国内改质沥青的现状及其发展

2001-04-28 00:00 来源：我的钢铁作者：mysteel

　　改质沥青(又称高软化点煤沥青或高温煤沥青或硬沥青）^〔1〕由于它具有一系列的优异特性越来越受到人们的重视。世界各国炭－石墨制品所用粘结剂由改质沥青来替代中温煤沥青已达到普及的程度。在我国对改质煤沥青的研制及其在炭－石墨制品的应用也给予相当的重视。在70年代中期就开始用改质煤沥青替代中温沥青试制石墨电极、阳极糊等，并取得了较佳的效果。80年代，随着贵州铝厂从日本引进的8万t电解铝装置，迫切需要改质煤沥青作预焙阳极和阴极块的粘结剂。青铜峡铝厂也从日本引进了需要改质沥青的铝用炭素制品的生产装置。改质煤沥青的开发与应用受到了人们的关注并取得了较快的发展，有关改质沥青的制造、性能、应用等方面的国内外报导也较多^〔2～5〕，更可喜的是在原冶金部的重视下制订出了改质沥青的国家标准GB8730?88^〔6〕，这为进一步促进改质煤沥青的生产和扩大应用奠定了良好的基础。
　　另外，从文献调查中获悉，改质沥青在电炭行业中的应用才起步，主要是开发高质量的航空航天电机用电刷与铁路牵引电机电刷，通过反复试验已取得了较为显著的成绩。一种新型的高质量牵引电机用电刷D374A已问世，这就是采用改质煤沥青作为粘结剂而制得的。可以预见到今后改质沥青在电炭行业中应用也有广阔的前景。

1　改制沥青的生产及其制造方法

　　到目前为止，国内生产与研制改质沥青的主要单位有贵州水城钢铁公司焦化厂、鞍钢化工总厂、石家庄焦化厂、宣钢焦化厂、太原钢铁公司焦化厂、昆明钢铁公司焦化厂、攀钢焦化厂以及近2年新投产的生产改质沥青企业??武钢焦化公司等近10家。
1．1主要生产厂家介绍
　　1)水城钢铁公司焦化厂
　　该厂与贵阳铝镁设计院合作从1980年4月开始进行热聚法改质沥青的生产试验。1981年2月转入半工业生产，所得改质沥青的性能基本上符合日本住友铝业株式会社提供的标准，满足了贵州铝厂的需求。据1992年调查了解到该厂生产的改质沥青是专门供应贵阳铝厂炭素车间需用，年产改质煤沥青2万t，其中贵阳铝厂年需就要18万t^〔7〕。
　　2)鞍钢化工总厂
　　该厂在1981年与澳大利亚考柏公司签订合同，澳方提供专利技术与关键设备，中方以产品作为补偿，其目的是解决沥青(沥青焦炉)烟害的污染和改善产品结构及解决夏季沥青贮运等问题。改质沥青工程设计规模年产12万t，该工程已在1983年4月底试车投产成功。从投产第2年起每年将供应澳方4万t改质沥青(主要用于铝工业)，其余8万t供国内使用^〔8，9〕。
　　3)太原钢铁公司焦化厂
　　该厂从1982年7月开始研制改质沥青，想通过现有装置在不增加设备的基础上直接生产改质沥青。通过多次生产性试验，所得产品试样经贵阳总厂检验合格，符合贵州冶金局制订的改质沥青二级品标准。为进一步提高产品质量，争取达到贵铝从日本引进装置提出的沥青质量指标，又改进了工艺，最终取得了符合要求的改质沥青^〔10〕。
　　4)石家庄焦化厂与宣钢焦化厂
　　这两个工厂改质沥青工业生产装置是我国自行试验与自行设计的。根据当时市场需求和提高工厂的经济效益，焦化院与两厂合作，于1980年开始立题，1981年开始试验设计，1983年9～10月建成投产，两套装置一次试投产成功^〔11〕。
1．2制造方法
　　国内改质沥青在生产工艺上各有特点，大致有以下几种情况：
　　1)以中温沥青为原料的闪蒸法生产。这主要是鞍钢化工总厂从澳大利亚引进的。采用闪蒸法能保持原有中温沥青的生产系统，生产为连续性，又采用高度的自动遥控技术，操作调整方便，生产效率高，产能大，技术先进。
　　2)以中温沥青为原料的间歇加压热聚化生产。贵州水城钢铁公司焦化厂就是采用这种工艺生产出贵铝所需要的改质沥青。本方法是将熔融中温沥青输入密闭釜中，缓慢加热到规定温度，在一定压力下保持一段时间后出釜，系间歇作业。在热聚合过程中温度在400℃，气压0．8～1．0MPa，时间4～8h等为最佳反应条件^〔12〕。
　　3)以中温沥青为原料的连续常压热聚法生产。石家庄焦化厂、宣钢焦化厂生产的改质沥青就是采用此方法。这种工艺从1981年2月到1983年5月先后进行了300多釜各种情况试验，取得了大量满意的数据，摸索出了热聚合反应的规律。我国自行试验、自行设计的改质沥青工业生产装置(采用上述工艺)具有的特性就是操作稳定、简化工艺流程、节约热能、适应性强(原料处理能力最小1t/h，最大可达35t/h)，所得的改质沥青质量好。它的热聚指标：反应温度275～405℃，反应压力为常压，反应时间按进料量确定，原料沥青软化点为(80±3)℃。
　　4)以焦油为原料常压间歇式蒸馏的热聚法生产。这种生产工艺是太原钢铁公司焦化厂根据自己拥有的焦油间歇式常压蒸馏装置特点而研究出来的。其特点是延长终釜时间，提高终釜温度下进行热聚合，所得改质沥青软化点都在120℃左右。再采用“回配”方法降低软化点，使产品完全符合一级品标准。消火时的釜温、加热速率与热聚合的时间是该工艺的关键因素，应经试验而定。
　　该法不足之处是回配缺乏搅拌装置，将影响产品质量的均匀性，也导致部分釜底结焦。而20％左右煤焦油的回配带入了一些低温馏分，使相对分子质量分布的区间增大。另外要扩大焦油蒸馏釜的处理能力就要借助于提高热聚合温度，以缩短热聚合时间，但当釜温超过400℃后，沥青的焦结速度加快，从而缩短了清釜周期。

