实习部分思考题答案

1、赴济南澳海炭素有限公司实习部分思考题答案（前40题）1、为什么讲预焙阳极是“铝电解槽的心脏”？答：炭阳极被称作“铝电解槽的心脏”，是因为阳极的质量直接影响着铝电解槽的运作状况及其技术经济指标。铝电解槽长期使用低质量的炭阳极，将会导致铝电解槽异常病变，主要表现在炭渣过多，槽子过热，物料过耗，炉帮过空，发病过频，效率过低，进而会引发病槽，缩短铝电解槽的寿命，因此说，炭阳极是铝电解槽正常工作的基础，是铝电解工艺条件稳定的核心。2、简略写出预焙阳极生产主要工艺流程？答： 石油焦粗碎煅烧煅后焦煤沥青溶化脱水配料干混湿混成型焙烧预焙阳极粗粒中粒细粒粉破碎筛分磨粉3、什么是阳极炭块？答：以石油焦为干料，煤沥

2、青为粘结剂生产的阳极炭块用作预焙铝电解槽作阳极材料，该炭块已经过焙烧处理，具有稳定的几何形状，所以也称其为预焙阳极炭块和铝电解用炭阳极。4、写出电解法“炼”铝的主要反应式？直流电答：随着电解过程的进行，炭阳极参与电化学反应，生成碳的化合物二氧化碳（CO2）。反应式为：2Al2O3（溶解的）3C(固) 4Al(液)+3CO2(一次气体)实际上在电解过程中还存在着另一种反应Al2O3+3C 2Al+3CO5、写出TY-1牌号预焙阳极7项质量指标答：灰分0.50%，电阻率55m,耐压托强度32MPa，真密度2.0g/cm3，体积密度1.50g/cm3，CO2反应性45mg/cm2·h,线膨

3、胀率0.45%。6、目前炼油厂生产的石油焦有哪几种类型？答：石油焦是炼油厂的副产品，炼油厂主要生产4种油焦：针状焦：用于生产炼钢用的优质石墨电极；海绵状焦：主要用于铝电解阳极及普通石墨电极；丸状焦或球状焦：呈圆球形，直径为0.630mm，国外大部分用作燃料；更剧烈的热裂化液化而流态化焦化工艺生产的流态化焦：因其颗粒细（有时又称为焦泥焦粉），挥发分高，热膨胀率高，一般不能用于阳极生产，但国内仍需配用阳极生产。7、生焦的质量有时还可用哪些特性指标进行评定？答：例如真密度为1.31.4g/cm3，1.42.4mm粒级焦的堆积密度应为0.610.72g/cm3，电阻率不大于3.7×1010m

4、等。8、煤沥青的溶剂萃取原理是什么？答：炼沥青的溶剂萃取组分析原理是根据化学相似相溶原则，即两种物质的分子大小、元素组成、化学结构和性质越相似，就越能很好地互相溶解，因此用同一溶剂抽提出来的一组物质，其物理化学性质都比较相似。9、什么是煤沥青中的树脂、树脂、r树脂？答：不溶于喹啉的组分树脂，或直接称为喹啉不溶物（QI）；溶于喹啉但不溶于（甲）苯的组分树脂，数值上等于甲苯不溶物（BI）减去喹啉不溶物（QI）（即：QSBIQI）；可溶于（甲）苯的组分r树脂（BS），或者按称为（甲）苯可溶物。10、我国炭材料生产用改质沥青一级品有哪些指标？答：软化点108114，甲苯不溶物2832%，喹啉不溶物81

