冶煉碳化硅的碳質(zhì)材料主要采用石油焦炭。瀝青焦炭雖然可用于冶煉碳化硅,但因供應(yīng)有限,實際上未被采用。目前,無煙煤只用于非磨料級碳化硅冶煉。其它碳質(zhì)材料由于灰分高,堆積密度小或反應(yīng)活性差等原因而不適于冶煉碳化硅。石墨只用于制作爐芯。
按照焦化工藝不同,石油焦炭分為釜式焦和延遲焦兩種。釜式焦是將重油放在焦化釜中加熱至700℃以上得到的產(chǎn)品,但已少見。用于冶煉碳化硅的主要是延遲焦,它是一種新工藝制得的產(chǎn)品。這種工藝,是將重油先在管式加熱爐中加熱,采用高流速,高熱強度,使重油在加熱中短時間內(nèi)達(dá)到焦化反應(yīng)所需的溫度然后迅速離開加熱爐,進(jìn)入焦化塔內(nèi),使焦化反應(yīng)不在加熱爐中進(jìn)行,而延遲到焦化塔中進(jìn)行。
表2-2-5 各種碳質(zhì)材料的性質(zhì)
碳質(zhì)材料 灰分含量
?。?) 堆積密度
?。╣/cm3) 氧流中著火溫度(℃) 反應(yīng)性能*
?。?) 爐料堆積密度**
(g/cm3)
0.3s 3s 自由填充 振動填充
低灰分無煙煤 1.7~4.5 0.9~1.1 500 91.70 98.70 1.03 1.15
石油焦炭 0.2~1.2 0.7~0.9 470~500 55 86 0.83 0.94
瀝青焦炭 0.3~0.6 0.75~0.85 530~560
冶金焦炭 8~12 420~480
泥焦炭 4.8~9.5 0.6~0.75 100 100 0.68 0.80
木炭 0.4~2.0 0.1~0.3 300~400
人造石墨 0.1~0.3 550~650
天然石墨 8~10 650~700
*反應(yīng)性能系根據(jù)反應(yīng)C+CO2=2CO在1100℃下測得的以泥焦炭為100%的相對值。
**爐料堆積密度指碳質(zhì)材料,硅砂及木悄等混勻后的數(shù)據(jù)。
表2-2-6 碳質(zhì)材料煅燒性能(1300℃)
品種 密度(g/cm3) 電阻率(Ω?m)×106 灰分(%) 揮發(fā)分(%) 煅燒后體積收縮(%)
煅燒前 煅燒后 煅燒前 煅燒后 煅燒前 煅燒后 煅燒前 煅燒后
延遲焦 1.41 2.10 極大 ≤500 <2.0 7.12 <0.5 39
釜式焦 1.69 2.10 極大 ≤500 <1.0 2.14 <0.5 26
無煙煤 1.50 1.78 極大 1300 8~10 9~11 4~6 <0.5 25
表2-2-6 幾種石油焦炭的成分及性質(zhì)
品種 釜式焦 延遲焦
玉門 撫順(Ⅰ) 撫順(Ⅱ) 上海 勝利 大慶 新疆 南京
灰分(%) 0.18 0.06 0.05 0.13 0.17 0.01 0.04 0.4
揮發(fā)分(%) 1.58 2.38 2.09 5.95 10.82 13.07 5.71
硫分(%) 0.25 0.25 0.35 0.21 0.12 0.37 0.09
密度(g/cm3) 1.726 1.472 1.542 1.489 1.385 1.365 1.395
韌性(%) 82.2 76.5 72.0 72.4 78.2 74.2
表2-2-8 石油焦炭技術(shù)條件
化學(xué)成分% 粒度組成%
灰分 硫分 揮發(fā)分 >2.0mm 2~1.6mm 1.6~1mm 1~0.1mm <0.1mm
≤1.20 ≤1.0 ≤12.0 0 <1.5 <25 >55 <20
表2-2-9 石油化工部SY1902—62規(guī)定石油焦炭標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn) 1號焦 2號焦 3號焦
灰分(%) ≤0.5 ≤0.8 ≤1.2
硫分(%) ≤1.0 ≤1.0 ≤1.5
揮發(fā)分(%) ≤7.0 ≤7.0 ≤12.0
一. 石油焦炭的破碎
人廠的塊狀石油焦炭應(yīng)破碎成符合冶煉碳化硅要求的粒度。破碎工藝主要有兩種:錘式破碎機工藝和反擊破碎機工藝。
表2-2-10 國產(chǎn)錘式破碎機規(guī)格性能***
性能 400×175 600×400 800×600 1000×800 1300×1600 1600×1600
轉(zhuǎn)子直徑(mm) 400 600 800 1000 1300 1600
轉(zhuǎn)子長度(mm) 175 400 600 800 1600 1600
進(jìn)料口尺寸(mm) 300×175 450×295 570×350 800×550 1720×590 1720×1200
最大進(jìn)料粒度(mm) **150 **150 200 200 300 350
*排料粒度(mm) <2.0 <2.0 <2.0 <2.0 <2.0 <2.0
石油焦炭水分(%) <6.0 <6.0 <6.0 <6.0 <6.0 <6.0
電動機 功率(kW) 5.5 17 55 115 200 480
電壓(V) 380 380 380 380 6000 6000
機器重量(t) 0.7 1.2 2.53 6.0 10.75 26.6
***反擊式破碎機規(guī)格性能見剛玉篇的表1-9-8
**人工加料時最大進(jìn)料粒度
*篦板孔隙為4~5mm時的排料粒度
二. 焦炭破碎工藝要點
1. 破碎得到的成品焦炭應(yīng)符合技術(shù)條件規(guī)定的粒度組成,其中大于2.5mm的顆粒應(yīng)控制為零。
2. 避免磚瓦塊泥土及金屬物等雜質(zhì)進(jìn)入破碎機。
3. 加入破碎機的焦炭水分應(yīng)控制在7%以下,水分高時應(yīng)晾干后才能加工。
4. 交替加工無煙煤和石油焦炭時,設(shè)備和現(xiàn)場應(yīng)清理干凈,避免混雜。