煅烧余热在浸渍中的利用

1、沈阳理工大学学士学位论文摘 要为了节能减排、节约资源、保护环境，国家环保部强制要求碳素生产行业实行节能减排措施，碳素生产的煅烧余热在浸渍中的利用就是非常有效的措施。对煅烧余热的利用是良好的改进措施，减少了热资源的浪费，也减少了浸渍过程的热处理节约了资源。煅烧余热的利用方案简便低费，有利于企业的可持续发展。本文对H碳素厂现行的部分煅烧余热利用进行了论述和分析，与本行业现阶段比较先进的煅烧余热利用措施进行比照，重点指出该厂现行煅烧余热利用的不足之处，并提出改进方案和建议。最后，文章对煅烧余热在浸渍中的利用进行了设计、计算，并对未来煅烧余热利用的发展进行了展望。关键词：煅烧；浸渍；余热利用；节能减排

2、Abstract1 引言1.1 课题研究的背景和意义随着社会的发展和经济水平的提高，人们对生活、工作的环境质量要求也越来越高，环境问题越来越受人关注。在全国各地因环境污染引发的群体性伤亡事件也越来越多，事件性质也越来越恶劣，一些不负责任的企业只顾自身经济利益，忽略对环境的保护，忽略对职工健康的关心。一些职业病发病率越来越高，工人工作的环境和安全问题也受到人们关注。以往只注重发展经济，忽略治理环境污染的发展理念逐渐被淘汰，逐渐流行的是以预防为主，防治结合的环境友好型可持续发展的发展观。我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境破坏的代价，这俩者间的矛盾日趋尖锐，广大人民群

3、众对环境污染问题反应强烈。这种状况与经济结构不合理、增长方式粗放直接相关,若不及早采取措施将对未来生活带来严重危害。目前国内资源日趋匮乏并且没有有效合理利用，这会给人们带来很大的困扰，实施“节能减排”才能实现资源的有效合理利用，才能使经济健康的增长。我国在国民经济和社会发展第十二个五年纲要中提出了“节能减排”的目标，即到2015年，单位GDP二氧化碳排放降低17%，单位GDP能耗下降16%，主要污染物排放总量减少8%到10%的目标。这些约束性指标体现了国家节能减排的决心和对人民生活、工作环境的关心。碳素行业是高耗能行业之一，节能减排也是这个行业必须采取的措施。其中石油焦的煅烧过程是产生污染的重

4、要来源。煅烧过程能产生的SO2、NO2以及烟尘，直接排放会造成环境污染，也会对人类健康造成危害，影响职工的身体健康和周围居民的正常生活。煅烧产生的余热如果直接排放，不仅引起环境热污染，也造成热资源的浪费，不符合国家节能减排的做法。对于这些余热如果能加以利用不仅能减少资源浪费，还能保护环境减少企业的生产成本，提高企业的效益。国家要求工业企业节能减排，是在保护环境和节约资源作出的必然选择。资源已经被过度开发利用，现在需要人们采取措施合理有效利用资源，这是维持可持续发展必须作出的选择，提高资源的利用率，减少资源浪费也是保持企业竞争力的有效措施。1.2 H碳素厂情况简介H碳素厂目前有24罐罐式煅烧炉,

5、根据企业需要煅烧原料。每个罐一般流量为60100kg/h，原料在罐内停留时间为1836h，计算公式为： t=abhrq （11）式中 a罐长度，m； b罐宽度，m； h罐高度，m； r原料平均堆积密度，kg/m3； q每罐每小时排料量，kg/h。1.3 研究的主要内容和方法主要研究内容是年产2万吨石墨电极的煅烧余热在浸渍的利用。研究方法是从了解国内和国外煅烧余热利用的发展情况出发，通过对国内外煅烧余热技术的比较，结合H碳素厂现状提出余热利用在浸渍过程的措施。论文做了一下具体工作：1、通过查阅图书、文献等相关资料，认真分析国内外煅烧余热利用现状，结合国内H碳素厂实际情况，对其生产工艺、余热利用等

