[发明专利]采用炭素中间体生产高密度预焙阳极的方法

权利要求书

1.一种采用炭素中间体生产高密度预焙阳极的方法，其特征在于：

（1）、预焙阳极和炭素中间体是采用煅后石油焦、或沥青焦、或天然石墨、或人造石墨、或上述原料生产过程中返回料、或上述原料生产的炭素制品返回料、或上述原料生产的炭素制品使用后的回收料，其中一种以上混合物为原料；

（2）、利用炭素企业现有预焙阳极生产线设备；

（3）、炭素中间体为球形或三维尺寸不相等椭圆形球体及二个球以上通过边沿连接在一起的连体球、或棱角为圆弧形的正方体或棱角为圆弧形的长方体及二个方体以上通过边沿连接在一起的连体方体、或棱角为圆弧形对称的八面体及二个八面体以上通过边沿连接在一起的连体八面体，球体、或方体、或八面体，最长方向形体尺寸小于80mm；结合剂煤沥青含量7～16%；平均体积密度1.65～1.80g/cm³；受压面气孔率小于受压垂直面气孔率；表面气孔率小于10%，内部气孔率小于20%；具有各向异性化炭质结构；

（4）、炭素中间体体积密度大于预焙阳极成型坯体体积密度；

（5）、生产预焙阳极炭素中间体加入量、加料方式、加料地点：按质量份数百分比计算，加入量5～100%；炭素中间体采用定量给料方式加入；加料地点：当炭素中间体温度≥成型物料、或糊料温度时，加料到混合、或混捏设备到成型机之间各可落料点；当炭素中间体温度小于成型物料、或糊料温度时，直接加料到混合、或混捏设备中；当采用连续混捏机工艺生产预焙阳极，炭素中间体温度小于自身含有的结合剂煤沥青软化点温度时，加料到预热设备中；

（6）、焙烧后烧失量2.0～4.9%；

（7）、具有各向异性化炭质结构，当炭素中间体加入量大于60%时，贯通气孔率比较普通预焙阳极减少50%以上；

（8）、预焙阳极在真密度≥2.03g/cm³条件下，成型坯体平均体积密度1.65～1.80g/cm³；焙烧后预焙阳极平均体积密度1.62～1.75g/cm³；内部中心部位平均体积密度1.60～1.74 g/cm³；

（9）、适用生产阴极炭块、炭块、半石墨质炭块、石墨质炭块、石墨电极、炭电极、炭糊炭材料及其炭素制品。

2.根据权利要求1所述的采用炭素中间体生产高密度预焙阳极的方法，其特征在于：生产工艺步骤：原料选择→配料→混合、或混捏→成型、焙烧→预焙阳极特征；

（1）、原料选择

预焙阳极和炭素中间体是采用煅后石油焦、或沥青焦、或天然石墨、或人造石墨、或上述原料生产过程中返回料、或上述原料生产的炭素制品返回料、或上述原料生产的炭素制品使用后的回收料，其中一种以上混合物为原料；

（2）、配料

按质量份数百分比配料：颗粒级配原料＋炭素中间体+结合剂煤沥青＝100%；

炭素中间体加入量：5～100%；

结合剂选择：选择煤沥青及其改性后衍生产品，要求结合剂煤沥青的结焦值大于40%；

结合剂煤沥青加入量：包括炭素中间体、成型废坯、混捏废糊料中含有煤沥青量计算在内，成型物料、或糊料中加入的结合剂煤沥青量为12～18%，当炭素中间体加入量多时，煤沥青加入量取下限值；当炭素中间体加入量少时，煤沥青加入量取上限值；

