铝用炭素生产基础知识

铝用炭阳极生产

河南省有色行业职业技能鉴定站冶金炭素职工技能鉴定ＰＰＴ

王凯中

第一部分

专业知识铝的用途\yongtu.MPG到电解铝厂看一看lvdianjie.MPG1.3申报条件**···高级工（具备以下条件之一者）①取得本职业中级职业资格证书后，连续从事本职业工作3年以上，经本职业高级正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。②取得本职业中级职业资格证书后，连续从事本职业工作4年以上。③连续从事本职业工作10年以上。④取得高级技工学校或经劳动保障行政部门审核认定的、以高级技能为培养目标的高等职业学校本职业（专业）毕业证书。·⑤取得本职业中级职业资格证书的大专以上本专业或相关专业毕业生，连续从事本职业工作2年以上。技师（具备以下条件之一者）①取得本职业高级职业资格证书后，连续从事本职业工作4年以上，经本职业技师正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。②取得本职业高级职业资格证书后，连续从事本职业工作5年以上。③取得本职业高级职业资格证书的高级技工学校本职业（专业）毕业生，连续从事本职业工作3年以上。·高级技师（具备以下条件之一者）①取得本职业技师职业资格证书后，连续从事本职业工作3年以上，经本职业高级技师正规培训达规定标准学时数，并以得结业证书。②取得本职业技师职业资格证书后，连续从事本职业工作5年以上。1.4鉴定方式**分为理论知识考试和技能操作考核。理论知识考试采用闭卷笔试，技能操作考核采用现场实际（或模拟）操作方式，理论知识考试和技能操作考核均实行百分制，成绩皆达到60分及以上者为合格。技师、高级技师鉴定还需进行综合评审。1.5鉴定比重表(1).理论知识项目初级(%)中级(%)高级(%)技师(%)高级技师(%)基本要求职业道德55555基础知识3030252020相关知识开炉准备10105————作业过程2525303025质量管理510101515设备维护101010――――安全与环保101010――――技术管理与创新――――――2020培训与指导————51015总计100100100100100(2).技能操作项目初级(%)中级(%)高级(%)技师(%)高级技师(%)相关知识开炉准备151010————作业过程4045403530安全与环保151010――――设备维护202015――――质量管理1015202525技术管理与创新――――――3035培训与指导————51010总计1001001001001002、炭素焙烧工职业技能鉴定2.1基本要求2.1.1.职业道德(1)职业道德基本知识(2)职业守则①爱岗敬业，具有高度的责任心。②遵守法律法规和有关规定。③严格执行工作程序、工作规范、工艺文件和安全操作规程。④团结协作。2.1.2.基础知识(1)焙烧基础知识①金属及其主要化合物的物理、化学性质。②焙烧基础知识。③焙烧工艺流程简介。(5)安全与卫生知识①安全生产管理。②职业病的预防。③消防器材的使用。(6)全面质量管理基础知识①质量管理基本概念。②现场质量管理。③质量管理认证体系。(7)相关法律法规知识①劳动法的相关知识。②安全生产法的相关知识。③环境保护法的相关知识。

工作实例：1．组织、协调返回料处理、中碎筛分、磨粉岗位生产，使配料、混捏合格率达到较高的标准。2．在上位机上操作配料混捏系统，混捏无废糊。3．成型各岗位规范操作，各项指标达到要求。4．全面掌握成型生产，组织处理发生各类事故，分析事故发生的原因，并提出预防措施。5．判断糊温与沥青量，控制振动速度、时间等。6．掌握生阳极块废品检查标准。7．组织调试新设备并提出调试过程中出现的问题。第二章铝用炭素概述2.1炭的存在形式2.1.1自然界中的碳碳的元素符号为C，相对原子量为12.01，原子序数为6，电子分布状态为1S22S22P2。碳在自然界分布很广，虽然碳在地壳元素总量中仅占0.14％，为各元素含量的第13位，但它却是地球上形成化合物最多的元素，在水和大气中主要以CO2、碳酸和碳酸盐的形式存在；矿物界有各种碳酸盐、煤、天然石墨和金刚石等，还有石油和天然气等碳氢化合物；动植物体中的脂肪、蛋白质、淀粉和纤维素也都是碳水化合物。碳被视为组成一切动植物体的基本元素。碳的资源以两种类型存在，一种是循环性资源，即由植物和动物所代表的生物和CO2进行迁移循环；另一种是循环速度很慢，但数量极大的堆积物，均为化合物，如碳酸盐矿物和有机质堆积物。天然纯碳非常少。“炭素”即元素碳，“炭素厂”实际上是生产炭素材料的工厂。元素碳是法国科学家拉瓦锡（A.L.Lavoisier）于1776年发现并列人元素周期表中，1797年法国科学家特纳尔（L.J.Thenard）通过实验，证实了金刚石和石墨都是碳元素的同素异形体。“炭”与“碳”二字有联系又有区别，材料学者将含有碳元素的化合物及其众多的衍生物，如碳水化合物、碳酸盐、碳氢化合物中的元素碳用“碳”字表示，而将C/H比在10以上，主要由碳元素组成的、多数为固体材料（如煤炭、焦炭、炭电极、炭块、炭纤维等）中的“碳”用“炭”字表示，并统称为炭素材料。炭素材料工业将使用的石油焦、无烟煤、天然石墨等称为炭素原料；将使用炭素原料，经过一系列加工得到的具有使用性（或有一定形状或糊类）并具有一定物理化学性质的产品称为炭素制品（如阳极炭块、阴极炭块、阳极糊、阴极糊、石墨电极）。有些炭素制品如炭纤维在炭素工业部门来说，是炭素制品，但在使用炭纤维的部门来说，常称之为炭素材料。炭素制品按理化性质的不同，一般区分为炭质、石墨质和半石墨质3大类。炭素材料是一种古老的材料，古人类就已经将煤炭、木炭、天然石墨用于取暖、煮食等，但作为高质量的工业材料使用仅有100多年的历史。用各种煤炭为原料加工成导电材料是在电的发现和应用以后，故炭素工业又是一种新型材料工业。

2.1.2炭的生成——漫长转化，多由C、H、O、N、S混合组成煤含碳为60～90％，木材含碳约50％，石油含碳为80～90％，天然石墨含碳近100％。碳氢化合物转化炭的过程称为炭化，它的反应机理为热解。热解的概念泛指有机化合物在受热时所发生的分解或裂解而生成最终产物的过程。石油、煤一般认为是在亿万年以前被埋入地层下的动物和植物，在隔绝空气、受地热和地层高压等条件下转化的结果。无烟煤是近乎炭化后期的产物，天然石墨可认为已完全炭化，并且已经达到了石墨的程度。但是，由于各种状态的差异，也就很难认为所有的天然石墨具有同一形式。

自然界中的碳，不管是哪种形式，均可理解为是有机物经热裂解反应的生成物。自然界的有机物，合成树脂等人造有机物，不管是气体、液体还是固体，只要在隔绝氧的条件下，在有热的作用下，就可以从烃类化合物中生成炭。炭化是将碳氢化合物中的碳保留下来，而氢和其它元素通过受热分解被排除逸出。一般而言，称液相炭化生成物为焦，固相炭化生成物为炭。前者是软质炭，后者是硬炭，但有时也有例外（冶金焦）。初始原料中间原料炭化时形态生成的炭素材料石油重油液相石油焦煤

