《煤系針狀焦》（征求意見稿初稿）國家標準編制說明

1、煤系針狀焦（征求意見稿初稿）國家標準編制說明一、項目來源根據國家標準化管理委員會國標委綜合【2011】66號文件關于下達2011年第二批國家標準制修訂計劃的通知的要求，由中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司炭素材料總廠負責煤系針狀焦國家標準的起草工作， 項目編號為：20110795-t-469。二、工作概況接到任務后，我們匯同冶金工業(yè)信息標準研究院，共同編制了煤系針狀焦國家標準制定方案，并于2012年11月28日召開了制定煤系針狀焦國家標準啟動會議。我們聯系了冶金工業(yè)信息標準研究院，通過國家標準化網站、國際標準化網站，并到遼寧省質量技術監(jiān)督局標準處、遼寧省標準信息情報研究所查找有關資料，國際上有關針

2、狀焦的產品標準均無法查到。在結合生產實踐和滿足用戶要求的基礎上，參考了山西宏特、中國石油天然氣股份有限公司錦州石化公司的企業(yè)標準以及日本新日鐵、三菱公司針狀焦的質量分析結果，本著推進技術發(fā)展，利于技術交流、公共平開展國內外貿易的原則，我們主要開展了以下工作：1.就技術要求的各項指標綜合考慮了國內外兩個市場的需求，以及國內的生產實際，在大量實踐、檢驗驗證的基礎上，提出本標準的技術要求。2.試驗方法的選用上已作了大量的驗證工作。3.將煤系針狀焦樣品送到美國公司、日本昭和電工，對比檢驗結果和按本標準進行的檢驗結果，數據的相對差別。4.按本標準規(guī)定對進口煤系針狀焦進行檢驗，比對我方分析結果與外方分析結

3、果的差別。找出差別。在上述工作的基礎上，形成本標準的初稿。我們擬向中鋼集團吉林炭素股份有限公司、中國平煤神馬集團開封炭素有限公司（前稱：中平能化集團開封炭素有限公司）、方大炭素、南通碳素、中鋼集團四川炭素有限公司、山東八三炭素廠、等家十幾家使用單位、中國石油錦州石化公司、山西洪特等幾家生產廠家擬發(fā)出關于起草國家標準的征求意見函，希望能廣泛征求到各單位對制定本標準工作的意見。三、標準制定概況1 目的意義或必要性1.1.架起科研、生產、使用、貿易四者之間的橋梁；在社會生產組成部分之間進行協(xié)調，確立共同遵循的準則，建立穩(wěn)定的秩序； 1.2. 作為組織生產的質量依據，以保證產品質量。合理發(fā)展產品品種，

4、提高企業(yè)產品改進的能力，以更好的滿足社會需求； 1.3.保證產品質量，維護消費者利益；向用戶提供必要的技術說明，指導用戶科學使用本產品。1.4.方便法定質檢部門進行公證的監(jiān)督和抽查，維護用戶和企業(yè)的合法權益。1.5.在消除貿易障礙，促進國際技術交流和貿易發(fā)展，提高產品在國際市場上的競爭能力方面具有重大作用； 2 國內外生產狀況初步調研2.1針狀焦國內外生產現狀根據國際鋼協(xié)及世界權威雜志（美國國際鋼技術、德國mpt、英國國際鋼技術、日本鋼鐵新聞）分析，國際上20年來電弧爐短流程的鋼產量都在逐年增加，而且預測今后10年還會繼續(xù)增加。據調查，全球電弧爐短流程鋼產量占總鋼產量的比例已經很大，美國和歐盟

5、已達到50%左右，韓國電爐鋼比達到40%左右，東南亞各國也在增加電爐鋼產量，印度新五年計劃要把電爐鋼產量翻一番。從全球的趨勢看，未來10年電弧爐將占煉鋼的主導地位。生產超高功率石墨電極的主要原料針狀焦生產企業(yè)在全世界只有7家，其中4家在日本，2家在美國，1家在英國，總體上是需求大于產能的趨勢。部分發(fā)達國家因原料資源等因素制約，在縮減炭素生產規(guī)模，甚至有的國家不建炭素企業(yè)，完全依賴進口，因而國際市場對針狀焦的需求也會增加。國外生產針狀焦的廠家主要有:美國大陸石油公司、美國大湖炭素公司、日本興亞公司、日本水島石油公司、日本三菱化成、日鐵化學；此外，美國聯合碳化物公司、殼牌公司和俄羅斯、英國、德國也

