石墨电极的原料及制造工艺
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欢迎阅读一、石墨电极的原料1、石墨电极是采用石油焦、针状焦为骨料,煤沥青为粘结剂,经过混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工等一系列工艺过程生产出来的一种耐高温石墨质导电材料。
石墨电极是电炉炼钢的重要高温导电材料,通过石墨电极向电炉输入电能,利用电极端部和炉料之间引发电弧产生的高温作为热源,使炉料熔化进行炼钢。
其他一些冶炼黄磷、工业硅、磨料等材料的矿热炉也用石墨电极作为导电材料。
利用石墨电极优良而特殊的物理化学性能,在其他工业部门也有广泛的用途。
2、石墨电极的原料(1灰分、和低硫焦((2焦块性热(3大。
粘结剂沥青一般使用软化点适中、结焦值高、β树脂高的中温或中温改质沥青,浸渍剂要使用软化点较低、 QI低、流变性能好的中温沥青。
二、石墨电极的制造工艺1、煅烧炭质原料在高温下进行热处理,排出所含的水分和挥发份,并相应提高原料理化性能的生产工序称为煅烧。
一般炭质原料采用燃气及自身挥发份作为热源进行煅烧,最高温度为1250- 1350℃。
(1)煅烧使炭质原料的组织结构和物理化学性能发生深刻变化,主要体现在提高了焦炭的密度、机械强度和导电性,提高了焦炭的化学稳定性和抗氧化性能,为后序工序奠定了基础。
(2)煅烧的设备主要有罐式煅烧炉、回转窑和电煅烧炉。
煅烧质量控制指标是石油焦真密度不小于2.07g/cm3,电阻率不大于550μΩ.m,针状焦真密度不小于2.12g/cm3,电阻率不大于500μΩ.m。
(3)原料的破碎处理和配料①在配料之前,须对大块煅后石油焦和针状焦进行中碎、磨粉、筛分处理。
中碎通常是将50mm左右的物料通过颚式破碎机、锤式破碎机、对辊破碎机等破碎设备进一步破碎到配料所需的0.5-20mm的粒度料。
②磨粉是通过悬棍式环辊磨粉机(雷蒙磨)、球磨机等设备将炭质原料磨细到0.15mm或0.075mm 粒径以下的粉末状小颗粒的过程。
③筛分是通过具有均匀开孔的一系列筛子,将破碎后尺寸范围较宽的物料分成尺寸范围较窄的几种颗粒粒级的过程,现行电极生产通常需要4-5个颗粒料粒级和1-2个粉料粒级。
锂电池石墨电极锂电池石墨电极是锂电池中的重要组成部分,它在电池的充放电过程中起着至关重要的作用。
下面将从锂电池的原理、石墨电极的性质和制备方法等方面进行详细介绍。
锂电池是一种能够将化学能转化为电能的装置。
它由阳极、阴极、电解质和隔膜组成。
其中,石墨电极作为阳极材料,在锂电池中充当电子的供应者。
当锂电池充电时,锂离子从阴极向石墨电极迁移,同时伴随着电子的释放。
而在放电过程中,锂离子从石墨电极向阴极迁移,同时电子被石墨电极吸收。
这样,锂电池就完成了充放电的过程。
石墨电极具有一系列优良的性质,使其成为锂电池中不可或缺的材料。
首先,石墨电极具有优异的导电性能和化学稳定性,能够有效地传导电子并抵抗电极的腐蚀。
其次,石墨电极具有较高的比表面积和孔隙率,能够增加锂离子的嵌入和迁移速率,提高电池的放电容量和循环性能。
此外,石墨电极还具有较低的充放电电位和较高的锂离子扩散系数,能够提高锂电池的能量密度和功率密度。
为了制备高性能的石墨电极,研究人员采用了多种方法。
目前,主要的制备方法包括机械研磨法、化学氧化还原法和热处理法等。