固相冶金焦煤煤焦油、沥青液相煤焦油、沥青焦植物

固相木炭、活性炭木材

气相纤维状炭天然气

气相炭黑、热解炭、石墨合成高分子物

固相硬质炭、纤维状炭表2-1炭素材料的生成烃——仅由碳和氢两种元素组成有机化合物称为碳氢化合物，又叫烃(ting)

。烃是中国化学家发明的字，是用“碳”的声母加上“氢”的韵母合成一个字音；用“碳”和“氢”两个字的内部结构组成字型。所以说，“烃”是“碳氢化合物”的简称，2.1.3炭的存在形式物质世界是由一百多种（118＝91＋27）元素以不同的形态和不同的化合物、混合物或单质组成的。在自然界里，含炭化合物100多万种，而单质炭有三种变体（同素异构体、同分异构体）：金刚石、石墨及无定形炭。金刚石和石墨是结晶形体，无定形炭是非结晶形体，它们都是炭的同素异构体。（另有人造富勒烯－巴基球：呈封闭球状如C60、C70）天然炭的三种不同形态的原子结构和它们形成时所经受的压力与温度有密切关系，由于形成的压力与温度不同，同样的炭元素，可以生成不同形态和不同结构的物质，而且在一定条件下又可以转化。例如：一些无定形炭在加热到2300℃以上的高温，就可以转化为石墨，而石墨在极高的压力（5～10万amp)和高温(1000～2000℃）下或通过金属触媒（催化剂），又可以生成金刚石。石墨转化为金刚石的条件见（p22）表2-2。

1s22s2p1.金刚石

纯金刚石的外观为无色透明，通常因所含杂质元素而呈淡黄色、天兰色、兰色或红色，有强烈的光泽。金刚石属于等轴晶形、立方晶系，通常呈八面体，它的晶体外观十分规整。金刚石为四面体结构，整个晶体是一个巨大的炭分子，为单一的共价饱和键，键长1.54Å，结合力极强，要使其破裂必须折断这些牢固的共价键。因此，金刚石在所有物质中是最硬的，可用于制造钻头，熔点很高。金刚石的炭原子中，所有的价电子彼此互相共享完全形成共价键而无自由电子（sp3杂化），所以它几乎不导电，导热性能也很差，但它的析光率很高，——1Å＝10-7mm=10-10m109.50sp3杂化（见杂化理论）2.石墨与金刚石相比，石墨是一种炭原子之间呈六角环形片状体的多层叠合晶体，为sp2杂化结构（含富勒烯碳），键长1.42Å。石墨有天然石墨和人造石墨两种。天然石墨根据其外观形状又可分为鳞片状和土状石墨。鳞片状石墨，其颗粒外形为鳞片状，外观呈银灰色，有闪闪光泽，手摸有滑腻感，并留有深灰色痕迹；土状石墨，颗粒外形为土粒状，呈深灰色，手摸有较少滑腻感。天然石墨含有较多杂质，较好的天然石墨含炭量达到90％左右。但大多数低于此值；人造石墨纯度要高得多，一般含炭量可达99％以上。石墨的2pz电子与三角形结构的平面垂直，不能形成共价键，称π键电子，属于非定域电子，在电场作用下可在层间自由运动，能象金属一样导电。具有共价键叠加金属键的力，层面间通过范德华力（分子键）结合，层间距3.354Å

1200sp2杂化石墨的性质：石墨具有良好的导电性（低于铜和铝等金属）；石墨的导热性甚至超过了铁、钢、铝等金属材料；石墨具有很好的耐腐蚀性，无论是有机溶剂或无机溶剂，都不能溶解它，在常温下，各种酸和碱与石墨都不能发生化学反应，只是在500℃以上的温度时，才与硝酸或氧气以及强氧化介质等起反应。石墨在2000℃的高温下，如果在还原性气氛中，是不会熔化的，只是在3900℃(常压下)时升华为气体。2000℃时其强度反而较常温时提高一倍。石墨的弱点是抗氧化性能差，随着温度的提高，氧化速度加剧。如：石墨在450℃的空气中或在700℃蒸汽中，或在900℃的二氧化碳中，经过一定的时间都会不同程度的失重。3.煤炭和焦炭——无定形炭煤炭是泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤等的统称。煤炭是几百万年以前的古代植物在地壳变动时被埋在地下，受到一定的温度压力炭化而形成的。各种煤炭的炭化程度相差很大，泥炭的炭化程度最差，它含有大量的挥发物，结构疏松；无烟煤炭化程度较高，挥发物含量较少，密度与强度都比较高。焦炭是烟煤(炼焦煤)或某些含炭量高的物质(如石油、沥青或渣油、煤沥青等)在高温下，基本隔绝空气加热使之焦化的产物。例如：用烟炭焦化后可得到冶金焦；用煤沥青焦化可得沥青焦等。焦炭具有强度大、耐磨性好、含炭量高的特点。石油焦、沥青焦在2000℃以上高温处理后能转化为石墨。煤炭(或焦炭)的导电性、导热性、化学稳定性较差。测定煤炭(或焦炭)中碳及挥发物的含量可以间接了解它们的炭化程度(或热处理温度)。Sp杂化——炔碳、卡宾碳无烟煤、石油焦、沥青焦和冶金焦，是生产各种炭制品主要原料，特别是石油焦和沥青焦是生产人造石墨的主要原料，用石油焦和沥青焦为原料生产的人造石墨，其质量比用天然石墨生产的要好得多。石油焦和沥青焦同时也是生产预焙阳极炭块的原料。（下表为组成）

炭(％)氧(％)氢(％)氮(％)硫(％)泥煤50—6020—406—81—30.5—2褐煤60—7510—305—61—30.5—2烟煤75—902—104—51—30.5—2无烟煤85—951—22—41—30.5—2冶金焦80—90—0.2—0.20.5以下0.5—1.5沥青焦98—99—0.2—0.20.5以下0.5石油焦(生焦)93—951—31—30.5以下0.5—4石油焦(煅后)990.10.10.5以下0.5名称化学键结构晶型主要特性金刚石Sp3正四面体晶形结构等轴八面晶体硬度大，不导电、热，折光率好石墨Sp2六角多层叠合晶体结构片状导电、导热好，耐腐蚀炔碳sp零乱无规则堆积无定形挥发分高碳的同分异构体特性对比炔碳石墨金刚石

>2300℃高温、高压、触媒2.2炭素材料的物理化学性质2.2.1炭素材料的物理性质1.真（密度）比重与假比重（体密度）炭和石墨材料属于多孔物质。衡量多孔物质的密度有两种表示方法：真密度与体积密度。(1)真密度真密度是不包括孔度在内的单位体积材料的质量，单位是g/cm3，真密度一般用du表示

