徐永奎，韓照憲，廖虎，岳遠(yuǎn)會，彭莉

（山東益大新材料股份有限公司， 濟(jì)寧 272400）

1 概述

針狀焦是一種人造石墨，是一種優(yōu)質(zhì)炭素材料，各向異性，其外觀為銀灰色、有金屬光澤的多孔固體，其結(jié)構(gòu)具有明顯流動紋理，孔大而少且略呈橢圓形［1］，顆粒有較大的長寬比，有如纖維狀或針狀的紋理走向，摸之有潤滑感［2］。

針狀焦主要用于生產(chǎn)電爐煉鋼用的高功率（HP）和超高功率（UHP）石墨電極［3］、鋰離子電池負(fù)極材料、特炭材料等高端炭素制品。

在針狀焦的應(yīng)用中，超高功率石墨電極生產(chǎn)企業(yè)對針狀焦的粒度要求比較高，鋰離子負(fù)極材料行業(yè)對針狀焦的加工性能又有一定的要求，這就要求針狀焦生產(chǎn)企業(yè)對針狀焦的顆粒強(qiáng)度系數(shù)［4，5］、顆粒穩(wěn)定性［6］進(jìn)行評價(jià)。

目前針對固體顆粒機(jī)械強(qiáng)度的評價(jià)方法只有三種類型。第一類是將試樣放置于（或設(shè)有硬質(zhì)球體的）轉(zhuǎn)動容器中，通過測量試樣抗磨損的程度，來表征試樣的機(jī)械強(qiáng)度，如GB 8209和GB/T 7702.3等。第二類是對一定粒徑的試樣施加壓力負(fù)荷，以試樣完全破裂時(shí)所受最大壓力負(fù)荷，來表征試樣的抗壓強(qiáng)度，如GB/T 14201和GB/T 14853.6等。第三類是將一定粒徑的試樣從固定高處自由落下至特定界面上，統(tǒng)計(jì)試樣損壞前落下的次數(shù)，來表征試樣的抗摔強(qiáng)度。這些方法要么是針對金屬礦石的，要么是針對特定應(yīng)用炭質(zhì)制品的，目前還沒有專門針對針狀焦制定評價(jià)方法。

根據(jù)針狀焦的實(shí)際情況，選擇使用顆粒強(qiáng)度系數(shù)、哈氏可磨性指數(shù)［7］、顆粒穩(wěn)定性三種方法對生焦及煅后焦進(jìn)行評價(jià)并尋找這幾種分析方法之間的關(guān)系，在分析過程中數(shù)據(jù)的干擾因素較多，如焦的振實(shí)密度、氣孔率、形貌等都對分析結(jié)果有一定的影響。

2 分析方法及使用的儀器

2.1 顆粒強(qiáng)度系數(shù)

方法原理：一定量的試樣是在一定壓力下，擠壓一定時(shí)間后，所剩余大于較小顆粒的篩徑的試樣量與總試樣量的占比。

儀器：山東益大新材料有限公司根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康呐c濟(jì)南思達(dá)測試技術(shù)有限公司聯(lián)合開發(fā)的“微機(jī)控制顆粒焦強(qiáng)度檢測儀”。

型號：WDW-30

分析方法：采用山東益大新材料有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：QBSDYD-001進(jìn)行測試。主要步驟是稱量100g顆粒度3.2mm～7.0mm的煅后針狀焦置于試樣槽內(nèi)；然后將試樣槽置于強(qiáng)度測試儀工作臺上，選用自動擠壓試驗(yàn)壓力20KN，保持時(shí)間60s；自動擠壓結(jié)束后，計(jì)算試樣槽內(nèi)大于3.2mm試樣占總試樣的質(zhì)量百分比，即為顆粒強(qiáng)度系數(shù)。

2.2 顆粒穩(wěn)定性

方法原理：用實(shí)驗(yàn)振動儀將4mm～8mm煅燒焦的顆粒研磨，然后測定殘留在特定篩網(wǎng)上的顆粒的含量。

儀器：顆粒穩(wěn)定性測定儀，北京中儀勵朗科技有限公司。

型號：ALC-21。

分析方法：采用YS/T 587.11-2006（炭陽極用煅后石油焦檢測方法 第11部分：顆粒穩(wěn)定性的測定）進(jìn)行測試。

2.3 哈氏可磨性指數(shù)

