1、1碳素阳极生产(初级、中级、高级)兰州铝业股份有限公司教材编审委员会有色金属行业特有工种职业技能鉴定二十一站2兰州铝业股份有限公司职业技能鉴定教材编审委员会主 任 马志成副主任 郇建林 胡新星 张金林成 员 肇玉卿 杨保仲 范爱民 张守义杜科选 张剑光 孙传杰 杨 青朱建军 唐 瑶本书编审人员主 编 孙传杰副主编 杨保仲编 者 刘 牧 刘宏社 张 冲 王 理李生钦 李 军 李 斌 王连学陈 敏 主 审 肇玉卿校 对 王 静 王建贵 林 林3前 言中华人民共和国劳动法明确规定：国家对规定的职业制订职业技能标准，实行职业资格证书制度，由经过政府批准的考核鉴定机构负责对劳动者实施职业技能考核鉴职业技
2、能鉴定是提高劳动者素质，增强劳动者就业能力的有效措施。进行考核鉴定，并通过职业资格证书制度予以确认，为企业合理使用劳动力提供了依据和凭证。实施职业技能鉴定，教材建设是重要的一环。为满足企业人力资源、员工培训和职业鉴定工作的需要，不断提高员工队伍的专业素质，我们根据国家职业技能鉴定工作的有走方针和政策，在有色金属行业职业技能鉴定中心的指导支持下，兰州铝业股份有限公司组织公司内部专家和技术骨干编写了这套行业特有工种的职业技能鉴定教材 。本套教材包括碳素阳极生产(初级、中级、高级) 铝冶炼电解工(初级、中级、高级)共两本教材。碳素阳极生产(初级、中级、高级)以炭阳极生产为主线，遵循一个基本的工艺程序
3、，重点阐明生产工艺原理，着重介绍从原料到成品各工序的生产要点，并对各工序的设备结构及原理进行介绍，力求做到原理明确、重点突出、文字简洁、通俗易懂，成为炭素职工易于接受的教材。参加本书编写工作的有：孙传杰(第一章、第二章、第三章、第六章、第七章、第十二章)，刘牧(第四章)，王理(第五章)，李生钦(第八章)，张冲、刘宏社(第九章)，李军、李斌(第十章)，王连学(第十一章)，陈敏(第十三章)。本书编写大纲的拟订和全书的统稿由孙传杰负责。本书在编写过程中得到了兰州铝业股有限公司有关领导、炭素分厂领导及车间同仁的大力支持，在此向大家致以诚挚的谢意。教材编写是一项有难度和探索性的工作。由于时间仓促，缺乏经
4、验，不足之处在所难免，恳请相关单位和个人提出宝贵意见。职业技能鉴定教材编审委员会4二零零二年十一月目 录第一章 炭素职业技能标准( )第一节 炭素煅烧工职业技能标准( )第二节 炭素配料混捏工职业技能标准( )第三节 炭素成型工职业技能标准( )第四节 炭素焙烧工职业技能标准( )第五节 炭素阳极组装工职业技能标准( )第二章 炭素材料的分类及生产工艺流程( )第一节 碳( )第二节 碳的同素异构体( )第三节 炭素制品的特征及分类( )第四节 炭素生产工艺流程( )复习题( )第三章 炭素材料生产用原料( )第一节 石油焦( )第二节 沥青焦( )第三节 无烟煤( )第四节 煤沥青( )第五
5、节 炭素制品其它原料及辅助材料( )第六节 炭素原料的贮存( )复习题( )第四章 煅烧( )第一节 煅烧的概念和目的( )第二节 煅烧工艺与设备( )第三节 回转窑煅烧调温操作( )第四节 罐式煅烧炉调温操作( )第五节 影响回转窑煅烧质量的因素( )复习题( )第五章 炭素原料的破碎与筛分( )第一节 物料破碎原理( )第二节 破碎和筛分机械( )第三节 颚式破碎机( )5第四节 油压破碎机( )第五节 锥式破碎机( )第六节 辊式破碎机( )第七节 锤式破碎机( )第八节 反击式破碎机( )第九节 悬辊式环辊磨机( )第十节 球磨机( )第十一节 筛分( )复习题( )第六章 炭素制品生