6、生產針狀焦。全世界針狀焦生產能力約90100萬噸/年(其中煤系針狀焦生產能力約20萬噸/年)，產量約為80萬噸/年(其中煤系針狀焦產量約15萬噸/年)，幾乎所有產量都集中在美國和日本等幾個國家。見下表。 國外針狀焦主要企業(yè)生產能力 企 業(yè) 名 稱生產能力（104t/a）產品類別conocoinc（英國humber工廠）23油系conocoinc（美國休斯頓工廠）14油系美國碳/石墨集團海波針狀焦公司（cgg）14油系日本興亞株式會社（koa）8油系日本水島制油所7油系日本新日鐵化學株式會社（nipponsteel chemical co.ltd）14煤系三菱化學株式會社(mitsubishic

7、hemical corporation)6煤系2.2國內針狀焦生產現狀國內從上世紀80年代開始了針狀焦技術研究開發(fā)，寶鋼在建廠初期從日本引進了一套用于生產瀝青焦產品的延遲焦化裝置；“八五”其間由中冶焦化耐火研究院負責研發(fā)、設計的遼寧鞍山沿?；S2萬t/a煤系針狀焦（改質法），由于工藝上存在缺陷，產品收率和質量均沒有達到設計要求，目前該項目已停止，廠房和設備已經轉讓。國內在1988年以濟寧煤瀝青為原料，進行了10kg/h的試驗，試驗結果表明：以濟寧煤瀝青為原料，采用溶劑法生產工藝，產品完全可達到或超過日本同類產品的質量指標，1989年通過山東省科委組織的成果鑒定，獲山東省科技進步二等獎，并列入

8、“八五”國家重點工業(yè)性試驗項目；在山東濟寧建設2萬噸/年針狀焦生產裝置。1996年完成了主體工程的建設任務，并對原料預處理工序進行了調試， 調試結果表明：針狀焦生產的核心工序完全達到設計指標，可以提供優(yōu)質的針狀焦原料，解決了該工藝的核心問題。2006年，國內又進行了煤系針狀焦100kg/h半工業(yè)試驗裝置建設和試驗工作，從半工業(yè)性試驗的調試和試驗情況看，系統(tǒng)水運和油運都一次成功，首次負荷試車便產出性能指標達到同類進口實物水平的針狀焦。2009年，國內試生產已產出跟日本煤系針狀焦實物性能指標相當的針狀焦。用該針狀焦做成uhp610電極于2011年10月18日至2011年11月10日在天津某廠電爐冶

9、煉實驗中取得噸鋼消耗略低于美國優(yōu)卡的可喜成果。3.國內外該產品標準情況簡介：該項目前無對應的國際標準，由于保密的原因，也未能獲得國外廠家的質量標準。本項目制定的“煤系針狀焦”國家標準現暫無相應國家、行業(yè)或地方的質量標準。查閱到cas 104-2004 煅燒石油針狀焦，該標準有可供借鑒之處。4.該標準未發(fā)現有知識產權問題四、主要技術內容1.本標準格式按gb/t 1.12009進行了規(guī)范。2.適用范圍；本標準規(guī)定了煤系針狀焦的技術要求、試驗方法、標志、包裝、運輸和貯存。本標準適用于以煤瀝青為原料，經原料預處理、延遲焦化裝置生產的，并通過高溫煅燒后制成的針狀焦。本標準所屬的產品可用做高功率、超高功率

10、石墨電極的原料。3.規(guī)范性引用文件：本標準在制定過程中引用了13個國家標準和1個冶金行業(yè)標準，分別為：gb/t 191 包裝儲運圖示標志gb/t 476 煤的元素分析gb/t 1429 炭素材料灰分含量測定方法gb/t 1997 焦炭試樣的采取和制備gb/t 3074.4 石墨電極測定方法 石墨電極熱膨脹系數（cte）測定方法gb/t 8170 數值修約規(guī)則與極限數值的表示和判斷gb/t 10444 機械密封產品型號編制方法gb/t 21354 粉末產品 振實密度測定通用方法gb/t 24521 焦炭電阻率的測定方法gb/t 24526 炭素材料全硫含量測定方法gb/t 24527 炭素材料內

11、在水分的測定yb/t 5189 炭素材料揮發(fā)分的測定4.技術要求由于在前期調研中，未查找到有關國際標準，由于保密原因也未能取得國外同類企業(yè)的先進標準,因此，本標準的技術要求，主要依據市場狀況和用戶的意見，本著推進科學技術進步，促進國內外貿易需求的原則制定的。在制定過程中著重參考了國內進口日本新日鐵、三菱公司煤系針狀焦的質量分析結果；查閱了美國、英國、日本對針狀焦的評價項目以及相應的分析方法。并結合中國石油天然氣股份有限公司錦州石化公司企業(yè)標準煅燒石油針狀焦（q/sy jz 0009-2007）的技術指標為參考，參閱了山西宏特針狀焦的質量指標，形成本標準的技術要求。見下表： 項目指標試驗方法真密

