1 绪论 1
1.1 炭素工业发展概况 1
1.2 自然界中的碳 2
1.2.1 自然界中的单质碳 2
1.2.2 碳原子结合方式 3
1.3 不同形态单质碳的性质 5
1.3.1 金刚石 5
1.3.2 石墨 6
1.3.3 无定形碳 7
2 冶金炭素材料的性能及检测方法 11
2.1 炭素材料的质量密度 11
2.1.1 真密度 11
2.1.2 体积密度 13
2.1.3 颗粒堆积密度 14
2.1.4 孔隙度 15
2.2 炭素材料的强度及硬度 16
2.2.1 抗压强度 16
2.2.2 抗弯强度 17
2.2.3 弹性模量 18
2.2.4 硬度 19
2.3 炭素材料的传热及热膨胀 20
2.3.1 炭素材料的导热系数 21
2.3.2 炭素材料的热膨胀系数 23
2.3.3 炭素材料的抗热震性 26
2.4 炭素材料的导电性能 28
2.4.1 炭素材料的比电阻 28
2.4.2 影响炭素材料比电阻的因素 28
2.5 炭素材料的化学反应 30
2.5.1 碳与气体的反应 31
2.5.2 碳与各种酸碱的反应 32
2.5.3 碳与金属生成碳化物的反应 32
2.5.4 碳与金属生成嵌入化合物的反应 33
3 冶金工业使用的炭素材料 37
3.1 预焙阳极和阳极糊 37
3.1.1 铝电解工艺对阳极性能的要求 37
3.1.2 铝电解反应 42
3.1.3 阳极消耗 42
3.1.4 炭阳极的活性 44
3.1.5 降低炭阳极消耗的添加剂 50
3.1.6 降低阳极过电压添加剂 52
3.2 阴极炭块 54
3.2.1 阴极炭块的特性 55
3.2.2 铝电解槽阴极破损特征 56
3.2.3 炭阴极破损机理 58
3.2.4 各种阴极炭块质量的评价 61
3.3 高炉炭块 65
3.3.2 高炉炭块内衬的破损及对策 66
3.3.1 高炉炭块的性能 66
3.4 石墨电极 69
3.4.1 石墨电极在冶金工业中的应用 69
3.4.2 石墨电极的质量标准 72
3.4.3 高功率和超高功率电炉用优质石墨电极质量标准 72
3.5 冶金炭素材料生产工艺流程 74
4 制造冶金炭素材料的原料 76
4.1 石油焦 76
4.1.1 釜式焦化 77
4.1.2 延迟焦化 78
4.1.3 石油焦的质量标准 79
4.2 沥青焦 80
4.3 冶金焦 81
4.3.1 冶金焦的生产 82
4.3.2 冶金焦的质量标准 82
4.4 无烟煤 84
4.4.1 无烟煤的分类 84
4.4.2 无烟煤的质量 84
4.5 天然石墨 85
4.5.1 天然石墨的分类 85
4.5.2 天然石墨的选矿 86
4.6 煤沥青 87
4.6.1 煤沥青的生产 87
4.6.2 煤沥青的化学组成 88
4.6.3 煤沥青的分类 91
4.6.4 煤沥青的物理、化学性质 92
4.6.5 煤沥青的分析方法 96
5 原料的煅烧 100
5.1 煅烧目的 100
5.2 在煅烧过程中焦炭结构的变化 101
5.3 在煅烧过程中焦炭性能的变化 103
5.4 原料煅烧的工艺规范 107
5.5 回转窑煅烧工艺 108
5.5.1 回转窑的结构 108
5.5.2 回转窑的工艺操作 109
5.5.3 回转窑的二次和三次空气补给 111
5.6 罐式炉煅烧工艺 112
5.6.1 罐式炉的结构 113
5.6.2 罐式炉的工艺操作 114
5.7 电炉煅烧工艺 116
6 配料 118
6.1 配料的理论基础 118
6.1.1 各组分的体积比对品制结构和性能的影响 119
6.1.2 粒度组成对制品性能的影响 119
6.1.3 各种颗粒的作用 124
6.2 冶金炭素材料制品原料的选择 126
6.3 粒度组成的选择 128
6.3.1 选择最大颗粒尺寸 128
6.3.2 选择粒度组成 129
6.4 粘结剂用量的选择 133
6.5 工作配方的计算 135
7 糊料的混捏 139
7.1 沥青对炭质颗粒的湿润性 139
7.2 沥青对炭质颗粒的渗透性 141
7.3 影响糊料混合均匀的因素 143
7.4 混捏设备及工艺 145
7.4.1 双轴搅拌混捏锅 145
7.4.2 双轴搅拌连续混捏机 147
8.1.1 模压成型方法及原理 151
8.1 模压成型 151
8 冶金炭素材料制品的成型 151
8.1.2 压块密度与压力的关系 152
8.2 挤压成型 155
8.2.1 挤压成型方法及原理 155
8.2.2 挤压成型所需压力的计算 157
8.2.3 挤压成型工艺 160
8.3 振动成型 161
8.3.1 振动成型方法及原理 161
8.3.2 振动台工作原理 162
8.3.3 振动成型设备 166
8.3.4 振动成型工艺 167
8.3.5 振动成型生产操作 171
9 冶金炭素材料制品的焙烧 172
9.1 煤沥青的变化过程 172
9.2 焙烧体系中的气氛 174
9.3 升温速度对焙烧后制品质量的影响 176
9.4 冷却速度对焙烧后制品质量的影响 178
9.5 焙烧温度对制品性能的影响 178
9.5.1 焙烧温度对孔隙度的影响 178
9.5.3 焙烧温度对抗压强度的影响 179
9.5.2 焙烧温度对比电阻的影响 179
9.5.4 焙烧温度对预焙阳极电解消耗的影响 180
9.5.5 焙烧温度对预焙阳极被空气氧化速率的影响 183
9.5.6 焙烧温度对预焙阳极被二氧化碳气体氧化速率的影响 183
9.5.7 焙烧温度对预焙阳极反电动势的影响 184
9.6 焙烧温度规范 185
9.7 倒焰窑焙烧 186
9.7.1 倒焰窑的结构 186
9.7.2 倒焰窑焙烧工艺 186
9.8.2 隧道窑焙烧工艺 188
9.8 隧道窑焙烧 188
9.8.1 隧道窑的结构 188
9.9 环式炉焙烧 190
9.9.1 环式炉结构 191
9.9.2 环式炉焙烧工艺 194
10 石墨化 198
10.1 石墨化过程 198
10.2 石墨化机理 201
10.3.1 熵的变化 204
10.3 石墨化过程的热力学 204
10.3.2 热焓的变化 205
10.3.3 吉布斯自由焓的变化 207
10.4 石墨化过程的动力学 208
10.4.1 温度对石墨化速度的影响 208
10.4.2 恒温时间对石墨化度的影响 210
10.4.3 石墨化过程的催化 210
10.5 石墨化炉 213
10.6 石墨化炉生产工艺 214
主要参考文献 217