针状焦形成基本原理PPT课件
关于沥青针状焦的生产
山西大土河焦化有限责任公司化工厂关于沥青针状焦的生产工艺及市场调查报告 2010年3月1日一、煤系针状焦的用途及生产工艺何为煤系针状焦及针状焦的特性和用途1）精制的煤沥青，经过延迟焦化和煅烧而制得的层状结构明显的各向异性焦炭，外观具有金属光泽，导电和导热性能好，粉碎后呈细小的针状颗粒，因而得名针状焦，针状焦主要用于制造超高功率石墨电极和特种碳素制品。
针状焦是20世纪70年代碳素材料中大力发展的一个优质碳种，主要用于生产电炉炼钢用高功率、超高功率石墨电极，石墨电极分普通电极、高功率电极和超高功率电极，在原子反应堆中用作高能中子减速材料，也用于火箭技术中。
根据原料各线的不同，针状焦的生产分油系和煤系两种。
目前国际上的油系针状焦只有美、英、日等少数国家掌握着生产技术，煤系针状焦只有日本一家能生产。
而全世界大体上年生产针状焦120万吨左右，全部为上述几个国家所垄断，我国年需要大体40万吨左右，长期以来一直依赖进口，严重地影响了我国碳素工业的发展。
对此,我国从“六五”期间起将针状焦列为国家重点科技攻关项目，80多年来，先后建成了几套针状焦装臵，但均属工业性试验的性质。
2）随着超高功率电炉钢生产的发生，必然促进超高功率电极的生产，而针状焦就是制造超高功率电极的骨料。
针状焦具有各向异性，热膨胀系数小，比电阻小，含杂质少等优点，因此由针状焦制造的超高功率电极，必然具有电阻率小，热膨胀系数小，而热冲击性强，机械强度高，抗氧化性能好、消耗低等优点。
与普通电极炼钢相比，冶炼时间可缩短到三分之一，吨钢电耗可减少一半，生产能力可增加1.3倍。
二、煤系针状焦的生产工艺针状焦的生产工艺包括原料预处理、延迟焦化和煅烧工序。
1）原料预处理：原料预处理的目的是除去原料中的一次喹啉等杂质，调制相对分子质量分布适宜，制取适合于生产针状焦的精制沥青。
预处理的方法有加氢法、热聚合法和溶剂法等。
加氢法对去除杂原子和调制适宜时的相对分子质量分布比较有效。
催化油浆生产针状焦技术方案
催化油浆生产针状焦技术方案摘要：分析针状焦成焦机理和产品特点，结合公司生产情况，提出生产针状焦所需的原料来源及生产方案。
关键词：催化油浆，针状焦，技术方案1 前言重油催化裂化是国内石油加工企业重要的二次加工工艺，催化原料变重使装置结焦和结垢，不能正常运行，而外甩油浆是解决这一矛盾、维持装置热平衡的办法，从而被许多炼油厂采用。
随着原料不断重质化，油浆的产量也将进一步增加。
目前，国内的催化油浆一般作为廉价的重质燃料油出厂。
油浆中含有30%～50%的饱和烃，这部分饱和烃又是优质的催化裂化原料；同时油浆中的芳烃达50％以上，芳烃是一种极有价值的化工产品，能够进一步深加工生产附加值较高的产品，产品用途广泛，市场前景广阔。
因此催化油浆作为廉价的重质燃料油烧掉非常可惜，对其开发利用将会给炼油企业带来良好的经济效益。
石油针状焦是上世纪7O年代大力发展的优质焦种。
由于它具有高结晶度、高强度、高石墨化、低热膨胀、低烧蚀等特点，广泛地用做冶金工业中超高功率石墨电极的原料。
用石油针状焦制成的超高功率电极，可以明显地提高炼钢效率，使得炼钢时间缩短一半，能耗降低30%，电极损耗减少29%，减少环境污染。
国外针状焦已经具有相当成熟的工艺，相关技术均以专利形式出现，生产技术受到严格保密。
其中油系针状焦以美国为主，煤系针状焦以日本为主，中国的针状焦90%都依赖进口。
1995年11月，锦州石化公司采用石科院自主开发的石油系针状焦生产技术，建成投产100kt/a（原料）石油系针状焦生产装置，生产出合格的针状焦，结束了我国针状焦不能连续生产的历史。
