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《煤系针状焦》（征求意见稿初稿）国家标准编制说明
一、项目来源
根据国家标准化管理委员会国标委综合【2011】66号文件《关于下达2011年第二批国家标准制修订计划的通知》的要求，由中钢集团鞍山热能研究院有限公司炭素材料总厂负责《煤系针状焦》国家标准的起草工作，项目编号为：
20110795-T-469。
二、工作概况
接到任务后，我们汇同冶金工业信息标准研究院，共同编制了《煤系针状焦国家标准制定方案》，并于2012年11月28日召开了制定《煤系针状焦》国家标准启动会议。
我们联系了冶金工业信息标准研究院，通过国家标准化网站、国际标准化网站，并到辽宁省质量技术监督局标准处、辽宁省标准信息情报研究所查找有关资料，国际上有关针状焦的产品标准均无法查到。
在结合生产实践和满足用户要求的基础上，参考了山西宏特、中国石油天然气股份有限公司锦州石化公司的企业标准以及日本新日铁、三菱公司针状焦的质量分析结果，本着推进技术发展，利于技术交流、公共平开展国内外贸易的原则，我们主要开展了以下工作：
1.就技术要求的各项指标综合考虑了国内外两个市场的需求，以及国内的生产实际，在大量实践、检验验证的基础上，提出本标准的技术要求。
2.试验方法的选用上已作了大量的验证工作。
3.将煤系针状焦样品送到美国公司、日本昭和电工，对比检验结果和按本标准进行的检验结果，数据的相对差别。
4.按本标准规定对进口煤系针状焦进行检验，比对我方分析结果与外方分析结果的差别。
找出差别。
在上述工作的基础上，形成本标准的初稿。
我们拟向中钢集团吉林炭素股份有限公司、中国平煤神马集团开封炭素有限公司（前称：
中平能化集团开封炭素有限公司）、方大炭素、南通碳素、中钢集团四川炭素有限公司、山东八三炭素厂、等家十几家使用单位、中国石油锦州石化公司、山西洪特等几家生产厂家拟发出《关于起草<煤系针状焦>国家标准的征求意见函》，希望能广泛征求到各单位对制定本标准工作的意见。
三、标准制定概况
1目的﹑意义或必要性
1.1.架起科研、生产、使用、贸易四者之间的桥梁；在社会生产组成部分之间进行协调，确立共同遵循的准则，建立稳定的秩序；
1.2.作为组织生产的质量依据，以保证产品质量。
合理发展产品品种，提高企业产品改进的能力，以更好的满足社会需求；
1.3.保证产品质量，维护消费者利益；向用户提供必要的技术说明，指导用户科学使用本产品。
1.4.方便法定质检部门进行公证的监督和抽查，维护用户和企业的合法权益。
1.5.在消除贸易障碍，促进国际技术交流和贸易发展，提高产品在国际市场上的竞争能力方面具有重大作用；
2国内外生产状况初步调研
2.1针状焦国内外生产现状
根据国际钢协及世界权威杂志（美国《国际钢技术》、德国《MPT》、英国《国际钢技术》、日本《钢铁新闻》）分析，国际上20年来电弧炉短流程的钢产量都在逐年增加，而且预测今后10年还会继续增加。
据调查，全球电弧炉短流程钢产量占总钢产量的比例已经很大，美国和欧盟已达到50%左右，韩国电炉钢比达到40%左右，东南亚各国也在增加电炉钢产量，印度新五年计划要把电炉钢产量翻一番。
从全球的趋势看，未来10年电弧炉将占炼钢的主导地位。
生产超高功率石墨电极的主要原料针状焦生产企业在全世界只有7家，其中4家在日本，2家在美国，1家在英国，总体上是需求大于产能的趋势。
部分发达国家因原料资源等因素制约，在缩减炭素生产规模，甚至有的国家不建炭素企业，完全依赖进口，因而国际市场对针状焦的需求也会增加。
国外生产针状焦的厂家主要有:
美国大陆石油公司、美国大湖炭素公司、日本兴亚公司、日本水岛石油公司、日本三菱化成、日铁化学；此外，美国联合碳化物公司、壳牌公司和俄罗斯、英国、德国也生产针状焦。
全世界针状焦生产能力约90～100万吨/年（其中煤系针状焦生产能力约20万吨/年），产量约为80万吨/年（其中煤系针状焦产量约15万吨/年），几乎所有产量都集中在美国和日本等几个国家。
见下表。
国外针状焦主要企业生产能力
企业名称
生产能力
（104t/a）
产品类别
ConocoINC（英国HUMBER工厂）
23
油系
ConocoINC（美国休斯顿工厂）
14
油系
美国碳/石墨集团海波针状焦公司（CGG）
14
油系
日本兴亚株式会社（KOA）
8
油系
日本水岛制油所
7
油系
日本新日铁化学株式会社（NIPPON
STEELCHEMICALCO.LTD）
14
煤系
三菱化学株式会社（MITSUBISHI
CHEMICALCORPORATION）
6
煤系
2.2国内针状焦生产现状
国内从上世纪80年代开始了针状焦技术研究开发，宝钢在建厂初期从日本引进了一套用于生产沥青焦产品的延迟焦化装置；“八五”其间由中冶焦化耐火研究院负责研发、设计的辽宁鞍山沿海化工厂2万T/A煤系针状焦（改质法），由于工艺上存在缺陷，产品收率和质量均没有达到设计要求，目前该项目已停止，厂房和设备已经转让。
国内在1988年以济宁煤沥青为原料，进行了10kg/h的试验，试验结果表明：
以济宁煤沥青为原料，采用溶剂法生产工艺，产品完全可达到或超过日本同类产品的质量指标，1989年通过山东省科委组织的成果鉴定，获山东省科技进步二等奖，并列入“八五”国家重点工业性试验项目；在山东济宁建设2万吨/年针状焦生产装置。
1996年完成了主体工程的建设任务，并对原料预处理工序进行了调试，调试结果表明：
针状焦生产的核心工序完全达到设计指标，可以提供优质的针状焦原料，解决了该工艺的核心问题。
2006年，国内又进行了煤系针状焦100kg/h半工业试验装置建设和试验工作，从半工业性试验的调试和试验情况看，系统水运和油运都一次成功，首次负荷试车便产出性能指标达到同类进口实物水平的针状焦。
2009年，国内试生产已产出跟日本煤系针状焦实物性能指标相当的针状焦。
用该针状焦做成UHPΦ610电极于2011年10月18日至2011年11月10日在天津某厂电炉冶炼实验中取得吨钢消耗略低于美国优卡的可喜成果。
3.国内外该产品标准情况简介：
该项目前无对应的国际标准，由于保密的原因，也未能获得国外厂家的质量标准。
本项目制定的“煤系针状焦”国家标准现暂无相应国家、行业或地方的质量标准。
查阅到CAS104-2004煅烧石油针状焦，该标准有可供借鉴之处。
4.该标准未发现有知识产权问题
四、主要技术内容
1.本标准格式按GB/T1.1－2009进行了规范。
2.适用范围；
本标准规定了煤系针状焦的技术要求、试验方法、标志、包装、运输和贮存。
本标准适用于以煤沥青为原料，经原料预处理、延迟焦化装置生产的，并通过高温煅烧后制成的针状焦。
本标准所属的产品可用做高功率、超高功率石墨电极的原料。
3.规范性引用文件：
本标准在制定过程中引用了13个国家标准和1个冶金行业标准，分别为：
GB/T191包装储运图示标志
GB/T476煤的元素分析
GB/T1429炭素材料灰分含量测定方法
GB/T1997焦炭试样的采取和制备
GB/T3074.4石墨电极测定方法石墨电极热膨胀系数（CTE）测定方法
GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判断
GB/T10444机械密封产品型号编制方法
GB/T21354粉末产品振实密度测定通用方法