5、2，树脂含量不小于18%，结焦值不小于56%，灰分不大于0.25%，水分不大于5%。11、回转窑结构是怎样的？答：回转窑是一台纵长钢板制成的圆筒，内衬耐火砖，窑体的大小根据生产需要而定，较小的回转窑只有1m左右，长20m左右，较大的回转窑可达2.53.5m，长6070m，为了使煅烧焦能在窑内移动，窑体要倾斜安装，某倾斜度的大小一般为窑体总长的2.55%。12、炭素糊料胶料论？ 答：胶料论认为，混捏后的炭糊是由骨料和胶料组成的，胶料是由煤沥青与炭质粉料在合理配比下形成的、具有一定结构及强力黏结作用的物质。胶料论还认为，将固体炭质物料黏结在一起的不是沥青，而是胶料。 由于炭质粉料的比表面积比颗粒骨

6、料大得多，因此混捏时大部分煤沥青为炭质粉料所吸附。由炭质粉料和煤沥青组成的胶料占生坯总重的60%左右，成为生坯的主要部分。生坯是骨料和胶料组成的复合体，前者分散在后者中，生坯的理化性能主要由胶料的特性所决定。13、回转窑煅烧炭质物料有哪些优缺点？答：与罐式煅烧炉相比，用回转窑煅烧炭质物料有以下优点：结构简单，材料单一，造价低，建造速度快，维修容易；生产能力大，中等规格的回转窑生产能力为2.53.5t/h；便于实现机械化和自动化；燃料消耗少，煅烧高挥发分石油焦时，主要靠挥发分的燃烧来维持窑内高温；使用寿命长，一般可用2030年。回转窑的缺点：物料氧化烧损大，一般为10%左右（罐式炉小于5%），灰

7、分含量增加；由于窑体绕一定轴线旋转，并且煅烧物料在窑内转动造成耐火材料内衬的磨损和脱落，导致煅烧物料灰分增加和检修频繁。14. 填充料质量对产品有什么影响？答：1). 温度影响：料温过高容易造成产品变形，温度不要超过60。2) 水分影响：水分高，料湿易棚料，易变形及氧化，水分不要超过2%。3) 粒度影响：料粗易粘结，使产品产生麻面或裂纹，不易清理。料细，对大规格焙烧产品不利，使产品，挥发物不易排出，易产生裂纹废品。15. 什么叫煅烧？哪些原料需要煅烧？答：炭质原料在隔绝空气的条件下进行高温（12001400）热处理的过程称为煅烧（回转窑煅烧石油焦需要适量的空气），煅烧是炭素生产的第一道热处理工

8、序，煅烧使各种炭质原料的结构和物理化学性质发生一系列变化。无烟煤和石油焦都含有一定数量的挥发份，需要进行煅烧。沥青焦和冶金焦的成焦温度比较高（1000以上），相当于炭素厂内煅烧炉的温度，可以不再煅烧，只需烘干水分即可。但如果沥青焦与石油焦在煅烧前混合使用，则应与石油焦一起送入煅烧炉煅烧。天然石墨和炭黑则不需要进行煅烧。16. 原料煅烧的目的是什么？原料煅烧质量主要控制指标有哪几项？答：炭质原料煅烧目的是：1) 排除原料中的水分和挥发份。2) 提高原料的密度和机械强度。3) 改善原料的导电性能。4) 提高原料的抗氧化性能。原料的煅烧质量一般用粉末电阻率和真密度两项指标控制。原料的煅烧程度越高，则

9、煅后料粉末电阻率越低，同时真密度也越高。17. 煅烧温度如何确定？ 答：实验表明，经过1300煅烧的炭质原料已达到充分收缩，因此通常的煅烧温度选择1300左右比较合适。如果煅烧温度过低，炭质原料就得不到充分收缩，原料中挥发份不能完全排除，原料的理化性能不能达到均匀稳定，在下一步焙烧过程中原料颗粒会再次收缩，会导致制品变形或产生裂纹，而且制品的密度和机械强度都比较低。为了避免炭质原料颗粒在焙烧处理时产生再收缩，一般煅烧温度应高于焙烧温度。另外，砌筑煅烧炉的耐火材料不允许煅绕温度过高。因此，合适的煅烧温度是既可以保证煅烧物料的质量，又可以延长煅烧设备的使用寿命。根据长期的生产经验，炭质原料的煅烧温