2　改质沥青的性能指标

　　改质沥青的性能指标主要由市场的需求，特别是为满足引进工程需要而确定的。原国家标准GB2290?80对硬质沥青的性能要求有2项：软化点(环球法)95～120℃，水分不大于5．0％，而且水分只作生产操作中控制指标，不做质量考核依据。GB8730?88有了新的规定，见表1。贵阳铝厂引进工程，按国外配方选用的改质沥青性能指标的要求范围较窄，见表2。鞍钢与澳商考柏公司合作生产改质沥青工程中规定沥青的质量指标列于表3。

表1GB8730?88标准中改质沥青的技术性能

指标	一级品	二级品
软化点（环）/℃	100～115	100～120
甲苯不溶物
（抽提法）/％	28～34	≥26
喹啉不溶物/％	8～14	6～15
β树脂/％	≥18	≥16
结焦值/％	≥54	≥50
灰分/％	≤0.3	≤0.3
水分/％	≤5	≤5

表2贵铝引进工程所需改质沥青的技术性能

指标	贵铝日方要求	协议一级品	协议二级品
软化点（环）/℃	100～106	100～110	100～115
甲苯不溶物/％	35～37	≥34	≥32
喹啉不溶物/％	9～12	≥8	≥6
β树脂/％	≥23	≥23	≥23
结焦值/％	≥57	≥55	≥54
灰分/％	≤0.3	≤0.3	≤0.3
水分/％	≤5.0	≤5.0	≤5.0

表3鞍钢与澳商考柏公司改质沥青性能

指标	合同值	成品分析
软化点（环）/℃	105～125	112.1～118.8
结焦值/％	45～65	55.0～56.1
喹啉不溶物/％	5～15	5.5～6.5
灰分/％	≤0.3	0.16～0.24
苯不溶物/％	≥25	27～31.2
β树脂/％	≥20	20.9～25.7
水分/％	≤1	痕量

注：硫、铁、二氧化硅含量及蒸馏实验（360℃）前的馏出物总量简略。

　　对改质沥青国家标准GB8730?88所规定的一些参数，如果要适用于多方面，还需要进一步完善与修订，如高级工程师傅正蔚在《关于对石墨电极使用改质沥青技术指标的商榷》一文建议的软化点(环球法)取高于90℃(北方)和高于95℃(南方)两值。此外电炭行业新工艺(采用振动球磨，双螺旋混合工艺)的应用就需要较高软化点（125～140℃，环球法)的改质沥青。所有这些都应在新的改质沥青标准中列入。主要生产企业的改质沥青性能见表4^{〔12，13〕}。

表4主要生产企业的改质沥青性能

生产厂家	水钢焦化厂	鞍钢化工总厂	石家庄焦化厂	宣钢焦化厂	太钢焦化厂
软化点	100～110	105～125	109～114	105.4～	107～
(环球法）/℃				107.8	110
甲苯不溶物/％	≥32	≥25	34～36	35.38～36	35～37
喹啉不溶物/％	≥6	5～15	12～14	9.22～10.54	8～10
β树脂/％	26～26.5	≥20	21～23	25.1～26.45	25～27
结焦值/％	≥54	45～65	58～59	50.05～59.87
灰分/％		≤0.3	0.1～0.3	0.17～0.19	≤0.3
水分/％			4～6		≤5