6、产配料( )第一节 原料选择( )第二节 粒度组成的选择( )第三节 粘结剂的用量( )第四节 返回料的使用( )第五节 工作配方的计算( )复习题( )第七章 糊料的混捏( )第一节 混捏原理( )第二节 沥青熔化( )第三节 混捏工艺( )第四节 混捏设备( )复习题( )第八章 炭素制品成型工艺及设备( )第一节 概述( )第二节 成型工艺技术( )复习题( )第三节 振动成型工艺技术( )第四节 液压传动技术( )复习题( )第九章 焙烧技术及设备( )第一节 焙烧概论( )第二节 焙烧炉( )第三节 焙烧及焙烧装置( )第四节 燃烧管理作业( )复习题( )第十章 预焙阳极组装( )
7、6第一节 阳极组装工艺流程( )第二节 工频无芯感应熔炼炉( )第三节 自动残极压脱机( )第四节 铁环压脱机( )第五节 阳极组装台( )第六节 浇铸机( )第七节 悬挂式输送机( )第八节 润滑油的基本知识( )复习题( )第十一章 炭素材料检验( )第一节 炭素材料常用检测项目( )第二节 煤沥青软化点与游离碳测定( )第三节 炭素材料密度测定( )第四节 粉末电阻率测定( )第五节 炭素材料机械强度测定( )第六节 弹性模量测定( )第七节 热膨胀系数测定( )复习题( )第十二章 炭素材料热工基础( )第一节 燃料及其燃烧( )第二节 耐火材料( )复习题( )第十三章 炭素窑炉修筑
8、技术( )第一节 筑炉施工( )第二节 回转窑砌筑检修( )第三节 阳极焙烧炉修筑( )第四节 工频炉修筑( )复习题( )7第一章 炭素职业技能标准第一节 炭素煅烧工职业技能标准一初级炭素煅烧工职业技能标准知识要求：1电解用炭素制品的品种及用途。2常用原料和煅烧料的性能、特点及质量要求。3电解用炭素制品成型前生产工序的目的和生产过程。4炭质原料在煅烧过程中的变化。 5煅烧炉(窑)燃烧、传热和气体流动的一般知识。6煅烧炉(窑)所用的耐火材料的一般知识。7炭素煅烧炉和煅烧工序设备的分类、构造及性能。8上位机基本操作知识。9粘结剂的性质。10沥青输送、熔化基本知识。11自用能源介质使用知识。12常
9、用仪表使用知识。13安全文明生产知识。技能要求：1根据表面状况，判别常用原料和煅烧料。2进行预碎、皮带运输运料操作。3调控炉(窑)内物料，调整沥青熔化器的进料量。4根据炉(窑)内温度，调整煅烧带，调整沥青熔化温度。5在现场或上位机上进行开、停炉(窑)操作和在 panelview 上开、停沥青容化系统。6进行煅烧炉(窑)的烘炉操作。7进行冷却、运料操作。8使用和维护煅烧炉(窑)、冷却机、沥青熔化设备等。9使用和维护预碎、输送和加排料等设备。10使用和维护仪表。11按安全操作规程和文明生产的规定进行作业。工作实例：1将合格的预碎原料准确运入指定料仓。82调整煅烧炉(窑)温度和煅烧带。 。3将煅烧后
10、原料从炉(窑)内排出，冷却合格后运入指定料仓。4调整沥青熔化温度，将熔化合格的沥青输送至指定贮槽，并能准确输入高楼部高位槽。二中级炭素煅烧工职业技能标准知识要求：1石墨制品的分类、性能及用途。2原料煅烧的配比原则，制备方法及质量要求。3炭素生产热处理工序概况、作用及工艺参数。4煅烧和沥青熔化基本知识。5燃烧燃料、传热及气体力学的基本知识。6炉(窑)耐火材料基本知识。7煅烧炉(窑)能源介质的生产及使用知识。 8煅烧炉(窑)烘炉、降温的基本知识。9仪表基本知识。10安全和环保知识。 技能要求：1判别原料和煅烧料的种类、质量及配比。2进行预碎、皮带运输的调控操作。3调控稳定炉(窑)和沥青熔化器的进料