近年来，超高功率电炉炼钢飞速发展，使得国际市场针状焦趋于紧俏，同时，我国针状焦需求量也不断扩大，截止2021 年底，国内针状焦需求量约400kt，由于国内缺乏生产能力，进口针状焦价格完全控制在发达国家手中，近 4 年时间，我国进口针状焦价格上涨近4 倍，特别是金融危机以来，大多数化工产品价格大幅下滑，但针状焦的价格却持续上升。
针状焦生产溶剂分离法的原理和机理
针状焦生产溶剂分离法的原理和机理针状焦是制造炼钢、炼铝、火箭、飞船等工业用大型电极材料的主要原料，可以用煤沥青为原料制备。
中温煤沥青中含有大量哇琳不溶物（QI），需要首先将其彻底脱除，然后在适当条件下，合成针状焦。
本文主要对针状焦生产溶剂分离法的原理和机理进行介绍，仅供相关工作者参考和借鉴。
标签：针状焦；溶剂分离法；哇琳不溶物；原理；机理在沥青热转化的过程中，组分对中间相的形成影响很大，这些高分子树脂由于分子量大，不能形成广域的中间相。
并且这些惰性物不能通过塑性区而聚集在球晶边缘，不利于球晶成长为合体，有碍各向异性流体结构的形成，因此需要将其彻底脱除。
基于此，研究针状焦生产溶剂分离法的原理和机理具有重要意义。
1 针状焦的用途针状焦是碳素材料中大力发展的一个优质碳种，根据生产原料的不同，针状焦可分为油系针状焦和煤系针状焦两种，两种针状焦生产工艺不完全相同，但用途基本相同。
针状焦外观具有明显的针状结构和纤维纹理，是生产超高功率电极、特种碳素材料、碳纤维及其复合材料等高端炭素制品的原料，具有热膨胀系数低和石墨化性能好的特点，广泛用于国防和冶金工业。
在冶金工业中，用于生产电炉炼钢用高功率、超高功率石墨电极，可提高冶炼效率和钢产量，降低电耗和原材料消耗；在原子反应堆中用作高能中子减速材料，也用于火箭技术中。
2 针状焦的成焦机理中间相成焦机理是针状焦生产的理论基础。
在中间相液晶体系的液相阶段被发现以后，相关研究认为：在较高的温度下，原料液相体系中的分子发生热分解和热缩聚反应，形成具有圆盘形状的多环缩合芳烃平面分子，这些平面稠环芳香分子在热运动和外界搅拌的作用下取向成液晶态，为达到体系的最低能量状态，这些液晶在表面张力的作用下形成中间相小球体。
中间相小球体吸收母液中的分子后不断长大，直到最后球体的形状不能维持，形成非球中间相广域流线型、纤维状或镶嵌型中间相。
从物相角度来看，中间相球体的生成过程是物系内各向同性液相逐渐变成各向异性小球体的过程；从化学角度来看，它是液相反应物系内不断进行着的热分解和热缩聚反应达到一定程度的产物。
针状焦
序号地区企业名称1辽宁中国石油锦州石化公司2辽宁中钢集团鞍山热能研究院有限公司3山西山西宏特煤化工有限公司4山西山西金州集团5上海上海宝钢化工有限公司6江苏喜科墨(江苏)针状焦科技有限公司7辽宁宝泰隆新材料股份有限公司8山东山东能源集团9山东山东益大新材料有限公司10山东山东海化集团有限公司11山东兖矿集团有限公司针状焦企业简介中国石油锦州石化公司是中国石油天然气股份有限公司下属的炼油化工骨干企业。
公司原油加工能力接近800万吨/年，现有生产装置85套。
公司特色产品有异丙醇、针状焦、煅烧焦、润滑油添加剂、稀土顺丁橡胶等。
中钢集团鞍山热能研究院有限公司（简称鞍山热能院）始建于1976年，是原冶金部直属院所。
鞍山热能院始终以煤焦化工工程研究与设计、能源与热工工程研究与设计、新型炭基化学功能材料研制为三大核心业务领域。
拥有炼焦技术国家工程研究中心、国家冶金工业焦化产品质量监督检测中心、国家冶金工业炭素材料质量监督检测中心、冶金氧枪实验室以及原冶金部节能技术中心等研究、检测机构，是国家高新技术企业、辽宁省企业技术中心。
鞍山热能院下设煤焦化工工程研究设计分院、能源与热能工程研究设计分院、精细化工研究分院、环境工程研究设计所、煤焦油及新型碳素材料研究所、煤质及煤化工研究所、设备研制厂、煤焦自动化仪表厂等业务与研究单元，参股经营以院自主知识产权技术产业化项目——针状焦。
