碳和石墨材料
67主导产品是石墨电极、石墨阳极、炭块和电极糊。、生产供钢铁冶金及化学工业为主产品的炭材料企业，其
69、生产电工及机械行业所用炭材料的企业。其主要产品是电机用电刷、电力机车用导电滑块、弧光炭棒、机械用轴承和密封件等
71、碳材料按使用功能分类：(1)导电材料(2)结构材料(3)特殊功能材料。
72、石墨电极用途：(1)主要用于电弧炼钢炉(70%-80%)(2)用于矿热电炉(3)用于电阻炉(4)用于制备异型石墨产品。
73极、石墨电极分类：普通功率石墨电极(HP)和超高功率石墨电极(UHP)。
(RP)、高功率石墨电74、炭阳极：炭阳极是铝电解槽的阳极导电材料。
75二是参与阳极电化学反应、炭阳极在铝电解槽中的作用有两个：一是作为导电材料.
;76、炭阳极的消耗: (1)电化学消耗（大部分）(2)化学消耗(3)机械消耗.
77、碳的同素异性(构)体有金刚石、石墨、富勒族碳和炔碳。 78、炭材料的性质：(1)热稳定性（耐高温材料，高温下石墨不会熔化，在常压下于3350℃开始缓慢升华变成气体。石墨材料在2000℃以上强度增大1倍。）
(2)优异的导电、导热性质（3）耐磨蚀（自润滑性能）(4)耐化学腐蚀(5) 核物理性质（6）生理相容性(7) 容易加工(8)高纯度78、石墨sp2杂化
79、炭材料的乱层结构：(1)微晶结构单元小；（2）六角平面网层内存在缺陷；（3）层面堆叠不具有三维有序性，层之间排列不规则，择优取向性差；（4）层间距d002大于0.3354nm且不一致，层间存在杂原子或基团
80料晶体结构的有序程度；、石墨化度G＝(0.344（－2d002)/(0.344）反映炭材料的石墨化难易程度。－0.3354)(1)反映炭材易石墨化炭：石油焦，沥青焦。难石墨化炭：炭黑、玻璃炭 原料选择 113、炭材料生产用原料选择原则:对纯度要求较高的制品要选用灰分含量低的原料；对导电传热和热稳定性要求较高的制品要选用易石墨化的原料；制品的机械强度要求越高，则所需原料的强度也要求越高。
169、石油焦是石油加工产生的石油渣油、石油沥青经焦化后得到的固体炭质物料，灰分一般在0.5%以下。
113、石油焦质量指标：硫含量、挥发分、灰分和水分，其中一级品还规定了附加的5个指标：经1300℃煅烧5h所得煅后焦的真密度为2.08～2.13 g/cm3 ，粉焦量(块粒8mm以下)小于25%，硅含量小于0.08%，钒含量小于0.015%，铁含量小于0.08%。
114之质量。表征炭材料的致密程度和石墨化结晶完善程度、密度概念（1）真密度:材料不包括内部孔隙的单位体积 （2）体积密度:材料单位体积的质量。衡量炭材料宏观组织结构
（3）堆积密度:一定粒级颗粒料自然堆积时单位体积的质量。用于工艺计算和配方等。
114制煤沥青为原料生产的沥青针状焦。针状焦是生产高功率和、针状焦：以石油渣油为原料生产的石油系针状焦，以精超高功率石墨电极的原料
115170、中国改质沥青生产方式：热聚合法、闪蒸法、炭黑：炭黑是由烃类碳氢化合物的热分解或不完全燃烧
制得的具有高度分散度的黑色粉末状炭质物料。 171172、残极是炭阳极在电解槽上使用以后的残余部分、煤沥青全称为煤焦油沥青，是煤焦油蒸馏(360℃
)提取馏分后的残留物，其收率约占煤焦油的50% ～60%。 176喹啉不溶物、煤沥青(QI)QI为煤沥青中不溶于喹啉的组分，是什么？