11、量。4观察燃烧状况，调控炉(窑)温度。5进行突然停电、停炉(窑)温度。6天然气开、停的操作。7进行煅烧炉(窑)烘炉的降温。 8进行排料、返料处理。 9使用、维护煅烧炉(窑)和沥青熔化设备。10使用、维护监控系统。11使用、维护仪表。12及时发现和处理安全隐患，并做好生产中的安全防护工作。 工作实例：1处理煅烧炉(窑)及附属设备的换料、堵料及结焦。2按照煅烧炉(窑)烘炉温度曲线，调控炉温。3根据工艺技术要求，调整沥青熔化温度。 4对监控系统的熟练操作。三高级煅烧工职业技能标准知识要求：1炭的基本性质。92生产阳极糊和预焙阳极块的原材料知识。3炭素生产工序的控制技术参数。4破碎原理。5煅烧原理。6
12、燃烧学、传热学、气体力学的基本知识。 7炉(窑)用耐火材料的基本知识。8煅烧炉(窑)和沥青熔化系统及其附属设备砌筑、检修与试生产知识。9煅烧炉(窑)的节能途径。10监控系统和仪表的工作原理。11安全及质量与管理知识。技能要求：1识别炭素原材料并鉴定质量。2协调预碎与皮带运输生产节奏。3进行连续均匀加料的调控。4调整煅烧炉(窑)和沥青熔化器温度。5组织开、停炉(窑)和沥青熔化设备。6组织天然气管道的检查与清扫。7组织煅烧炉(窑)的烘炉(窑)及降温和沥青融化器的升降温。8进行排料调控操作。9煅烧炉(窑)的使用和砌筑检查及检修。10沥青熔化设备的使用和检查及检修。11参与预运输和加排料等设备的生产调
13、试和维修。12使用维护监控系统和仪表。13组织和协调现场安全生产、进行现场管理。工作实例：1组织协调预碎、煅烧岗位和沥青熔化岗位操作，煅烧、沥青熔化质量和炉(窑)及沥青熔化产量达到要求。2调整炉窑各带温度梯度，实现均衡、稳定生产。3调整沥青熔化温度，掌握沥青管网工艺。第二节 炭素配料混捏工职业技能标准一初级炭素配料混捏工职业技能标准知识要求：101电解铝用炭素制品的种类和用途，产品指标的一般知识。2配料所用原料类别、名称及粒度范围。3电解铝用炭素制品生产的一般知识。4磨粉、配料和混捏的一般知识。5工作配方的含义，计算各种类型配方原则。6影响中碎、磨粉、配料、混捏、返回料质量的一般因素及解决方法
14、。7粘结剂的基本知识。8微机配料和混捏工艺的一般知识。9混捏工艺参数和糊产品的性能。10磨粉、配料、混捏设备的使用与维护知识。11安全文明生产知识。技能要求：1识别配料所用原料的种类，名称及质量状态。2用观察法初步估计配料用各种粒子和粉子的纯度。3独立进行交接班检查、生产操作、巡回检查，处理各种生产及设备问题，并填写生产记录。4指出各原料仓的分布、贮料种类及名称。5根据生产条件，准确计算出工作配方中的各项物料比重。6对返回料处理、中碎筛分、磨粉、配料和混捏设备进行单体、联动操作。7上位机监控系统和触摸屏的操作。8监控系统、返回料处理、中碎筛分、磨粉、配料和混捏设备的使用和维护。9正确处理堵料、
15、混捏和配料超差等一般故障。10使用和维护仪表。11正确使用安全器具，进行安全生产。 工作实例： 1磨粉和配料原料的生产。2根据工艺要求、计算配方，并正确向微机系统中输入配方设定值，并确认。3按技术操作规程，按时与微机“下油”联系加入粘结剂。4按磨粉、混捏工艺控制生产。5检查糊的混捏质量和沥青量。二中级炭素配料混捏工职业技能标准知识要求：1电解铝用炭素制品生产工艺流程和生产知识。2电解铝用炭素制品生产各工序的质量指标。3配料所用原料的选择要求及生产方法。4粘结剂的基本知识。115配料、混捏基本原理。6磨粉、混捏工艺的基本知识。7配料工序条件变化后对后工序生产和产品质量的影响。8提高中碎筛分、磨粉