山西宏特煤化工有限公司是一家集生产、科研、销售为一体的现代化大型煤焦油深加工专业公司，成立于2002年9月，产业结构以煤炭→焦化→化工为主业，目前生产的主要产品包括煤沥青、炭黑系列产品、蒽油、工业萘、洗油、粗酚、轻油、脱酚油、间对甲酚、邻位甲酚、二甲酚、苯酐、富马酸、沥青焦、煤系针状焦等40余种。
山西金州集团子公司山西金州化工有限责任公司。
公司成立于2011年8月，是山西省循环经济重点项目和吕梁市转型发展的标杆企业。
项目分为三期，已建成投产的一期10万吨/年煤系针状焦及配套50万吨/年煤焦油加工和正在建设的15万吨蒽油加工项目，采用了与国际同步的负压蒸馏技术不加碱馏分工艺、溶剂沉降法结合热缩聚法和内外喷水冷却方式等高新技术，使针状焦质量达到了日本水平。
《炼焦学基础》PPT课件
3、挥发分Vdaf和固定碳FCd
固定碳含量利用水分、灰分和挥发分的测定值进行计 算得出：
固定碳＝100％-(水分+灰分+挥发分)％ (1-2)
我国目前焦化企业的冶金焦质量大至分为：水分Mad 大多数厂控制在6％以下；灰分Ad在11％～15％之间，小 企业的控制值偏高；挥发分Vdaf控制在0.9％～1.6％之 间，多数企业控制在1.3％以下。
2、灰分Ad
炭中的灰分来自煤中的矿物质，灰分的存在，降低 了焦炭的质量。对高炉生产带来了不利的影响。矿物质是煤 中的惰性物质，在结焦过程中不粘结，焦炭内大的灰分使焦 炭的强度降低。
高炉炼铁生产中，焦炭中的灰分和矿石中的杂质与熔剂 转化成炉渣排出，焦炭灰分增高，使得高炉的生产能力受到 影响，同时炼铁的能耗相应也增大。一般焦炭灰分每升高1 ％，高炉熔剂消耗量约增加4％，炉渣量约增加3％，每吨生 铁消耗焦炭量(焦比)增加1.7％～2.0％，生铁产量降低约2. 2％～3.0％。因此降低炼焦用精煤的灰分对提高焦炭的质量 具有重要意义。
对焦炭中氧和氮两种元素研究不多，一般认为焦炭中的 氮元素是焦炭燃烧生成NOx的来源。
第三节 焦炭的物理机械性质
一、焦炭的筛分组成与平均粒度 二、焦炭的强度
一、焦炭的筛分组成与平均粒度
焦炭是外形和尺寸不规则的物料，只能用统计的方法 来表示其粒度，即用筛分试验获得的筛分组成及计算的平 均粒度进行表征。我国现行冶金焦质量标准规定粒度＜25 mm焦炭占总量的百分数为焦末含量，块度＞40mm称为大块 焦，25～40mm为中块焦，＞25mm为大中块焦。
转鼓试验方法
原理： 转鼓试验是将一定量块度大于某一规定值的焦炭试样，
放入一个特定结构尺寸的转鼓内，转鼓以恒定的转速转动一 定转数，由于转鼓内的提料板作用，焦炭在鼓内产生翻动和 上下跌落运动，受这种复杂运动的作用力影响，抗碎能力差 的焦块必定碎裂。
针状焦形成的基本原理
１０８吨的情况下，对外依存度６０％，重质渣油达５０％～６０％，而其中含有制造新
型炭材料的有效组份。
原油的深度加工
２
沥青树脂 浸渍沥青 粘结剂沥青 炭分子筛 活性炭微球 通用级沥青炭 纤维
针状焦 活性中间相炭微 球 高密高强石墨 中间相沥青炭纤 维
中间相沥青的制备流程图
Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｍｅｓｏｐｈａｓｅ ｐｉｔｃｈ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ０．１￣ｏ．３Fra bibliotekｏ．１９
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＜１１∞ ≤５∞ ≤５∞
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针状焦性能