GB/T24521焦炭电阻率的测定方法
GB/T24526炭素材料全硫含量测定方法
GB/T24527炭素材料内在水分的测定
YB/T5189炭素材料挥发分的测定
4.技术要求
由于在前期调研中，未查找到有关国际标准，由于保密原因也未能取得国外同类企业的先进标准,因此，本标准的技术要求，主要依据市场状况和用户的意见，本着推进科学技术进步，促进国内外贸易需求的原则制定的。
在制定过程中着重参考了国内进口日本新日铁、三菱公司煤系针状焦的质量分析结果；查阅了美国、英国、日本对针状焦的评价项目以及相应的分析方法。
并结合中国石油天然气股份有限公司锦州石化公司企业标准《煅烧石油针状焦》（Q/SYJZ0009-2007）的技术指标为参考，参阅了山西宏特针状焦的质量指标，形成本标准的技术要求。
见下表：
项目
指标
试验方法
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
真密度/（g/cm3）≥
2.15
2.14
2.13
附录A
硫/%（质量分数）≤
0.4
0.4
0.4
GB/T24526
氮/%（质量分数）≤
0.7
0.7
0.7
GB/T476
挥发分/%（质量分数）≤
0.3
0.4
0.4
YB/T5189
灰分/%（质量分数）≤
0.2
0.3
0.3
GB/T1429
水分/%（质量分数）≤
0.15
YB/T1428
热膨胀系数（室温~600℃）
（CTE）/（10-６／℃）≤
1.10
1.30
1.50
GB/T3074.4
电阻率（ρ）μΩm ≤
600
600
600
YB/T035
振实密度（1mm~2mm）/（g/cm3）≥
0.90
0.88
0.85
GB/T21354
注:
粒度按用户要求协商制定.
分析项目确定依据：
（1）真密度
真密度是衡量炭素材料的煅烧程度的重要质量控制指标。
煅烧程度越高，真密度越大，表明越易墨化，同时，电阻率越低。
生产超高功率石墨电极的针状焦煅烧后真密度一般应达到2.13g/cm3以上，生产高功率石墨电极的针状焦煅烧后真密度一般应达到2.10/cm3以上。
（2）硫含量，氮含量
硫和氮容易在石墨化时引起气胀，给炭素生产工艺的控制尤其是石墨化送电带来困难，煤系针状焦的气胀是由硫和氮的共同作用引起的，并与氮的含量成正比。
高温下（1500℃以上）致制品的质量损失，制品内部存在缺陷，加上气胀是不可逆体积膨胀，使得制品体积密度下降，严重时将导致制品开裂。
因此硫和氮含量也是表征针状焦质量的主要指标。
一般油系针状焦硫含量较高，煤系针状焦氮含量较高，监测硫、氮含量对于煤系针状焦的选用更有重要意义。
（3）灰分
煤系针状焦的灰分中主要元素为铁、硅、钙、铝、钠、镁，还有少量的钒、钛、铬等，主要以他们的氧化物形式存在。
灰分含量的高低直接影响制品电阻率。
因此，生产超高功率石墨用原料针状焦控制灰分不大于0.2%（质量分数），生产率石墨用原料针状焦灰分控制分别为不大于0.3%和0.4%（质量分数）。
（4）挥发分
挥发分是表征针状焦质量指标之一，挥发分不能过高。
以保证制品石墨化后的密度和强度。
（5）水分
水分控制在0.10%以下。
（6）热膨胀系数CTE（室温~600℃）
热膨胀系数是针状焦最重要的性能之一，因为它决定了石墨电极的热膨胀系数，而电极在电弧炉中的运转性能取决于电极的热膨胀系数。
（7）电阻率
炭素材料电阻率是控制炭素生产工艺过程和评价炭素产品质量的重要指标。
（8）振实密度
振实密度是针状焦的质量量度。
它影响石墨化后制品的机械强度。
5.试验方法
5.1.试样的采取和制备
5.1.1.试样的采取和制备按GB/T1997规定进行。