。一般情况下，预焙阳极的真比重为2.03～2.05g/cm3，阴极炭块的真比重为3。

真密度的大小可以反映出它受热处理的程度，相应了解它的导电性、抗氧化性等。

序号炭素物料真密度(g/cm3)备注11300℃煅后石油焦2.02～2.082.05～2.0821300℃煅烧无烟煤1.75～1.853电煅烧无烟煤1.80～1.902000℃以上4冶金焦1.95～2.035预焙阳极炭块2.03～2.056半石墨阴极炭块1.90～2.007石墨电极2.20～2.25几种炭质材料的真密度(2)体积密度体密度是包括气孔在内的单位体积材料的质量，单位是g/cm3。体密度可以表示材料或制品的宏观组织结构的密实程度。制品的气孔率越大，体密度越低，则宏观组织越疏松。测定体密度的方法是：将成品或半成品加工成一定尺寸的试样（立方体或圆柱体）然后称量，求出单位体积的重量。体密度一般用dk表示，可按下式求得：体密度dk=试样重量（g）÷试样体积（cm3）预焙阳极的体密度一般为1.50～1.65g/cm3。

体密度的大小在一定程度上影响制品的机械性能和热力学性质。碳和石墨制品的体密度与使用原料的性质有关，与配料的颗粒组成及粘结剂用量关系更大，与混捏条件，压型压力，焙烧和石墨化温度都有一定的关系，经过浸渍的产品体密度可显著提高。

2.气孔率和结构性质(1)气孔率各种炭质原料及碳和石墨制品，从宏观上看是由固体物质和气孔两部分组成。气孔率就是指样块中的气孔体积占样块体积的百分比。样块中的气孔按其形式可以分为闭口气孔、开口气孔和贯通气孔三种类型（xiaye)。(2)孔径的分布用水银气孔率可以测定不同的孔径分布和分布比例。孔径大小的分布对浸渍作业与制品的透气率有一定的影响。如用沥青浸渍，在一定条件下,仅能对大于2500Å的大孔起作用，而对中小气孔及微孔则几乎不起作用，可见第一次浸渍假比重的提高效果明显，第二次及第三次浸渍效果就要差一些，以后效果就越来越小

若样块的总体积为V，闭口气孔的总体积为V1，开口气孔的体积为V2，贯通气孔总体积为V3，则样块的全气孔率和显气孔率分别为：

V1+V2+V3全气孔率=————×100%VV2+V3

显气孔率=————×100%V全气孔率可以由真比重与假比重计算求得，其计算公式如下：

du-dk

nop=————×100%

du

式中：du—真密度dk—体密度——气孔率的计算Nop=(2.03-1.56)÷2.03=23.15%1-开口气孔；2-闭口气孔；3-贯通气孔(3)透气率由于炭和石墨制品是多孔材料，所以它们都能透过某些气体和液体。炭和石墨材料的透气率，是在用一定的时间内，在一定压力下，气体透过一定断面和厚度试样的数量来表示的。

——空气渗透率：nPm（nm2），≤2.0透气率是表示材料透气性能的指标，对炭和石墨材料而言，其透气率的大小，主要与它们的密实程度及孔径的分布情况有关。一般来说，材料的体密度越大，其透气率就越小，反之，就越大。同时，材料的透气率的大小，还取决于材料内部气孔的大小和贯通情况，也与气体（或液体）的压力及液体的粘度也有关。3.力学性能物体的力学性质是表示在一定条件下承受各种外力的能力,如抗压力，抗折力等。物体在外力（静载荷）作用下，而表现的抵抗变形或破裂的能力(极限抵抗能力）称为机械强度。机械强度用符号δ来表示，单位是：N/㎡或Mpa、Gpa。(1)机械强度按外力对物体作用方向的不同，机械强度分为抗压强度、抗拉强度和抗弯强度等。炭和石墨制品在不同方向上表现的力学性质常常是各向异性的，即在不同方向测得的数值不同。对挤压产品来说沿平行于试块挤压方向测得的数值，总是比沿垂直于挤压方向所测得的数值要大一些。而模压产品试样，加压方向测得的强度数值小于垂直于加压方向所测得的数值。(2)弹性变形与弹性模量在机械力学中，把固体材料受外力作用而产生变形，当去掉外力后仍能恢复到原来形状的性质称为弹性，这种变形称为弹性变形。按照胡克定律，在弹性限度内，材料所受的应力和它所产生的应变成正比。P=E×S×ΔL/L——E：弹性模量弹性模量是结构材料的重要性能之一，其物理意义为：当截面为一平方厘米，单位长度的试样伸长一倍时所需的力。一般情况下石墨的弹性模量为4.9～12.5Gpa,炭素制品为3.0～6.6Gpa。弹性模量有三种：纵变（杨氏）弹性模量E=切变弹性模量；容变弹性模量。泊松比：μ＝Δd/d÷ΔL/L（横应变/纵应变）4.导电性：炭素材料电阻和比电阻（电阻率）阻碍导体导电能力的物理量称作导体的电阻。导体电阻的大小，与构成导体材料的性质有关（电阻率ρ）、导体的长度成正比，与它的截面积成反比，即：R=ρ——公式中：R—电阻（Ω欧姆）