又称为高分子α树脂。QI的平均分子量为1800～2600，碳含量为93%左右，氢含量为3%左右，C／H原子比大于1.67。
177、煤沥青所含QI来之何方？按QI的形成过程划分，可将其分成原生QI和次生QI。原生QI是在煤焦化过程中形成的。原生QI存在于煤焦油中，对煤焦油进行蒸馏时，原生QI又成倍转移到煤沥青中。次生QI是在煤焦油蒸馏过程中由原生QI以外的其他物质缩聚而形成的。中温沥青国家标准中规定QI煅烧小于
10%。178、原生QI颗粒大小在0.5～30μm之 56、炭质原料在高温下进行热处理，排出所含的挥发分，并相应地提高原料理化性能的生产工序称为煅烧。煅烧是炭材料生产的第一道热处理工序。 57、煅烧目的
(1)(2)排除炭质原料所含的挥发分；排除炭质原料所含的水分；
(3)提高炭质原料的密度和机械强度； (4)(5)提高炭质原料的导电性能；提高炭质原料的化学稳定性和抗氧化性能。
58、炭质原料煅烧质量控制指标:电阻率、真密度、水分，氢含量也可
61、煅烧温度（1250、1350度）要高于焙烧温度 60、煅烧窑炉：罐式煅烧炉、回转窑和电煅烧炉 粉碎筛分配料
115、常见的粉碎方法：(1)压碎；(2)劈碎；(3)磨碎；(4)击碎；(5)剪碎
152聚力，将大块物料碎解为小块或细粉的过程。、粉碎：就是通过施加机械外力克服固体物料分子间的内 154、粉碎的分级：(1)粗碎(或称预碎(2)中碎(3)磨粉(或称细磨) 155另一块的上端安装在动颚轴上，而另一端则与偏心轴联接作、颚式破碎机的主要部件是两块颚板，其中一块固定不动，周期性摆动或平行移动，原料加入两块颚板夹成的破碎腔内。 156小相同、相对方向转动的圆柱形金属辊筒。、对辊式破碎机(又称双辊式破碎机)的工作部件是两个大
157、反击式破碎机：反击式破碎机是利用高速旋转的转子带动板锤转动，物料受到板锤的强烈冲击而破碎，同时，被板锤击打的物料块以很快的速率沿切线方向飞向反击板，受到冲撞而再次被破碎。
158159、惯性振动筛的主要部件是筛框和惯性振动器。、炭材料生产用原料：(1)固体炭质原料(2)非炭质固体原
料(3)黏结剂和浸渍剂(4)改性添加剂。
116选用灰分含量低的原料；对导电传热和热稳定性要求较高的、炭材料生产用原料选择原则：对纯度要求较高的制品要制品要选用易石墨化的原料；制品的机械强度要求越高，则所需原料的强度也要求越高。对纯度要求不高的制品，可选用无烟煤和冶金焦等多灰原料
117、导电性能：石墨碎＞针状焦＞石油焦＞沥青焦＞冶金焦＞无烟煤；
机械强度：无烟煤＞沥青焦＞冶金焦＞石油焦；
灰分：针状焦＜沥青焦＜石油焦＜无烟煤＜冶金焦； 石墨化性能：针状焦＞石油焦＞沥青焦＞炭黑；
耐腐蚀性能：无烟煤＞石墨碎＞冶金焦＞沥青焦＞石油焦 118、石墨电极生产选用原料：普通功率石墨电极，一般质量的石油焦；高功率，优质石油焦和部分针状焦；超高功率，必须采用优质针状焦；高纯石墨电极，灰分很低的石油焦；高电压电机用电刷用炭黑或炭黑与沥青焦；中等电压石油焦；低电压用鳞片石墨。
117、炭阳极生产原料：低灰分的石油焦；炭电极生产用原料：无烟煤、石油焦