6、进行研究。2、根据节能减排的目地，对现行的余热利用措施进行分析，确定新的余热利用措施。3、对煅烧余热利用措施进行总结，为碳素厂的节能减排提供经验。2 碳素厂生产工艺流程2.1 碳素厂的工艺流程碳素厂的工艺比较复杂，从原材料进入到生产成成品一般需要下面七个步骤：（1）煅烧煅烧是将各种碳素原料在隔绝空气的条件下进行高温处理，它是碳素生产中的一个重要工序。碳素煅烧温度需要达到1400以上，这个过程中排出水分、挥发份等，既有物理变化也有化学变化。（2）中碎中碎就是在碳素生产中采用机械的方法，使固体物质克服内聚力，由大块碎解成小块或细粉的操作过程。中碎过程需要用到许多破碎、粉磨机械，比如锤式破碎机、鄂式

7、破碎机、对辊式破碎机和雷蒙磨等。这个过程还包括按照生产配方不同配制不同的原料，还包括破碎料的混捏等。（3）成型成型是指把混捏好的原料通过挤压、振动等方式弄成具有一定尺寸、一定形状、一定密度和机械强度的块状或棒状物体的工艺。成型方法有很多种，主要有为模压成形、挤压成形、振动成形、等静压成形等四种。（4）焙烧焙烧过程实际上是使生坯通过热处理（大约1000）将黏结剂炭化为黏结焦的过程。即将压制好的生坯放置在焙烧炉内，隔绝空气进行加热，黏结剂在一定温度下，进行一系列的物理化学反应，在炭骨料表面声成一定厚度的黏结剂焦膜。通过黏结剂焦使炭粉颗粒与颗粒之间连接成具有一定机械强度和理化性能的整体。（5）浸渍浸

8、渍即碳素材料的密实化。通过加压等方式使焙烧完的制品气孔得到密实，还提高制品的密度、强度、电导率、热导率和耐腐蚀性。（6）石墨化碳素厂最复杂、最关键的工序便是石墨化。所谓石墨化，是把焙烧品置于高温炉内，在保护介质中加热到23002500以上，使六角碳原子平面网络从二维空间的无序排列，转变为三维空间的有序排列的石墨结构的高温热处理过程。这个过程提高了制品的导热和导电性能，提高了制品的热稳定性和耐热冲击性及化学稳定性等。（7）机械加工机械加工即按照客户需要把制品加工成规定的形状、尺寸和表面粗糙度及其他特殊要求，一般通过数控或机械车床加工成成品。 3 煅烧生产概述3.1 煅烧余热利用技术的发展及现状3

9、.1.1 国外煅烧余热利用技术的发展及现状1886年，法国人P.Heroult和美国人C.Hall发明了电解铝，并生产和使用了炭阳极和阳极糊。1890年，Castnet发明了水银法电解槽，使用了炭阳极。从此，开创了碳素制品在电化学冶金和化学工业的应用。此外，在生产黄磷、硅铁、碳化硅中都使用了炭电极。特别是随着近代钢铁和铝工业的发展，对碳素的要求也越来越高，产量也越来越大。人们的环保意识也越来越强，建立可持续发展的生产模式也越来越重要。煅烧是碳素生产中十分重要的一环，煅烧原料温度须达到1000度以上，此过程需要消耗大量能源，同时又有大量能源浪费。煅烧的余热利用技术有很多种，国外大型碳素厂主要是用

10、来发电，排放的高温烟气，即使部分用于加热导热油炉后仍有较高热焓，利用余热锅炉生产蒸汽用来发电。一个年产20万吨的罐式煅烧炉生产线小时发电量可达5000kw，按年利用小时数8000小时计，年发电量可达4000万kwh，仅此一项可给企业带来上千万纯利润，节能效果相当客观。德国西格里碳素集团公司（SGL）和美国优卡碳素公司（GTI）是世界上第一、二名的碳素企业，它们的煅烧余热利用技术也代表了最先进的水平。在碳素领域内，由于追求更高的经济和环保效益，余热利用技术得到了较快的发展，主要包括：1、加强余热利用技术理论研究为更好满足可持续发展要求，力求提高碳素煅烧余热利用技术而强化余热利用技术理论研究工作。