12、度/（g/cm3） 2.152.142.13附錄a硫/%（質量分數） 0.40.40.4gb/t 24526氮/%（質量分數） 0.70.70.7gb/t 476 揮發(fā)分/%（質量分數） 0.30.40.4yb/t 5189灰分/%（質量分數） 0.20.30.3gb/t 1429水分/%（質量分數） 0.15yb/t 1428熱膨脹系數(室溫600)（cte）/（10-） 1.101.301.50gb/t 3074.4電阻率（）m 600600600yb/t 035振實密度（1mm2mm）/（g/cm3） 0.900.880.85gb/t 21354注:粒度按用戶要求協(xié)商制定.分析項目確定依

13、據：（1）真密度真密度是衡量炭素材料的煅燒程度的重要質量控制指標。煅燒程度越高，真密度越大，表明越易墨化，同時，電阻率越低。生產超高功率石墨電極的針狀焦煅燒后真密度一般應達到2.13g/cm3以上，生產高功率石墨電極的針狀焦煅燒后真密度一般應達到2.10/cm3以上。（2） 硫含量，氮含量硫和氮容易在石墨化時引起氣脹，給炭素生產工藝的控制尤其是石墨化送電帶來困難，煤系針狀焦的氣脹是由硫和氮的共同作用引起的，并與氮的含量成正比。高溫下（1500以上）致制品的質量損失，制品內部存在缺陷，加上氣脹是不可逆體積膨脹，使得制品體積密度下降，嚴重時將導致制品開裂。因此硫和氮含量也是表征針狀焦質量的主要指標

14、。一般油系針狀焦硫含量較高，煤系針狀焦氮含量較高，監(jiān)測硫、氮含量對于煤系針狀焦的選用更有重要意義。（3）灰分煤系針狀焦的灰分中主要元素為鐵、硅、鈣、鋁、鈉、鎂，還有少量的釩、鈦、鉻等，主要以他們的氧化物形式存在?；曳趾康母叩椭苯佑绊懼破冯娮杪?。因此，生產超高功率石墨用原料針狀焦控制灰分不大于0.2%（質量分數），生產率石墨用原料針狀焦灰分控制分別為不大于0.3%和0.4%（質量分數）。(4) 揮發(fā)分 揮發(fā)分是表征針狀焦質量指標之一，揮發(fā)分不能過高。以保證制品石墨化后的密度和強度。(5) 水分水分控制在0.10%以下。(6) 熱膨脹系數cte（室溫600） 熱膨脹系數是針狀焦最重要的性能之一，

15、因為它決定了石墨電極的熱膨脹系數，而電極在電弧爐中的運轉性能取決于電極的熱膨脹系數。 （7）電阻率炭素材料電阻率是控制炭素生產工藝過程和評價炭素產品質量的重要指標。（8）振實密度 振實密度是針狀焦的質量量度。它影響石墨化后制品的機械強度。5. 試驗方法5.1.試樣的采取和制備5.1.1.試樣的采取和制備按gb/t 1997規(guī)定進行。5.2真密度的測定按附錄a規(guī)定進行。5.3硫含量的測定按gb/t 24526的規(guī)定進行。 5.4氮含量的測定按gb/t 476的規(guī)定進行。5.5揮發(fā)分的測定按 yb/t 5189的規(guī)定進行。5.6灰分的測定按gb/t 1429的規(guī)定進行。5.7水分的測定按gb/t

16、24527的規(guī)定進行。5.8 電阻率的測定按gb/t 24521的規(guī)定進行。5.9 熱膨脹系數（cte）的測定5.9.1熱膨脹系數（cte）試樣的制備按附錄b的規(guī)定進行5.9.2熱膨脹系數（cte）的測定按gb/t 3074.4的規(guī)定進行。5.10振實密度試樣粒度要求1mm2mm，試驗方法按gb/t 21354的規(guī)定進行。確定試驗方法時，以炭素材料國家標準、行業(yè)標準為首選，在充分考慮到現有儀器設備狀況的情況下，兼顧方法的準確性和重復性為選用原則，具體確定依據如下：（1）真密度目前真密度測定方法有astm d2638-10，gb/t6155-2008，gb/t 34203-2009，附錄a (美