116当地增加大颗粒的尺寸和提高大颗粒的使用比例，有利于改、大小颗粒作用：大颗粒在炭坯体结构中起骨架作用，适善制品的抗热震性能和降低热膨胀系数，减少在成型和焙烧过程中裂纹废品的产生；但是，另一方面，这样会增加制品的气孔率，降低制品的密度和机械强度，并且加工后产品表面比较粗糙。小颗粒和粉料的作用是填充大中颗粒间的空隙，在一定范围内增加小颗粒和粉料的用量，可以提高产品的密度和机械强度，减少产品的气孔率，而且产品加工后表面比较光洁。在配料中粉料一般可达到40%～70%。但粉料用量过多，容易导致炭坯在焙烧和石墨化过程中产生裂纹废品，并且使产品的抗热震性能和抗氧化性能下降，会降低制品的机械强度。
118121、球体最紧密堆积原理、配料中煤沥青黏结剂用量：煤沥青在固体炭质物料颗粒
和粉料表面上形成几微米厚沥青薄膜所需沥青量的总和。 122类和形态、固体物料粒度、成型方式。、影响配料中黏结剂用量的因素：产品种类、固体物料种 混捏
82一定温度下搅拌混合、捏和成可塑性糊料的工艺过程称为混、混捏：将定量的炭质颗粒物料和粉料与定量的黏结剂在捏。
83(1)、混捏的作用使各种原料均匀混合，同时使不同粒度大小的固体炭质物
料均匀地混合和填充，没有分级现象，可以提高混合料的填充密实度，形成密实程度较高的混合料。
(2)加入煤沥青后，使干料和煤沥青混合均匀，液态煤沥青均匀涂布和浸润炭质颗粒表面，并在所有炭质颗粒料和粉料表面吸附一层煤沥青黏结剂，依靠煤沥青的黏结力把所有炭质物料互相黏结在一起，赋予糊料以塑性，形成均质的可塑性糊料，有利于成型。
(3)步提高了糊料的密度和黏结性。部分煤沥青渗透到炭质物料内部孔隙，这种渗透作用进一
84、润湿角：润湿角θ为固液两相接触点对液滴所作的切线与固体材料水平面之间的夹角。
85、混捏设备：双轴搅拌混捏机、单轴搅拌混捏机、逆流式强力混捏机、连续搅拌混捏机、加压混捏机、热载体混捏机、电热混捏机。
86、保证固体炭质物料干混温度与加入液体沥青的温度相接近或比液态沥青温度高一些。
87要根据煤沥青的软化点和粘度变化规律来确定。、混捏温度：加热介质温度和糊料温度。加热介质温度主
88、控制炭质物料的干混温度：如果干混时各种固体炭质物料颗粒的温度低于所加入液体沥青的温度，那么，当沥青与固体炭质物料颗粒相接触时，煤沥青的温度就会有所降低，从而使煤沥青黏度增加，煤沥青对固体炭质物料的润湿和渗透作用变差，导致糊料塑性不好，糊料混捏质量降低。保证固体炭质物料干混温度与加入液体沥青的温度相接近或比液态沥青温度高一些。根据煤沥青软化点的高低，固体炭质物料的预热温度一般在120～180℃之间选择，采用改质沥青时，炭质物料的预热温度应在160～180℃之间
88、混捏时间：混捏分干混和湿混两个阶段，加入干料后先干混15～20min，颗粒混合均匀，并将干料颗粒加热到与熔融沥青相近的温度，然后再加入煤沥青与干料颗粒继续搅拌混捏30～50min，成为可塑性良好的糊料 89糊灰白色，小块料多，大块料少，糊发散，说明黏结剂用量
、判断糊料的含油量
少；糊黑亮，大块料多，小块料少，说明黏结剂用量大；糊11、炭材料生产采用的焙烧炉有环式焙烧炉、隧道窑、倒焰料大小块各半，大块料为50～70mm，说明黏结剂用量适中。 窑、车底式焙烧炉等，其中最常用的是环式焙烧炉。 91、煤沥青的熔化处理 (1)脱除煤沥青中的水分，使煤沥青所含水分由原来的5%左右降至0.2%以下；(2)脱除杂质，使杂质沉降到熔化槽底部并定期集中除去；(3)将煤沥青加热到工作状态，以保证混捏和浸渍工序的正常进行 成型 32成型设备施加的外部作用力下产生塑性变形，最终压制成为、炭材料的成型：炭材料的成型是指混捏好的炭质糊料在具有一定形状、尺寸、密实度和强度的生坯(或称为生制品)的工艺过程 33、炭材料成型方法：模压法（立式液压机）、挤压法（卧式液压挤压机）、振动成型法（振动成型机）、等静压法（等静压成型机）。 