机械研磨法是将石墨材料与球磨介质一起放入球磨罐中进行高能球磨,通过机械力的作用,使石墨材料发生层间剥离,形成具有较大比表面积的石墨电极。
化学氧化还原法是将石墨材料浸泡在氧化剂溶液中进行氧化处理,然后还原得到石墨电极。
热处理法是将石墨材料加热至高温,使其发生结构转变,形成具有较好电化学性能的石墨电极。
除了石墨电极,锂电池中的其他组成部分也对电池的性能有着重要影响。
例如,阴极材料的选择和电解质的性质都会影响电池的能量密度和循环寿命。
因此,在锂电池的研究和应用中,需要综合考虑各个组成部分的性能和相互之间的协同作用。
锂电池石墨电极是锂电池中不可或缺的组成部分。
它具有良好的导电性能、化学稳定性和嵌入迁移能力,能够提高锂电池的性能。
为了制备高性能的石墨电极,研究人员采用了多种制备方法。
除了石墨电极,锂电池中的其他组成部分也需要充分考虑。
石墨电极的生产工艺流程和质量指标的及消耗原理目录一、石墨电极的原料及制造工艺二、石墨电极的质量指标三、电炉炼钢简介及石墨电极的消耗机理石墨电极的原料及制造工艺●石墨电极是采用石油焦、针状焦为骨料,煤沥青为粘结剂,经过混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工等一系列工艺过程生产出来的一种耐高温石墨质导电材料。
石墨电极是电炉炼钢的重要高温导电材料,通过石墨电极向电炉输入电能,利用电极端部和炉料之间引发电弧产生的高温作为热源,使炉料熔化进行炼钢。
其他一些冶炼黄磷、工业硅、磨料等材料的矿热炉也用石墨电极作为导电材料。
利用石墨电极优良而特殊的物理化学性能,在其他工业部门也有广泛的用途。
生产石墨电极的原料有石油焦、针状焦和煤沥青●石油焦是石油渣油、石油沥青经焦化后得到的可燃固体产物。
色黑多孔,主要元素为碳,灰分含量很低,一般在0.5%以下。
石油焦属于易石墨化炭一类,石油焦在化工、冶金等行业中有广泛的用途,是生产人造石墨制品及电解铝用炭素制品的主要原料。
●石油焦按热处理温度区分可分为生焦和煅烧焦两种,前者由延迟焦化所得的石油焦,含有大量的挥发分,机械强度低,煅烧焦是生焦经煅烧而得。
中国多数炼油厂只生产生焦,煅烧作业多在炭素厂内进行。
●石油焦按硫分的高低区分,可分为高硫焦(含硫1.5%以上)、中硫焦(含硫0.5%-1.5%)、和低硫焦(含硫0.5%以下)三种,石墨电极及其它人造石墨制品生产一般使用低硫焦生产。
●针状焦是外观具有明显纤维状纹理、热膨胀系数特别低和很容易石墨化的一种优质焦炭,焦块破裂时能按纹理分裂成细长条状颗粒(长宽比一般在1.75以上),在偏光显微镜下可观察到各向异性的纤维状结构,因而称之为针状焦。
●针状焦物理机械性质的各向异性十分明显, 平行于颗粒长轴方向具有良好的导电导热性能,热膨胀系数较低,在挤压成型时,大部分颗粒的长轴按挤出方向排列。
因此,针状焦是制造高功率或超高功率石墨电极的关键原料,制成的石墨电极电阻率较低,热膨胀系数小,抗热震性能好。
炭电极与石墨电极
炭电极和石墨电极在以下四个方面存在差异:
1.材料组成:炭电极通常使用高纯度的煤沥青为原料,经过干燥,热压成型,高温烘烤等工艺制成。
而石墨电极则通常采用人造石墨颗粒,焦炭,沥青等为原材料,经过混合,烘干,热压等多道工艺制成。
2.制作工艺:炭电极的生产工艺相对简单,生产成本较低,但技术难度较大。
石墨电极的生产工艺比较复杂,生产成本相对较高,但具有更好的电极性能和稳定性。
3.使用领域:由于碳电极的价格较低,所以它在铸造,冶金,催化剂等工业领域得到广泛应用,如在铝电解和钢铁生产中都需要使用碳电极。