按生产针状焦的原料而把针状焦划分为煤系针状焦和石油系针状焦。就煤 系针状焦和石油系针状焦性能综合对比来看，总体评价是：石油系优于煤系。
石油系针状焦与煤系针状焦性能比较
性能 体积密度 机械强度 比电阻
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表４
石油系针状焦 较高（稍优） 较高（稍优） 较低 较低 煤系针状焦 较低 低 低（稍优） 低（稍优）
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也球血型
－．ｔ轴
卸面重置ｊ光轴
圈曩蠢 恩溺图。量相
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中间相的性质
中间相小球体是一个瞬时液晶，具备向列型液晶的大部分性质： （１）分子具有平面外型，且带有偶极矩； （２）球体具有可塑性，是比重基质大的一种新液相； （３）高度的各向异性； （４）磁场效应或导磁各向异性，即沿层面方向具有良好的导磁性； （５）当球体和固体表面相接触时，平片状分子平行于表面而定向排列： （６）共熔效应：即两物质各自单独炭化不形成中间相，形成各向同性炭，共同 炭化却形成共熔相为各向异性； （７）容纳效应：容纳不生成液晶物质（一定限度），而不破坏本身液晶； （８）可逆效应：在中间相形成早期，小球体的出现和消失具有可逆现象。
针状焦形成基本原理PPT课件
中间相球体的可塑性取决于：
（a）加热速度对球体尺寸并从而对球体粘度的影响。 实行缓慢加热，使球体足够地长大，具有高度的可 塑性。
（b）球体内分子的交联和聚合程度。聚合或交联程 度愈高，可塑性愈低。组分分子的化学反应性愈高， 聚合或交联可在较低温度下进行的较深，导致可塑 性很低。
2019/10/18
(2)气相压力的影响：
提高气相压力会促进中间相小球体的充 分成长、融并和中间相体分子的重排列。 使各向异性等色区的面积扩大。这说明， 稠环芳香层片分子在中间相转化过程中 达到很高的预规则化，对继续加热所能 达到的石墨化程度，有好的影响。 体现在微晶的完整性稍有改进(工艺中的 压力问题)。
Mesophase pitch
2019/10/18
Diagram of mesophase pitch manufacture
普通电极
(φ400mm)
电阻率
承受电流密度 吨钢电极消耗
9.5~11μΩ•m
15A/cm2
7~10kg
HP
UHP
5~6 μΩ•m
(Φ400~700mm)
20~35A/cm2
％ μ Ωm
用于 UHP 电极生产 ＜0．25 ＞2．12
＜0．7 ＜0．15 ＜0.15 ＜0．3
2~6 0．79~0．83
＞ 45 ＜1100
用于 HP 电极生产 ＜0．4 ＞2.11
0．7 ＜0.2 ＜0．15 ＜0．3 ＜15 0．78~0．82
＞40 ＜1100
用于普通功率 电极生产 ＜0．6 ＞2．10
(重量)%
＜0.3
0.2~0.3
0.2—0.3 0.2—0.3
＜0.8
王成扬-碳纤维及针状焦技术24页PPT
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
王成扬-碳纤维及针状焦技术
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
针状焦
针状焦针状焦是制造高级石墨电极的主要原料。
其按原料不同分为油系和煤系两种。
以石油重油为原料生产的针状焦为油系，以煤焦油沥青及其馏分为原料生产的针状焦为煤系。
两种针状焦生产工艺不完全相同，但用途基本相同。
从外观看，有明显的条纹，焦块内的空隙是均匀定向呈细长椭圆形，当碰撞时焦块碎裂成针状化。
