针状焦的生产与应用.doc

针状焦的生产与应用目前，全球每年针状焦产量月为120万吨左右，其中石油系针状焦主要由美国、英国、日本等国生产，煤系针状焦生产以日本为主，日本已形成油洗、煤系针状焦共存的局面。我国每年的针状焦产量只有5吨。由于国内针状焦产量不足，我国每年要大量进口高价针状焦，预计今年我国针状焦需求量将超过30万吨，2010年需求量将达到40万吨，我国针状焦需求量80%90%依赖进口。电炉炼钢大型化和全球电炉炼钢产量增长速度加快，使得超高功率电极用量增加，针状焦需求量随之必然增加。要有效缓解我国针状焦生产的被动局面，减少进口成本，促进电弧炉炼钢的发展，我国急需加大对针状焦生产技术和引进技术的研究开发力度，提高我国针状焦生产技术水平，扩大生产量1 针状焦的特性及工艺针状焦是制造超高功率电极的骨料，应用于超高功率电炉炼钢生产中。超高功率电炉炼钢，须使用超高功率电极（UHP）,以针状焦为原料生产UHP最佳，但要求原料沥青中喹啉不溶物（QI）含量小于6%，甲苯不容物（TI）含量在24%26%。电炉使用由针状焦制造的超高功率电极和使用普通相比，前者可缩短冶炼时间30%，吨钢耗电可节省50%，生产能力可增加1.3倍，同时消耗电极较少。国外电炉炼钢超高功率电极消耗情况：俄罗斯生产碳素钢和高合金钢企业石墨电极单耗3.7千克/吨钢；日本为5.2千克/吨钢；瑞典为6.7千克7.2千克/吨钢。全球石墨电极产量的2/3消耗于电炉炼钢中。针状焦具有电阻率小、热膨胀系数小、耐冲击性能强、机械强度高、抗氧化性能好、消耗低等优点。沥青针状焦在外观上和普通沥青焦不同。普通沥青焦与焦炭形状类似，气孔率可达50%；沥青针状焦为针状结晶，呈纤维流线状结构，其特点是膨胀系数小、比电阻小、假密度大（气孔率小）、真密度大、反应性小、容易石墨化等。针状焦生产主要采用延迟焦化生产工艺，由美国标准油公司于1931年开发成功，最初用于从低品味的石油重油制取轻质油和石油焦。20世纪60年代中期，美国鲁玛斯公司将这一技术用于以煤焦油软沥青生产沥青焦。1968年日本日铁化工工业公司八幡钢铁厂以煤焦油为原料，通过延迟焦化、煅烧装置生产沥青焦的6万吨/年生产线成功投产，其延迟焦化塔为美国鲁玛斯式，煅烧窑为美国佩特洛卡布式。1970年日本三菱化成工业公司用同样方法开发生产出煤系针状焦，并1973年实现了工业化生产，且于1982年把这项技术应用于生产碳素纤维。在我国，宝钢于1985年采用日本技术建设了国内第一套沥青延迟焦化法装置生产沥青焦。2 用煤焦油理清生产针状焦煤焦油制针状焦的生产过程包括原料预处理、延迟焦化过程和煅烧3个工序。针状焦的质量指标为：挥发份0.19%，灰分0.07%，S0.27%，C98.63%，H0.07%，N0.33%，真密度2.136g/cm3，线膨胀系数1.10*10-6-.原料预处理阶段主要目的为除去一次喹啉不溶物（QI1）的杂物，以保证精制沥青中QI1质量分数小于1.0%。如采用真空闪蒸-加压缩聚法生产工艺，可以获得几乎不含有QI1的精制沥青。其过程主要控制参数为真空闪蒸温度和压力，以及加压缩聚温度和压力及缩聚时间。真空闪蒸过程可得到适宜密度和适宜芳香化度，加压缩聚过程可得到含量较高的中间相先驱体（组分）缩聚沥青，同时可降低QI2的含量。在焦化初期，煤焦油沥青通过管式炉加热至400时，其熔融区域有称之为“中间相”的各相异性的“小球体”即球晶，进一步加热时，小球体会循环合并，互相融合，形成石墨化晶格，最终形成流态化状纤维结构。生产针状焦的初始原料煤焦油及软沥青（或改质沥青）中的杂质会影响中间相的各向异性“小球体”的生成和融合。为获得精制沥青，必须对其进行预处理，目的是除去一次喹啉不溶物（QI1）等有害杂质并调整相对分子质量的分布。预处理的方法有加氢法、热聚合法和熔剂法。