冶煉碳化硅的碳質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。其它碳質材料由于灰分高,堆積密度小或反應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達到焦化反應所需的溫度然后迅速離開加熱爐,進入焦化塔內,使焦化反應不在加熱爐中進行,而延遲到焦化塔中進行。
表2-2-5 各種碳質材料的性質
碳質材料 灰分含量
(%) 堆積密度
(g/cm3) 氧流中著火溫度(℃) 反應性能*
(%) 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
*反應性能系根據反應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材料,硅砂及木悄等混勻后的數據。
表2-2-6 碳質材料煅燒性能(1300℃)
品種 密度(g/cm3) 電阻率(Ω?m)×106 灰分(%) 揮發分(%) 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
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 石油焦炭技術條件
化學成分% 粒度組成%
灰分 硫分 揮發分 >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規定石油焦炭標準
標準 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 國產錘式破碎機規格性能***
性能 400×175 600×400 800×600 1000×800 1300×1600 1600×1600
轉子直徑(mm) 400 600 800 1000 1300 1600
轉子長度(mm) 175 400 600 800 1600 1600
進料口尺寸(mm) 300×175 450×295 570×350 800×550 1720×590 1720×1200
最大進料粒度(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
***反擊式破碎機規格性能見剛玉篇的表1-9-8
**人工加料時最大進料粒度
*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符合技術條件規定的粒度組成,其中大于2.5mm的顆粒應控制為零。
2. 避免磚瓦塊泥土及金屬物等雜質進入破碎機。
3. 加入破碎機的焦炭水分應控制在7%以下,水分高時應晾干后才能加工。
4. 交替加工無煙煤和石油焦炭時,設備和現場應清理干凈,避免混雜。