ρ—导体的电阻率，也称比电阻（微欧姆·米μΩm）S—导体的截面积（m2,平方米）L—导体的长度（m,米）LS原料名称比电阻（微欧姆·米

μΩm

）石油焦450-600沥青焦600-760冶金焦800-1000煅烧无烟煤1000-1400烘干的人造石墨碎250-350石墨电极7-13

炭阳极50-65

半石墨质阴极炭块35～45普通阴极炭块55～605.热学性质热学性质是表示材料受热后引起变化的关系。如导热、热膨胀与高温下的耐热冲击性（即抗热震性）等。(1)导热与导热系数（导热率）不同的物质传导热的能力不同,表示物质导热能力的物理量称为导热系数,导热系数的单位为J/m·k·h，其物理意义为：固体原材料在单位截面积、单位温度梯度时、单位时间内所传导的热量。炭和石墨制品的导热系数有明显的各向异性，炭—石墨制品的导热系数一般为320～720KJ/m·k·h(89～200w/k.m)。导热系数与孔率也有一定关系，即孔率大的材料导热系数小，制品的体密度越大，导热系数越高。J=N.mW=J/s3.6kj/h=w(2)热膨胀现象与线膨胀系数当物体温度发生变化时，物体的几何尺寸随之发生变化，受热时增大，冷却时减小（少数反常现象除外）；当物体受热时在某一方向上的线度变化叫（线）膨胀系数。固体的线膨胀系数都非常小，所以固体在0℃时的长度与通常在t1℃时的长度L1相差很小，在温度变化不大的情况下，可以用L1代替L0。L2=L0（1+at）式中的L0用L1代替。L2-L1△L则：a=——————＝————L1（T2-T1）L1△T式中：a—线膨胀系数（1/度）L1—试样在常温下的长度（mm）L2—试样在受热后的长度（mm）T2—试样加热温度（℃）T1—试验时常温（℃）△L—线膨胀量（mm）△T—试样加热温度与常温之差（℃）炭素制品线膨胀系数的大小，直接影响制品本身在高温下使用性能，线膨胀系数越大的产品开裂的可能性越大。石墨制品的线膨胀系数与石墨化程度有关，石墨化程度越高，则产品的线膨胀系数越小。炭和石墨制品的线膨胀系数也是具有各向异性的。如挤压产品平行于挤压方向的线膨胀比垂直方向小，通常差一倍或一倍以上。(3)耐热冲击性（抗热震性）炭和石墨制品在高温下使用时，能经受温度剧烈变化而不开裂的能力，称耐热冲击性或抗热震性。实践证明：炭和石墨制品的耐热冲击性的大小与制品线膨胀系数、导热系数、抗拉强度、组织结构、制品配方颗粒组成等因素有密切关系。一般来说，制品的导热性越好，抗拉强度越大，线膨胀系数越小，弹性模量越小，其抗热震性能就越好，反之就越差。式中：R：抗热震指数P：抗拉强度；α：线涨系数；E：弹性模量；λ：热导率;C：比热；d：体密度2.2.2炭素材料的化学性质1.灰份含量表2-11炭和石墨制品及原料的灰份含量制品名称灰份含量（%）阴极炭块8～11石墨电极0.1～0.5石墨阳极0.1～0.3高纯石墨0.05以下炭阳极0.5左右电极糊4～10石油焦<0.5无烟煤8～20冶金焦12～15煤沥青<0.3A主成分Fe2O3Al2O3SiO280％2.炭和石墨的氧化反应(1)炭质材料的氧化反应炭质材料在低温下是极为惰性的，随着温度的提高，其化学活性急剧增加。炭质材料大约是从350℃开始氧化，石墨的氧化大约在450～600℃左右。炭和石墨材料开始氧化的温度，会因原料的性质、矿物质的含量和热处理温度而略有不同。在低温时主要是：C+O2→CO2在高温时，反应发生：2C+O2→2CO2CO+O2→2CO2碳在高温下氧化时，其生成物主要是CO2和CO等气体。在炭质材料氧化过程中晶体的完善程度、孔率、孔径是影响其氧化速度的主要因素，炭质材料的杂质含量的多少也是一个不可忽视的因素，这是因为许多微量元素如Fe、Ca、Na、Ni、V、Cu、Mn等在碳的氧化过程中，都会不同程度的起加速氧化过程——催化作用。(2)炭质材料和氧化剂的作用炭和石墨与金属等其它物质相比，其耐腐蚀性是非常强的，在常温下碳和石墨在酸、碱或盐的水溶液中几乎是不被侵蚀的，但是，它在较强的氧化剂溶液中，是可以被氧化的。石墨在强的氧化剂中（浓硫酸、浓硝酸与氯酸钾等）氧化时，炭的层状结构虽不受破坏，但在炭网的平面间，由于氧的侵入并与之结合，使晶体膨胀，生成了氧化石墨的层间化合物。这种层间化合物的插入将导致石墨沿与层面垂直的方向膨胀。这种膨胀是不规则的，因而在石墨晶体中产生内应力，使石墨沿着解理面崩解。这种崩解现象在结晶较好的石墨材料中特别显著，而在未经石墨化的碳素制品中这种晶解现象并不显著。3.炭和金属、金属氧化物的反应许多金属在高温下能与碳反应生成碳化物。金属氧化物则先在高温下被还原，然后生成碳化物，见表2-12。开始起反应的温度高低，除了金属（氧化物）的物理化学性质外，还视反应物的颗粒大小而言，细磨的粉末相互混合，则在较低的温度下就开始反应。除（碱金属）Na、K、Rb、Cs和炭生成石墨层间化合物外，其余金属均与碳化合生成固体碳化物。（是良好的结晶物质）。2-12炭与金属和金属氧化物的反应元素开始反应温度（℃）反应产物或效应AlAl2O3BeBeOCaFeHfLiMgMoNiW800128090096021815502000500110070013001400Al4C3；在1400℃时反应强烈。生成Al4C3。Be2C；在真空或氮中。生成Be2C。Ca3C；亚稳定的，CO2不稳定。Fe3CHfC长时间反应后生成Li2C2，短时间内生成中间化合物接近镁的熔点时无反应Mo2C3，在高于1200℃时形成MoC。没有稳定的碳化物生成，在Ni中炭的溶解度为0.65%。在H2中生成WC和W2C2.3炭素制品的特征及分类2.3.1炭素制品的主要特有特性。利用碳的性质可以制成很多炭素制品，而且这些制品几乎每一品种各异。炭素制品具有以下特征：(1)耐高温，具有较高的熔点；(2)较低的热膨胀系数，具有较强的抗热震性；(3)是唯一具有良好导电性和导热性的非金属材料；(4)化学稳定性好，在大部分非氧化性的酸、碱、盐溶液和气体中不受腐蚀；(5)具有较好的润滑性能。2.3.2炭素材料的分类按着国家标准GBl426--78，炭素材料可以分四类：

1.石墨制品包括普通石墨电极、特制石墨电极、高功率石墨电极、抗氧化涂层石墨电极、石墨块和石墨阳极。

2.炭制品类包括铝电解用阴、阳极炭极、电炉炭块、高炉炭块、炭电极、炭阳极和炭电阻棒。

3.炭糊类包括阳极糊、电极糊、密闭糊、粗缝糊和细缝糊。

4.特种石墨制品类包括核石墨、精细结构石墨和高纯石墨。

2.4铝用炭素材料生产的工艺流程

残极石油焦煤沥青预碎中碎筛分配料混捏凉料成型冷却焙烧熔化静置清理破碎筛分颗粒料液体沥青预焙阳极炭块磨粉粗、中颗粒细颗粒铝用阳极炭块生产工艺流程2.5铝用炭素材料的性能

2.5.1铝用阳极材料课程附件\电解槽.doc以石油焦、沥青焦为骨料、煤沥青为粘结剂生产的阳极炭块，称作预焙阳极炭块或铝电解用炭阳极。用预焙阳极炭块作阳极的铝电解槽称预焙阳极电解槽，简称预焙槽，这是一种现代化的大型铝电解槽。阳极炭块一般为长方体，在其上部有2～4个直径为160～180mm，深为80～110mm的圆槽，俗称炭碗。在阳极组装时，炭碗用来安装阳极爪头，通过磷生铁浇注，使阳极导杆与阳极炭块连为一体，组成阳极炭块组。我国阳极炭块的电流密度一般为0.68～0.78A／cm2，使用周期为28～32天。铝电解过程中强大的直流电通过阳极炭块导入电解槽，它因参与电化学反应而逐渐消耗，生产一吨铝要消耗(毛耗）炭阳极520kg～560kg/t.Al。

Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2

CO2+C=2CO铝电解炭素阳极的分类铝电解炭素阳极阳极糊炭阳极上插槽阳极糊侧插槽阳极糊连续预焙阳极不连续预焙阳极（预焙）阳极炭块理化指标依据我国有色金属行业标准YS／T285—1998列入表2-5。牌号灰分（％）电阻率热膨胀率（％）CO2反应性（mg/cm2.h)机械强度（Mpa)体积密度（g/cm3)真密度（g/cm3)TY-1≯0.50≯55≯0.45≯45≮32≮1.50≮2.00TY-2≯0.80≯60≯0.50≯50≮30≮1.50≮2.00TY-3≯1.00≯65≯0.55≯55≮29≮1.48≮2.00表2-5阳极炭块理化指标YS/T258-1998碳阳极微量元素.doc