5.2真密度的测定按附录A规定进行。
5.3硫含量的测定按GB/T24526的规定进行。
5.4氮含量的测定按GB/T476的规定进行。
5.5挥发分的测定按YB/T5189的规定进行。
5.6灰分的测定按GB/T1429的规定进行。
5.7水分的测定按GB/T24527的规定进行。
5.8电阻率的测定按GB/T24521的规定进行。
5.9热膨胀系数（CTE）的测定
5.9.1热膨胀系数（CTE）试样的制备按附录B的规定进行
5.9.2热膨胀系数（CTE）的测定按GB/T3074.4的规定进行。
5.10振实密度试样粒度要求1mm~2mm，试验方法按GB/T21354的规定进行。
确定试验方法时，以炭素材料国家标准、行业标准为首选，在充分考虑到现有仪器设备状况的情况下，兼顾方法的准确性和重复性为选用原则，具体确定依据如下：
（1）真密度
目前真密度测定方法有ASTMD2638-10，GB/T6155-2008，GB/T34203-2009，附录A（美国Conoco企业标准）主要区别见下表：
主要差别
方法名称
仪器设备
试样粒度
重复性
再现性
浸润剂
浸润剂毒性
ASTMD2638-10
采用氮真密度计法测定煅后石油焦碳真密度的测试标准
氮密度计
0.075mm
0.005
0.013
氮气
无毒
GB/T6155-2008
炭素材料真密度、真气孔率测定方法
恒温水浴
0.15mm
0.01
0.02
二甲苯
健康危害：
二甲苯对眼及上呼吸道有刺激作用，高浓度时对中枢神经系统有麻醉作用。
急性中毒：
短期内吸入较高浓度本品可出现眼及上呼吸道明显的刺激症状、眼结膜及咽充血、头晕、头痛、恶心、呕吐、胸闷、四肢无力、意识模糊、步态蹒跚。
重者可有躁动、抽搐或昏迷。
有的有癔病样发作。
有生殖毒性危害。
GB/T34203-2009
炭素材料真密度、真气孔率测定方法（煮沸法）
恒温水浴
0.15mm
0.01
0.02
水/乙醇
无毒
附录A
Conoc公司焦炭真密度的测定方法—煤油置换法
恒温水浴
0.075mm
0.005
0.01
煤油
健康危害：
神经衰弱综合征为主要表现，还有眼及呼吸道刺激症状，接触性皮炎，皮肤干燥等。
因国内大部分厂家没有氮密度计，二甲苯对健康危害较大，故重点对GB/T34203-2009、附录A两个方法作比较试验，验证两方法各自优缺点。
验证结果表明，煤油的浸润性能优于水/乙醇，且附录A方法重复性和再现性均小于GB/T34203-2009。
故最后决定选用附录A。
（2）硫含量
硫含量测定方法主要有GB/T2286、GB/T24526-2009（炭素材料全硫含量测定方法）、YB/T1430、和ASTMD4239-10。
经比较发现前三项方法分析结果无显著区别，ASTMD4239是高温燃烧后利用红外吸收测定二氧化硫含量。
因该方法三氧化硫难以检出测定，故分析结果低于前三项标准（约0.02左右），比较后确定采用GB/T24526。
（3）氮含量
氮含量测定方法有GB/T476（煤的元素分析）和QJ2781A-2004（碳素材料碳氢氮含量的测定方法）。
QJ2781A中需要使用元素分析仪进行试验，鉴于目前大部分针状焦的用户和生产厂家没有该仪器，建议采用GB/T476。
（4）挥发份
挥发份是试验方法有YB/T5189（炭素材料挥发份的测定）、ASTMD3175。
经比较两者分析结果无显著差异。
需用YB/T5189可以满足国内外贸易需求。
（５）灰分
比较国内外不同灰分测定方法对测定结果影响较小，故灰分测定采用GB/T1429。
（６）水分
水分控制在0.10%以下。
水分分内在水分和外水。
