭素制品在溫度110～200℃條件下按炭素制品常規(guī)方法進行成型；(4)成型、焙燒、浸漬、石墨化成型、焙燒、浸漬、石墨化按常規(guī)炭素制品生產(chǎn)方法進行，焙燒后炭素定型制品的體積密度大于1.6g/cm3。
2. 根據(jù)權利要求l所述的高密度炭素制品的生產(chǎn)工藝，其特征在于高密度預焙陽極的生產(chǎn)工藝是采用預焙陽極生產(chǎn)用煅后石油焦和用該石油焦煅前焦生產(chǎn)的32X25X 15mm橢園形體積密度達到1. 60g/cm3高密度型焦炭、預焙陽極殘極、預焙陽極焙燒 后廢品四種原料；按質(zhì)量份數(shù)計算，顆粒級配料+結(jié)合劑=100% ;顆粒級配32X25X 15mm橢園形高密度型焦炭整球加入量50X ; 5 Omm高密度型焦炭破碎料10% ;1 Omm預焙陽極殘極、或預焙陽極焙燒后廢品、或高密度型焦炭，其中一種或上述一 種以上混合物11.5% ;小于0. 09mm煅后石油焦粉20% ; 結(jié)合劑選擇、結(jié)合劑含有量控制選擇軟化點92t:煤瀝青為結(jié)合劑；結(jié)合劑加入量是8.5% ;將顆粒級配后的原料加熱到180°C ，再加入結(jié)合劑煤瀝青，恒溫混捏40min，混捏后原 料按預焙陽極成型溫度要求進行溫度調(diào)整，按常規(guī)預焙陽極生產(chǎn)工藝進行振動成型、焙燒 處理；焙燒后生產(chǎn)出來的預焙陽極體積密度大于1. 60g/cm3。
3. 根據(jù)權利要求1所述的高密度炭素制品的生產(chǎn)工藝，其特征在于高密度石墨化電 極的生產(chǎn)工藝是采用石墨化電極生產(chǎn)用煅后石油焦；用該石油焦煅前焦55%與含有43% 石墨化電極生產(chǎn)返回料及石墨化電極回收料生產(chǎn)的25X15X10mm橢園形體積密度達到 1. 62g/cm3高密度型焦炭；石墨化電極成型廢坯料；石墨化電極焙燒廢品、或石墨化電極石 墨化廢品、或石墨化電極殘極，其中一種或上述一種以上混合物為原料；按質(zhì)量份數(shù)計算，顆粒級配料+結(jié)合劑=100% ; 顆粒級配25X15X10mm橢園形高密度型焦炭整球加入量35X ; 5 Omm高密度型焦炭破碎料10% ;1 Omm石墨化電極成型廢坯料15%，在石墨化電極成型廢坯料中含有結(jié)合劑煤瀝青23% ;小于O. lmm煅后石油焦、或高密度型焦炭13% ;小于0. lmm石墨化電極焙燒廢品、或石墨化電極石墨化廢品、或石墨化電極殘極、或高 密度型焦炭，其中一種或上述一種以上混合物15% ;結(jié)合劑選擇、結(jié)合劑加入量選擇軟化點89t:煤瀝青為結(jié)合劑；結(jié)合劑加入量為12% ;將顆粒級配后的原料加熱到17(TC，再加入結(jié)合劑煤瀝青，恒溫混捏50min，混捏后原 料按石墨化電極擠壓成型溫度要求進行溫度調(diào)整，按常規(guī)石墨化電極生產(chǎn)工藝進行擠壓成 型、焙燒、浸漬、石墨化處理；焙燒后生產(chǎn)出來的電極焙燒品體積密度大于1. 62g/cm3。
4. 根據(jù)權利要求1所述的高密度炭素制品的生產(chǎn)工藝，其特征在于砌筑炭塊用高密 度半石墨質(zhì)炭糊及半石墨質(zhì)陰極糊的生產(chǎn)工藝是采用半石墨質(zhì)炭糊生產(chǎn)用煅后石油焦； 用該石油焦煅前焦55%與含有43%石墨化電極生產(chǎn)返回料及石墨化電極回收料生產(chǎn)的 25X15X10mm橢園形體積密度達到1. 62g/cm3高密度型焦炭；石墨化電極成型廢坯料；石 墨化電極焙燒廢品、或石墨化電極石墨化廢品、或石墨化電極殘極，其中一種或上述一種以 上混合物為原料；當炭素制品要求灰分小于8%時，用電煅煤代替石油焦、或石墨化電極焙 燒廢品、或石墨化電極石墨化廢品、或石墨化電極殘極；按質(zhì)量份數(shù)計算，顆粒級配料+結(jié)合劑=100% ; 顆粒級配25X15X10mm橢園形高密度型焦炭整球加入量37X ;5 0mm石墨化電極石墨化廢品、或石墨化電極殘極、或高密度型焦炭，其中一種或上 述一種以上混合物15% ;1 Omm石墨化電極成型廢坯料10%，在石墨化電極成型廢坯料中含有結(jié)合劑煤瀝青23% ;小于O. 09mm煅后石油焦、或高密度型焦炭11% ;小于O. 09mm石墨化電極焙燒廢品、或石墨化電極石墨化廢品、或石墨化電極殘極、或 高密度型焦炭，其中一種或上述一種以上混合物13% ;結(jié)合劑選擇、結(jié)合劑加入量 選擇軟化點6『C煤瀝青為結(jié)合劑； 結(jié)合劑加入量為14% ;將顆粒級配后的原料加熱到150°C ，再加入結(jié)合劑煤瀝青，恒溫混捏40min，從成型機 出來成為炭糊、陰極糊不定形炭素制品；熱搗固后加熱到IOO(TC體積密度大于1. 50g/cm3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高密度炭素制品的生產(chǎn)工藝，其特征在于高密度炭素制品包括高密度預焙陽極、或高密度石墨化電極、或砌筑炭塊用高密度半石墨質(zhì)炭糊及半石墨質(zhì)陰極糊，通過采用體積密度大于1.6g/cm3高密度型焦炭為主要原料，采用大顆粒高密度型焦炭整球加入方式，達到降低粉料和結(jié)合劑煤瀝青加入量，改變炭素制品顆粒結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)出體積密度大于1.6g/cm3炭素焙燒品，其生產(chǎn)工藝按下列步驟原料選擇；顆粒級配、結(jié)合劑選擇、結(jié)合劑含有量控制；混捏；成型、焙燒、浸漬、石墨化按常規(guī)炭素制品生產(chǎn)方法進行。利用本發(fā)明生產(chǎn)的高密度炭素制品，焙燒后炭素定型制品的體積密度大于1.6g/cm3，可實現(xiàn)節(jié)能、減排、高效，低投入、高產(chǎn)出。
文檔編號C01B31/00GK101723357SQ20091021998
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權日2009年11月19日
發(fā)明者任利華, 李純 申請人:任利華