微量元素与阳极质量：阳极开沟(槽）问题：*阳极与阳极效应问题*问题探讨（一）开槽阳极 项目单位指标体积密度Kg/dm3≥1.54真密度Kg/dm3≥2.04电阻率μΩm≤55抗折强度MPa≥12抗压强度MPa≥32导热系数W/m.k≤3.55热膨胀系数10-6/K3.5~4.5空气渗透率nPm≤2.0CO2反应性剩余率%≥80空气反应性剩余率%≥80灰份含量%≤0.5微量元素S≯%2.5Si≯ppm300Na500Ca350Ni250V200Fe400优质炭阳极标准课堂练习1、碳在自然界分布很广，虽然其在地壳元素总量中占0.14％，但它却是地球上形成化合物最多的元素。2．从炭素观点看，碳氢化合物转化炭的过程称为炭化。3、炭和3石墨制品在高温下使用时，能经受高温而不开裂的能力，称耐热冲击性或抗热震性。4．许多金属或金属氧化物（先在高温下还原）在高温下能与碳反应生成碳化物，其中k、Rn、Cs、Na等和炭生成石墨层间化合物外，其余金属均与炭化合生成碳化物。5．炭素生产中，制造铝电解阴极炭块和高炉炭块所使用的固体原料是无烟煤。6．炭和石墨材料属于多孔物质，衡量多孔物质的密度有两种测定方法：比较称量法和X射线衍射法。7．许多金属或金属氧化物(先在高温下还原)都能在高温下和碳反应生成碳化物。8．从炭素观点看，碳氧化合物转化炭的过程称为炭化，它的反应机理为热解。5．石油焦的质量可以用灰分、硫分、挥发分等指标来衡量，根据石油焦标准（SH/T0527-1992）中具体质量标准，其中一级品的（）。(A)硫含量≯0.5%；挥发分≯12%；灰分≯0.3%(B)硫含量≯1.0%；挥发分≯14%；灰分≯0.5%(C)硫含量≯0.8%；挥发分≯14%；灰分≯0.5%(D)硫含量≯2%；挥发分≯18%；灰分≯0.8%6．煤炭化时的形态为液相，生成的炭素材料为（）。(A)冶金焦(B)活性炭(C)炭黑(D)硬质炭7．在炭素原材料中（）具有良好的导电性。(A)冶金焦(B)石油焦(C)石墨(D)沥青焦8．若以样块碳块的总体积为V，闭口孔、开口孔、贯通孔的体积分别为V1­­、V2、V3，则样块的显气孔率为（）。(A)(B)(C)(D)9．自然界中（）含炭量为60-90%。(A)木材(B)煤(C)石油(D)天然石墨10．自然界中（）含碳分别为约50%和90%以上。(A)煤和石墨(B)木材和石油(C)石油和无烟煤(D)木材和石墨11、煤炭是泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤等的统称，其中炭化程度最差的是（）。A、泥煤、B、褐煤、C、烟煤D、无烟煤12、由气孔率的计算公式可知，各种炭材料或石墨制品的孔率大小与（）的大小有关。A、闭口气孔B、真密度和假密度C、开口气孔D、贯通气孔13、优质（）具有良好的耐电解质腐蚀性能，是生产铝电解槽阴极炭块的主要原料。A、石油焦B、焙烧碎C、天然石墨D、无烟煤思考题：1、自然界单质碳有哪几种存在形式？它们各自的结构特点是什么？2、石墨有哪些特点？天然石墨如何分类？3、炭素材料都有哪些物理化学性质？其意义和单位各是什么？4、炭素材料的主要特性有哪些？5、什么是各向异性？炭制品哪些特性具有明显的各向异性？6、试叙述（画出）铝用阳极炭素材料生产的工艺流程。7、YS/T258-1998规定的我国阳极炭块的质量指标都有哪些？第三章炭素原料及燃料燃烧

——原料制造铝电解工业使用的阳极和阴极炭块、炼钢工业使用的高炉炭块及石墨电极等所用的原料为两部分，一部分是固体炭素原料，另一部分是粘结剂——煤沥青。固体炭素原料包括石油焦、沥青焦、冶金焦和无烟煤等。制造炭阳极和石墨电极使用的固体原料是石油焦和沥青焦，制造阴极炭块和高炉炭块使用的固体原料是冶金焦和无烟煤。3.1石油焦石油焦是石油炼制过程中的副产品。石油经过常压或减压蒸馏，分别得到汽油、煤油、柴油和蜡油等，剩下的残余物称为渣油。将渣油进行焦化便得到石油焦。石油焦按其焦化前渣油的种类分为裂化焦和热解焦。裂化焦是以裂化工艺从加工石油产品的渣油中制得，而热解焦油由热解渣油制得；按焦化方法：延迟焦、釜式焦、流化床焦；按外观结构：球（丸）状焦、蜂窝状焦、针状焦。我国油焦年产量约5～6Mt/a,电解需量约3～4Mt/a。石油焦灰分比较低，一般小于1.0％。石油焦在高温下容易石墨化。石油焦的特性对炭素材料的性能有很大影响。目前我国主要生产（釜式焦）延迟焦，各大炼油厂多采用延迟焦化设备，以便获得更多的石油产品，提高经济效益，改善劳动条件，釜式焦化法将逐渐被淘汰。表3-1石油焦质量标准表项目质量指标试验方法一级品合格品lAlB2A2B3A3B硫含量，％不大于0.50.50.81.O1.52.03.0GB／r387挥发分，％不大于1212l4171820SH／T0026灰分，％不大于0.30.30.50.81.2SH／1r0029水分，％不大于3SH／1r0032真密度，g/cm32.08～2.13报告