而石墨电极则具有较高的导电性和耐用性,广泛应用于电解铜,铝,锌,镍,铁等金属的生产中。
4.技术性能:炭电极和石墨电极在技术性能上也有所不同。
例如,石墨电极具有高强度、高导电性和耐高温等特点,可以满足高品质和高效率的需求,主要用于钢铁冶炼行业,如电弧炉和钢水处理炉等工艺中。
而炭电极则具有高纯度、化学稳定性和热稳定性高等特点,广泛用于铸造、电炉熔炼、医药、化工和电解铝等行业。
总的来说,炭电极和石墨电极在材料组成、制作工艺、使用领域和技术性能等方面都存在一定的差异,需要根据具体的应用场景选择合适的电极类型。
石墨电极的工艺流程详解下面我为大家介绍一下各种工序原料:用于炭素生产的原料有哪些在炭素生产中,通常采用的原料可分为固体炭质原料和粘结剂及浸渍剂两类。
固体炭质原料包括石油焦、沥青焦、冶金焦、无烟煤、天然石墨和石墨碎等;粘结剂和浸渍剂包括煤沥青、煤焦油、蒽油和合成树脂等。
此外生产中还使用一些辅助物料,如石英砂、冶金焦粒和焦粉。
生产一些特种炭和石墨制品(如炭纤维、活性炭、热解炭和热解石墨、玻璃炭)则采用其他一些特殊原料。
煅烧:什么叫煅烧?哪些原料需要煅烧?碳质原料在隔绝空气的条件下进行高温(1200-1500°C)热处理的过程称为煅烧。
煅烧是炭素生产的第一道热处理工序,煅烧使各种炭质原料的结构和物理化学性质发生一系列变化。
无烟煤和石油焦都含有一定数量的挥发份,需要进行煅烧。
沥青焦和冶金焦的成焦温度比较高(1 000°C以上),相当于炭素厂内煅烧炉的温度,可以不再煅烧,只需烘干水分即可。
但如果沥青焦和石油焦在愀烧前混合使用,则应与石油焦一起送入煅烧炉煅烧。
天然石墨和炭黑则不需要进行愀烧。
压型:挤压成型原理是怎样的?挤压过程的本质是在压力下使糊料通过一定形状的横嘴后受到压实和塑性变形而成为具有一定形状和尺寸的毛胚。
挤压成型过程主要是糊料的塑性变形过程。
糊料挤压过程是在料室(或称糊缸)和圆弧式型嘴内进行的。
装入料室内的热糊料在后部主柱塞的推动下。
迫使糊料内的气体不断排除,糊料不断密实,同时糊料向前运动。
当糊料在料室的圆筒部分运动时,糊料可看作稳定流动,各颗粒料层基本上是平行移动的。
当糊料进入到具有圆弧变形的挤压嘴子部位时,紧贴嘴壁的糊料前进中受到较大的摩擦阻力,料层开始弯曲,糊料内部产生精心整理不相同的推进速度,内层糊料推进超前,导致制品沿径向密度不均匀,因此在挤压块内产生内外层流速不同而引起的内应力。
最后糊料进入直线变形部分而被挤出。
焙烧:什么是焙烧?焙烧的目的是什么?焙烧是压型后的生制品在加热炉内的保护介质中,在隔绝空气的条件下,按一定的升温速度进行加热的热处理过程。
石墨电极发热值-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容:石墨电极发热值是指在特定条件下,石墨电极单位质量在单位时间内所释放的热量。
石墨电极作为一种重要的电极材料,在电化学和化工领域具有广泛的应用。
石墨电极的发热值对于了解其热学性质、优化电极设计以及提高电极效率具有重要意义。
本文将从石墨电极的定义和特点、制备方法以及发热值的计算等方面进行全面介绍。
首先,我们将详细介绍石墨电极的定义和特点,包括其化学成分、晶体结构以及物理性质等。
其次,我们将介绍石墨电极的制备方法,包括传统制备方法和新型制备方法,并对各种方法进行比较和分析。
最后,我们将重点探讨石墨电极的发热值计算方法,包括理论计算和实验测定方法,并对其优缺点进行评价。
