容重法确定颗粒级配在炭素生产中的应用探讨

洪亚锋

摘 要：容重法作为确定合理颗粒级配的有效方法，被广泛应用在陶瓷，炭素生产等领域。文章以实际使用容重法确定颗粒级配的实验为例，分析了容重法实验配比与实际使用配比的不同。实际生产中受原料性质、设备状况的影响，配比要进行调整。

关键词：容重法；炭素生产；颗粒级配

前言

固体原料的颗粒级配是陶瓷、耐火材料、炭素等材料生产中一个重要的技术参数。尤其在电极糊、預焙阳极、石墨电极等炭素制品的生产中，控制配料的粒度组成是控制产品质量极其重要的措施之一，被认为是炭素技术中的核心问题。粒度组成的合理与否，几乎影响着炭素制品的所有性能。

最紧密排列理论是颗粒级配的经典理论，它是建立在球形颗粒的基础上，是一种连续的级配方式。但由于其模型与实际情况有较大差异，有人提出一些半经验法，对理想模型进行适当修正。近期，有些研究者通过建立数学模型，尝试用现代数学理论及计算技术对堆积颗粒系统的粒度级配进行优化，此方法一定程度上节省了研制的费用，提高了工作效率。但实际生产中，由于受原材料的结构和生产设备及工艺的影响，原料颗粒粉碎后的形状不是球状，有的与球状还相差甚远。为了获得与真实级配较为接近的颗粒级配，进行颗粒级配试验是必要的途径。

常用的确定颗粒级配的方法一般是通过筛分试验来确定的。部分研究者总结出了通过容重法确定颗粒级配的方法。此法具有较强的实际操作性，适合在实际生产和科学研究中使用。容重一般是工程上用的一立方的重量，即单位容积内物体的重量。容重法确定颗粒级配，其方法是以大颗粒为基础在大颗粒中掺入不同数量的中颗粒，分别测出它们的容重。当容重最大时认为中颗粒充分填充了大颗粒的间隙，此时大中颗粒的比例即为它们的合理配比。再在此比例的颗粒中掺入细颗粒用同样的方法求得新的合理配比，如此重复就可以得出最终的比例即合理颗粒级配及此时制品的体积密度越大，即合理颗粒级配及此时的容重。值得注意的是，容重法也设定了材料为理想的标准圆球状，但这种理想状态在实际生产中基本不存在，存在一定的误差。

此前，还没有研究者针对容重法在炭素制品生产中确定颗粒级配的研究实例进行报道。炭素制品生产中的原料粒度范围较宽，而容重法受原料种类和粒度的影响很大，如不加以区分，对其使用者会造成严重的后果，阻碍生产和技术改进进度，误导领导者的决策，因此有必要对其进行分析和再讨论。文章详细介绍了利用容重法如何得到炭素原料颗粒级配的步骤，并对实验结果进行分析，得出了容重法配比与生产实际使用配比的差异所在，供使用者参考。

1 实验部分

1.1 实验材料

选用的材料为经过空气干燥的电煅烧无烟煤，粒度范围为20～8mm（以下简称大颗粒），8～4mm（以下简称中颗粒），4～0mm（以下简称小颗粒），及粒度为0～0.075mm（以下简称细颗粒）的煅烧石油焦，各粒度连续分布。

1.2 实验步骤

首先选择大颗粒和中颗粒进行配比，选择二者的容重最大的比例后，再与小颗粒进行配比，得到大中小颗粒的最佳配比。最后与粉料进行配比，最终确定颗粒级配。本试验容重法在自然堆积的条件下完成（自然堆积是指将材料装满500raL的容量瓶，称量后减去容量瓶重，除以容量瓶体积）。

2 分析讨论

文章的结论是在多次反复试验的基础上得出，给出的最佳配比仅限于采用同种粒度级别的原料和容器时得出。值得注意的是，容重法实验总结出的配方与实际生产中使用的配比相比，存在着较大的差异。

表1为某厂2009年实际生产使用固体原料配比和容重法所确定的颗粒级配。由表可看出，实际配比中的细颗粒和粗颗粒比例较大，中、小颗粒比例较小；实验配方中，细颗粒和小颗粒比例是大中颗粒比例的约1.5倍。实际生产中增加大颗粒的比例，主要是考虑提高产品的抗热震性能和抗氧化能力。实验结果细，小颗粒比重较大，单纯是考虑增加炭素制品致密性，提高体积密度及机械强度。此外，生产中实际使用的原料纯度无法达到实验原料纯度的要求，一般在85%左右，造成了一些偏差；另一方面要使配方完全符合容重法实验结果，则粉子纯度应在85%左右。

因此，容重法结果只能获得合理的颗粒级配，具体到实际生产中，应根据实际情况进行调整。且在自然堆积实验条件下获得容重随机性和波动性较大，实际使用时如采取震动、挤压或剪切等外力成型，考虑成型难易及粘结剂使用等因素，配比也必须要进行调整。

3 结束语

文章研究了容重法在炭素生产中确定颗粒级配的应用，具体介绍如何得到炭素原料颗粒级配的步骤，得出当大、中、小、细颗粒配比为18.5%，18.5%，30%，33%时容重最大，为1.1839/cm3。容重法颗粒级配实验结果可以作为实际生产调整配方的依据。实际生产中受原料性质、设备情况影响，配比必须要进行调整。

参考文献

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