粒度细化对煅后焦粉料体积密度的影响.pdf

2 0 1 6 年第8 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l 。b g r i m m ．c n 2 7 。 d o i 1 0 。3 9 6 9 ／j ．i s s n 。1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 6 ．0 8 ．0 0 6 粒度细化对煅后焦粉料体积密度的影响 陈辉林1 ，黎志英2 ”，张念炳1 ，杨波 1 ．贵州师范大学材料与建筑工程学院，贵阳5 5 0 0 2 5 ；2 ．贵州大学材料与冶金学院，贵阳5 5 0 0 0 3 ； 3 ．重庆大学材料科学与工程学院，重庆4 0 0 0 4 4 摘要考察了煅后焦粒度细化对体积密度的影响。结果表明，在现有生产原料和配方条件下，焦炭粗粒 配比从1 4 ．4 ％减少到8 ．4 ％区间时，体积密度从1 ．1 3 4g ／c m 3 逐渐增加到1 ．1 5 9g ／c m 3 ，是体积密度可用 的调整空间；不宜通过减少焦炭中粒来提高体积密度；通过减少焦炭细粒含量，可有效提高体积密度。 关键词炭阳极；体积密度；煅后焦；粒度 中图分类号T F 8 2 1文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 6 0 8 0 0 2 7 0 4 E f f e c to fG r a i nS i z eR e f i n e m e n to nB u l kD e n s i t yo fC a l c i n e dC o k eP o w d e r C H E NH u i l i n l ，L IZ h i y i n 9 2 “，Z H A N GN i a n b i n 9 1 ，Y A N GB 0 1 1 ．C o l l e g eo fM a t e r i a la n dC i v i lE n g i n e e r i n g ，G u i z h o uN o r m a lU n i v e r s i t y ，G u i y a n g5 5 0 0 2 5 ，C h i n a 2 ．T h eM a t e r i a l sa n dM e t a l l u r g i c a lC o l l e g e ，G u i z h o uU n i v e r s i t y ，G u i y a n g5 5 0 0 0 3 ，C h i n a ； 3 ．C o l l e g eo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，C h o n g q i n gU n i v e r s i t y ，C h o n g q i n g4 0 0 0 4 4 A b s t r a c t E f f e c to fg r a i ns i z er e f i n e m e n to nb u l kd e n s i t yo fc a l c i n e dc o k ep o w d e rw a si n v e s t i g a t e d ．T h e r e s u l t ss h o wt h a t ，u n d e rt h ec o n d i t i o n so fr a wm a t e r i a l sa n dg r a i ns i z ed i s t r i b u t i o n ，a v a i l a b l ea d ju s t m e n t s p a c eo fb u l kd e n s i t yd r o p sf r o m1 4 ．4 ％t o8 ．4 ％，w h i l eb u l kd e n s i t yr i s e sf r o m1 ．1 3 4g ／c m 3t o1 ．1 5 9 g ／c m 3 ．I ti si n a p p r o p r i a t et oi n c r e a s ev o l u m ed e n s i t yb yr e d u c i n gm i d d l ec o k ec o n t e n t ．