11、一方面探明和掌握煅烧余热的来源及热量；另一方面了解其他行业余热利用的措施加以发展利用。2、改进并寻找新的余热利用技术结合理论寻找新的余热利用技术，然后和实践结合提高余热利用的效率。利用余热发电需要条件较高，寻找经济实用的余热利用技术，通过换热管等收集余热更好的对其利用。3、加强环境保护和重视综合利用加强烟尘的捕集和回收，重视烟尘重复利用，可对产生烟尘点设置收尘设备；对热源和噪声采取隔离和防护措施。3.1.2 国内煅烧余热利用技术的发展及现状我国碳素产量十分大，特别是国内炼钢、炼铝行业的发展更促使着碳素行业的蓬勃发展。但是我国碳素质量不高，大多是普通石墨，高功率和超高功率石墨电极的产量和质量更是

12、和世界先进水平有不小的差距。我国的碳素厂数量众多，大规模的工厂少，这也导致了煅烧余热技术的发展水平不高。目前我国碳素工艺工业余热利用技术水平较低，大部分余热尚未充分利用，在余热利用过程中还存在不少问题。煅烧余热利用方法主要是直接、间接和综合法。主要的余热利用技术为：有机载体加热；生产蒸汽；余热发电；供暖、供热等。以上所述煅烧余热利用，目前有的已在大型企业应用如方大碳素、开封碳素等，有的尚处于论证研究阶段。国内企业的因为生产规模、技术、资金、国家政策等条件的制约，利用煅烧余热发电应用比较少，但国外有不少企业已经应用，有机载体加热技术因设备简单、投资较少、碳素企业可以在压型、混捏、浸渍工序中为沥青

13、加热，得到了广泛的应用；但该技术仅能一次利用热源，大部分的能源尚未得到合理利用。目前国内唯一上市碳素企业方大碳素在节能和余热利用上面做的最好，相对而言大型企业对这方面也更加关注，投入资金也多故余热利用效率也更好。但是在我国河南、山东、河北等地也有不少小型碳素企业，他们对于节能减排做的较少，目前国家也出台了一系列政策禁止小型碳素厂的上马，支持大型碳素企业的兼并、重组等。3.2 煅烧工艺概述3.2.1 煅烧原料煅烧是将各种固体碳素原料在隔离空气的条件下进行高温加热处理。它是碳素生产中的一个重要生产工序。煅烧原料一般主要是石油焦、沥青焦、无烟煤、冶金焦、针状焦等。表3.1 各种碳素原料的适应范围及主

14、要机能原料种类适应范围主要机能石油焦炼钢用石墨化电极、电解用阳极板、核反应堆石墨砌体导电性，耐热冲击性，中子减速能力与反射能力针状焦炼钢用石墨化电极导电性、耐热冲击性沥青焦电解用阳极板、电火花加工用电极、机械用炭，特种石墨导电性、耐腐蚀和氧化、纯度高，机械强度高无烟煤高炉炭块高温下强度高，体积稳定，耐碱性融溶物的腐蚀图3.1 煅烧原料3.2.2 煅烧的原理和目的在碳素厂中大量煅烧的就是石油焦。石油焦煅烧的目的主要有以下四点：（1）排除石油焦中的水分和挥发份生石油焦一般含有3%-5%的水分，一定数量（8%-15%）的挥发份，原料经过煅烧可排除其中的水分和挥发份，从而提高原料的固定含碳量，其理化性

15、能得到提高，煅后焦水分含量小于0.5%。（2）提高石油焦的密度和强度生石油焦经过煅烧，由于挥发份和水分的排出，体积收缩，分子结构重新排列，体积密度增大，强度提高，同时获得较好的热稳定性。随着真密度的提高，电阻率大大降低，同时也提高了石油焦的化学稳定性和抗氧化性。（3）提高石油焦的导电性能石油焦经过煅烧排出了挥发份，同时分子结构也发生了变化，电阻率降低从而提高了导电性能。一般来说，煅烧温度越高，导电性能越好，对碳素产品的质量就越有利。（4）提高石油焦的抗氧化性能石油焦经过煅烧，可使其物理化学性能稳定。随着煅烧温度的升高，石油焦在高温条件下发生热解和聚合反应，此过程氢、氧、硫等杂质相继排出，化学活