由于针状焦生产过程是经过高温煅烧工序后产出的，故外水含量理论上可以忽略。
如有外水，应该是运输或储存不当造成的。
如有发生，可由供需双方根据协商，依据焦炭外水测定方法测出减重即可，故本标准不作要求。
内水是影响针状焦质量的因素之一，有GB/T24527和YB/T1428，采用GB/T24527即可。
（7）电阻率
电阻率的测试方法有GB/T24521焦炭电阻率的测定和YB/T035焦炭电阻率的测定，首选GB/T24521。
（8）热膨胀系数
针状焦的热膨胀系数与焦炭的纹理走向和内部空隙有关，针状焦在两个垂直方向上的CTE显示出很强的各向异性。
针状焦的热膨胀系数测定目前国内均按GB/T3074.4的规定进行。
影响针状焦热膨胀系数的测定值除针状焦自身性能外还有以下因素：
a）焦粉的粗粒度
粒度越小，热膨胀系数越小，相差约0.1~0.4μm/（m℃）
b）挤压机糊缸和型咀直径之比
随着糊缸和型咀直径之比减小，纵向热膨胀系数减小，横向热膨胀系数增大，这一效应归因于针状焦在挤压过程中有较高的取向性的结果。
c）石墨化温度
优质针状焦石墨化温度建议低于3000℃，每升高100℃，热膨胀系数增加0.03~0.04，不同厂家针状焦略有不同。
d）热膨胀系数的测温范围
温度越高，热膨胀系数越大。
国外如UCAR。
昭和电工等测试时温度为室温~100℃，跟国内不同。
综上所述，在样品制备时，请严格按附录B中相关规定进行。
（9）振实密度
振实密度测定方法有GB/T21354-2008（粉末产品振实密度测定通用方法）、GB/T5162金属粉末振实密度.因同一产品不同粒度的振实密度差距很大，故规定试样粒度统一为1mm~2mm，振动次数以粉末体积不在减少的最小振动为宜。
GB/T21354等同采用ISO3953金属粉末振实密度的测定。
建议采用GB/T21354.
6.检验规则
6.1煤系针状焦的质量检验和验收由质量监督部门进行。
6.2本产品采样和制备按GB/T1997的规定进行。
6.3当产品出现不合格项时，对不合格项应重新取双倍试样进行检验，检验合格，本批产品判为合格，如仍不合格，则该批产品为不合格。
当用户对产品有异议时，应在收到产品一周内提出。
6.4数值的修约按GB/T8170规定进行。
7.包装、运输、贮存和质量证明书
7.1用包装袋包装的煤系针状焦，包装袋的基布应有足够的抗拉强度，能防雨淋，防老化，应符合GB/T10444的规定。
7.2每袋包装重量:
毛重1004kg±10kg,净重量1000kg±10kg.包装袋上还应标明：
产品名称、产品标准编号、批号等级、净重、供方名称和地址。
7.3运输时应严防潮湿及防雨淋。
7.4应在干燥、通风、阴凉的固定仓库内贮存，并具有防火功能等。
7.5每批出厂产品都应附有质量证明书。
证明书内容应包括：
产品名称、产品标准编号、批号、净重、供方名称和地址、生产日期和本标准规定的各项检测结果。
五、附录编制情况
附录A是Conoc公司真密度试验方法翻译过来的——焦炭真密度的测定方法—煤油置换法
附录B是已作废GB/T3074.5-82，因国内CTE样品制备还采用该方法，故以附录形式给出。
六、本标准作为推荐性标准的建议
虽然本标准在制定时兼顾了国内外两个市场，达到了国际先进水平。
该标准与现有的法规没有冲突，技术要求部分因未能查阅到国外、国际相关标准，无法做出水平评价；采用的试验方法属于等效采用国际相关标准。
依据《中华人民共和国标准化法》的有关条款，建议制定后的本标准为推荐性国家标准。
中钢集团鞍山热能研究院有限公司
2012.12.22
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