一种高密度炭素制品的生产工艺 【技术领域】
本发明属于化工技术领域，炭素材料及其制品的生产工艺，特别涉及一种高体积密度预焙阳极、石墨电极、炭块、炭糊等高密度炭素制品的生产工艺。
背景技术
炭素制品是以石油焦、沥青焦、电煅煤、冶金焦、石墨为原料，经过破粉碎、配料、混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化等工艺生产出的制品。炭素焦炭原料呈蜂窝状结构，体积密度普遍小于1.3g/cm3，在混捏、成型过程中需要加入14～27％煤沥青结合剂，而煤沥青结焦值只有50％左右，造成焙烧后炭素制品体积密度普遍低于1.6g/cm3。特别是炭素制品中使用量最大的石油焦原料，体积密度波动在0.9～1.2g/cm3之间，用国产煅后石油焦原料生产铝用预焙阳极体积密度虽然大于1.5g/cm3，但明显低于国际铝用预焙阳极体积密度1.6g/cm3指标，在产品质量、使用寿命和节能、减排、降耗等方面与国际先进水平存在一定的差距。
【发明内容】
本发明克服了上述存在缺陷，目的是通过采用体积密度大于1.6g/cm3高密度型焦炭为主要原料，采用大颗粒高密度型焦炭整球加入方式，达到降低粉料和结合剂煤沥青加入量，改变炭素制品颗粒结构，生产出体积密度大于1.6g/cm3炭素焙烧品，提供一种高密度炭素制品的生产工艺。
本发明高密度炭素制品的生产工艺内容简述：
本发明高密度炭素制品的生产工艺，其特征在于：高密度炭素制品包括：高密度预焙阳极、或高密度石墨化电极、或砌筑炭块用高密度半石墨质炭糊及半石墨质阴极糊，其生产工艺按下列步骤：
(1)原料选择
采用石油焦、或沥青焦、或电煅煤、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或炭素制品生产返回料、或炭素制品回收料，其中一种或上述一种以上混合物以及用上述原料生产的体积密度大于1.6g/cm3高密度型焦炭为原料；
(2)颗粒级配、结合剂选择、结合剂含有量控制
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％；
颗粒级配：
根据炭素制品的品种选择对应材质的炭素原料和高密度型焦炭，颗粒大于1mm采用体积密度大于1.6g/cm3原料，加入量大于30％，其中颗粒大于10mm加入量大于10％；颗粒小于0.1mm加入量小于32％；
结合剂选择、结合剂含有量控制：
选择煤沥青为结合剂；
结合剂含有量：
模压成型或等静压成型结合剂含有量小于10％；
振动成型结合剂含有量小于12％；
挤压成型结合剂含有量小于17％；
不定形炭素制品炭糊或阴极糊结合剂含有量小于19％；
(3)混捏
将颗粒级配后的原料加热到110～200℃，再加入煤沥青结合剂混捏10～60min后，不定形炭糊或阴极糊炭素制品经热捣固，在温度1000℃时，经过煅烧后体积密度大于1.5g/cm3；定型炭素制品在温度110～200℃条件下按炭素制品常规方法进行成型；
(4)成型、焙烧、浸渍、石墨化
成型、焙烧、浸渍、石墨化按常规炭素制品生产方法进行，焙烧后炭素定型制品的体积密度大于1.6g/cm3。
利用本发明生产高密度炭素制品，焙烧后炭素定型制品的体积密度大于1.6g/cm3，可实现节能、减排、高效，低投入、高产出。
【具体实施方式】
本发明一种高密度炭素制品的生产工艺是这样实现的，下面按不同制品做具体说明。
发明一种高密度炭素制品的生产工艺中的大颗粒原料是采用本发明人在《一种高密度型焦炭的生产方法》发明专利中公开的“球形或三维尺寸不相等地椭圆球体形状；体积密度1.6～1.8g/cm3；球体受压平行面气孔率小于受压垂直面气孔率；具有石墨化各向异性特性的高密度型焦炭”为原料，进行试验研究的，高密度炭素制品的生产工艺，按下列步骤：
(1)原料选择
采用石油焦、或沥青焦、或电煅煤、或冶金焦、或天然石墨、或人造石墨、或炭素制品生产返回料、或炭素制品回收料，其中一种或上述一种以上混合物以及用上述原料生产的体积密度大于1.6g/cm3高密度型焦炭为原料。
(2)颗粒级配、结合剂选择、结合剂含有量控制
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％。
颗粒级配：
根据炭素制品的品种选择对应材质的炭素原料和高密度型焦炭，颗粒大于1mm采用体积密度大于1.6g/cm3原料，加入量大于30％，其中颗粒大于10mm加入量大于10％；颗粒小于0.1mm加入量小于32％。
结合剂选择、结合剂含有量控制：
选择煤沥青为结合剂。
结合剂含有量：