10、度一般为12501380。18. 常见罐式煅烧炉烟气出口温度大约多少度？ 答：罐式煅烧炉是连续性生产的热工设备，高温烟气排出量和温度都比较稳定，一般烟气出口温度在900-1000，使罐式煅烧炉的余热利用具有很大的优越性和潜力。19. 为什么要控制干料干混温度？ 答：如果干料干混温度过低，原已吸附在固体炭素原料颗粒表面的水分就不能脱除，这此水分在颗粒表面形成强极性的吸附层，会显著除低沥青对固体炭素原料颗粒的润湿作用。如果干混时各种干料颗粒的温度低于所加入液体沥青的温度，当沥青与干料颗粒相接时，沥青温度会有所降低，从而使沥青粘度增加，使沥青对干料的润湿和渗透作用变差，导致糊料塑性不好，糊料混捏质量

11、的降低。因此，要保证干料干混温度比加入液体沥青的温度稍高为好。20. 影响混捏质量的因素有哪些？答：（1）温度若混捏温度过低，沥青粘度就会增大，流动性变差，沥青对干料的浸润性不好，造成混捏不均，糊料塑性变差，不宜于成型。随着温度升高，糊料塑性逐渐变好，但混捏温度过高，沥青易发生氧化反应，轻馏份分解挥发，糊料老化，也不利于混捏成型。（2）时间混捏时间过短，则糊料混捏不均，沥青对干料浸润渗透不够，甚至会出现夹干料现象，糊料塑性较差。适当延长混捏时间，可以使糊料混捏更均匀，糊料塑性变好。但混捏时间过长，对糊料的均匀程度提高甚微，反而使干料粒度组成发生变化（因大颗粒遭到破碎），粘结剂氧化程度加深，混捏

12、质量变差。（3）干料性质干料颗粒表面粗糙，气孔多，则粘结剂能很好地粘附在颗粒表面，糊料塑性好。干料颗粒粒度组成相差愈大，则混合均匀性和密实性愈高。干混投料时，应按干料松装密度由小到大的次序依次加入混捏机内，以免发生分层和离析现象。（4）粘结剂粘结剂用量过少则糊料发干，干料颗粒表面不能形成均匀涂布的沥青薄膜，糊料塑性变差。随着粘结剂用量增大，糊料的流动性变好，均匀性提高，糊料的塑性就越来越好。但粘结剂用量过多，则生坯容易变形，焙烧废品率提高。在混捏温度一定的情况下，粘结剂的粘度愈低，粘结剂对干料的浸润能力越强，糊料的流动性越好，混捏易均匀，糊料塑性愈好。21. 振动成型原理是怎样的？ 答：振动成

13、型时，成型模具固定在振动台上，糊料加入模具内，料面用重锤加上少量压力。振动台启动以后，由于台面的强烈振动，使模具及模具内的糊料都处于强烈的振动状态。这种振动频率较高但振幅不大，在强烈振动下糊料颗粒间的摩擦力及糊料对模具内壁的摩擦力急剧下降，几乎呈流动状态的糊料迅速填充到模具的各个角落，在重锤的压力作用下，密度提高，一定时间后即可获得外表规整的合格成型产品。22、什么是焙烧？焙烧的目的是什么？答：焙烧是压型后的生制品在加热炉内的保护介质中，在隔绝空气的条件下，按一定的升温速度进行加热的热处理过程。焙烧的目的在于：（1）排除挥发分使用煤沥青作粘结剂的制品，经焙烧后排出一定量约10%的挥发分。焙烧品

