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1、第24卷第2期煤炭转化Vol.24No.22001年4月COALCONVERSIONApr.2001针状焦的结构和原料1)2)3)2)4)张怀平吕春祥李开喜刘春林凌立成摘要介绍了针状焦的结构和特点以及结构与性能的关系,探讨了制备针状焦所需原料的结构和组成,原料结构和组成对针状焦形成过程的影响.并对不同结构原料改质成为适合生产针状焦原料的方法进行了讨论.关键词针状焦,结构,原料中图分类号TQ522.651.1针状焦的结构与性能0引言针状焦是外观为银灰色、有金属光泽的多孔固世界上每年生产出上10亿t的
2、钢铁以满足社体,表面呈明显的细长针状或纤维状的纹理走向,有[1]会快速发展的需要,如此巨大的钢铁消费直接导致润滑感,内部孔大而少,略呈椭圆形(见图1),是了大量废钢的出现和回收,电弧炉主要就是为了回一种优质炭素原料、针状焦是大分子缩合芳烃的分收废钢应运而生的,电弧炉的运行条件非常苛刻,要子晶体,芳香烃以层状堆积,石墨状微晶单元取向度求高性能的石墨电极才能安全运行较长周期,从而高,在偏光显微镜下观察焦炭的光学结构,由稍有弧减少电炉钢的制造费用,电炉炼钢技术的飞跃发展度而互相平行的一组针状各向异性单元
3、组成.首先得助于针状焦生产技术.美国大湖炭素公司于1950年首先发明石油系针状焦,1969年,超高功率电炉冶炼技术问世后,作为超高功率电极主要原料的针状焦生产迅速发展,由于原料来源受到限制,日本等国开始以煤焦油沥青为原料生产针状焦.1979年,日本的煤沥青针状焦工业生产装置投产,煤系针状焦扩大了煤焦油应图1针状焦(a)和针状焦的结构(b)用范围,因此也促进了煤的利用.我国在20世纪80Fig.1Needlecokes(a)andtextureofneedlecokes(b)年代也成功开发了石油针状
4、焦的生产,随着世界钢在偏光显微镜下观察针状焦,外观针状结构比产量平稳上升,虽然由于生产高性能电极的生产工较大的针状焦其总方向度非常好,针束长而直,平行艺(主要是高质量针状焦)使得电炉操作中吨钢石墨[2]于纤维方向的任意断面(见图2),大部分结构均电极消耗量减少,但针状焦的需求量将会保持不变呈各向异性的流线状,也有部分各向异性很强的片或在现有基础上略有提高,更好的质量、更稳的或是状组织,CTE测定轴线平行于针状焦轴线的各向异价格更便宜的针状焦将是开发方向.性流线型结构,与纤维方向垂直断面是一些围绕一
5、个孔洞的等色单元的同心对称族,是各向异性的镶1针状焦的结构和特点嵌结构.山西省青年基金资助项目(991027).1)硕士生;2)副研究员;3)研究员;4)研究员、博士生导师,中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室,030001太原收稿日期:2001-01-11;修回日期:2001-02-19第2期张怀平等针状焦的结构和原料23[1,4]如图6的方法,通过显微镜数出各向异性单元的数目,来评价焦块中各向异性单元的取向度.图2针状焦垂直截面结构Fig.2Textureoftwoperpendi
6、cularsectionsofneedlecokelump在电子显微镜下观察(见图3),针束头部断面图5针状焦显微照片呈非常明显的“纸卷”状,层状堆积整齐,“纸卷”基本Fig.5Photomicrographofneedlecoke[3]上沿同一方向排列,且相当紧密.孔洞之外的区域内的等色单元表现为随机取向.针状焦的结构模型[4]见图4,焦块的显微检测表明孔洞是集中对称中心,围绕中心的平面盘呈柱状分布,焦炭的这种结构就像一束“纸卷”,每束“纸卷”都有自己的对称中心,这种构造特征可以认为是石墨层结晶
7、面以纤维轴为中心的轴取向结构.图6各向异性单元计算示意图Fig.6Evaluationofanisotropybymontagemethodn-f1=(l/n)∑fj;fi=ljcosθji=1针状焦是一种典型的易石墨化炭,具有Frank-[1]lin模型的微观结构(见图7(a)),加热到2000℃以上这种微观结构很容易发展成为石墨层状结构(见图7(b)).图3针状焦针束头部Fig.3Micrographoftheheadofneedlebunch图7易石墨化炭(a)和石墨(b)模型Fig.7Mo
8、delof(a)graphitizablecarbonand(b)graphite针状焦优异的性质源于它所具有的独特微观结构.沿细纤维轴向定向排列的各向异性结构使其具图4针状焦模型有高度可石墨化性能,纤维状各向异性组织间的细Fig.4Structuremodelofneedlecoke裂纹使其具有抗热震性能.商业用针状焦的一般性抛光焦块的表面在显微镜下低倍观察时(见图[1]质见第24页表1,煤系针状焦与石油系针状焦相5),表面由针状的各向异性单元构成,具有不同尺寸比,具有较低的热膨