35、模压成型工艺操作：(1)称料(2)装料(3)压制(4)出模 39、挤压成型原理：挤压成型的本质是在压力下使糊料通过一定形状的型嘴后受到压实和塑性变形而成为具有一定形状和尺寸的毛坯。挤压成型过程主要是糊料的塑性变形过程，塑性变形仅在外力超过糊料的流动极限应力时才能进行。 40却、挤压成型工艺流程： (1)凉料(2)装料(3)预压(4)挤压(5)冷41、预压的目的是排除糊料团块中夹杂的烟气，并且使糊料紧密，提高生坯的体积密度，在压型时使压力均衡传递。 42、抽真空就是利用真空泵排除夹杂在糊料中或糊缸内气体，有利于沥青烟气的的排除、有效地提高生坯的体积密度和减少生坯在焙烧时产生的微裂纹的倾向、提高碳材料的理化性能 43、压缩比(或称挤压比)为挤压机料室截面积F与挤出生坯截面积f之比F/f。压缩比一般规定为3～20。 44、变形程度：料室横截面积F和生坯横截面积f的差值与料室横截面积之比称为变形程度(或称相对压缩程度)δ，即δ＝(F－f)/F×100%。 45、弹性后效在炭材料成型过程中，由于生坯内部弹性应力的作用，当生坯除去压力脱模或从挤压型嘴挤出后，就会发生弹性膨胀，导致生坯直径或体积增大，这种现象称为弹性后效。 46、压出的生坯要立即进行冷却 47颗粒都可以在一定程度上看作是自由移动的固体颗粒，这些、成型过程中“择优取向” 糊料在压制过程中，炭质原料颗粒在压制时会发生重排。由于固体炭质原料破碎后的颗粒形状不规则，一般呈现不相等的颗粒长宽比，因此这些不等轴颗粒受到压力作用时会产生择优取向，即颗粒的长轴方向逐渐趋于一定方向排列。 501%-3%(2)、振动成型与挤压成型工艺的区别：黏结剂用量比挤压少1%-3%(3)(1)糊料状态成型压力是挤压的(4)温度制度(5)成型时间比挤短 51模四步。、振动成型的工艺操作分为固定成型模、装料、振动和脱 53、等静压成型装入模具内的炭糊或压粉在高压容器中直接受压而形成生坯的成型54、等静压成型特点 (1)压出的生坯密度分布比较均匀，内部结构缺陷较少；(2)可以生产体积密度受控制的生坯，等静压高压容器内的压力与生坯的密度成正比；(3)由于高压容器内的压力比一般成型高得多，因而可以制备体积密度较高的生坯，甚至可以进行石油焦粉末的无黏结剂成型；(4)可以生产形状比较复杂的生坯，如可直接压制球状或管状生坯；(5)生坯没有结构上的各向异性，可生产各向同性产品；(6)生坯形状和外形尺寸不易得到保证，要留有充分的加工余量。 55、等静压成型工艺操作 ：(1)模具准备(2)装料(3)升压和降压 焙烧 1、焙烧概念：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艺过程。（焙烧就是炭生坯中煤沥青炭化形成黏结焦的过程。） 2状、焙烧目的： (4)提高制品的导电性能(1)排除挥发分 (5) (2)提高制品的各项理化性能黏结剂焦化 (3)固定制品形 3、焙烧热处理过程：(1)煤沥青软化—生坯发生塑性变化的低温预热阶段 (2)煤沥青热分解—炭坯挥发分大量排除阶段 (3)煤沥青热缩聚和半焦形成阶段 (4)煤沥青高温焦化阶段 (5)焙烧制品性能完善阶段 4目前工业生产中最终焙烧温度一般控制在、焙烧最终温度：定为不低于800℃，炉内各部位温差较大，900～1000℃ 5、焙烧曲线的理论根据：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。 