针状焦致密如纤维状，又称优质焦，它在性质上与海绵焦有显著差别，具有密度高、强度高、热膨胀系数低等特点，在导热、导电、导磁和光学上都有明显的各向异性。
美国在50年代后期首先掌握了石油系针状焦的生产技术。
由于石油加工趋向催化裂化等轻质化深加工方向发展，致使油系针状焦原料减少。
加之70年代两次石油危机，更使人们感到原料供应的不稳定。
于是，70年代以来，日本、德国等国家均致力于开发煤系针状焦技术。
1979年，日本煤系针状焦已实现工业化规模生产，形成油系、煤系针状焦共存的现象。
全球针状焦目前年产能大约在100多万吨，集中在美国、日本和英国。
石油针状焦是生产超高功率和高功率石墨电极的重要原料之一。
石墨电极主要用于电炉炼钢，其生产和发展取决于电炉炼钢的发展。
由于超高功率电炉炼钢从普通功率和高功率电炉在炼钢时间方面比原来缩短一半，可减少电极消耗29%(一般从吨钢耗电极7千克减为5千克)，同时可节能30%，从而使得超高功率电炉正逐渐发展到全部替代高功率电炉。
目前世界上针状焦年产量已达130万吨左右，并为美国所垄断，由于针状焦生产对原料要求严，生产技术保密，致使针状焦产量增长缓慢，从国外进口针状焦，最早是400到500美元一吨，目前价格是1600美元一吨，上涨近三倍。
目前我国主要从美国、日本和英国进口。
我国进入上世纪九十年代以后，短流程电炉钢已占钢总产量近20,。
近年来，随着钢铁工业调整产品结构力度的加大，电炉钢特别是大吨位电炉钢生产急需大规格超高功率石墨电极。
但作为生产石墨电极的主要原料针状焦长期以来却一直依赖进口，制约了我国炭素行业的发展。
煤系针状焦生产工艺
针状焦是制造高级石墨电极的主要原料。
其按原料不同分为油系和煤系两种。
以石油重油为原料生产的针状焦为油系，以煤焦油沥青及其馏分为原料生产的针状焦为煤系。
两种针状焦生产工艺不完全相同，但用途基本相同。
美国在50年代后期首先掌握了石油系针状焦的生产技术。
由于石油加工趋向催化裂化等轻质化深加工方向发展，致使油系针状焦原料减少。
加之70年代两次石油危机，更使人们感到原料供应的不稳定。
于是，70年代以来，日本、德国等国家均致力于开发煤系针状焦技术。
1979年，日本煤系针状焦实现工业化生产,使油系和煤系针状焦市场共存。
国内针状焦技术开发工作启步较晚。
近年，随着国内电炉炼钢工业的发展和电极生产技术的进步，针状焦需求量逐年增加，针状焦生产技术也有了较大进展。
90年代中期煤系针状焦和石油系针状焦工业化装置先后建成并投入生产。
沿海化工煤系针状焦采用鞍山焦化耐火材料设计研究院专利技术。
装置始建于1992年4月，1994年6月完成装置建设转入试车及以原专利技术为基础的工业化技术研究。
历经生产试车、装置改造、技术改进等过程，1998年煤系针状焦工业化突破了工艺顺行关，实现了连续生产,产品用于制造高级石墨电极煤系针状焦生产工艺针状焦是制造高级石墨电极的主要原料。
其按原料不同分为油系和煤系两种。
以石油重油为原料生产的针状焦为油系，以煤焦油沥青及其馏分为原料生产的针状焦为煤系。
两种针状焦生产工艺不完全相同，但用途基本相同。
美国在50年代后期首先掌握了石油系针状焦的生产技术。
由于石油加工趋向催化裂化等轻质化深加工方向发展，致使油系针状焦原料减少。
加之70年代两次石油危机，更使人们感到原料供应的不稳定。
于是，70年代以来，日本、德国等国家均致力于开发煤系针状焦技术。
初中人教版《焦耳定律》精美课件1
第十八章第四节 焦耳定律
人教版九年级物理第十八章第四节《 焦耳定 律》共1 4张ppt
焦耳定律 01
焦耳定律
星期天,小东的妈妈出门前嘱咐小东别看电 视,得先完成作业,可是小东等妈妈一走,就看起了 电视,直到妈妈回来前才开始做作业,妈妈问小东 为何没有做完作业,小东说作业太难,可是小东妈 妈只用了一招就知道小东说了谎,请问,他妈妈是 怎样做的?
