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１焙烧工艺一．什么是焙烧？焙烧是指成型后的炭制品生坯在焙烧加热炉内的保护介质中，在隔绝空气的条件下，按一定的升温速率进行高温热处理，使生坯中的煤沥青炭化的工过程。生坯所含煤沥青黏结剂在焙烧时发生热解缩聚反应而形成黏结焦（沥青焦），其在炭制骨料颗粒间形成黏结焦网格，把所有不同粒度的骨料牢固地结合在一起，使炭制品具有一定的强度和理化性能。焙烧制成的炭制品具有较高的机械强度、较低的电阻率、较好的热稳定性和化学稳定性。二．焙烧的目的是什么？（1）排除挥发分。在焙烧热处理过程中，生坯中所含煤沥青将发生热分解缩聚反应，不稳定的轻质组分将以挥发分的形式排除。挥发分的排出量为10%左右，故焙烧成品率一般在90%以下。（2）黏结剂焦化。经过焙烧热处理，煤沥青黏结剂热解缩聚生成结构致密的黏结焦（沥青焦），将炭制骨料颗粒牢固地结合为一体，贼予炭制品以使用性能。（3）固定制品形状。成型后的生坯虽然具有一定的形状，但由于黏结剂保持原态，因此受热后生坯容易软化变形。通过焙烧过程中黏结剂的焦化，黏结焦使骨料颗粒固结在一起，制品形状得到固定，同时制品的体积也获得一定的稳定性。（4）提高制品的导电性能。伴随着焙烧过程中煤沥青黏结剂的焦化和挥发分的大量排除炭制品的电阻率大幅度降低，成型生坯的电阻率约为10000，经过焙烧后炭质品的电阻率降至30~60，从而有效地提高了炭制品的导PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建２电性能。（5）提高品质的各项理化性能。焙烧过程中，黏结剂焦化，制品体积收缩，机械强度、真密度、抗氧化性、导电性和耐腐蚀性能等都得到了较大幅度的提高，使焙烧炭制品获得了良好的理化性能和使用性能。三．焙烧品和压型生坯在性能上有何差异？生坯中煤沥青在焙烧过程中焦化，排除约10%的挥发分，同时生坯体积收缩，体积收缩达2%~3%，质量损失达9%~13%，炭坯的理化性能相应发生变化。真密度由生坯的1.86g/cm3左右提高到2.06g/cm3左右，电阻率由生坯的10000Ω.mg/cm3左右降至50g/cm3左右，炭坯的导电性能大幅度提高而成为良导体。由于生坯内煤沥青焦化时挥发分的逸出，因而留下了大量的气孔（气孔率由生坯的3%左右增至20%以上），导致焙烧品的体积密度由生坯的1.70g/cm3左右降至1.60g/cm3左右，同时焙烧品的机械强度有所下降。四．石墨电极焙烧品的性能指标有哪些？我国石墨电极焙烧品质量标准（YB/T099—2005）对石墨电极焙烧品的质量评价共限定了5项理化指标（见表8-2），表中B-IE代表浸渍石墨电极焙烧品，B-RP代表普通功率石墨电极焙烧品，B-HP代表高功率石墨电极焙烧品，B-UHP代表超高功率石墨电极焙烧品。对于石墨电极焙烧品，电阻率、耐压强度、体积密度和硫含量作为质量考核指标。直径550~700mm石墨电极焙烧品的理化指标由供需双方协议。五．焙烧过程中煤沥青的炭化机理是怎样的？焙烧就是炭生坯中煤沥青炭化形成黏结焦的过程。在此过程中由稠环芳烃分子混合物构成的煤沥青将会发生分解、环化、芳构化、缩聚直至成焦等一系列PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建３反应。煤沥青的热解缩小聚从300℃开始，前期以热分解反应为主，而后期以热缩聚反应为主，随着缩合环数增多，稠环芳烃的热稳定性增大，400℃进行中间相炭化阶段，450~500℃半焦形成，至此炭材料的基本结构雏形已形成，700~750℃形成黏结焦，750℃以后就是结构重排和深度焦化过程。由于煤沥青组成结构的复杂性，从而导至其炭化过程也相当复杂。煤沥青在炭坯中的焙烧炭化成焦与煤沥青单独炭化有所差异，主要在于焙烧时煤沥青的热解缩聚是在固体炭质物料颗粒表面（包括气孔）进行的，实质上是固体炭质物料与煤沥青的共炭化过程，并且由于焙烧时生坯埋在填充料中，煤沥青的炭化环境也发生了变化，这两方面都利于促进煤沥青的缩聚反应和提高煤沥青的结焦值。