16、、返回料、配料混捏生产效率和工艺质量的方法。9返回料处理、中碎筛分、磨粉、配料、混捏设备的构造、性能、主要技术参数及调整要求。l0监控系统操作知识和硬件知识。11电气、机械、通风一般知识。12安全生产及管理知识。技能要求： 1识别各种返回料。2根据筛分分析结果，粒度平衡情况和实际纯度，适当调整工作配方。3平衡物料，稳定粒度料和粉料纯度。4独立进行监控系统返回料处理、中碎筛分、磨粉、配料、混捏等操作。5调整预热骨料，混捏时间和温度。 6调整混捏生产技术参数。7识读设备及工艺流程图。8使用维护，判断和处理常见故障。9及时发现并清除安全隐患，进行安全文明生产。 工作实例：1根据需要生产的炭素制品品种
17、、规格，组织生产。2调整中碎筛分系统，使其粒子纯度稳定，粒度基本平衡。3判断磨粉系统粉子纯度，并进行适当的调整，使其满足生产要求。4检查配料的准确性。5检查糊的质量，调整配方或混捏工艺参数使其质量指标达到要求。6组织更换筛网及加钢球工作。7定期检测设备性能，使其满足工艺条件要求。三高级炭素配料混捏工职业技能标准知识要求1配料常用原料的技术指标及测定知识。2电解铝用炭素制品生产的主要工序。3电解铝用炭素制品生产主要工序的工艺控制参数。4产品质量指标要求。5粘结剂的组分构成。6破碎筛分原理。7料仓理论及糊料和颗粒离析知识。128电解铝用炭素制品的生产技术条件和使用条件，原料的来源和性质。9配方的解
18、析计算规则。10混捏原理及混捏生产基本知识。11返回料处理、中碎筛分、磨粉、配料、混捏系统新设备的安装、试车投产及操作方法。12糊料分析方法。13对废品质量分析知识和防止废品发生的措施。14设备的结构和技术参数。15计算机控制系统基本知识、识图的基本知识。l6质量管理和安全生产管理知识。技能要求：1调整工艺条件及工作配方。2正确选择工作配方。3妥善处理生产设备故障。4指导返回料处理、中碎筛分、磨粉、配料和混捏生产。5参与新系统的调试和安装。 6组织生产及制定规程。7处理生产技术问题。8给初、中级工讲授技术理论与实践课。9使用与维护设备。10进行安全文明生产与节能管理。工作实例：1组织、协调返回
19、料处理、中碎筛分、磨粉岗位生产，使配料、混捏合格率达到较高的标准。2在上位机上操作配料混捏系统，混捏无废糊。3判断出混捏后糊温和沥青量的技术指标。4组织调试新设备并提出调试过程中出现的问题。第三节 炭素成型工职业技能标准一初级炭素成型工职业技能标准知识要求：1铝电解用炭素制品生产用原料的选用原则和性能。2铝电解用炭素制品生产工艺流程及主要工序的一般知识。3成型的目的和方法。 134振动成型机工作原理。5成型工艺及其参数。6生阳极块的检查内容。7成型、冷却输送设备的性能和构造。8成型、冷却输送设备的使用与维护知识。9监控系统基础知识。10仪表、开关、按钮的使用方法。11常用工具和润滑油的使用方法
20、。12质量管理和安全生产知识。技能要求：1操作成型、冷却输送设备。2控制成型工艺参数。 3处理设备故障，检查、验收设备。4进行能源介质中断时的操作和处理。5填写各种记录。6维护成型、冷却输送设备和工器具。7使用与维护监控系统设备。8使用消防安全器材和进行安全生产。工作实例：1试车。检查振动成型机及其附属设备和炭块冷却输送设备等各部件的运转情况。2完成振动成型和炭块冷却输送的生产过程。二中级炭素成型工职业技能标准知识要求：1电解铝用炭素制品生产用原料的标准及生产方法。2理化指标的含义和计算方法。 3生阳极制造的生产工艺流程和主要工序质量控制参数。4成型方法和半成品检查标准。5振动成型机工作原理。