14、的实收率在90%左右。（2）粘结剂焦化生制品按一定的工艺条件进行焙烧，使粘结剂焦化，在骨料颗粒间形成焦炭网格，把所有不同粒度的骨料牢固地连结在一起，使制品具有一定的理化性能。在相同条件下，焦化率越高，其质量越好。（3）固定几何形状生制品在焙烧过程中，发生塑化、粘结剂迁移等现象。随着温度的升高，粘结剂形成焦化网，使制品硬化。因此，温度再升高，其形状也不改变。（4）降低电阻率在焙烧过程中，由于挥发分的排除，沥青焦化形成焦炭网格，沥青发生分解和聚合反应，生成大的六角碳环平面网等原因，电阻率大幅度下降。生制品电阻率约10000×10-6·m,经过焙烧后降至4565×10-

15、6·m,成为良导体。（5）体积进一步收缩焙烧后制品体积收缩为13%。23、焙烧过程可分哪几个阶段？答：（1）低温预热阶段制品从室温升到200时（明火温度约350），制品内部粘结剂软化，但还没有显著的物理化学变化，挥发分排出量不大，主要是排除吸附水，对制品起预热作用。由于这段时间正是粘结剂产生剧烈迁移过程的时候，故这阶段的升温速度要快。（2）变化剧烈的中温阶段这阶段产品温度为200700之间。此阶段大量排出挥发分，同时粘结剂逐渐焦化。为了提高沥青的残炭率，改善制品的各种理化性能，所以，该阶段必须严格控制升温速度，尤其是在200500之间，升温速度一要慢，应均匀缓慢地升温。同时制品结构疏

16、松，孔度增加，体积密度下降。（3）高温烧结阶段焙烧制品温度达到700以上，粘结剂的焦化过程基本完成。为了使焦化程度更加完善，进一步提高各项理化指标，因此，产品温度还要继续升高到1000以上。这阶段升温速度可以加快一些，并在达到最高温度后还要保温1530h。（4）冷却阶段冷却降温速度控制在50/时为宜，到800以下可以任其自然冷却，一般到400以下可以出炉。24、为什么制定焙烧曲线一定要遵循“两头快，中间慢”的原则？答：焙烧各个阶段的加热速度决定着制品所发生的物理化学变化过程。它应当保证制品中的反应进程按这样的速率来进行，即在软化状态阶段不使制品变形，在粘结剂热分解形成固体残碳阶段不使制品开裂，

17、并且应得到最大残炭量和骨料烧结强度。产品温度在200以前，制品没有显著的物理化学变化，加热速度可以适当加快，否则会产生空头变形废品。700以后，粘结剂的焦化过程基本结束，升温速度可以加快。而焙烧的关键阶段，特别是200500之间，挥发分大量逸出，升温速度应适当控制，否则容易产生大量废品。25、炭制品配料包括哪四方面内容？答：炭制品配料单包括四个内容：第一，原料的选择及其组成比例；第二，混合料粒度组成的确定；第三，粘结剂的最优比例；第四，粘结剂的使用种类和数量。26、焦炭颗粒料有哪些主要物理指标？答：焦炭颗粒料的一些物理化学性质对配料单的粒度组成和粘结剂的使用比例有直接关系，这些物理性质主要包括

18、压碎强度系数、颗粒的耐磨性、颗粒的回胀系数、比表面、颗粒对粘结剂的吸附性等。27、焦炭颗粒压碎强度系数较低在生产中会产生什么不利结果？答：焦炭颗粒压碎强度系数是指定量的规定尺寸范围的焦炭颗粒，用标准测试方法加压，未被压碎的试样质量（大于规定尺寸范围下限的颗粒）与试样原由质量之比，以%表示。这是表怔焦炭颗粒抗压碎能力的一种量度，百分比越高说明抗压碎能力越好，如果焦炭的颗粒压碎强度系数较低，则焦炭颗粒在混捏和成型过程中易被压碎，导致改变原来的粒度组成。另外在成型过程中颗粒如被压碎，焦炭颗粒上产生未被粘结剂湿润的新表面，将会影响焙烧品的机械强度等性能。28、焦碳颗粒回胀系数较大在生产中会产生什么不利