六．焙烧热处理过程可分为哪几个阶段？根据黏结剂煤沥青在焙烧过程中发的物理化学变化，可将焙烧热处理过程分为如下5个阶段：（1）煤沥青软化—生坯发生塑性变化低温预热阶段。当生坯实质受热达到100~230℃时，煤沥青程熔融状态，生坯开始软化，生坯体内的应松弛，导至生坯体积稍的膨胀，但煤沥青挥发分排出不多，生坯处于塑性阶段。此阶段主要对炭坯起预热作用。由于生坯体内的温度差和压力差的作用，部分煤沥青轻质组分产生迁移而扩散和流动，故此阶段升温速度要快。（2）煤沥青热分解—炭坯挥发分大量排除阶段。生坯实质受热温度继续升至230~400℃时，煤沥青分解速率逐渐加快，尤其在350~400℃温度范围内，煤沥青剧烈分解，挥发分大量排出。为了控制煤沥青挥发分的排出不致PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建４过分激烈，此阶段升温速度必须放慢，即应均匀缓慢地升温。否则，升温过快，就会造成挥发分急剧排出，使炭坯产生裂纹。（3）煤沥青热缩聚和半焦形成阶段。当生坯实质受热温度升至400~500℃时，煤沥青分解挥发速度减缓，进入以缩聚反应为主的阶段，煤沥青在高温下热解缩聚形成半焦，此时挥发分排出量有所减少，生坯体积由膨胀转为收缩。此阶段升温不能过快，因为还有少量挥发分继续排出，而且此时焙烧品的机械强度和热导率都比较低，过快地升温会导致焙烧品开裂。中温焦化阶段对提高煤沥青结焦值和改善炭制品性能起着很能作用，尤其是煤沥青形成半焦以前应严格控制升温速度，缓慢升温。（4）煤沥青高温焦化阶段。当生坯实质受热温度达到500~700℃时，煤沥青生成的半焦进一步转变成黏结焦（沥青焦），煤沥青分解排出的挥发化进一步减少，炭坯继续收缩，由于煤沥青黏结剂已转变成黏结焦，炭坯体的导热率也有所提高，因此此阶段升温速度可以适当加快。（5）焙烧制品性能完善阶段。当生坯实质受热温度达到700~1000℃时，煤沥青的焦化过程基本完成，炭坯真密度增加的同时继续发生收缩。为了使焦化程度更加完善及进一步提高焙烧品的性能指标，还需要将炭坯加热到900~1000℃。在高温炭化阶段升温速度可以快一些，当温度升高到最高温度后要保持15~30h，使炉内各个部位的温度都接近指定的温度，以缩小炉室各部位之间的温差，保证整炉制品质量的均匀。七．焙烧最终温度是如何确定的？炭坯中黏结剂煤沥青的焦化650~700℃已基本完成，但加到700℃以上，焙烧品的真密度进一步提高，焙烧品的体积收缩仍在进行，同时机械强度、导PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建５电性和导热性继续有所提高，800℃后体积收缩基本稳定下来。因此，为了保证后序工序的成品率，焙烧最终温度定为不低于800℃（炭坯实际受热温度），这样焙烧品在石墨化炉内就能顺利地进行高温热处理。但由于焙烧炉温度场的不均匀，炉内各部位温差较大，因此，目前工业生产中最终焙烧温度（炭坯实际受热温度）一般控制900~1000℃（此时火道温度达到1100~1300℃）。八．焙烧曲线的制定依据是什么？（1）根据炭坯在焙烧过程中各温度阶段的物理化学变化制定焙烧曲线。焙烧曲线应该与煤沥青挥发分的排出速率和煤沥青焦化的物理化学变化相适应，这是制定焙烧曲线的理论根据。生坯在焙烧过程中最重要的变化是煤沥青的热解缩聚和形态的变化，从而引起一系列炭坯理化性能的变化。弄清煤沥青在焙烧过程中的变化规律，对于合理地制定焙烧温度曲线至关重要。一般来说，低温软化阶段升温速率要快。中温挥发分大量排除阶段升温速率要慢，高温阶段可加快升温速率，这样有利于提高焙烧品质量和成品率。（2）根据炭坯的种类和规格制定焙烧曲线。不需要石墨化的炭制品（如预焙阳极和炭块等）焙烧温度应高一些（1300℃左右），需要石墨化的制品焙烧温度可稍低些（1200℃左右），而炭电阻棒等电阻率要求大的制品，则焙烧温度为1000℃即可。大规模制品截面大，焙烧时内外温差大，易产生裂纹废品，升温速率应放慢，因此焙烧曲线要长些，小规格制品焙烧曲线则相反。