16、性下降，物理化学性质趋于稳定，从而提高了原料的抗氧化性能。原料在煅烧过程中的变化是复杂的，既有物理变化又有化学变化原料在低温烘干阶段所发生的变化（主要是排除水分），基本上是属于物理变化；而在挥发份的排出阶段，主要是化学变化，既完成原料中的芳香族化合物的分解，又完成某些化合物的缩聚。表3.2 各种原料煅烧前后理化指标比较指标灰分/%真密度/C体积密度/g/cm3体积收缩率/%粉末电阻率µ/m煅前煅后煅前煅后煅前煅后13.04800.110.351.612.090.90.970.150.411.462.090.820.9914.64830.20.351.422.080.931.1121.

17、54670.170.5413.72.050.991.1328.54500.140.2113.62.080.941.1525.5443表3.3 我国碳素用石油焦煅烧前后理化指标比较理化指标生石油焦煅后焦灰分/%0.110.20<0.55真密度/ g/cm31.31.612.052.10体积密度/ g/cm30.80.990.91.15硫分/ %<2.5<1.8挥发份/%815<0.5水分/%315<0.3粉末电阻率/µ/m<5003.2.3 煅烧工艺流程简介煅烧工艺视所用煅烧设备不同而异，煅烧设备的不同也影响到煅后焦的质量，煅烧设备的选择要看工厂的产

18、品品种、年产量、能源供应等情况综合决定。目前，国内外通用的煅烧炉有以下几种：（1）回转窑；（2）罐式煅烧炉；（3）电热煅烧炉；国内，多数碳素厂采用罐式煅烧炉和回转窑，电碳厂则采用电热煅烧炉，而H碳素厂为24罐式煅烧炉。煅烧一般可分为以下四个阶段：（1）煅烧温度升高到400500的温度范围时，由于碳素原料中的大分子及大分子中的原子或原子团的平均能量不断增加，增加到大于其键能时，一方面可能逐步发生大分子裂解成小分子；而另一方面会使部分侧链基团发生断裂，并以挥发份的形态排出。在500的煅烧温度范围内，各种碳素原料中的挥发份是呈油雾黄烟的形态逸出的。（2）在500800范围内，各种碳素原料的挥发份的排

19、出量最大。因为石油焦在焦化前已经过370390的蒸馏，500左右才进入焦化塔焦化，所以轻分子已经被蒸馏出去，留下的都是分子量较高的物质。（3）当煅烧温度约为700时，碳素原料挥发份的主要成分是碳氢化合物及由碳氢化合物热解所分解的氢。当温度继续升高，将会引起碳氢化合物的强烈分解生成热解炭。这种热解炭不断沉积在焦炭气孔壁及其表面，形成一种坚实有光泽的炭膜，使焦炭的抗氧化能力和机械强度大为提高。（4）随着温度的继续升高，气体的逸出量减少，热解的温度增加，进一步促进结构的紧密化，从而使焦炭的电阻率降低。煅烧温度在1100以上时原料的排气基本上停止，收缩相对稳定，因此石油焦的煅烧温度一般不低于12501

20、300。 图 1排出量；2电阻率；3相对收缩；4真密度3.3 煅烧产生的废物及其对环境的影响我国炭素生产的装备相对来说还比较落后，虽然近年引进了不少先进设备，但是引进.单机多，整套系统少。其次是操作、维修和管理水平达不到要求，以及员工素质不高。因此，设备刚引进时效果好，随后就下降。特别是生产设备和设备间的连接及生产系统的密闭性较差，因而在生产过程中必然造成粉尘和烟气的外泄，弥漫在车间与厂区。烟气没得到有效的处理，以及除尘器效果不佳，因而使烟气中有害气体和粉尘排向大气，对环境造成危害，故应加以治理。在炭素生产中，粉尘和烟气的来源如卜所述，炭素生产中产生的粉尘主要是炭粉，各种机械工作时，使部分焦粉