延迟焦化过程主要利用中间相物质的塑性流动和分子排列的有序性及气相产物产生的剪切力，进行所谓的“气流拉焦丝”，最终形成流线状纤维结构的针状焦。在焦化过程中易出现结焦现象，为防止结焦，一般要向炉管内注入2940千帕高压水蒸汽，使沥青油以高速湍流状态，通过临界分解区域。煅烧过程是将流线状纤维结构的针状焦通过回转窑加热到1300-1450煅烧，以提高焦炭真密度，降低挥发份，提高含碳量，增强导电性，改善焦炭结构，从而获得高质量的沥青针状焦。3煤焦油利用的发展方向在针状焦的原料方面，目前全球煤焦油年产量约2000万吨，我国煤焦油产量约1200万吨-1250万吨，约占全球产量的2/3，是全球煤焦油沥青及煤制化学品的最大的供应商。但我国目前煤焦油实际加工量只有500余万吨，加工装置单套能力小且分散。国内改质沥青缺口很大，而国外一些煤焦油加工企业因原料的短缺而停工转产，沥青及改质沥青就全球需求而言缺口极大。我国煤焦油集中加工、装置单套能力大型化，煤焦油蒸馏下游精制产品集中化开发，超高功率电极所需针状焦技术的开发及沥青焦、碳纤维技术的研究是煤焦油理由发展方向。4 针状焦的供给因国际石油加工方向的转变，美国针状焦制造商UNOCAC公司芝加哥工厂停产，造成全球针状焦供给量下降。目前我国针状焦需求量超过28万吨/年，预计2010年需求量将超过40万吨，而我国针状焦产量只有5万吨，供应缺口很大，这就为针状焦价格上涨提供了条件。针状焦在国内外都属于稀缺产品。在国际市场上，近年来针状焦价格一路攀升，2000年国际市场平均价格为500美元/吨，2005年国际市场平均价格达到1100美元/吨，上涨了1倍以上。2007年国际市场价格更是达到1500美元/吨。由于国内针状焦生产企业少，产品供不应求，我国钢铁生产企业所需的针状焦90%依赖进口。近年来，我国进口针状焦市场持续涨势。2005年比2004年上涨1倍，2006年又比2005年上涨了25%。到2008年初，煤系针状焦进口价格达到了1250美元-1450美元/吨，从日本进口的油系针状焦价格为1360美元-1460美元/吨，2008年底油系针状焦价格达到2000美元/吨。国际金融风暴袭来时，进口针状焦价格不跌反涨，2009年4月，每吨价格高达2500吨。目前国内针状焦价格每吨高达1.5万元-1.6万元人民币。4年时间里，我国进口针状焦价格上涨4倍。2009年国内外针状焦价格一直上涨态势（上涨了40%）。受其影响，超高功率电极及石墨电极价格随之上涨。2009年6月，高功率石墨电极（直径500mm）出厂含税价为16000元/吨，超高功率石墨电极（直径500mm）出厂含税价达到35000元/吨。5 针状焦的需求目前，我国电炉炼钢产量年均以8.75%速度增长，年消耗电极50万吨；2008年我国电炉炼钢产量增长10%，达到5000万吨。2008年8月至今，据不完全统计，国外新增大型电炉18座，产能约1130万吨。由此可见，全球电弧炉炼钢产能在不断提高，所需超高功率石墨电极及高功率石墨电极需求增长迅速加快。2008年我国石墨电极产量为58.66万吨，同比增长16.81%。其中超高功率电极产量为15.4万吨，同比增长26.81%；高功率电极产量为24.02万吨，同比增长7.77%。从销售量看，销售超过功率电极37.15万吨，同比增长14.72%。可以看出，超高功率电极产量比普通石墨电极增长率高出18个百分点，这说明超高功率电极需求呈现增加趋势，电炉炼钢大型化需求及全球电炉炼钢增长速度加快是导致上述趋势的主要原因。据统计，2009年1月-5月，国内炼钢用石墨电极产量虽有下降，超高功率石墨电极产量的下降幅度却比普通石墨电极及高功率少5个百分点，这也说明，为满足电炉炼钢大型化需求，超高功率电极在石墨电极产量中的比重