（3）根据焙烧炉炉形结构和尺寸制定焙烧曲线。不同结构和尺寸焙烧炉的温度场有其相应的特点，为了使炉室内各部位温差尽可能缩小，制定PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建６焙烧曲线时必须考虑炉形结构和尺寸。例如，对于大尺寸炉箱的环式焙烧炉，为减少各部位的温差，升温速率应适当放慢，焙烧最终温度适当提高或保温时间适当延长；对于安装高温搅拌风机的隧道窑或车底式炉，由于各部位温差较小，因此可采有更为经济的焙烧曲线。使用容器焙烧可缩短焙烧升温时间。同一炉室炭坯合理搭配时（如下层装大规格生坯，上层装小规格生坯），焙烧曲线可适当短些。反之，同一炉室上下均为大规格生坯，焙烧曲线应长些。（4）根据生坯的压型方式和生坯性能制定焙烧曲线。对于模压成型、振动成型和等静压成型的生坯，由于体积密度相对挤压成型要高一些，因此焙烧曲线应适当缩短。对于同规格制品，生坯体积密度大的升温速率应慢些，体积密度小的升温速率可快些。黏结剂用量大的制品升温速率可快些，以防止生坯的软化变形，黏结剂用量小的制品升温速率可慢些，以减少裂纹废品的产生。生坯中骨料的煅烧程度不好，焙烧曲线要相对长些。高软化温度煤沥青开始分解及排出挥发分的热失重曲线与中温沥青不同，故采用高软化温度煤沥青制备的生坯焙烧升温曲线应采用中温沥青时有所区别。（5）根据填充料的种类制定焙烧曲线。用烘干后的冶金焦和河沙分别做填充料焙烧炭坯，由于河沙堆积密度大且热导率高，因此要采用升温较慢的焙烧曲线，否则会影响焙烧成品率。十．为什么制定焙烧曲线一定要遵循“两头快，中间慢”的原则？PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建７焙烧曲线的制定一定要遵循“两头快，中间慢”的原则。这是因为焙烧各个阶段的加热速度决定着炭坯所发生的物理化学变化过程，应保证炭坯中的反应进程按黏结剂煤沥青的热解缩聚规律进行，即在煤沥青软化阶段不使炭坯变形，在煤沥青热解缩聚生成黏结焦阶段不使炭坯弯曲、变形和开裂，并且应得到最大的结焦残炭量和整体烧结强度。生坯温度200℃以前，生坯没有明显的物理化学变化，加热速度可以适当加快，否则，低黏度的煤沥青发生物理迁移，就会产生空头变形废品。炭坯温度达到700℃以后，煤沥青黏结剂的焦化过程基本结束，升温速率可以加快。而焙烧的关键阶段，特别是炭坯温度200~500℃之间时，煤沥青剧烈分解，导至挥发分大量逸出，升温速率应特别予以控制，缓慢升温，否则容易产生大量废品。十一．如何确定焙烧曲线中不同阶段的升温速率？当生坯实质受热温度达到100~250℃时，煤沥青处于熔融软化状态，煤沥青产生迁移而扩散和流动，炭坯开始变软并且体积膨胀。若此阶段时间短，则炭坯产生变形就少；反之，炭坯在软化阶段停留时间长，产生变形废品就多。故此阶段升温速度要快，升温速率应高4℃/h。焙烧温度升高250℃以后，煤沥青开始热解逸出挥发分并发生热解缩聚反应，在此阶段升温必须缓慢，同时缓慢升温，也有利于煤沥青结焦值的提高。否则，升温过快。会造成挥发分急剧排出，使炭坯产生裂纹，并导至炭坯体积密度偏低。为了提高煤沥青的结焦值和保证炭制品制量，在生坯实际受热热温度为300~500度温度区间内，焙烧升温速率应低2℃/h。当炭坯实际受热温度达成500~700℃时，进入煤沥青高温焦化阶段，炭制品结构已经形成并逐渐稳定，因此，此阶段升温速率可以适当加快，升温速率为4℃/hPDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建８左右。当炭坯实际受热温度达到700~1000℃时，目的是使焦化程度更加完善及进一步提高焙烧品的性能指标，此阶段升温速率可明显加快，达到6~12℃/h。一般来说，焙烧生坯实际温度230~450℃温区时最关键，这一温区的升温速率必须放慢；200~230℃温区的升温速率可230~450℃温区快1倍，既不会增加加废品，又可降低生坯膨胀量，使生坯变形减少，同时减轻填充料在