21、6生阳极的质量要求。7生产参数对产品质量要求。8成型工序有关参数的计算方法。9监控系统工作原理。10成型机及其附属设备和冷却输送设备的构造和作用11质量管理和安全、灭火知识。技能要求：1操作成型、冷却输送设备。 142操作振动成型机附属设备。3判断设备故障和处理生产事故。4判定工艺条件，改进操作方法。5识读成型系统的设备图纸。 6维护和使用设备。7进行安全生产和安全保护。工作实例：1观察糊料，判断糊料质量和温度。 2判定不合格糊料或生阳极炭块并禁止进入下工序。3根据生阳极情况，调整成型工艺条件。4组织成型生产，各项指标达到技术要求。三高级炭素成型工职业技能标准知识要求：1生阳极制造原料的性能与
22、鉴别标准。2生阳极生产主要工序的工艺技术参数。3生阳极炭块的理化指标。4糊料振动成型过程中的物理特性。 5糊料在振动成型过程中发生的物理变化。6影响振动成型过程的因素。7炭素成型设备的构造、原理。8生产能力的计算方法。9计算机控制系统基本知识、识图基本知识。10机械润滑、液压和安全文明生产知识。技能要求：1控制振动成型机的各项动作。2操作振动成型机和炭块冷却输送系统设备。3处理设备故障。4检查、验收设备。5编写规程与计划。6维护设备。7排除事故隐患，指导初、中级工安全生产作业。工作实例： 1成型各岗位规范操作，各项指标达到要求。2全面掌握成型生产，组织处理发生各类事故，分析事故发生的原因，并提
23、出预防措施。3判断糊温与沥青量，控制振动速度、时间等。4掌握生阳极块废品检查标准。15第四节 炭素焙烧工职业技能标准一初级炭素焙烧工职业技能标准知识要求：1焙烧炉用生阳极和辅助材料的一般要求。2生阳极生产的一般知识。3焙烧工序的一般知识。4焙烧工序质量指标的计算方法。5填充料的技术要求。6天然气的技术要求。7耐火材料的一般知识。8焙烧工艺的一般知识。9焙烧设备的规格、型号。10计算机基础知识。11环保及质量管理等知识。技能要求：1进行焙烧岗位的操作。2独立操作及调整一个火焰系统炉室的温度、负压。3进行焙烧炉停、送天然气操作。4进行静电场停、送电工作。5填写生产记录。6使用与维护焙烧工序的设备。
24、7使用与维护测温仪表。8使用安全设施，进行文明生产。工作实例：1进行焙烧炉调温操作： (1)各阶段温度波动范围士 30，超出波动范围在 20 分钟内调整正常。(2)炉温由最高温度降至 800。C，其降温速度为 50 士 10时，降至 800切断天然气。(3)在升温过程中，由于停天然气而炉温下降时，按降至阶段的三倍升温速度恢复至原温度。2、进行移动火焰系统作业。16二中级炭素焙烧工职业技能标准 知识要求：1生制品与焙烧品理化指标。2炭素制品的生产工艺流程。3各种焙烧曲线各阶段的持续时间及温差要求。4指定焙烧曲线的依据。5升温速度快慢对焙烧制品理化指标的影响。6焙烧制品质量的优劣对下道工序及电解铝
25、质量的影响。7焙烧工序废品产生的原因及预防措施。8不同种类和粒度的填充料对焙烧成品率的影响。9焙烧烘炉及开炉的各项内容和技术要求。 10仪表型号及使用维护知识。11安全、环保及管理知识。技能要求：1焙烧工序各岗位的操作。2组织自用焙烧炉的烘炉和开炉。3判断生产状况。4处理焙烧工序常见故障。5编制焙烧各阶段升温梯度曲线表。6制定新产品焙烧的工艺方案。7识读焙烧工序流程图和设备安装图。8使用和维护常用设备。9进行安全文明生产。工作实例：分析由于焙烧工序操作引起废品的原因，并提出预防措施。三高级炭素焙烧工职业技能标准知识要求：1炭素制品所用原料的选用原则和鉴别方法。2焙烧炉采用的现行焙烧曲线。3炭素