V o l u m ed e n s i t yc a n b ee f f e c t i v e l yi n c r e a s e db yr e d u c i n gf i n ec o k ec o n t e n t ． K e yw o r d s c a r b o na n o d e ；b u l kd e n s i t y ；c a l c i n e dc o k e ；g r a i ns i z e 炭阳极作为电解槽的核心部分，其质量影响电 解过程的技术经济指标[ 1 七] 。配方计算在铝用炭素 阳极生产中是一个非常重要的技术环节[ 3 ] ，配料的 目的是得到堆积密度较大而气孔率较小的炭素材 料卧。5 ] 。目前国内4 0 ％以上的原油是从中东地区进 口的，其硫含量在1 ％～2 ．9 ％，且含较多的金属杂 质L 6 母] ，导致我国石油焦原料颗粒偏细、粉料多，使煅 烧焦的细颗粒料较多、导致阳极配方要求的大颗粒 不足[ 10 ’1 2 ] 。粉焦量过大，也使得阳极生产制备的大 颗粒骨料偏少，满足不了成型对大颗粒骨料的需求， 造成阳极质量的波动。本文针对粒度细化问题，开 展粒度细化对煅后焦粉料体积密度的影响研究，可 为后续生产配方的调整提供指导。 1 试验原料、方法及检测 1 ．1 试验原料、方法 试验所用石油焦和残极来源于贵州某厂，其生 产使用煅后焦和残极粒级配比如表1 中比例A 所 示。为了深入了解生产使用原料的粒度分布情况， 进行了生产现场取样，采用Z B S X - 9 2 A 顶击式振动 筛进行筛分，每次筛分质量为1k g ，筛分结果均为 收稿日期2 0 1 6 一0 1 3 1 基金项目贵州省科学技术基金项目 黔科合j 字[ 2 0 1 5 3 2 1 1 0 号。L K S [ 2 0 1 3 3 3 9 号 ；贵阳市自云区科技项目 白科合同[ 2 0 1 3 3 2 9 号，[ 2 0 1 5 3 3 1 号 作者简介陈辉林 1 9 6 8 一 ，男，四川资阳入，硕士；通信作者黎志英 1 9 7 8 一 ，女，贵州绥阳人，副教授，博士研究生 万方数据 2 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 6 年第8 期 筛上值，取两次筛分的平均值，结果如表2 所示。按 粒度呔小为统计依据，将生产用配方配比与粒度分 布值进行计算，结果如表2 中折合配方所示。为了 对使粒度分布更直观，对筛网直径 D 用l gD 进行 处理后作为横坐标，如6m m 粒径，l g6 一o ．7 7 8 1 5 ； 再按粒度从大到小的顺序，将各粒度的折合配方值 进行累加处理，得到图1 所示的生产配方综合粒度 分布曲线。为了减少原料种类，将残极按粒度大小 和比例分别加入相应的煅后焦中，从而获得无残极 生产配方，如表1 中比例J Z 所示。 表1 试验用煅后焦粒级配比 T a b l e1 R a t i oo fc a l c i n e dc o k eu s e di nt e s t 表2 生产用煅后焦和残极粒度分布 T a b l e2P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no fc a l c i n e dc o k ea n da n o d es c r a pi np r a c t i c e ／％ 筛网直径／m m 焦炭粗粒焦炭中粒焦炭细粒球磨粉残极粗粒残极细粒折合配方 00 4 5一一 一2 4 ．8 0一6 ．5 8 5 5 5 0一一2 4 ．1 0一7 ．7 4 7 2 4 ．0一一1 8 ．8 0 3 ．5 8 8 3 0 ．4一 一2 1 ．1 5 4 ．4 1 5 45．60 1 1 ．1 505 ．6 2 5 一一1 3 ．7 8一一2 4 ．8 26 ．8 1 0 一 一2 1 ．7 8一一2 5 ．5 41 0 ．1 0 0 一 一2 1 ．4 5一一1 8 ．7 99 ．6 3 9 一一1 7 ．3 3一一1 1 ．7 07 ．6 2 0 一一2 5 ．6 60 1 9 ．1 51 1 ．3 7 0 一 一一40．2一一1 0 ．6 5 3 一一一5 9 ．8一一1 5 ．8 4 7 』g ／ ／m 1 1 1 图1 生产配方粒度分布曲线 F i g ．