方法原理：將一定粒度范圍和質(zhì)量的煅后石油焦，經(jīng)可磨性測定儀研磨后在規(guī)定的條件下篩分，稱量篩下物的質(zhì)量。從標(biāo)準(zhǔn)樣中得到的可磨性指數(shù)曲線計(jì)算煅后石油焦的可磨性指數(shù)。

儀器：SDHG60a哈氏可磨性指數(shù)測定儀，湖南三德科技股份有限公司。

型號：SDHG60a。

分析方法：采用YS/T 587.14-2010（炭陽極用煅后石油焦檢測方法 第14部分：哈氏可磨性指數(shù)（HGI）的測定）進(jìn)行測試。

3 分析數(shù)據(jù)

我公司從2019年開始做同一個(gè)樣的生焦和煅后焦顆粒強(qiáng)度系數(shù)、哈氏可磨性指數(shù)、顆粒穩(wěn)定性，已經(jīng)積累數(shù)據(jù)達(dá)一千多組，為了便于總結(jié)，我們對數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理，以顆粒強(qiáng)度系數(shù)為基準(zhǔn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)平均得到以下數(shù)據(jù)。

3.1 生焦

從表1和圖1中可以看出：

表1 生焦顆粒強(qiáng)度系數(shù)、哈氏指數(shù)、顆粒穩(wěn)定性數(shù)據(jù)表Table 1 Strength coefficient, HGI and particle stability data of green coke particles

圖1 生焦強(qiáng)度系數(shù)、哈氏指數(shù)、顆粒穩(wěn)定性對照表Fig.1 Comparison table of green coke strength coefficient, HGI and particle stability

⑴顆粒強(qiáng)度系數(shù)在30%之前，哈氏可磨性指數(shù)大于95，之后隨著強(qiáng)度系數(shù)的增加迅速降低。

⑵顆粒強(qiáng)度系數(shù)在32%之前，隨著顆粒強(qiáng)度系數(shù)的增加顆粒穩(wěn)定性跳躍式增加，基本在40%以下；顆粒強(qiáng)度系數(shù)大于36%以后，顆粒穩(wěn)定性大于60%，并隨著顆粒強(qiáng)度系數(shù)的增加而增加。

3.2 煅后焦

從表2和圖2中可以看出：

表2 煅后焦顆粒強(qiáng)度系數(shù)、哈氏指數(shù)、顆粒穩(wěn)定性數(shù)據(jù)表Table 2 Strength coefficient, HGI and particle stability data of calcined coke particles

圖2 煅后焦強(qiáng)度系數(shù)、哈氏指數(shù)、顆粒穩(wěn)定性對照表Fig.2 Comparison table of calcined coke strength coefficient, HGI and particle stability

⑴煅后焦隨著顆粒強(qiáng)度系數(shù)的增加，顆粒穩(wěn)定性大部分在75～80%之間波動，顆粒強(qiáng)度系數(shù)大于44%后，顆粒穩(wěn)定性迅速增加，但沒有平均的數(shù)據(jù)波動更大，故煅后焦的顆粒強(qiáng)度系數(shù)與顆粒穩(wěn)定性找不到特別的對應(yīng)關(guān)系。

⑵從圖表可以看出哈氏可磨性指數(shù)不符合分析方法的特性，所以該分析方法對煅后焦不適用。

3 結(jié)論

⑴對于生焦顆粒強(qiáng)度系數(shù)在30%以下，哈氏可磨性指數(shù)大于100，顆粒穩(wěn)定性呈波浪式上升。當(dāng)顆粒強(qiáng)度系數(shù)大于30%，哈氏可磨性指數(shù)迅速下降，顆粒穩(wěn)定性呈上升趨勢。

⑵對于煅后焦，顆粒強(qiáng)度系數(shù)、哈氏可磨性指數(shù)、顆粒穩(wěn)定性關(guān)聯(lián)度較差。對于石墨電極行業(yè)，顆粒穩(wěn)定性對于其生產(chǎn)更有指導(dǎo)意義。

⑶將來建立顆粒穩(wěn)定性評價(jià)方法時(shí)，應(yīng)該考慮電極行業(yè)從高處掉落的力加上顆粒之間的掉落的沖擊力以及混捏中攪拌力等。