17、國conoco 企業(yè)標準)主要區(qū)別見下表：主要差別方法名稱儀器設備試樣粒度重復性再現性浸潤劑浸潤劑毒性astm d2638-10采用氮真密度計法測定煅后石油焦碳真密度的測試標準氮密度計0.075mm0.0050.013氮氣無毒gb/t6155-2008炭素材料真密度、真氣孔率測定方法恒溫水浴0.15mm0.010.02二甲苯健康危害：二甲苯對眼及上呼吸道有刺激作用，高濃度時對中樞神經系統(tǒng)有麻醉作用。急性中毒：短期內吸入較高濃度本品可出現眼及上呼吸道明顯的刺激癥狀、眼結膜及咽充血、頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、胸悶、四肢無力、意識模糊、步態(tài)蹣跚。重者可有躁動、抽搐或昏迷。有的有癔病樣發(fā)作。有生殖毒性危

18、害。gb/t 34203-2009炭素材料真密度、真氣孔率測定方法（煮沸法）恒溫水浴0.15mm0.010.02水/乙醇無毒附錄aconoc公司焦炭真密度的測定方法煤油置換法恒溫水浴0.075mm0.0050.01煤油健康危害：神經衰弱綜合征為主要表現，還有眼及呼吸道刺激癥狀，接觸性皮炎，皮膚干燥等。因國內大部分廠家沒有氮密度計，二甲苯對健康危害較大，故重點對gb/t 34203-2009、 附錄a 兩個方法作比較試驗，驗證兩方法各自優(yōu)缺點。驗證結果表明，煤油的浸潤性能優(yōu)于水/乙醇，且附錄a方法重復性和再現性均小于gb/t 34203-2009。故最后決定選用附錄a。（2）硫含量硫含量測定方法

19、主要有gb/t2286、gb/t24526-2009(炭素材料全硫含量測定方法)、yb/t1430、和astm d 4239-10。經比較發(fā)現前三項方法分析結果無顯著區(qū)別，astm d 4239是高溫燃燒后利用紅外吸收測定二氧化硫含量。因該方法三氧化硫難以檢出測定，故分析結果低于前三項標準（約0.02左右），比較后確定采用gb/t24526。（3）氮含量氮含量測定方法有gb/t476(煤的元素分析)和qj 2781 a -2004（碳素材料碳氫氮含量的測定方法）。qj2781 a中需要使用元素分析儀進行試驗，鑒于目前大部分針狀焦的用戶和生產廠家沒有該儀器，建議采用gb/t476。（4）揮發(fā)份揮

20、發(fā)份是試驗方法有yb/t5189(炭素材料揮發(fā)份的測定)、astm d 3175。經比較兩者分析結果無顯著差異。需用yb/t5189可以滿足國內外貿易需求。（）灰分比較國內外不同灰分測定方法對測定結果影響較小，故灰分測定采用gb/t1429。（）水分水分控制在0.10%以下。水分分內在水分和外水。由于針狀焦生產過程是經過高溫煅燒工序后產出的，故外水含量理論上可以忽略。如有外水，應該是運輸或儲存不當造成的。如有發(fā)生，可由供需雙方根據協(xié)商，依據焦炭外水測定方法測出減重即可，故本標準不作要求。內水是影響針狀焦質量的因素之一，有gb/t 24527和yb/t 1428，采用gb/t 24527即可。（

21、7）電阻率電阻率的測試方法有gb/t 24521焦炭電阻率的測定和yb/t035焦炭電阻率的測定，首選gb/t 24521。（8）熱膨脹系數 針狀焦的熱膨脹系數與焦炭的紋理走向和內部空隙有關，針狀焦在兩個垂直方向上的cte顯示出很強的各向異性。針狀焦的熱膨脹系數測定目前國內均按gb/t 3074.4的規(guī)定進行。影響針狀焦熱膨脹系數的測定值除針狀焦自身性能外還有以下因素：a)焦粉的粗粒度 粒度越小，熱膨脹系數越小，相差約0.10.4m/（m）b)擠壓機糊缸和型咀直徑之比 隨著糊缸和型咀直徑之比減小，縱向熱膨脹系數減小，橫向熱膨脹系數增大，這一效應歸因于針狀焦在擠壓過程中有較高的取向性的結果。c)石墨化溫度 優(yōu)質針狀焦石墨化溫度建議低于3000，每升高100，熱膨脹系數增加0.030.04，不同廠家針狀焦略有不同。d)熱膨脹系數的測溫范圍溫度越高，熱膨脹系數越大。國外如ucar。昭和電工等測試時溫度為室溫100，跟國內不同。綜上所述，在樣品制備時，請嚴格按附錄b中相關規(guī)定進行。（9）振實密度 振實密度測定方法有gb/t21354-2008(粉末產品 振實密度測定通用方法)、gb/t5162金屬粉末振實密度.因同一產品不同粒度的振實密度差距很大，故規(guī)定試樣粒度統(tǒng)一為1mm2mm，振動次數以粉末體積不在減少的最小振動為宜。gb/t21354等同采用iso3953金屬粉末振