19、结果？答：其定义为定量的规定尺寸范围的焦炭颗粒用标准方法加压，并测量加压时的料面高度，当外部压力取消后因体积回胀而增加的料面高度与加压时料面高度之比，以%表示。所有各种焦炭的颗粒回胀系数都是随着破碎程度的加深而提高，而同一种焦炭颗粒的回胀系数则是随加压压力的上升而增加。采用颗粒回胀系数比较大的原料制备的糊料在成型时呈现较大的弹性回胀，容易导致生坯表面产生裂纹或内部分层，这种现象在采用细颗粒配方时更为明显。29、为什么回转窑煅烧的焦炭原料对沥青的吸附性要好些？答：用回转窑煅烧的焦炭其吸附性要比用罐式炉煅烧的焦炭高些，主要原因是回转窑煅烧的焦炭是在适当氧化性气氛下煅烧的，少量氧被吸附在焦炭表面的孔

20、隙和裂隙中，使焦炭的孔壁和裂隙壁被氧化，焦炭表面变得疏松，因而，对沥青的吸附性要好些。30、预焙阳极生产配料中各种粒度组成的作用？答：粒度组成也即不同尺寸骨料和粉料的配合比例。预焙阳极生产一般使用四种颗粒，即大颗粒、中颗粒、小颗粒和细粉（磨粉机产出），以便得到合适的物理化学性能。大颗粒在物料中起骨架作用，适当的提高大颗粒尺寸和使用比例有利于改善制品的抗热震性和降低线膨胀系数，减少制品在焙烧过程中的裂纹废品，但同时提高了制品的孔隙率及降低了制品的密度和机械强度。中小颗粒和细粉的作用是填充大颗粒之间的空隙，适当的增加细粉的使用比例，有利于提高制品的密度和机械强度，而且成品加工后表面比较光滑，但是细

21、粉比例过多易导致焙烧过程中的裂纹废品增加。31、确定粒度组成的主要因素有哪些？答：确定炭制品的粒度组成的主要考虑以下四项因素：炭制品的粒度的组成的原则是使混合料得到较小的孔隙率和较高的堆积密度，以便得到的成品具有较高的密度，因为密度与成品的电阻率，线膨胀系数、抗弯强度、弹性模量等物理化学性能都有一定关系。要使混合料达到较高的堆积密度，不能只使用一种尺寸的颗粒，而是要使用三种或三种以上的不同尺寸的颗粒。使用不同尺寸范围的颗粒比例与产品规格有关，产品规格较大，应选用较大的颗粒和较少的粉料。粒度组成不仅与成品的一些物理化学性能有关，而且与各生产工序的成品率有关，特别是与焙烧工序产生裂纹废品的比例有关

22、。因此不是混合料的密度越大越好，而是控制在一个适当的范围内，兼顾物理化学性能指标和成品率指标，以达到最佳经济效果。32、哪些生产因素对预焙阳极质量会产生影响？答：对预焙阳极质量产生影响的因素较多，常见的影响因素如下：粘结剂软化点及组成；混捏温度和时间；粘结剂含量；焙烧品加热速度；焙烧炉内上下温差；装炉方式和炉箱条件；填充料性质；焙烧冷却速度；焙烧最终温度。另外：原料和配方；细粉细度和纯度；残极筛下料和生碎加入量；粘结剂温度；干料干混温度；糊料冷却程度；混捏均匀度；成型温度和方法与操作等对预焙阳极质量也有重大影响。33、振动成型时的哪些因素会影响预焙阳极生坯质量？答、预焙阳极炭块的成型主要采用振

