浅析对油系针状焦几种颗粒稳定性评价方法之间的关系

徐永奎，韩照宪，廖虎，岳远会，彭莉

（山东益大新材料股份有限公司， 济宁 272400）

1 概述

针状焦是一种人造石墨，是一种优质炭素材料，各向异性，其外观为银灰色、有金属光泽的多孔固体，其结构具有明显流动纹理，孔大而少且略呈椭圆形［1］，颗粒有较大的长宽比，有如纤维状或针状的纹理走向，摸之有润滑感［2］。

针状焦主要用于生产电炉炼钢用的高功率（HP）和超高功率（UHP）石墨电极［3］、锂离子电池负极材料、特炭材料等高端炭素制品。

在针状焦的应用中，超高功率石墨电极生产企业对针状焦的粒度要求比较高，锂离子负极材料行业对针状焦的加工性能又有一定的要求，这就要求针状焦生产企业对针状焦的颗粒强度系数［4，5］、颗粒稳定性［6］进行评价。

目前针对固体颗粒机械强度的评价方法只有三种类型。第一类是将试样放置于（或设有硬质球体的）转动容器中，通过测量试样抗磨损的程度，来表征试样的机械强度，如GB 8209和GB/T 7702.3等。第二类是对一定粒径的试样施加压力负荷，以试样完全破裂时所受最大压力负荷，来表征试样的抗压强度，如GB/T 14201和GB/T 14853.6等。第三类是将一定粒径的试样从固定高处自由落下至特定界面上，统计试样损坏前落下的次数，来表征试样的抗摔强度。这些方法要么是针对金属矿石的，要么是针对特定应用炭质制品的，目前还没有专门针对针状焦制定评价方法。

根据针状焦的实际情况，选择使用颗粒强度系数、哈氏可磨性指数［7］、颗粒稳定性三种方法对生焦及煅后焦进行评价并寻找这几种分析方法之间的关系，在分析过程中数据的干扰因素较多，如焦的振实密度、气孔率、形貌等都对分析结果有一定的影响。

2 分析方法及使用的仪器

2.1 颗粒强度系数

方法原理：一定量的试样是在一定压力下，挤压一定时间后，所剩余大于较小颗粒的筛径的试样量与总试样量的占比。

仪器：山东益大新材料有限公司根据试验目的与济南思达测试技术有限公司联合开发的“微机控制颗粒焦强度检测仪”。

型号：WDW-30

分析方法：采用山东益大新材料有限公司企业标准：QBSDYD-001进行测试。主要步骤是称量100g颗粒度3.2mm～7.0mm的煅后针状焦置于试样槽内；然后将试样槽置于强度测试仪工作台上，选用自动挤压试验压力20KN，保持时间60s；自动挤压结束后，计算试样槽内大于3.2mm试样占总试样的质量百分比，即为颗粒强度系数。

2.2 颗粒稳定性

方法原理：用实验振动仪将4mm～8mm煅烧焦的颗粒研磨，然后测定残留在特定筛网上的颗粒的含量。

仪器：颗粒稳定性测定仪，北京中仪励朗科技有限公司。

型号：ALC-21。

分析方法：采用YS/T 587.11-2006（炭阳极用煅后石油焦检测方法 第11部分：颗粒稳定性的测定）进行测试。

2.3 哈氏可磨性指数

方法原理：将一定粒度范围和质量的煅后石油焦，经可磨性测定仪研磨后在规定的条件下筛分，称量筛下物的质量。从标准样中得到的可磨性指数曲线计算煅后石油焦的可磨性指数。

仪器：SDHG60a哈氏可磨性指数测定仪，湖南三德科技股份有限公司。

型号：SDHG60a。

分析方法：采用YS/T 587.14-2010（炭阳极用煅后石油焦检测方法 第14部分：哈氏可磨性指数（HGI）的测定）进行测试。

3 分析数据

我公司从2019年开始做同一个样的生焦和煅后焦颗粒强度系数、哈氏可磨性指数、颗粒稳定性，已经积累数据达一千多组，为了便于总结，我们对数据进行了整理，以颗粒强度系数为基准，进行数据平均得到以下数据。

3.1 生焦

从表1和图1中可以看出：

表1 生焦颗粒强度系数、哈氏指数、颗粒稳定性数据表Table 1 Strength coefficient, HGI and particle stability data of green coke particles

图1 生焦强度系数、哈氏指数、颗粒稳定性对照表Fig.1 Comparison table of green coke strength coefficient, HGI and particle stability

⑴颗粒强度系数在30%之前，哈氏可磨性指数大于95，之后随着强度系数的增加迅速降低。

⑵颗粒强度系数在32%之前，随着颗粒强度系数的增加颗粒稳定性跳跃式增加，基本在40%以下；颗粒强度系数大于36%以后，颗粒稳定性大于60%，并随着颗粒强度系数的增加而增加。

3.2 煅后焦

从表2和图2中可以看出：

表2 煅后焦颗粒强度系数、哈氏指数、颗粒稳定性数据表Table 2 Strength coefficient, HGI and particle stability data of calcined coke particles

图2 煅后焦强度系数、哈氏指数、颗粒稳定性对照表Fig.2 Comparison table of calcined coke strength coefficient, HGI and particle stability

⑴煅后焦随着颗粒强度系数的增加，颗粒稳定性大部分在75～80%之间波动，颗粒强度系数大于44%后，颗粒稳定性迅速增加，但没有平均的数据波动更大，故煅后焦的颗粒强度系数与颗粒稳定性找不到特别的对应关系。

⑵从图表可以看出哈氏可磨性指数不符合分析方法的特性，所以该分析方法对煅后焦不适用。

3 结论

⑴对于生焦颗粒强度系数在30%以下，哈氏可磨性指数大于100，颗粒稳定性呈波浪式上升。当颗粒强度系数大于30%，哈氏可磨性指数迅速下降，颗粒稳定性呈上升趋势。

⑵对于煅后焦，颗粒强度系数、哈氏可磨性指数、颗粒稳定性关联度较差。对于石墨电极行业，颗粒稳定性对于其生产更有指导意义。

⑶将来建立颗粒稳定性评价方法时，应该考虑电极行业从高处掉落的力加上颗粒之间的掉落的冲击力以及混捏中搅拌力等。