颗粒级配原料加入量：颗粒级配原料加入量=成型物料总量100%—炭素中间体加入量—结合剂煤沥青加入量；

①当炭素中间体加入量90～100%

煤沥青加入量：包括炭素中间体、成型废坯、混捏废糊料中含有煤沥青量计算在内为12～15%；

颗粒级配原料加入量：颗粒级配原料加入量=成型物料总量100%—炭素中间体加入量—结合剂煤沥青加入量

其中原料粒度3～0.1mm占颗粒级配原料加入量50±20%；剩余为≤0.1mm原料粉料；

②当炭素中间体加入量>65～<90%

煤沥青加入量：包括炭素中间体、成型废坯、混捏废糊料中含有煤沥青量计算在内为13～17%；

颗粒级配原料加入量：颗粒级配原料加入量=成型物料总量100%—炭素中间体加入量—结合剂煤沥青加入量

其中原料粒度5～0.1mm占颗粒级配原料加入量50±20%；剩余为≤0.1mm原料粉料；

③当炭素中间体加入量5～65%

利用原有预焙阳极生产线工艺配方和颗粒级配：

颗粒级配原料和结合剂煤沥青加入量采用质量份数百分比配料量计算： 颗粒级配原料加入量+结合剂煤沥青加入量 = A = 成型物料总量100%—炭素中间体加入量；

加入炭素中间体后，各粒度原料、或结合剂煤沥青理论加入量计算值：各粒度原料理论加入量、或结合剂煤沥青理论加入量=原有预焙阳极生产线颗粒级配各粒度原料加入量、或结合剂煤沥青加入量×A；

加入炭素中间体后，计算原有预焙阳极生产线工艺配方中各粒度原料、或结合剂加入量：各粒度原料、或结合剂煤沥青加入量=原有预焙阳极生产线颗粒级配各粒度原料加入量、或结合剂煤沥青加入量×A；

预焙阳极生产工艺配方：在计算值基础上，修改、控制最大粒度原料和结合剂煤沥青加入量，其余各粒度原料加入量，按加入量计算值四舍五入后取整数；煤沥青加入量：煤沥青加入量在加入量计算值基础上，包括炭素中间体、成型废坯、混捏废糊料中含有煤沥青量计算在内控制在14～18%，按100%计算剩余量为最大粒度原料加入量；

（3）、混合、或混捏

预焙阳极生产线的混合、或混捏工艺有二种方法：

①、连续混合、或混捏方法，利用现有预焙阳极生产线的连续定量给料设备；预热设备；连续混合、或混捏设备；凉料输送设备生产工艺；

②、间断混合、或混捏方法，利用现有预焙阳极生产线的配料秤；间断混合、或混捏设备；料罐或凉料输送设备工艺；

按常规生产预焙阳极操作程序加入颗粒级配后的各种粒度原料；控制温度、时间、速度；加热物料；加入结合剂煤沥青；混合、或混捏生产成型物料、或糊料，按常规生产预焙阳极操作程序出料、凉料，成型物料、或糊料输送到成型设备供料槽内；

炭素中间体与正常混合、或混捏物料、糊料在一起混合、或混捏要求：

①、炭素中间体加入时温度状态选择顺序：1、刚成型后的热态炭素中间体；2、常温状态加热到成型物料温度的热态炭素中间体；3、常温状态炭素中间体；

②、炭素中间体中结合剂煤沥青软化点温度≥正常混合、或混捏物料、糊料中结合剂煤沥青软化点温度；

③、炭素中间体和正常混合、或混捏物料、糊料的温度大于并接近于成型物料、或糊料温度再进行混合、或混捏，炭素中间体的熔化、剥落最小；

④、炭素中间体和正常混合、或混捏物料、糊料在一起混合时间越短；炭素中间体受到的混合搅拌的摩擦力、机械力越小，炭素中间体熔化、剥落最小；

⑤、炭素中间体中结合剂煤沥青含量小于普通预焙阳极混合、或混捏糊料中结合剂煤沥青含量，二种物料在高于结合剂煤沥青软化点温度条件下，接触摩擦碰撞、或混合、或混捏时，糊料中的结合剂煤沥青会渗透到炭素中间体中，造成混合、或混捏后成型物料、或糊料变干；湿润性和塑性减少，随着炭素中间体加入量增加，成型物料、或糊料中的结合剂煤沥青含量在原配方基础上增加，通过成型坯体状态进行调整；