SH／r0033粉焦量(块粒8mm以下)，％不大于25

硅含量，％不大于0.08

SH／T0058钒含量，％不大于0.015

SH／1r0058铁含量，％不大于0.08

SH／r00583.3无烟煤煤是古代植物埋藏在地下，在细菌作用及一定的温度和压力下逐渐变质而得到的含碳量很高的矿物。自然界中有泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤。变质程度越高，则煤的含碳量越高，颜色逐渐变深，密度逐渐增大，硬度和光泽也逐渐增强。无烟煤是变质程度较深的一种煤，含碳量一般在90％以上，其结构较致密，强度较高。无烟煤是生产铝用阴极材料和冶金用高炉炭块、电极糊等产品的主要原料。目前我国生产采用的优质无烟煤主要来自于山西阳泉矿区和晋城矿区、河南焦作矿区、宁夏汝箕沟矿区、贵州织金矿区和湖南金竹山矿区，其中宁夏汝箕沟的无烟煤质量最优(低灰、低硫)。炭素生产原料的无烟煤必须具备以下四个要求：(1)灰分含量要低，生产各种炭块的无烟煤灰分应在8％以下，生产电极糊的无烟煤灰分应小于10％(2)要有足够的机械强度，经过一定时期贮存后也能保持较高的机械强度。(3)热稳定性要高。(4)硫含量要小。炭素生产用无烟煤质量指标要求如下：灰分：≯10％；硫分：≯2％；水分：≯3％；块度：≮50mm；抗磨试验(＞40mm残留量)≮35％。3.4煤沥青煤沥青（全称为煤焦油沥青）是生产炭素材料（铝用阳极材料和阴极材料）的粘结剂。它能很好的浸润和渗透到各种焦炭及无烟煤的表面和孔隙。并使各种配入的颗粒互相粘结形成具有良好的塑性状态的糊料。糊料成型或压型后的阳极炭块或阴极炭块，经冷却后即硬化，并保持成型时的形状。生极炭块在焙烧时煤沥青逐渐分解并炭化，把四周的骨料牢固的连接在一起，获得数量多的、高强度的、在骨料颗粒间起连结作用的由沥青生成的焦炭。煤沥青是炼焦工业的副产品。烟煤在炼焦炉中受高温作用发生热分解，得到三种产物：①焦炭；②煤气；③煤焦油。一吨干烟煤可得到720～780kg焦炭，150～190m3煤气，25～42kg煤焦油。其中煤焦油是生产煤沥青的原料，煤焦油再经过蒸馏得到的残留物便是煤沥青（约50～60％）。——常温，黑色固体；无固定熔点，呈玻璃相；热－软化－熔化；密度1.25～1.35g/cm3；已查明70余种三环以上化合物；分子量170～2000，C/H原子比1.7～1.8，C:92～93%、H:3.5～4.5％，其余为N、O、S。3.4.1煤沥青的组分煤焦油经高温分馏后的残油是煤沥青。煤沥青是多种高分子碳氢化合物的混合体。一般难于从煤沥青中提取单独的具有一定化学组成的物质，而只能用不同的溶剂去萃取煤沥青，将它分离为若干组分：高分子组分(α组分)、中分子组分(β组分)、低分子组分(γ组分)。沥青中不溶于苯或甲苯的组分通常称为游离碳(BI或TI）。沥青中不溶于喹啉（蒽油）的部分是高分子组分(即所谓α组分,QI)。——高分子组分是焙烧时形成焦化残炭的主要载体，对炭石墨制品的孔度大小及强度有一定影响。一般认为，高分子组分没有粘结性，沥青中高分子组分含量过多会影响沥青的粘结能力。(原生QI、次生QI——零中间相）沥青中不溶于苯(或甲苯)，但溶于喹啉（蒽油）的组分称中分子组分(β组分)。一般认为，中分子组分含量的多少对沥青的性能起着重要作用。沥青的中分子组分含量达到20～25％才能制得质量合格的炭、石墨制品。

中分子组分按其在吡啶中的溶解程度，还可进一步分为β1组分及β2组分两组。β1不溶于吡啶，其分子量稍高，β2组分溶于吡啶，其分子量稍低。低分子组分(γ组分)是指沥青中溶于苯的成分。实际上低分子组分也是多种碳氢化合物的混合物。按其在丙酮、甲醇中的溶解程度又可以分为γ1、γ2、γ3三种。γ2、γ3组分经分析是一些油类及低分子碳氢化合物所组成，焦化时几乎全部分解挥发。低分子组分仅是一种溶剂，能适当降低沥青软化点，有利于改善沥青对焦炭颗粒的浸润性及提高成型糊料的可塑性。各组分之间的关系：α组分＝

QIβ组分＝

TI-QIγ组分＝TS＝100－α组分－β组分3.4.2煤沥青的性质衡量煤沥青的性能，一般通过软化点、粘度、密度与结焦残炭量、加热后的气体析出曲线等表示。1.软化点

煤沥青开始熔化的温度称软化点（sp)。它与沥青中各组分的比例有关，随着软化点上升，其苯或甲苯不溶物含量增加，β组分有增加趋势，γ组分含量减少。

低温：30～75℃；中温：75～95℃；高温：95～120℃。2.粘度——流变性

沥青粘度随温度而变化，加热到较高温度后，粘度急剧降低。粘度既取决于温度，又取决于沥青本身的特性，在同样的温度下不同产地的沥青粘度可以相差数倍。经验公式：

(pa.s)sp115,0.5~0.35η

--175~180℃——＋60～65℃sp85,145℃、150℃,—0.498、0.345pa.s3.沥青的密度密度大的沥青，在生坯焙烧时，收缩较小。坯体体积密度和强度较高。4.结焦残炭值这是评价沥青质量的重要依据，其挥发分高，则结焦残炭值低。两者关系如下：K＝100－0.7V式中：K：结焦残炭值％；V：沥青中的挥发分．％。5.沥青的气体析出量在加热过程中，沥青的气体析出量并不均匀，软化点不同的沥青，气体析出量也不同。对于软化点为83℃、100℃、134℃的沥青，最大气体析出量的温度范围分别为330～480℃；330～480℃和330～510℃。3.4.3煤沥青对阳极质量的影响煤沥青不仅是阳极材料的重要组成部分，而且沥青的浸润性、流动性、可塑性、渗透性、结焦性(焦化率、焦结构、焦化曲线)、稳定性和元素化学组成，尤其是微量金属元素的含量及适宜的使用条件对炭阳极质量影响很大。沥青的甲苯不溶物组分(BI)、喹啉不溶物组分（QI）和β组分，在溶体中可形成均匀分散的胶体，参与形成焦炭粘结网格，成焦率高，致密，使焙烧体强度大为提高，在干料混合体孔隙度大时不溶性组分显得更为重要。但是不溶性组分过高，不利于沥青的湿润性、吸附性，反而会降低制品的强度等。当QI过低，会使糊料分层，偏析，造成自焙槽阳极断层和阳极块焙烧裂纹；但QI过高，不仅使糊料粘结性能差，而且在BI一定情况下，会降低β组分。与QI相匹配的条件是，在SP一定时，沥青中QI含量每增加1％，混捏温度需增加2～3℃，或延长混捏时间、增加沥青量或添加活性剂。同一种沥青，当QI含量分别为4.5％，7％～9％，16％时，混捏温度相应分别为145℃，160～170℃，180～190℃。改质沥青的SP为100～115℃。BI为28％～36％，QI为15％～17％，β＞20％，此种沥青不仅粘结性高，结焦值高，而且制成阳极强度高，电阻小，抗C02和空气反应性好，热特性好。沥青在热转化时，焦化气体在多孔炭基上析出热解炭，它对阳极质量有明显影响。当析出热解炭数量为0.2％时，炭阳极孔度下降2％，与气体反应率减少12％。沥青β组分、γ组分减少，阳极性能会恶化。沥青的灰分，尤其灰分中的金属元素，是炭阳极与C02和空气反应的催化剂，对阳极极为有害。日本直江津铝厂曾发生大面积的炭阳极氧化掉渣事故，后研究发现，原来沥青中Na2O含量超标，系催化反应所致。3.4.4改质沥青

对中温沥青进行高温处理可得到改质沥青。由于它具有一系列的优异特性，世界各国炭一石墨制品所用粘结剂由改质沥青来替代中温沥青已达到普及的程度。我国从70年代中期就已经开始用改质沥青替代中温沥青试制石墨电极，阳极糊等，并取得较好的效果。80年代，随着贵州铝厂二期从日本引进的8万吨预焙阳极电解槽，配套采用改质沥青作阳极、阴极炭块的粘结剂；青铜峡铝厂也从国外引进了改质沥青的铝用炭素生产装置；国外许多铝厂也相继采用液态或固态改质沥青生产阳极炭块。改质沥青的开发与应用越来越受到人们的关注并取得了较快的发展。——改质的重点是调整sp、TI和β树脂三项指标。国内改质沥青在生产工艺主要采用高温热聚法和闪蒸法二种工艺：1.高温热聚合法将中温沥青加热熔化后输送到密闭釜中进行加热，在一定气压下保持一段时间，这时沥青分子进行聚合反应，中间相小球体充分增长，互相融合，分子量逐渐增大，从而提高了沥青的软化点，导致折焦量的增大，使改质沥青的质量提高。