3　改质沥青的应用

3．1在石墨电极生产中的应用
　　70年代初，吉林炭素厂就在某刊物上发表了《用硬沥青作粘结剂生产石墨电极试制总结》论文，充分肯定了采用硬沥青作粘结剂生产直径400mm的石墨化电极的优越性，无论在提高电极的体积密度、机械强度，还是在电炉炼钢中这种电极的使用性能都很好^〔14〕。上海炭素厂也曾试用软化点85～95℃(水银法)的高温沥青做粘结剂制造直径300mm石墨电极，同样也发现能显著提高电极在炼钢中使用效果，能减少制品开裂和增碳，降低电极在炼钢中的单耗。90年代中期，山西省介休士达炭素有限公司用改质沥青生产各种规格的普通石墨电极，体积密度达1．68g/cm3以上，相当于高功率电极的密度，从而把石墨电极生产技术提高到一个新水平^〔15〕。
3．2在阳极糊生产中的应用
　　为提高阳极质量，降低单耗，改善侧插槽铝厂的环境卫生，节约电耗以及便于夏季贮运等，南通炭素厂、沈阳铝镁设计院于1979年开始研制高温沥青阳极糊工艺，经2～3年的努力，先后试生产了70t高温沥青阳极糊，采用的沥青软化点在99．5～106℃。从所做的试验看出，采用高温沥青生产阳极糊的优越性大致如下：1)高温沥青阳极糊完全可以适应60kA侧插铝电解槽生产；2)高温沥青阳极糊电阻率为48μΩ?m，比中温沥青阳极糊低8．6％；3)采用高温沥青阳极糊的槽子，其操作带和槽顶的空气中含沥青量比中温沥青槽同一地带的含量低50％，这说明了高温沥青的阳极糊可以减少环境污染。
3．3在铝用石墨阳极生产中的应用
　　贵州铝厂于80年代初期，青铜峡铝厂于80年代中期，先后从日本引进铝用石墨生产技术及其装置，其中都采用改质沥青作为粘结剂，要求沥青的软化点(环球法)为113℃。后改用贵州水城钢铁公司焦化厂等企业试制的改质沥青，通过10余年的试用，证明完全实现了引进铝生产工程所需原料??改质沥青的国产化。
3．4在电刷生产中的应用
　　哈尔滨电炭研究所近年来从俄罗斯引进了当今世界较先进的航空电机用电刷工艺及其设备。该工艺特点就是采用高软化点沥青(125～145℃环球法)^〔16〕作粘结剂与石墨按一定的配比在振动球磨机中边磨边混，之后又经双螺旋混合机混合，然后打粉(磨粉)、压制、焙烧、石墨化。这种工艺制造出的电刷半成品具有各向同性，机构强度高，均一性好。另外开裂纹少、成品率较高。

4　其他

　　1)改质沥青作为炭－石墨制品的粘结剂能改善产品的质量，提高产品的成品率，解决夏季贮运问题以及减少环境污染等。同时也是一些高科技炭－石墨产品不可缺少的原料，因此它的应用前景是美好的。
　　2)为满足引进技术企业实现原料国产化，解决夏季沥青贮运，加速我国高功率、超高功率石墨电极研制以及提高企业的经济效益，我国较多的钢铁公司焦化厂重视改质沥青的研制与生产。另外一些设计研究所及大专院校，如贵阳铝镁设计院、沈阳铝镁设计院、鞍山焦耐院、鞍山热能研究所、湖南大学、武汉冶金科技大学(原武汉钢铁学院)等也从事改质沥青的研制、生产。
　　3)采用改质沥青对沥青熔化及沥青与骨料的混捏要求有较高的温度。这对大部分企业来说就要增设与改造一些工艺设备，需花费一些资金，也许是改质沥青在炭－石墨制品，特别是电极制品生产中应用还不广泛的主要原因之一。但是随着高温有机载热体等技术在炭－石墨制造行业中的推广，这种局面将很快改变。
　　4)改质沥青在欧洲、美洲市场看好。武汉焦化公司在努力拓展国际市场后，使公司的改制沥青首次出口俄罗斯。1998年11月底至12月初俄罗斯布拉次克铝厂订购该公司改质沥青600t，产品到货后，马上又续订了合同，并决定与武钢焦化公司建立长期改质沥青的供求关系^〔16〕。

作者简介：冯勇祥　男1932年9月生。1955年毕业于黑龙江大学(原哈尔滨外国语学院)俄语系，高级工程师，主要从事电炭生产、科研方面的国外情报资料的收集工作。
作者单位：东新电碳股份有限公司，四川自贡　643000

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