6、制定焙烧曲线遵循“两头快，中间慢”原则 7、影响煤沥青迁移的因素有两个：一个是重力因素，在焙烧过程中煤沥青由于重力作用沿炭坯体高度方向由上至下迁移；另一个因素是温度梯度，它会引起煤沥青向低温方向迁移。 焙烧时煤沥青的迁移分纵向迁移和横向迁移。 焙烧炭坯内部发生的迁移现象不是糊料的整体迁移，而是煤沥青的选择性迁移，其中煤沥青中较轻质组分优先发生迁移。 8控制黏结剂煤沥青用量；、要控制重力下黏结剂煤沥青的迁移(2)对于大颗粒配方，采用高软化点,可采取如下措施：(1)改质沥青，可使迁移现象显著降低；(3)尽量缩短焙烧升温曲线的低温阶段，使生坯在煤沥青容易迁移的软化阶段停留时间缩短。 14、焙烧温度的控制：(1)控制器根据输入的曲线生成设定温度；(2)设定温度与热电偶测定的信号进行比较；(3)比较结果信号(偏差信号)转为控制信号，调节燃烧架上的电动调节阀以控制燃料的输入量和系统负压大小。 25、填充料：填充料是焙烧时用于覆盖炭坯，使其隔绝空气以防止炭坯氧化以及填充间隙以防止炭坯变形的散粒状物料。 26、填充料的作用：(1)防止炭坯氧化。(2)固定炭坯的几何形状。(3)传导热量。(4)保留挥发分的排出通道并抑制挥发分的逸出。 27、填充料的种类：(1)冶金焦。(2)石油焦。3)河砂。 29使浸入焙烧品内部孔隙中的浸渍剂沥青炭化的热处理工艺过、二次焙烧：二次焙烧是焙烧品经过浸渍后进行再次焙烧，程(1)一次焙烧的对象是生坯，二次焙烧的对象是浸渍品； (2)问题，所以二次焙烧时不必加填充料；生坯焙烧时要考虑变形问题，而浸渍品焙烧时不存在变形(3)浸渍品中煤沥青含量比生坯中少；生坯一次焙烧时存在煤沥青迁移问题，浸渍品在二次焙烧时煤沥青的迁移对整个结构影响不大；一次焙烧时析出的沥青量很少，而浸渍品的二次焙烧会析出大量煤沥青；(4)浸渍品的焙烧升温速率比生坯的焙烧升温速率要快，二次焙烧曲线一般要比一次焙烧缩短100h以上；(5)一次焙烧的最高温度为1200～1250℃，而二次焙烧的最高温度为700℃左右。 30头和炭阳极炭块。、每个炭阳极炭块组由三部分组合而成：铝导杆、铸钢爪 31、焙烧炉沥青烟气的净化处理 炭材料生产采用煤沥青作为黏结剂和浸渍剂，黏结剂用量约占生坯重量的20%左右，这部分煤沥青有50%左右在高温焙烧过程中分解成为一种浓浓的黄烟即沥青烟气，除一部分被烧掉外，其余部分都进入烟道，然后通过烟囱排到大气中，严重地污染环境。因此，在焙烧工序净化沥青烟气显得十分重要。 浸渍 96、浸渍：浸渍是将炭材料置于压力容器中，在一定的温度和压力条件下迫使液态浸渍剂(如沥青、树脂、低熔点金属和润滑剂等)浸入渗透到制品孔隙中的工艺过程。 97、浸渍的目的 (1)明显降低制品的气孔率；(2)增加制品的体积密度和提高制品的机械强(3)改善制品的导电和导热性能；(4)降低制品的渗透率；(5)提高制品的抗氧化性能和抗腐蚀性能；(6)采用润滑剂浸渍能提高制品的抗磨性能。 98、对炭材料进行浸渍处理的原因 炭材料属于多孔材料。炭制品的总气孔率为16%～25%，石墨制品的总气孔率为25%～32%。