1 G r a i ns i z ed i s t r i b u t i o nc u r v e o fp r o d u c t i o n 1 ．2 试样检测方法 体积密度取决于颗粒的尺寸、形状和气孔率。 采用Y S ／T 5 8 7 ．1 0 2 0 0 6 标准测定体积密度，将原料 在 1 1 0 5 ℃的烘箱中放置2h ，按试验配比称取 1 0 0g 精确至0 ．0 1g 试样加入体积密度测量筒，按 速率 2 5 0 1 5 次／m i n 敲击15 0 0 次，然后记录试 样的体积，精确至lm L ，并计算体积密度，试验结果 为3 次测定值的算术平均值，保留到小数点后3 位 数字。 2 试验结果与分析 以现有4 个粒级 分别为粗粒、中粒、细粒和球 磨粉 为基准，由于粒度细化，应采取大颗粒比例减 少，而小颗粒比例增加的原则。以生产用配方J Z 为 基准，具体焦炭粗粒、中粒和细粒含量变化如表3 所 示。粗粒含量减少时，其它原料均等比例增加，如 从J Z 到A 1 时，粗粒含量减少1 ．5 ％，而焦炭中粒、 焦炭细粒和球磨粉含量均增加0 ．5 ％；焦炭中粒含 量减少时，焦炭粗粒含量不变，焦炭细粒和球磨粉含 量等比例增加，如从B 1 到B 2 时，焦炭中粒含量减 少2 ．0 ％，而焦炭细粒和球磨粉含量均增加1 ．0 ％； 焦炭细粒含量减少时，焦炭粗粒和中粒含量不变，球 磨粉含量等比例增加，如从c 2 到c 3 时，焦炭细粒 含量减少3 ．0 ％，而球磨粉含量均增加3 ．0 ％。 2 ．1 焦炭粗粒减少对粉料体积密度的影响 焦炭粗粒含量按表3 所示变化时，综合粒度分 布曲线如图2 所示，而焦炭粗粒含量减少对体积密 度的影响如图3 中曲线A 所示。从图3 中曲线A 万方数据 2 0 1 6 年第8 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 9 表3焦炭粗粒、中粒和细粒含量变化 T a b l e3C o n t e n tc h a n g eo fl a r g ec o k e ，m i d d l e c o k ea n df i n ec o k e／％ 可见，随着焦炭粗粒含量的减少J Z A 1 一A 2 一 A 3 一A 4 ，体积密度从1 ．1 3 4g ／c m 3 逐渐增加到 1 ．1 5 9g ／c m 3 ，增幅为0 ．0 2 5g ／c m 3 ；而随着随着焦 炭粗粒含量继续减少A 4 一A 5 一A 6 一A 7 一A 8 ， 体积密度呈缓慢下降趋势，体积密度从1 ．1 5 9 g ／c m 3 逐渐降至1 ．1 5 0g ／c m 3 ，降幅为0 ．0 0 9g ／c m 3 。 结果表明，在J Z 这一配方条件下，以体积密度为衡 量依据，如焦炭粗粒配比从1 4 ．4 ％减少到8 ．4 ％区 间时，仍能起到提高体积密度的作用，是实际可利用 的粒度变化调整空间；至于焦炭粗粒配比小于 8 ．4 ％部分，其体积密度减少，且焦炭粗粒过度减少 会带来不利影响，故此区域不可取。 2 ．2 焦炭中粒减少对粉料体积密度的影响 焦炭中粒含量按表3 所示变化时，综合粒度分 布曲线如图4 所示，而焦炭中粒含量减少对体积密 度的影响如图3 中曲线B 所示。从图3 中曲线B 可见，随着焦炭中粒含量的减少J Z B 1 一B 2 ，体 积密度呈下降趋势；而随着随着焦炭中粒含量继续 减少J Z B 3 一B 4 一B 5 ，体积密度呈缓慢增大趋 势，体积密度从1 ．1 3 4g ／c m 3 逐渐增大到1 ．1 6 7 g ／c m 3 ，增幅为0 ．0 3 3g ／c m 3 。结果表明，在J Z 这一 配方条件下，以体积密度为衡量依据，如焦炭中粒配 图2 焦炭粗粒减少综合分布曲线 F i g ．2 G r a i ns i z ed i s t r i b u t i o nc u r v eo f d e c r e a s i n gl a r g ec o k ec o n t e n t 图3 焦炭粗粒。中粒和细粒减少对体积 密度的影响 F i g ．3 E f f e c to fl a r g ec o k e ，m i d d l ec o k ea n d f i n ec o k ec o n t e n to nv o l u m ed e n s i t y 比从1 3 ．6 ％减少到9 ．