21、飞溅和扬起;焙烧和石墨化装出炉时扬起的粉尘中还含硅砂粉。烟气主要是生石油焦、煤焦油和煤沥青中的挥发分和烟气(SO2、CO2、CO、N2等气休);还有燃烧不完全的炭黑和焦粉。若生产高纯石墨，采用通气纯化，则将产生Cl2和F2气，甚至在高温下通氮气时可能生成剧毒的氰酸(HCN)或氰化物。 在碳素生产中，使用天然气、煤气，重油等燃料，如天然气主要组成是甲烷，它一般无害，但空气中天燃气含量大10%时，可使人窒息。各种煤气中含有一氧化碳，一氧化碳有强烈毒性反应，空气巾CO允许含量应不超过20mg/m3。SO2是造成酸雨的根源。 碳素厂是工业中对环境污染比较严重的厂矿之一。它在生产过程中产生大量的粉尘、废

22、气和废水。其中许多物质对环境、人体和生物有害，如硫、粉尘、氮氧化物等。除此，热辐射和噪音等也对人体造成一定的伤害。因此碳素厂周围的环境保护问题非常重要。碳素厂在整个生产过程中，如原料准备、配料、混料、破碎等过程会产生大量的粉尘。因此工人在含尘浓度过高的环境下长期工作，可能会产生矽肺病，从而丧失劳动能力，产生不良的社会影响；其次是大量含尘气体的排出，不仅使许多有用原料被浪费，而且使大气受到污染，影响人们健康；此外工业性噪声也直接对从事生产的工人带来危害。H碳素厂所在省的区域性排放大气污染物综合标准（DB37-2367-2013）规定SO2、NOX(以NO2计)及颗粒物标准分别是300mg/m3、

23、300 mg/m3和30 mg/m3。由此可见如果处理不好碳素厂的污染等问题会对环境造成很大的危害，不仅影响人们的正常生活，而且会直接影响我国经济和社会的发展。因此，在搞好碳素生产的同时，搞好环境保护是一项十分重要和有意义的工作。3.4 H碳素厂目前余热利用现状和除尘处理H碳素厂自2011年成立以来一直注重对环境的保护和资源的重复利用，但是其煅烧余热利用和国内先进水平相比还有差距，还需要学习和引进国内外的先进技术。企业原料煅烧吸热只占罐式炉热支出的30%左右，被高温烟气、高温炉渣等带走的热量达40%60%。一般来说，余热热源往往有以下特点：（1）热负荷不稳定，不稳定是由工艺生产过程决定的。例如

24、：企业生产是周期性的，而高温产品和炉渣的排放是间断性的，有的工艺生产虽然稳定，但热源提供的热量会随着生产的波动而波动。（2）受安装场所固有条件的限制，如有的对前后工艺设备的联接有一定的要求，有的对排烟温度要求保持在一定的范围内等。这些要求与余热回收设备常发生一定的矛盾，必须具体问题具体分析。粉尘与烟气等的治理措施包括：（1）原则是何处产生粉尘和烟气，就在该处进行处理，·级除尘不够，就应采用二级除尘，排放应符合国家标准。（2）对于粉粒原料的输送、提升、破碎、筛分、磨粉、配料、机械加工及辅助材料的加工与输送等设备与设备间的连接尽量采用封闭式生产操作，并分别配备除尘装置。（3）焙烧和石墨化

25、装出炉应采用封闭系统，如采用多功能天车。（4）沥青的熔化池应加盖，沥青输送管道化，对沥青烟气应采用电除尘或水除尘。（5）沥青挥发分与烟气处理措施，叮采用静电除尘、化学处理、水除尘、烟囱出口处高空燃烧。（6）车间高窗强制排风。（7）尽量采用自动化程度高、密封性好与低噪声的机器或自动生产线。（8）改进窑炉结构与操作，防止热辐射。（9）厂区绿化。H碳素厂目前除尘靠的是布袋除尘器，大体上满足了环保要求，效果大体令人满意。4 浸渍生产概述浸渍即碳素材料的密实化。随着碳素材料应用领域的不断扩大，对它提出了更多更高的要求。碳素材料是一种多孔性材料，密实化工艺，是以不同形式的炭物质，或金属与合金或其他非金属物

