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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