6 ％区间时，不能起到提高体 积密度的作用，不是实际可利用的粒度变化空间；至 于焦炭中粒配比小于9 ．6 ％部分，其体积密度能增 大，但焦炭中粒过度减少会带来不利影响，故此区域 亦不可取。综上所述，通过减少焦炭中粒来提高体 积密度不可取。 2 ．3 焦炭细粒减少对粉料体积密度的影响 焦炭细粒含量按表3 所示变化时，综合粒度分 布曲线如图5 所示，而焦炭细粒含量减少对体积密 度的影响如图3 中曲线C 所示。从图3 中曲线C 可见，随着焦炭细粒含量的减少J Z A 1 一⋯一 A 8 ，体积密度从1 ．1 3 4g ／c m 3 逐渐增加到1 ．2 1 6 g ／c m 3 ，增幅为0 ．0 8 2g ／c m 3 。结果表明，在J Z 这一 配方条件下，以体积密度为衡量依据，如焦炭细粒配 比从4 5 ．5 ％减少时，仍能起到提高体积密度的作 用，是实际可利用的粒度变化调整空间。 万方数据 3 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 6 年第8 期 2 l 芝 剐 豁 鑫n t 8 l I H { 二} ；I l i r l j 2 5 J j 2{ 4S6 i8 I gD l m n l 图4 焦炭中粒减少综合分布曲线 F i g ．4 G r a i ns i z ed i s t r i b u t i o nc u r v eo f d e c r e a s i n gm i d d l ec o k ec o n t e n t 2 f 芝剐 鼎 鑫n t 张 l x 1 9 I ／m m 图5 焦炭细粒减少综合分布曲线 F i g ．5 G r a i ns i z ed i s t r i b u t i o nc u r v eo f d e c r e a s i n gf i n ec o k ec o n t e n t 3结论 1 在J Z 配方条件下，以体积密度为衡量依据， 焦炭粗粒配比从1 4 ．4 ％减少到8 ．4 ％区间时，体积 密度从1 ．1 3 4g ／c m 3 逐渐增加到1 ．1 5 9g ／c m 3 ，是实 际可利用的粒度变化调整空间。 2 随着焦炭中粒含量减少，体积密度先下降再 增大，不宜通过减少焦炭中粒来提高体积密度；随着 焦炭细粒含量减少，体积密度逐渐增大，且幅度较 大，可显著提高体积密度。 参考文献 [ 1 ] 朱丹青．电解铝降低阳极碳耗的途径与措施E J ] ．轻金 属，2 0 0 8 8 2 5 2 8 ． E 2 ] 马艳．预焙阳极对于铝电解生产的影响[ J ] ．有色冶金 节能，2 0 0 8 3 4 0 一4 2 ． [ 3 ] 肖劲，邓松云，仲奇凡，等．基于多元线性回归的铝用炭 素配方计算[ J ] ．炭素技术，2 0 1 4 ，3 3 1 4 6 4 9 ． [ 4 ] 韩伟波，赵红征．铝用预焙烧阳极配方优化的浅析[ J ] ． 炭素技术，2 0 0 8 ，2 7 2 5 2 5 5 ． [ 5 ] 赖延清，李艳红，李劫，等．铝电解预焙阳极原料配方对 阳极过电位的影响[ J ] ．中南工业大学学报，2 0 0 2 ，3 3 6 5 8 0 5 8 3 ． [ 6 ] 张新海，包崇爱，高守磊．铝用预焙阳极生产对石油焦 变化趋势采取的策略I - J ] ．轻金属，2 0 1 1 6 3 7 4 0 ． [ 7 ] 李浩，王晓敏，杨凯长．罐式煅烧炉煅后焦质量的影响 因素及改进措施[ J ] ．轻金属，2 0 1 1 3 4 3 4 6 ． [ 8 ] 张玉珠．石油焦煅烧质量的控制与提高[ J ] ．炭素技术， 2 0 0 3 ，2 2 2 4 0 4 3 ． [ 9 ] 汤湘华．浅谈我们未来原油进口趋势[ J ] ．石油规划设 计，2 0 0 3 ，1 4 5 3 6 3 7 ． [ 1 0 ] 刘卫，周军，谢雅典，等．炭阳极配方对其性能的影响 [ J ] ．轻金属，2 0 1 2 6 4 7 4 9 ． [ i 1 3 柏登成．细颗粒炭素阳极配方的应用试验I - J ] ．轻金 属，2 0 0 5 1 0 5 4 - 5 9 ． [ 1 2 ] 张念炳，胡素丽，刘卫，等．粉状石油焦造球煅烧试验 研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 9 2 8 3 0 ． 万方数据