流产生的热量与电流、电阻和通电
时间的关系。
人 初教 中版 人九 教年 版《级焦物耳理定第律十》八精章美第课四件节《1 焦耳定 律》共1 4张ppt
焦耳
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焦耳定律
1．内容：电流通过导体产生的热量跟电流
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焦耳定律
电能和电热的关系
人 初教 中版 人九 教年 版《级焦物耳理定第律十》八精章美第课四件节《1 焦耳定 律》共1 4张ppt
焦耳定律
实验结论：
结论1：在通电电流和通电时间相同的条件下， 电阻越大，电流产生的热量越多。
结论2:在电阻和通电时间相同的条件下，电流越 大，电流产生的热量越多。
结论3：在通电电流和电阻相同的条件下，通电 时间越长，电流产生的热量越多。
人 初教 中版 人九 教年 版《级焦物耳理定第律十》八精章美第课四件节《1 焦耳定 律》共1 4张ppt
她摸了摸电视机的的散热窗，发现那儿还热着呢!
你有类似的经历吗，这个故事对你有什么启示？
焦耳定律
煤系针状焦原料在成焦过程中的RD结构分析
煤系针状焦原料在成焦过程中的RD结构分析一、本文概述随着全球能源结构的转变和环保意识的增强，煤系针状焦作为一种清洁、高效的炭材料，其在能源、化工、冶金等领域的应用逐渐受到重视。
煤系针状焦的原料在成焦过程中，其RD（即径向和轴向）结构的演化与调控对于最终产品的性能具有决定性影响。
因此，深入研究煤系针状焦原料在成焦过程中的RD结构分析，对于提升产品质量、优化生产工艺、推动煤系针状焦的产业化发展具有重要意义。
本文旨在通过系统研究煤系针状焦原料在成焦过程中的RD结构变化，揭示其成焦机理，为煤系针状焦的生产提供理论依据和技术指导。
本文将概述煤系针状焦的基本性质和应用现状，阐述研究背景和研究意义。
详细介绍实验原料、实验方法以及结构分析手段，确保研究的科学性和可靠性。
接着，通过对比分析不同成焦阶段煤系针状焦原料的RD结构特征，探究其结构演化规律。
结合实验结果，讨论成焦过程中RD结构调控的关键因素，提出优化成焦工艺的建议和展望。
通过本文的研究，期望能够为煤系针状焦的生产实践提供理论支持，促进煤系针状焦产业的可持续发展，同时为推动相关领域的研究进展做出贡献。
二、煤系针状焦原料的基本特性煤系针状焦原料是一种特殊的炭化材料，其独特的物理和化学性质使其在成焦过程中表现出显著的特点。
煤系针状焦原料主要来源于煤焦油，经过一系列复杂的热处理和化学转化过程，形成了具有针状结构的焦炭。
煤系针状焦原料具有较高的挥发分含量，这意味着在炭化过程中，大量的挥发性物质会逸出，影响成焦的结构和性能。
挥发分主要包括轻质烃类、酚类、萘类等化合物，它们在成焦过程中会发生热解和缩聚反应，对针状焦的形成和发展起到关键作用。
煤系针状焦原料的灰分含量较低，这意味着其杂质含量相对较少，有利于制备出高质量的针状焦。
灰分主要由无机矿物质组成，如氧化铝、二氧化硅等，它们在成焦过程中不易被热解或缩聚，因此通常以颗粒状存在于焦炭中，对针状焦的结构和性能产生一定影响。
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中间相球体的可塑性取决于：
（a）加热速度对球体尺寸并从而对球体粘度的影响。 实行缓慢加热，使球体足够地长大，具有高度的可 塑性。
（b）球体内分子的交联和聚合程度。聚合或交联程 度愈高，可塑性愈低。组分分子的化学反应性愈高， 聚合或交联可在较低温度下进行的较深，导致可塑 性很低。
（c）球体内组分分子的形状，即非平面度。凡是椅 形或船形等非平面分子，都会妨碍分子间的相互滑 动，而这种滑动对促成小球体的长大、融并却是需 要的。
大而上升，中间相小球生成活化能同时下降。 b. 显微镜下观察到小球，最初出现在游离炭的表面，推测固体表面有活