(1)间歇加压热聚法生产。热聚合温度为400℃左右，热聚合时间为4～8h。(2)连续常压热聚法生产。热聚指标为：反应温度275～405℃，反应压力为常压，反应时间按进料量确定，所用原料沥青的软化点为77～83℃。(3)常压间歇式热聚法。2.闪蒸法——减压蒸馏法中温沥青进入闪蒸塔内，闪蒸塔顶部由蒸汽喷射泵造成塔内真空状态，因此中温沥青在360～370℃受到减压蒸馏，在很短时间内软化点提高到110～120℃。次生QI在380℃以上生成。闪蒸改质沥青的β树脂、TI、QI均低于高温热聚合沥青

3.改质沥青作为粘结剂的特点(1)结焦残炭值高，焙烧时可生成更多的粘结焦，制品的机械强度高。(2)软化点高，夏天运输和远距离运输问题易于解决。(3)混捏成型过程中沥青逸出的烟气较少，可减轻环境污染。(4)沥青熔化温度、混捏温度高于中温沥青。(5)改质沥青含有较多的树脂和次生QI，具有较高的热稳定性，有利于提高炭和石墨制品的质量。表3-2改质沥青质量标准(YB／T5194--93)4.改质沥青质量指标表3-2改质沥青质量标准(YB／T5194--93)序号指标名称单位一级二级l软化点(环球法)℃100～115100～1202甲苯不溶物(抽提法)％28～34＞263喹啉不溶物％8～146～154

β－树脂％≮18≮165结焦值％≮54≮506灰分％≯0.3≯0.37水分％≯5≯53.5炭素制品其它原料和辅助材料3.5.1冶金焦冶金焦是焦煤按一定配比在焦炉中高温干馏焦化而得到的一种固体残留物。冶金焦是生产各种炭块和电极糊的主要原料，也是生产铝用阴极材料的主要原料，它在生产阴极制品生产配方中约占20～30％。冶金焦的灰分含量较高，一般为10～15％，挥发分含量为1％左右。冶金焦的质量指标如下：灰分：≯13．5％；硫分：≯0．8％；挥发分：≯1．2％；水分：≯4.0％；抗磨试验剩余量：≮300kg，＜25mm的粉焦量≯4.O％。3.5.2煤焦油煤焦油是炼焦时的副产品，它是黑色粘稠液体，是多种碳氢化合物的混合物。从煤焦油中可以提炼出上百种有机化合物。在铝用阴极材料(冷捣糊)生产中经过脱水后的煤焦油用来调整煤沥青的软化点（冷捣糊使用粘结剂的软化点只有15～30℃）。冷捣糊适宜的混合粘结剂的配比为：煤沥青：煤焦油＝(40±5)︰(60±5)进行混合。煤焦油的质量指标为：比重1.16～1.20；灰分不大于0.2％；水分不大于0.2％；游离碳含量：5～9％。3.5.3炭黑3.5.4天然石墨

蒽油蒽油.doc辅助材料3.6炭素原料的贮存3.6.1少灰原料和多灰原料在铝用炭素材料生产中，一般按杂质(无机元素)含量的多少，将原料分成少灰原料和多灰原料。石油焦、沥青焦和石墨碎等属于少灰原料，主要的灰分含量一般小于1％；冶金焦，无烟煤和天然石墨等属于多灰原料，主要的灰分含量在10％左右。3.6.2原料贮存不论是少灰原料，还是多灰原料在贮存保管过程中应注意以下几点：⑴

炭质原料堆放场地必须是水泥地面，贮存时应方便，减少外界杂质的混入。⑵

原料贮存过程中，严禁混入灰尘、泥沙和其它杂质。⑶

炭质原料在存放期间要防止互相混入，特别是要防止多灰原料混入少灰原料内。⑷

注意对贮存的新旧原料周转使用，有些原料贮存的时间不宜过长。⑸

加强对贮存原料的质量检查，及时掌握贮存原料的质量变化情况。长期贮存的原料，未经检验不能投入使用。检验合格后才能使用，检验不合格的原料应停止使用或降级使用或搭配使用。3.7燃料燃烧3.7.1燃料——燃烧时将化学能转变为热能1.燃料的分类燃料的定义：凡燃烧时能放出大量的热，该热量能经济而有效地用于现代工农业生产或日常生活的所有物质，统称燃料。常见的木柴、煤、焦炭、重油、煤气等物质都是燃料。

炭素生产所使用的燃料，一般应具备如下条件：(1)燃烧所放出的热量必须满足生产工艺要求：(2)便于控制和调节燃烧过程；(3)成本低，使用方便；(4)燃烧产物必须对人、植物、厂房、设备等无害。燃料按物态可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料三类。按来源又分为天然产品和加工产品（如煤气、重油、柴油等）两种。炭素工业多使用重油、煤气、天然气作燃料——p51、表3－3工业燃料的分类

2.常见燃料的特性常用燃料的特性主要包括以下两个方面：一、燃料的化学组成。固体、液体燃料都是极其复杂的有机化合物。通常由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）等元素和部分矿物杂质(通常统称灰分)、水分等七种物质组成.

碳[C]是固体、液体和气体燃料的主要成分。在同体燃料中碳波动在50～90％，液体燃料中碳含量一般在85%以上。碳的发热值为339.1×102kJ/kg。碳完全燃烧生成CO2，氧气不足时则不完全燃烧生成CO。氢[H]是固体和液体燃料的第二主要成分。可燃氢燃烧时能大量放热，其发热值为1431.95×102kJ/kg。氢燃烧生成水。氮[N]不参加燃烧反应，不能放热，是燃料中的惰性物质。氧[0]是固、液体燃料中的有害组成物，它不能燃烧，也不能助燃。硫[S]是有害组成物，在燃料中有三种存在形式：①有机硫；②黄铁矿硫；③硫酸盐硫。前两种硫能燃烧放热，计算中把它们当作自由存在的硫，并统称挥发（可燃）硫。最后一种硫不能燃烧，它以各种硫酸盐的形式存在于燃料中。硫燃烧生成SO2气体；SO2是有毒气体，超过一定浓度，对人的身体健康有影响，对动植物生长也有影响。含硫燃料在燃烧时，会影响产品质量。因此，固体、液体燃料中的含硫量应受到限制，一般不充许大于1.5％。水分[H2O]是有害组成物，本身不能放热，还要吸收大量热。

灰分[A％]是最有害的组成物，主要有SiO2、Fe2O3、CaO等。

二、燃料的发热能力。这是评价燃料质量的重要指标。固体和液体燃料的成分基准的表示方法有四种：第一、应用成分：C用+H用+O用+N用+S用+A用+W用=100％(y)

第二、干燥成分：C干+H干+O干+N干+S干+A干=100％(G)

第三、可燃成分：

C燃+H燃+O燃+N燃+S燃=100％(r)第四、有机成分:

C机+H机+O机+N机=100％

WOHNCSA

有机成分（基）

Ww

Wn

可燃（基）成分干燥（基）成分分析基应用（基）成分灰分A主要是SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO等燃料组成的图示方法部分部分部分硫酸盐3.燃料的发热量燃料发热量的高低是衡量燃料价值的重要指标。(1)发热量的概念。发热量的定义为单位质量或体积的燃料在完全燃烧情况下所能放出热量的千焦数叫做燃料的发热量或热值。对固体、液体燃料而言，发热量的单位是kJ/kg，对气体燃料而言则以kJ/Bm3表示。燃料的发热量只取决于燃料内部的化学组成，不取决于外部的燃烧条件。(2)发热量计算式。计算原理是根据燃料中各可燃成分的燃烧热，乘以相应成分的百分数，加起来就等于整个燃料的发热量。固体、液体燃料低发热量计算式如下：Q低+水气化热＝Q高Q低=81C用+246H用-26(O用-S用)-6W用kcal/kgQ低=339C用+1030H用-109(O用-S用)-25W用kJ/kg燃料的发热量大小取决于燃料中可燃成分的含量及各种不同可燃成分的比例，燃料发热量的大小影响燃料的燃烧温度。提高燃烧温度，其措施之一就是提高燃烧的发热量。

1卡（cal)＝4.184焦耳(j)；1焦耳＝0.239卡

4.常用燃料的性质(1)气体燃料气体燃料具有以下优点：①易于空气混合。因此用较少的过量空气，即可保证充分燃烧；②煤气易于预热，从而可以提高燃烧温度；③燃烧过程易于控制。炉内温度、压力、气氛等都比较容易调节；④输送方便，劳动强度小，燃烧时干净，有利于改善环境；⑤通常天然气、高炉煤气和焦炉煤气比较经济。天然气的主要成分为CH4和CnHm。按其成分可分为两类，一类为“贫气”，即气井天然气，其成分主要是CH4，另一类为“富气”，是天然气与石油同时产出，又叫油井伴生气，其成分除CH4外还含有重炭氢化合物CnHm，如C2H6，C3H8，C4H10等。天然气发热量高，是一种优质燃料。Et=(3)固体燃料主要的固体燃料是煤、焦炭和粉煤。煤的储量多、分布广。但固体燃料含水分和灰分多，可燃物较少，发热量较低，使用煤作燃料，劳动条件差。①煤。煤可分为四类：泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤。工业上普遍采用工业分析法将煤分成四个组成物：挥发物(挥发分)、固定碳、灰分及水分。1)挥发分：煤是复杂的有机化合物，加热到一定温度就会分解放出气体，通常称为挥发分或挥发物。煤在隔离空气的条件下，加热到850℃时，分解出来的气体量，作为挥发分含量。2)固定碳：就是煤分解出挥发分以后，残留下来的固体可燃物(不包括灰分)。固定碳的主要成分C，但不是纯C，还残留有少量其它元素如H、O、N等。固定碳是可以燃烧的，它是煤中的重要发热成分，也是衡量煤使用特性的指标之一。3)灰分：煤完全燃烧以后，残留下来的固体矿物灰渣。4)水分：②粉煤(煤粉)。将块煤或碎煤磨至0.05～O.07毫米的粒度的煤面称粉煤。粉煤能在较小的空气过剩系数下完全燃烧，能使用预热空气，所以燃烧时就能得到较高的温度。粉煤因表面积很大，吸附空气的能力很强，有流动性，一般使用空气输送。空气中悬浮一定浓度的煤粉时极易发生爆炸，故使用煤粉应注意安全。3.7.2燃料燃烧有关燃烧的几个基本概念(1)燃烧。

燃烧实质上是一种快速的氧化反应过程。要使燃烧稳定进行，其必不可少的条件是：连续不断地供给足够的空气，使其中的氧与燃料接触良好；燃料必须加热到一定温度，氧化反应才能自动加速进行。(2)完全燃烧与不完全燃烧。燃料中的可燃物全部与氧发生充分的化学反应，生成不能燃烧的产物CO2、H2O、SO2等叫完全燃烧。

燃气名称着火温度（℃）着火浓度极限（%）最低最高下限上限氢气（H2）一氧化碳(CO)甲烷(CH4)乙烷(C2H6)丙烷(C3H8)丁烷(C4H10)乙烯(C2H4)乙炔(C2H2)焦炉煤气发生炉煤气天然气高炉煤气5506308005405254905403355507007507006096728505945885695505008508008508004.0～9.512.0～15.64.9～6.33.12.41.83.02.55.6～5.8215.1～5.835.0～40.065.0～75.070.9～75.011.9～15.412.59.58.428.680.028.0～30.87412.1～13.956.0～73.5表3-5各种牌号重油的加热温度煅烧温度（℃）真密度(g/cm3)H含量（％）10001.9560.33211002.0370.18812002.0960.08513002.1360.031原料种类粉末比电阻(μΩm)≯真密度(g/cm3)≮水分(%)≯石油焦5502.08（5）0.3沥青焦6502.000.3无烟煤12501.74、1.820.3指标1#2#3#4#平均灰分%煅前0.110.150.20.170.16煅后0.350.410.350.540.41真密度g/cm3煅前1.611.461.421.371.46煅后2.092.092.052.082.08体积密度g/cm3煅前0.90.820.930.990.91煅后0.970.991.111.131.05机械强度MPa煅前3.633.002.246.023.72煅后5.134.085.727.635.64硫分%煅前0.580.570.191.260.65煅后0.510.400.171.090.54煅烧后体积收缩率%13.04.621.528.516.9煅后焦粉末电阻率μΩ.m511493487480494顺流式罐式煅烧炉逆流式罐式煅烧炉料、热流动方向相同方向相反罐结构由结构相同、垂直配置的四罐为一组上大下小有锥度，每罐一组燃烧地点一（首）层火道第8（5）层火道挥发分道罐上部罐上部高温区2～3层，1300～1380℃6～7层，1250～1380℃总烟道末层部位上层部位主要优点热效率高，原料适用性强主要缺点棚料热烟气不易调节按膨胀率计算的烘炉升温序号温度区间/℃升温速度/℃.h-1每班升高温度/℃升温时间/h1室温~501.6013.024250~1001.048.30483100~2000.282.203604保温245200~3000.282.203606保温247300~5001.3210.501528500~7002.7822.20729700~9006.2550.003210900~1250432300111000保温72合计1468（61d)870℃1470℃1710℃163℃180℃～270℃117℃200℃～600℃－－0.3～1.5℃/h570℃冷却项目部位逆流炉顺流炉温度（℃）首层1000～13801250～1380三层1000～13801250～1380六层1250～13801000～1380负压（pa)总烟道147～24580～260火道127～19640～180序号故障原因分析排除方法备注1棚料石油焦质量减少该石油焦的用量排料器不能正常运转修理或更换排料器排料器修理不超过2小时清理料罐后加入生焦量大少量多次加入加料口结焦用压缩空气吹扫2下火放炮排料量过大减小排料量提产时应初步提高溢出口、下火口堵塞用压缩空气吹扫负压小检查烟道、提高负压3负压波动炉体、烟道有漏风点用耐火材料密封火道、烟道长时间未清理清扫火道的挂灰烟气温度的变化保证煅前料挥发分、排料量的稳定4溢出口、火道挂灰清理不及时定期清理一般每季度一次负压低或使用不均匀调整负压拉板冷空气进入多密封炉体、减小风门炉体漏风或风门大

2.回转窑的工艺参数