26、质，填满碳素材料的气孔或涂层表面。密实化工艺的目的，主要为了提高制品的密度、强度、电导率、耐腐蚀性和耐磨性等，本文涉及的浸渍一般指用沥青浸渍碳素材料。4.1 浸渍的定义由于煤沥青在焙烧过程中一部分（约占黏结剂的30%40%）分解成气体逸出，另一部分焦化为沥青焦。从而使生成的沥青焦的体积远远小于原来占有的体积。从而导致产品在焙烧中有所收缩，并在产品内部形成了许多不规则的、孔径大小不等的微小气孔。如石墨制品的真气孔率一般达25%32%，碳素制品的真气孔率也还有16%25%.由于大量气孔的存在，必然对产品的物理化学性能产生一定的影响，如产品的真气孔率增高、其体积密度下降、电阻率上升、机械强度减小、在

27、一定温度下的氧化速度加快、耐腐蚀性也变坏、对于气体或液体更容易渗透。4.1.1 浸渍剂所谓浸渍剂就是用于填充气孔的物质。浸渍剂的选择是很重要的，浸渍剂影响成品的化学稳定性、热稳定性和机械强度等相关性能。对浸渍剂应该有下面的基本要求：（1）具有较高的化学稳定性；（2）具有良好的吸附性及浸后的良好不透气性；（3）具有易于浸入碳石墨材料微孔的流动性；（4）能最大限度地提高材料的机械强度。浸渍处理后将使密度增加，在第一次浸渍经重新焙烧后密度增大为0.1g/cm3，相当于减少约5%的气孔率。浸渍还可以提高不透气性以及耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性和滑动性能等。浸渍可通过减压-加压进行，加压的压力通常为0.7

28、1.5MPa，使用金属等特殊浸渍剂时，需要采用更高的压力值。目前广泛的工业生产中所使用的浸渍剂一般包括这五种：（1）沥青浸渍碳素材料一般都需要沥青，但是为了控制制品的气孔率，往往将焦油或沥青与焦油、杂酚油或苊等低炭化率和低黏度的碳素质材料混合使用。它们在浸渍后都是通过热处理(二次焙烧)进行炭化的，所以进人气孔中的残留物质只是炭。因此，即使存在上述的结晶度等差异，也全是由炭构成的材料，这同下述的其他浸渍剂的情况不相同。如上所述，浸渍工序是目前标准炭素工艺流程中的一道工序，它以提高密度、强度、电导率和热导率以及耐腐蚀(耐氧化)性和耐磨性等性能为日的，成为一般炭素材料最常见的处理方法，尤其在细结构石

29、墨、电炉炼钢用UHP电极的制造过程中，是一道不可缺少的工序。为了达到同样的目的，也有浸渍合成树脂，.再进行焙烧炭化的情况。合成树脂的炭化物一般生成硬炭，它的特征是能大大增加硬度，进而人人提高耐磨性。另外，同沥青类浸渍剂相比，它的通气率的减小效果更明显。（2）合成树脂通常把初期缩合物或单体浸渍到制品基体中，浸渍后通过热处理或固化剂作用，浸渍剂在气孔中完成聚缩作用。浸渍的目的除不透气化外，主要是提高耐腐蚀性、耐磨性和强度。（3）油脂油脂大多数可采用亚麻仁油和桐油等干性油。过去在隔膜法电解氯化钾用阳极中，一直使用浸油脂，它在防止电解中阳极气孔内的SO42-离子放电引起的氧化消耗方面有明显的效果。油脂

30、类物质一般具有疏水性，为了防止溶液的渗透，它被经常采用(电解板的导电棒、集电用滑块等)。有时石蜡等非油脂物也被用上同样的目的。（4）金属主要采用巴氏合金等熔点较低的合金以及铜和铝等金属，浸渍的目的主要为了不透气化、提高强度和硬度、增大导电容量和提高耐磨性等。大多用于无轨电车滑块、电触头和电刷等电气零件。根据石墨材料的使用条件的不同，浸渍用金属与合金有铅、铜、锌、银及锡、锑、铝等为主的合金。（5）无机化合物及其他浸渍剂无机化合物主要以水溶液的形式使用，有时也以悬浮液的形式使用，主要应用有：以提高耐氧化性为目的的磷酸盐或氧化铝的浸渍，以增强水银法电解氯化钾的解汞能力为目的的铁盐或钼盐的浸渍，以防止