26、制品生产各工序主要工艺控制参数。4产品的理化指标要求。5影响炭素制品理化指标的因素。6焙烧的工艺方法和控制参数。7焙烧工序各生产指标的计算方法。8焙烧设备的结构和参数。9热工、耐火材料及企业管理知识。17技能要求：1制定并实施新产品工艺方案。2组织焙烧炉及天然气管道的清扫工作。3分析废品和事故原因，并提出改进措施。4使用和维护焙烧炉及其它相关设备。5制订安全措施，进行定置管理。工作实例：1组织和协调各岗位操作。2处理各种质量事故。3制订新产品生产工艺方案组织实施。4参与本工种设备安装试车工作。5参与修定技术规程和各项制度。第五节 炭素阳极组装工职业技能标准一初级炭素阳极组装工职业技能标准知识要
27、求：1炭阳极生产的一般知识。2炭阳极生产的工艺流程。3阳极焙烧块的质量指标。4耐火材料的基本知识。5破碎筛分基本知识。 6阳极组装工艺流程。7工频感应炉的工作原理。8阳极组装工艺技术指标。9阳极组装设备的规格、型号。10仪表的类型及型号。11环保及质量管理知识。技能要求： 1进行阳极组装岗位的操作。2进行工频感应炉的操作。3完成阳极组装各工序的操作。4处理一般故障。5对工频感应炉内衬修筑。186工频炉的烘炉。7使用和维护常用设备。8进行安全文明生产。工作实例： 按阳极组装工艺流程完成一个工作循环。二中级炭素阳极组装工职业技能标准知识要求：1预焙阳极生产工艺流程。2阳极组装工艺流程。3耐火材料的
28、基本知识。4工频感应炉的工作原理。5破碎、筛分原理。6工频感应炉烘炉升温曲线各阶段的持续时间及温差要求。7阳极焙烧块质量的优劣对阳极组装工序质量的影响。8阳极组装块质量对电解工艺的影响。9设备维护保养知识。10安全环保及管理知识。技能要求：1阳极组装工序各岗位的操作。2组织自用工频感应炉的烘炉。3处理阳极组装工序常见的故障。4编制工频感应炉烘炉曲线。5识读阳极组装工序流程图和设备安装图。6使用和维护常用设备。7进行安全文明生产。工作实例：分析由于阳极组装工序中操作和工艺技术原因引起的废品，并提出预防措施。三高级炭素阳极组装工职业技能标准知识要求：1预焙阳极生产工艺流程。2预焙阳极生产各工序主要
29、工艺控制参数。 3预焙阳极生产过程中中间产品和最终产品的理化指标要求。4影响预焙阳极理化指标的因素。5影响工频感应炉生产的因素。6工频感应炉的工艺要求。7物料破碎筛分机理。198阳极组装块质量对电解工艺的影响。9阳极组装设备的结构和参数。10热工、耐火材料及企业管理知识。11安全环保知识。技能要求：1研制组装阳极块浇铸用原料的新配方。2组织工频感应炉的砌筑和修补。3分析废品和事故原因，并提出改进措施。4使用和维护阳极组装及相关设备。5制定安全措施，进行安全生产。工作实例： 1组织与协调阳极组装各岗位操作。2处理各种质量事故。3制定浇铸原料新配方的生产工艺方案并组织实施。4参与阳极组装设备的安装
30、试车工作。5参与修订各类技术规程。20第二章 炭素材料的分类及生产工艺流程 第一节 碳一自然界中的碳碳的原子量为 1201，原子序数为 6，元素符号为 C，电子分布状态为 1S22S22P2。碳在自然界分布很广，是地球上形成化合物最多的元素，在水和大气中主要以 CO2、碳酸和碳酸盐的形式存在；矿物界有各种碳酸盐、煤、天然石墨和金刚石等，还有石油和天然气等碳氢化合物；动植物体中的脂肪、蛋白质、淀粉和纤维素也都是碳的化合物。碳被视为组成一切动植物体的基本元素。碳的资源以两种类型存在，一种是循环性的资源，即由植物和动物所代表的生物和CO2；另一种是循环速度很慢，但数量极大的堆积物，如碳酸盐矿物和有机