性中心，使沥青基质中能形成中间相的分子吸附其上，逐渐长大而成 小球体，这是一 种非均相成核过程。 c. 在游离炭质点的周围，所形成的中间相已经不具备地球仪模型的层面 排列，而转向洋葱型的结构，一种类似于典型炭黑质点的结构，属于 难石墨化之列。 d. 游离炭微细质点高度分散在沥青中，使其周围生成的中间相小球体外 形上出现畸形和其它缺陷，且经常发现游离炭质点吸附在球体表面， 致使球体无法成长和融并。在游离炭含量大时便出现一种镶边的空间 网状结构，使体系转为不易石墨化的细镶嵌组织。
I—焦 0.20~0.30 2.13—2.15
P—焦 0.25—0.35 2.13~2.15
合同 A 指标 A 实测指标 2.10—2.15 2.10
合同 B 指标 0.2~0.3
2.13—2.15
氧S
(重量)%
＜0.7
0.3~0.4
0.3—0.4 0.3—0.4
＜0.6
0.33
0.3~0.4
挥发份
经振动)
大于 3.327mm 粒度的占
有率
(重量)%
＞45
35—45
35~45
40~55
灰份
(重量)% ＜0．15 0．1 一 0．4 0.1—0．4 0．1—0．4 ＜0. 5
0.12
0.1~0．3
钒V
ppm
2—6
电阻率
μΩm
<1100
≤500
≤500
B 实测指标 2.14 0.23 0.31 0.09
(重量)%
＜0.3
0.2~0.3
0.2—0.3 0.2—0.3
＜0.8
0.41
0.2~0.3
水份
(重量)%
＜0.15
0~0.05
0~0.05
0~0.05
0.3
0.35
0~0.5
体积密度
g／cm3 0．79~0．83 0．80—0．86 0．86—0．89 0.89~0．92
0.89—0.92
(粒度 3.327 一 7.86mm
％ μΩm
用于 UHP 电极生产 ＜0．25 ＞2．12
＜0．7 ＜0．15 ＜0.15 ＜0．3
2~6 0．79~0．83
＞ 45 ＜1100
用于 HP 电极生产 ＜0．4 ＞2.11
0．7 ＜0.2 ＜0．15 ＜0．3 ＜15 0．78~0．82
＞40 ＜1100
用于普通功率 电极生产 ＜0．6 ＞2．10
（4）最终物料的结构与应用特性的关系
2020/4/19
芳烃平面大小及堆积结构
2020/4/19
类石墨微晶的取向结构
2020/4/19
易石墨化的前驱体经过高温，特别是 3000℃的所谓石墨化处理后，其芳烃网平面 和堆积厚度很快增加，即类石墨微晶的大小 增加，所得炭的性能逐渐接近石墨，其导电 性、化学稳定性增加，而硬度降低，层间强 度变差。这就是从针状焦到石墨电极的转化 的基本原理。
2020/4/19
国内外UHP、HP石墨电极指标
UHP指标:
2020/4/19
HP指标:
2020/4/19
石油系针状焦性能
美国大陆
日本水岛石油焦公司
指标 CTE ( 30~100℃)
真密度
单位 10-6／℃ g／cm3
石油公司 ＜0.25 ＞2.12
M—焦 0.35—0.45 2.12—2.15
2020/4/19
从分子间的相互作用能推论：原料体 系的芳香性愈大（在一定范围内），反应 性愈低，分子的平面度愈大，形成的中间 相可塑性愈大，中间相保持可塑性的温度 区间愈宽，获得各向异性的易石墨化的纤 维结构的可能性最大。
2020/4/19
炭化反应的深度与粘度和分子量的关系
2020/4/19
中间相小球体长 大、融并
中间相体
气体逸出造成内压和 剪切加深缩合反应
增粘的高聚芳香体系
进一步变形，体系 粘度大，直至
不受气流压力影响 500~600℃
固定的结构形态
2500~3000℃
基本显微结构轮廓无大变化。由于收缩， 在体积内有规律地沿着层面方向发展不 同长度宽度的裂缝
2020/4/19
(2)气相压力的影响：
提高气相压力会促进中间相小球体的充 分成长、融并和中间相体分子的重排列。 使各向异性等色区的面积扩大。这说明， 稠环芳香层片分子在中间相转化过程中 达到很高的预规则化，对继续加热所能 达到的石墨化程度，有好的影响。 体现在微晶的完整性稍有改进(工艺中的 压力问题)。