23、动成型方法，振动成型主要是依靠“振动致密”而不是“压力致密”振动成型有自己特有的工艺规律，振动成型生坯质量受振动频率和振幅、振动时间及上部表面比压等几方面因素的影响，也与糊料的粘结剂用量及温度影响有关，一般预焙阳极生坯振动成型时间为50-80S。34、焙烧品产生纵裂的主要原因有哪些？答：产生纵裂的主要原因：生坯装入炉内时靠炉墙太近，导致局部升温过快，生坯局部表面的挥发分分解速度过快并使生坯产生不均匀膨胀或收缩，或者炉墙局部漏料，坯体受热太快；焙烧升温曲线制定不合理，主要是在挥发分大量排出阶段升温过快，造成产品内部与外表温差过大，产品表面已经结焦，而内部还在继续排出挥发分而引发的表层产生裂纹；冷

24、却降温速度过快，产品表层与内部收缩不一致也会产生裂纹。上述几种情况如碰到生坯的粘结剂用量偏低或挤压压力不足，振动成型时料温过低，生坯内部结合有缺陷，则焙烧中产生纵裂的可能性大大增加。35、焙烧品产生横裂的主要原因有哪些？答：产生横裂的主要原因：挤压成型时糊料温度过低，预压压力不足或预压时间较短，或成型时间短；挤压时压柱塞返回时将料室内糊拉断，再次挤压时没有接好；前后两批糊料塑性差别较大而且结合不好，造成压出的生坯内部有缺陷，虽然生坯表面未发现问题，但焙烧中出了问题；原料煅烧不足，在焙烧过程中骨料颗粒二次收缩，则可能在产品表面产生不规则的小裂纹；粘结剂用料偏少；焙烧升温速度过快，导致上下温差大；

25、振动成型（立振）温度过低，或振动成型的坯体内有缺陷。36、敞开式环式焙烧炉与带盖炉体结构有哪些不同之处？答：敞开式焙烧炉在结构上与带盖炉的不同之处主要有以下几点：不带炉盖，炉室主要是靠填充料密封；烟气的流动通路是靠每个炉室两侧的火道由上、下不封闭的隔墙，使烟气在火道内上下四次折流流动；火道砌砖立缝不打泥浆，制品在焙烧过程中逸出的挥发分通过该缝吸入火道内燃烧。37、焙烧时沥青的挥发与阳极裂纹产生的因素有哪些？写出预焙阳极的裂纹阻力系数的形式？答：研究焙烧加热时沥青的挥发现象，发现阳极裂纹产生与下列因素有关：温度梯度；沥青烟气流速率；气流阻力；阳极应力的释放。为了简化模型，设定如下4种：阳极挥发质

26、量损失与加热升温梯度成正比；蒸气压与温度梯度成正比挥发气体损失与空气渗透率成正比材料对通过气体的阻力与其强度和弹性模量之比成正比。焙烧时抵抗裂纹的阻力系数与机械性能也即与气体通过压力成正比：裂纹阻力系数=(103××10×AP)/(E×WL×T)，式中-抗弯强度，N/;E-弹性模量；AP-空气渗透率，nPm；WL-最大质量损失速率。%/h; T-质量损失速率1%/h时的升温速度，/h。38、煤沥青中（甲）苯不溶物的作用？答：煤沥青中（甲）苯不溶物TI（或BI）是煤沥青焙烧形成粘结焦的主要组分，主要起粘结桥作用，其结焦值可达9095，即在焙烧过程

27、中使骨料炭颗粒和粉料结合成整体，对骨料的焦结起重要作用，影响着炭材料的密度，强度和导电率等性质。TI（或BI）具有热可塑性。TI（或BI）含量应保持在一定范围内，其含量过低会影响焙烧制品的强度和气孔率（即强度低，气孔率大），但其含量过高会影响煤沥青在混捏时的粘结性能。TI（或BI）有助于降低煤沥青粘度对温度的敏感性，它对固体炭质物料湿润能力差，在焙烧过程中其与石油质和沥青质一起焦化，有促进后两者生成强固致密粘结焦的作用。煤沥青的结焦值随着所含TI（或BI）增加而提高，其最重要功能是提高炭制品的强度。预焙阳极生产用煤沥青TI（或BI）为2535%，国外铝用炭阳极生产用煤沥青的TI含量要求为2634