大量气孔的存在必然会对炭材料的理化性能和使用性能产生负面影响，如随着气孔率的增加，炭材料的体积密度下降，电阻率上升，机械强度降低，抗氧化性能和耐腐蚀性能变差，对气体和液体的渗透性增加。 99100、炭材料的总气孔率：、调整浸渍剂沥青粘度和流变性能Pt=（真密度- 体积密度）(1)选择不同软化点的/真密度。 浸渍剂沥青，或在浸渍剂沥青生产过程中对沥青的组分含量和分子结构进行调整；(2)在浸渍剂沥青中加入一定量的溶剂油以调整浸渍剂的软化点和粘度；(3)调整浸渍剂沥青的加热温度；(4)向浸渍剂沥青中加入少量表面活性添加剂。 101101、浸渍主要设备：浸渍灌、增重率：同一根炭坯在浸渍后的增重 (即浸入浸渍剂的质量)与浸渍前炭坯质量的比值。 102的体积与全部气孔总体积之比、填孔率：填孔率即浸渍剂沥青进入填充炭坯气孔所占据 103、浸渍深度：衡量浸渍质量还应着重评价是否将炭坯浸透，即是否保证炭坯里外密度的均一性，通常炭坯应该被浸透且气孔内的煤沥青达到饱和状态。 104、炭材料的浸渍工艺流程 将表面清理后的焙烧炭坯进行预热处理，预热好的炭坯放入浸渍罐中，对浸渍罐进行抽真空，达到一定真空度后向浸渍罐内注入液态沥青浸渍剂，然后进行加压操作，加压结束后将沥青浸渍剂返回贮罐内，对浸渍品进行水冷却，冷却完毕后对浸渍品进行检验。 石墨化 125物理变化使六角碳原子平面网状层堆叠结构完善发展，转变、石墨化是指非石墨质炭经2000℃以上的热处理，主要因成具有石墨三维规则有序结构的石墨质炭。石墨化过程是在高温电炉内保护性介质中把炭制品加热到2200℃以上，使无定形乱层结构炭晶化转变成三维有序石墨晶体的高温热处理过程。 127炭材料的抗热震性和化学稳定性；、石墨化的目的 (1)提高炭材料的热、电传导性；(3)使炭材料具有润滑性和(2)提高抗磨性；(4)排除杂质，提高炭材料纯度。 128理(一般低于、无定形炭：无定形炭是指有机富碳物料，经过炭化热处2000℃)，在未转化为石墨之前，形成的一系列的非晶态炭质材料的总称。 129有尺寸极小的石墨微晶，微晶边缘存在着大量缺陷。、无定形炭的共同特点是：(1)C/H原子比大于10 ；(2)含134、易石墨化炭：在高温下容易转化成石墨的无定形炭称为易石墨化炭135、难石墨化炭：那些在很高温度下仍然难以转化成石墨的无定形炭称为难石墨化炭
136、石墨化度：通过测定碳网层面的堆叠具有何种程度的规则性，可求得石墨化度。反映了石墨晶体结构的完善程度 137、石墨化机理：石墨化是在高温热应力作用下，无定形炭乱层结构中的各种类型缺陷逐渐消除的过程。层面缺陷的消除使原来畸变扭曲的层面展平并增大，形成完善的碳六角平面网状结构，石墨微晶结构逐渐发展。层面堆叠层错的消除使得相邻碳六角平面网状层呈有序排列，层面间距逐渐减小，逐步趋近于石墨的晶体结构。碳网层面分子的构型和热处理温度高低对石墨化进程具有很重要的影响作用。
138、石墨化过程的三个阶段：(1)重复焙烧阶段(2)严控升温阶段(3)自由升温阶段
139、气胀：在石墨化过程中，1400～2100℃的温度区间内，炭材料产生的不可逆体积膨胀称为“气胀”。 “气胀”是炭材料石墨化处理过程中的有害效应。 140、“气胀”抑制剂 ：用来抑制或最大限度地减少“气胀”的添加剂
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