31、质堆积物。二炭的生成从自然界中取得的纯碳(如炔炭、石墨)是历经漫长的转化过程的生成物。作为这些近乎纯碳的原始物，可以是煤、石油、植物等。它们是 H、O、N、S 等有机物的混合体。煤含碳为 6090%，木材含碳为 50%左右，石油含碳为 8090%，天然石墨含碳近 100%。因此，炭素原料的来源是非常广泛的。从炭素观点来 I 看，碳氢化合物转化炭的过程称为炭化。它的反应机理为热解。热解的概念泛指为有机化合物在受热时所发生的分解或分解的重合而生成最终产物的过程。石油、煤一般认为是在亿万年以前被埋入地层下的动物和植物，在隔绝空气、受地球热和地层高压等条件下作用转化的结果。这类物质，仍然为碳氢化合物，
32、但已经有所炭化。而无烟煤可以看作是近乎炭化后期的产物。同理，天然石墨可以认为已完全炭化，并且已经达到了石墨的程度。但是，由于各种状态的差异，也就很难认为所有的天然石墨具有同一形式。自然界中的碳，不管是哪种形式，均可理解为是有机物经热裂反应的生成物。自然界的有机物有合成树脂等人造有机物，不管是气体、液体还是固体，只要在隔绝氧的条件下，在有热的作用下，就可以从烃类化合物生成炭。炭化将使碳氢化合物中的碳保留下来，而氢和其它元素通过受热分解被排除逸出。表21 列出了各种有机物炭化生成的炭。 表 21 炭素材料的生成21一般而言，往往称液相炭化生成物为焦，固相炭化生成物为炭。前者是软质炭，一后者是硬炭，
33、但有时也有例外。第二节 碳的同素异构体从碳的晶体结构上分析，碳的同素异构体分为金刚石、石墨和炔炭(亦称线形炭)，木炭、炭黑、焦炭和煤也可以属于广义的“炭素”物质，但它们与三种炭的同素异构体不同，并不具备明确的组成和结构，属于无定型炭。通过现代 X射线衍射的晶体结构分析，无定形碳也有石墨晶体结构，只不过晶体甚微，聚集状态不规则。三种碳的同素异构体结构和性质见表 22。表 22 碳的同素异构体结构和性质同素异构体 金刚石 石墨 炔炭(carbin)杂化电子轨道 SP3 SP2 SP键形式结构真密度(克厘米3)莫氏硬度导电性单键立体(正四面体)3.5210绝缘体双键平面(六角网状)2.26约2电导体
34、三键线状1.92.0金刚石与石墨之间半导体颜色 无色透明 黑色 银白第三节 炭素制品的特征及分类一炭素制品的主要特征利用碳的性质可以制成很多炭素制品，而且这些制品几乎每一品种各有特性。首先是因为炭素制品生产的原料多种多样；其次是这些制品的生产加工方法各异。不同制品的理化性能差别很大，这是由于单晶体的组成和尺寸以及石墨晶体结构本身的特性所决定的。炭素制品具有以下特征：221耐高温，具有较高的熔点，良好的导电性；2较低的热膨胀系数，具有较强的抗热震性；3唯一具有良好导电性和导热性的非金属材料；4化学稳定性好，在大部分非氧化性的酸、碱、盐溶液和气体中不受腐蚀；5具有较好的润滑性能，可以用来生产石墨耐
35、磨制品。二炭素材料的分类 按着国家标准 GBl42678，炭素材料可以分四类：1石墨制品包括普通石墨电极、特制石墨电极、高功率石墨电极、抗氧化涂层石墨电极、石墨块和石墨阳极。2炭制品类包括铝电解用炭极、电炉炭块、高炉炭块、自焙炭块、炭电极、炭阳极和炭电阻棒。3炭糊类包括阳极糊、电极糊、密闭糊、粗缝糊和细缝糊。4特种石墨制品类包括核石墨、细结构石墨和高纯石墨。上述标准适用于冶金、化工和其他工业作为导电材料、耐火材料使用的炭素材料的分类。另外，炭素材料还包括电刷类、机械用石墨类和新型碳素材料类。第四节 炭素生产工艺流程炭素生产基本工艺过程包括：原料的预处理(预碎、煅烧或烘干)；原料的破碎筛分和分级