2020/4/19
有 热处理 机 物
炭材料基本单元： 六角网平面集合体 （能量低的SP2杂化轨道）
SP2碳+SP3碳存在于微晶 交联部分（难石墨化炭）
乱层结构 （网平面基本平 行堆积的类石墨 微晶----易石墨
化炭）
3000℃
石墨化炭
世界上炭材料科学领 域的研究中心
2020/4/19
• 目前已确认，凡是通过凝聚相炭化的物质在 2000—3000℃下热处理后能够得到高度石墨 化者，必须在低温转化时，经历一个可塑性 的液相阶段，中间相体的出现、生长、融并 和变形等一系列结构转变阶段，是一切易石 墨化的有机物质达到高度石墨化结构炭的必 经之路。深刻的结构转变所形成一种细纤维 组织形态，构成了针状焦的亚维层次的结构 单位。
大
油的减压渣油
现，4小时中间相50％ 少部分粗各向异性镶嵌和
粗显微结构
直馏渣油
微量 430℃ 4小时开始出球， 融并成大面积的各向异性
小
VRC—A
球径几十微米
中间相体
2020/4/19
（4）固体杂质（游离炭）的影响
游离炭含量：煤系13~15% ， 油系百分之几， a. 对小球体的生成起催化作用，反应速度(按一级反应)随游离炭含量增
0.19 493
2020/4/19
美联炭三种不同种类石墨电极所用石油系煅后针状焦性能
指标 CTE(30~100℃)
煅后真密度 工业分析
硫 灰份 水份 挥发份 钒 振实体积密度(粒度 3．327~7.86mm) 3．327mm 筛上物 电阻率
单位 10-6/℃ g /cm 3
％ ％ ％ ％ PPm g／cm 3
FCC油浆
常减压
减压渣油
2020/4/19
Furfural FCC slurry
Stripper Extractor
Reffinate Furfural
Thermal cracking heater
Light fraction Fractionator
2020/4/19
Furfural extract
列； ⑹共熔效应：即两物质各自单独炭化不形成中间相，形成各向同
性炭，共同炭化却形成共熔相为各向异性； ⑺容纳效应：容纳不生成液晶物质（一定限度），而不破坏本身
液晶； ⑻可逆效应：在中间相形成早期，小球体的出现和消失具有可逆
现象。其中，可塑性是生成针状焦最关键的性能之一。
2020/4/19
影响中间相小球成核、长大及性质因素
2020/4/19
（3）沥青中杂原子有机物的影响
名称 煤沥青 煤沥青
杂原子含量(％) 氧 6．5 N+S+O1
炭化条件 高压下炭化得半焦 高压下炭化得半焦
显微结构
气胀、热膨胀系数
各向同性微结构
大
正常的各向异性小球体
小
中东Khafji 原 硫 5．17 430℃，l 小时小球体出 微细各向异性镶嵌结构，
Aromatics
Mesophase pitch
Diagram of mesophase pitch manufacture
普通电极
(φ400mm)
电阻率
承受电流密度 吨钢电极消耗
9.5~11μΩ•m
15A/cm2
7~10kg
HP
UHP
5~6 μΩ•m
(Φ400~700mm)
20~35A/cm2
3~4kg
原油年产 1亿6~7千万吨
重质渣油 50%~60%
包含制造新型炭材料的有效组份。
2020/4/19
催化裂化
CPP（Catalytic
新工艺 pyrolysis proceeding)
HCC(Heavy oil contact catalytic cracking)
石
新催化剂材料
年 德国SGL公司油系针状焦； • 1990年 三菱化成倾淅法（或称之为芳族溶剂--脂族
溶剂的三元平衡）生产煤系针状焦；
2020/4/19
– 现状：
• 2000年统计：
普通功率
15万吨；
HP
7万吨；
UHP
4万吨
针状焦缺口: 10万吨
针状焦进口价:
煤系-500美元/吨 油系-560美元/吨
0．7 ＜0．4 ＜0.15 ＜0．3 ＜50 0．76~0.80
＞40 ＜1050
2020/4/19
石油系针状焦与煤系针状焦性能比较