模压成型或等静压成型结合剂含有量小于10％；
振动成型结合剂含有量小于12％；
挤压成型结合剂含有量小于17％；
不定形炭素制品炭糊或阴极糊结合剂含有量小于19％。
(3)混捏
将颗粒级配后的原料加热到110～200℃，再加入煤沥青结合剂混捏10～60min后，不定形炭糊或阴极糊炭素制品经热捣固，在温度1000℃时，经过煅烧后体积密度大于1.5g/cm3；定型炭素制品在温度110～200℃条件下按炭素制品常规方法进行成型。
(4)成型、焙烧、浸渍、石墨化
成型、焙烧、浸渍、石墨化按常规炭素制品生产方法进行，焙烧后炭素定型制品的体积密度大于1.6g/cm3。
实施例一
高密度预焙阳极的生产工艺是：采用预焙阳极生产用煅后石油焦和用该石油焦煅前焦生产的32×25×15mm椭园形体积密度达到1.60g/cm3高密度型焦炭、预焙阳极残极、预焙阳极焙烧后废品四种原料。
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％。
颗粒级配：
32×25×15mm椭园形高密度型焦炭整球加入量50％；
5～0mm高密度型焦炭破碎料10％；
1～0mm预焙阳极残极、或预焙阳极焙烧后废品、或高密度型焦炭，其中一种或上述一种以上混合物11.5％；
小于0.09mm煅后石油焦粉20％。
结合剂选择、结合剂含有量控制：
选择软化点92℃煤沥青为结合剂；
结合剂加入量是8.5％。
将颗粒级配后的原料加热到180℃，再加入结合剂煤沥青，恒温混捏40min，混捏后原料按预焙阳极成型温度要求进行温度调整，按常规预焙阳极生产工艺进行振动成型、焙烧处理。
焙烧后生产出来的预焙阳极体积密度大于1.60g/cm3。
实施例二
高密度石墨化电极的生产工艺是：采用石墨化电极生产用煅后石油焦；用该石油焦煅前焦55％与含有43％石墨化电极生产返回料及石墨化电极回收料生产的25×15×10mm椭园形体积密度达到1.62g/cm3高密度型焦炭；石墨化电极成型废坯料；石墨化电极焙烧废品、或石墨化电极石墨化废品、或石墨化电极残极，其中一种或上述一种以上混合物为原料。
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％。
颗粒级配：
25×15×10mm椭园形高密度型焦炭整球加入量35％；
5～0mm高密度型焦炭破碎料10％；
1～0mm石墨化电极成型废坯料15％，在石墨化电极成型废坯料中含有结合剂煤沥青23％；
小于0.1mm煅后石油焦、或高密度型焦炭13％；
小于0.1mm石墨化电极焙烧废品、或石墨化电极石墨化废品、或石墨化电极残极、或高密度型焦炭，其中一种或上述一种以上混合物15％。
结合剂选择、结合剂加入量：
选择软化点89℃煤沥青为结合剂；
结合剂加入量为12％。
将颗粒级配后的原料加热到170℃，再加入结合剂煤沥青，恒温混捏50min，混捏后原料按石墨化电极挤压成型温度要求进行温度调整，按常规石墨化电极生产工艺进行挤压成型、焙烧、浸渍、石墨化处理。
焙烧后生产出来的电极焙烧品体积密度大于1.62g/cm3。
实施例三
砌筑炭块用高密度半石墨质炭糊及半石墨质阴极糊的生产工艺是：采用半石墨质炭糊生产用煅后石油焦；用该石油焦煅前焦55％与含有43％石墨化电极生产返回料及石墨化电极回收料生产的25×15×10mm椭园形体积密度达到1.62g/cm3高密度型焦炭；石墨化电极成型废坯料；石墨化电极焙烧废品、或石墨化电极石墨化废品、或石墨化电极残极，其中一种或上述一种以上混合物为原料；当炭素制品要求灰分小于8％时，用电煅煤代替石油焦、或石墨化电极焙烧废品、或石墨化电极石墨化废品、或石墨化电极残极。
按质量份数计算，颗粒级配料+结合剂＝100％。
颗粒级配：
25×15×10mm椭园形高密度型焦炭整球加入量37％；
5～0mm石墨化电极石墨化废品、或石墨化电极残极、或高密度型焦炭，其中一种或上述一种以上混合物15％；
1～0mm石墨化电极成型废坯料10％，在石墨化电极成型废坯料中含有结合剂煤沥青23％；
小于0.09mm煅后石油焦、或高密度型焦炭11％；
小于0.09mm石墨化电极焙烧废品、或石墨化电极石墨化废品、或石墨化电极残极、或高密度型焦炭，其中一种或上述一种以上混合物13％。
结合剂选择、结合剂加入量：
选择软化点68℃煤沥青为结合剂；
结合剂加入量为14％。
将颗粒级配后的原料加热到150℃，再加入结合剂煤沥青，恒温混捏40min，从成型机出来成为炭糊、阴极糊不定形炭素制品。
热捣固后加热到1000℃体积密度大于1.50g/cm3。