31、航空电刷异常磨损为目的的金属卤化物的浸渍，等等。 还有用各种润滑剂浸渍，其主要目的是为减少电刷摩擦，以达到减振和降低电耗与磨损的目的。此种浸渍法，可在极大程度上提高电刷在真空的使用效果。 另外，为了赋予不透气性和耐腐蚀性，有时也进行水玻璃的浸渍。浸渍无机盐类时，浸渍后大多进行热处理，不过，处理温度及其热处理条件由浸渍的种类和材料的使用目的来决定。 4.2 浸渍的原理4.2.1 毛细管原理浸渍工艺的本质是，将液态物质在一定的温度和压力下浸渗到制品的微孔中去，其基本原理就是毛细管原理。主要影响因素有毛细管的孔径、气孔率、液体豁度、基体材料的平衡接触角(或称润湿角)、液体压力以及制品的大小等。 一般

32、讨论液体向具有毛细管结构的固体浸渍时，都是假定在恒温恒压下的自发过程，而月，液休是牛顿流体。但是，炭素制品的浸渍则是在较高压力下(0.72MPa)进行的，而且，浸渍剂(沥青、人造树脂等)为非牛顿流体，故其与浸入量有关的各因素间的关系式就要稍加改变。液体的浸渗量与外加压强和受浸物体的表面积成比例，同时与该物体的开口气孔率大小有关，故在单位时间内浸人液体的体积可以下式表示:V=S.2r2.lgcos'/t （41） 式中 V浸入液体的体积，cm3； r气孔的平均直径，cm； S与浸入方向垂直的物体表面积，cm2； lg浸渍剂的表面能，J； 开口气孔率，%。式中122r. lgcos'

33、;/称为浸渍系数，其中2r是气孔因素，lgcos'/是浸渍剂因素。但这一公式中缺少压力的因素。在浸渍之前，真空度越高，浸入量越多；浸入量也与所施加气压压力成正比。4.2.2 浸渍剂对浸渍效果影响浸渍效果的好坏可以从测定浸渍后的增重大小来判断，增重率的测定是根据称量浸渍前后的产品重量再按下式计算出来的。 m=w2-w1w1×100% （42）式中 W1浸渍前产品质量，kg； W2浸渍后产品质量，kg。另一种判断浸渍效果的方法，是测定浸渍的填孔率，即浸渍剂进入气孔所占据的体积与开口气孔之比。填孔率可按下式计算： 填孔率=浸渍增重率浸渍剂比重×开口孔率×100%

34、 （43） 影响浸渍效果有两方面因素：一方面是浸渍工艺条件（如温度、压力），另一方面是浸渍剂的物理性质。如（1）密度；（2）黏度；（3）表面张力；（4）浸渍剂对产品表面的接触角；（5）浸渍剂中悬浮物的形状和大小；（6）热处理后性质的变化；（7）结焦残炭率。其中比较重要的是密度、赫度、结焦残炭率三项。浸渍效果通常用增重来衡量。浸渍剂的密度对增重有直接的影响，为此，需要知道加热温度对一密度的影响，因为有些树脂材料加热时体积膨胀，密度就有变化。 黏度是影响浸渍效果的主要因素。浸渍剂在一定温度下能够进人炭和石墨制品的气孔中主要靠黏滞流动，因此使用低黏度的浸渍剂则比较容易渗透到较小的气孔中，所以达到同样的增重所需浸渍的压力及时间可适当减少。对于热塑性材料(如煤沥青)最普通的降低黏度的方法是提高加热温度。不同产地的煤沥青在低温加热时的黏度差别较大，但加热到较高温度时黏度则接近一致。表沥青种类不同温度下的黏度沥青温度/100112133150170黏度/P1133.4207.448.74.81.6沥青温度/103.8112133150167黏度/P338.7250.766.73.91.5焦化后的结焦残炭率(%)也是一个重要指标，对于以提高密度和强度为日的而进行浸渍的石墨化制品来讲，浸渍剂的结焦残炭率越高越好。软化点65一75的煤