36、；颗粒状与粉状原料的配料；力口入粘结剂并进行混捏；混捏后糊料成型；成型后生制品的焙烧；焙烧后半成品的石墨化；在要求提高产品的密度和强度时，还需要对焙烧坯进行浸渍再焙烧处理；最后道工序时对炭和石墨毛坯进行机械加工。成品检验合格，包装出厂。炭石墨材料生产工艺流程图见图 21，预焙阳极生产工艺流程图见图 22。23图 21 炭石墨材料工艺流程图图 22 预焙阳极生产工艺流程图24复习题：1碳元素的同素异形体有哪些?2炭素制品的分类和特性是什么?3炭素制品生产工艺流程。4预焙阳极生产工艺流程。第三章 炭素材料生产用原料第一节 石油焦石油焦是生产各种炭素材料的主要原料。这种焦炭灰分比较低，一般小于 1%
37、。石油焦在高温下容易石墨化。石油焦的特性对炭素材料的性能有很大影响。一石油焦工艺与分类石油焦是由渣油经过焦化工艺而制得的产品。渣油的组成很复杂。渣油与原油同样都是由各种烃类和烃类化合物组成的。渣油中的烃类化合物因化学结构不同可分为烷烃、环烷烃、芳香烃三大类。在渣油中还有沥青质组分。它与沥青焦有相似之处，但它含有较多氧、氮、硫。在重柴油馏分重沥青质脱去一个脂族基便能转化为树脂质。在焦化过程中，沥青质和树脂质将脱去直链烃化物和芳香基，生成无序的和高度交链结构的焦炭。这种焦炭若覆盖在芳香烃缩聚转化的石墨微晶上，将阻碍微晶的生长。因此，用含沥青质和树脂质较高的渣油焦化所制的石油焦较难石墨化。树脂质和沥
38、青质在高温下会进行缩聚反应，最后可得焦炭。渣油的焦化反应可归纳为：1渣油中的树脂质沥青质焦炭252渣油中的芳香烃等高分子缩聚物树脂质沥青质焦炭3渣油中的烷烃、环烷烃、带长侧链稠环芳香烃高分子缩聚物树脂质沥青质焦炭二焦化工艺 渣油的焦化工艺很多，其共同点都是深度裂解。在石油炼制工业中，焦化工艺有釜式焦化、平炉焦化、延迟焦化、接触焦化和硫化焦化等。延迟焦化是渣油以很高的流速流入加热炉的炉管，加热到焦化反应所需的 500左右温度时，再进入一个数十米的焦化塔，渣油依自带的热量，进行缩聚反应及热裂化反应(如图31 所示)。图 3 一 l 延迟焦化工艺流程图渣油在流经加热炉时获得反应所需的温度，但由于在炉
39、管内的流速快，热裂化反应和缩聚反应来不及进行，而把反应推进到焦化塔内进行，所以称延迟焦化。三石油焦的质量从外形和特点又将石油焦分为三类，即海绵状焦、蜂窝状焦和针状焦。海绵状焦是由含树脂质和沥青质组分较高的渣油生产的石油焦，结构疏松呈海绵状。因含有较多杂质，因此不宜用作生产炭素制品的原料，可作燃料用。 蜂窝状焦是由含中等树脂质和沥青质组分的渣油生产的石油焦。焦内有均匀小孔，用它制造炭素制品，质量较好。针状焦是由芳香烃含量很高的热裂化渣油或催化裂化渣油经焦化得到的优质石油焦。焦块小孔均匀，多呈细长椭圆形，有较高的定向形。焦块受到锤击会裂碎成长条状的焦片，这种焦石墨化定向程度高，热膨胀系数小，电阻率较低。石油焦的质量可以用灰分、硫分、挥发分和 1300煅烧后的真密度来衡量。石油焦标准(SHT0527-1992)中具体质量指标见表 31：质量指标合 格 品项 目一级品 lA 1B 2A 2B 3A 3B 试验方法硫含量，% 不大于 0.5 0.5 0.8 1.0 1.5 2O 3.0 GBT38726挥发分，% 不大于 12 12