⑥、炭素中间体加入地点的选择顺序：1、成型设备供料槽；2、凉料输送设备；3、混合、或混捏设备；4、预热设备；

炭素中间体加入量和加入地点：

①、当预焙阳极中炭素中间体加入量100%时，直接将达到成型温度的炭素中间体加入到成型设备供料槽中，按常规生产预焙阳极方法成型坯体；

②、当预焙阳极中炭素中间体加入量小于100%时，根据炭素中间体温度状态，加入到现有预焙阳极生产线预热；混合、或混捏；凉料输送；成型机供料槽设备中；

炭素中间体的加入方式：

①、现有预焙阳极生产线是采用连续混合、或混捏方法时，炭素中间体采用连续定量配料给料方式加入；

②、现有预焙阳极生产线是采用间断混合、或混捏方法时，炭素中间体采用间断定量配料给料方式加入；

当炭素中间体加入时的温度≥成型物料、或糊料的温度时，采用如下方法和地点位置加入炭素中间体：

A、新增设备：在成型设备供料槽到凉料输送设备之间，增设一台带保温、或加热功能的混合设备，现有预焙阳极生产线凉料输送加入到成型设备供料槽的成型物料、或糊料，改为加入到新增混合设备中，同时加入炭素中间体，炭素中间体与成型物料、或糊料在新增混合设备中混合均匀，满足成型物料温度要求后，输送到成型设备供料槽内，按常规生产预焙阳极方法成型坯体；

B、利用现有预焙阳极生产线设备和工艺：a、当成型设备供料槽中安装有搅拌机，明确知道供料槽中成型物料、或糊料数量时：炭素中间体直接加入到成型设备供料槽中、或直接加入到凉料输送设备中、或直接加入到运输成型物料、或糊料的料罐中；b、采用连续混合、或混捏工艺时，向凉料输送设备进料点加入炭素中间体，与从混合、或混捏设备出料口出来混合、或混捏好的成型物料、或糊料，再向凉料输送设备下料过程中会合，实现相互混合，凉料输送设备在向成型设备供料槽卸料过程中完成第二次混合；c、直接向含有混捏好成型物料、或糊料的间断混合、或混捏设备中加入炭素中间体，继续混合、或混捏10S～100S；

当炭素中间体加入时的温度小于成型物料、或糊料的温度时，利用预热设备；混合、或混捏设备，在预热、或混合、或混捏过程中提高炭素中间体温度，完成混合、或混捏；

A、当炭素中间体温度小于炭素中间体中结合剂煤沥青软化点温度时：a、向连续混合、或混捏预焙阳极生产线的预热设备加入炭素中间体，与颗粒级配物料一起预热和混合；一起加热、加入结合剂煤沥青、进行混捏；b、向间断混合、或混捏预焙阳极生产线的间断混合、或混捏设备中加入炭素中间体，为了缩短炭素中间体在间断混合、或混捏设备停留时间，要求颗粒级配物料与结合剂煤沥青混合、或混捏结束，糊料温度≥170℃时，再加入炭素中间体，继续混合、或混捏1～20min，使颗粒级配物料、结合剂煤沥青、炭素中间体均匀分散，达到成型物料、或糊料要求；

B、当炭素中间体温度介于炭素中间体结合剂煤沥青软化点温度与成型物料、或糊料温度之间时：a、向连续混合、或混捏预焙阳极生产线混合、或混捏设备中加入炭素中间体；b、向混捏好糊料的间断混合、或混捏设备中加入炭素中间体，继续混合、或混捏0.5～5min；

（4）成型、焙烧

成型、焙烧按常规预焙阳极生产方法进行；

（5）预焙阳极特征

焙烧后的预焙阳极，烧失量2.0～4.9%；在真密度≥2.03g/cm³条件下，平均体积密度1.62～1.75g/cm³；内部中心部位平均体积密度1.60～1.74g/cm³；平均耐压强度40～70MPa；具有各向异性化特性；气孔率15～21%。