通过对石墨电极发热值的研究,我们可以深入了解石墨电极的热学性质,对其热传导机制和能量转换效率进行研究,从而为电化学和化工领域的相关应用提供理论依据和技术支持。
同时,石墨电极发热值的研究还可以为优化电极设计和提高电极效率提供指导,促进电化学和化工领域的科学发展。
展望未来,石墨电极发热值的研究仍然具有巨大的潜力和挑战。
随着科学技术的不断发展和创新,人们对于石墨电极发热值的认识将会不断深化,新的计算方法和实验技术也会被引入。
通过不懈努力,我们相信石墨电极发热值的研究将为推动电化学和化工领域的进步做出更大的贡献。
1.2 文章结构本文按照以下结构进行组织和论述:引言:首先,我们会对石墨电极发热值的概念进行概述,并介绍本篇文章的目的。
通过引言,读者可以了解到本文的背景和重要性。
正文:正文部分主要包括三个方面的内容:2.1 石墨电极的定义和特点:我们将详细介绍石墨电极的定义、组成以及其在电化学领域中的应用。
此外,我们还会探讨石墨电极的特点和优势,以便读者更好地理解其发热值的计算。
2.2 石墨电极的制备方法:我们将介绍石墨电极的制备方法,并对这些方法进行比较和分析。
这将有助于读者了解不同制备方法对石墨电极的发热值所产生的影响,并为后续章节的发热值计算提供基础。
石墨电极石墨电极(graphite electrode)以石油焦、沥青焦为颗粒料,煤沥青为黏结剂,经过}昆捏、成型、焙烧、石墨化和机械加工而制成的一种耐高温的石墨质导电材料。
石墨电极是电炉炼钢的重要高温导电材料,通过石墨电极向电炉输入电能,利用电极端部和炉料之间引发电弧产生的高温为热源,使炉料熔化进行炼钢,其他一些电冶炼或电解设备也常使用石墨电极为导电材料。
2000年全世界消耗石墨电极100万t左右,中国2000年消耗石墨电极25万t左右。
利用石墨电极优良的物理化学性能,在其他工业部门中也有广泛的用途,以生产石墨电极为主要品种的炭素制品工业已经成为当代原材料工业的重要组成部门。
简史早在1810年汉佛莱•戴维(Humphry Davy)利用木炭制成通电后能产生电弧的炭质电极,开辟了使用炭素材料作为高温导电电极的广阔前景,1846年斯泰特(Stair)和爱德华(Edwards)用焦炭粉及蔗糖混合后加压成型,并在高温下焙烧从而制造出另一种炭质电极,再将这种炭质电极浸在浓糖水中以提高其体积密度,他们获得了生产这种电极的专利权。
1877年美国克利夫兰(Cleveland)的勃洛希(C.F.Brush)和劳伦斯(wrence)采用煅烧过的石油焦研制低灰分的炭质电极获得成功。
1899年普利查德(O.G.Pritchard)首先报道了用锡兰天然石墨为原料制造天然石墨电极的方法。
1896年卡斯特纳(H.Y.Gastner)获得了使用电力将炭质电极直接通电加热到高温,而生产出比天然石墨电极使用性能更好的人造石墨电极的专利权。
1897年美国金刚砂公司(Carborundum Co.)的艾奇逊(E.G.Acheson)在生产金刚砂的电阻炉中制造了第一批以石油焦为原料的人造石墨电极,产品规格为22mm×32m mX380mm,这种人造石墨电极当时用于电化学工业生产烧碱,在此基础上设计的“艾奇逊”石墨化炉将由石油焦生产的炭质电极及少量电阻料(冶金焦粒)构成“炉芯电阻”,通电后产生高温,使由石油焦制成的炭质电极在高温下“石墨化”而获得人造石墨电极。
石墨电极原料、成本及生产工艺分析提示:1、原料与成本:石油焦、针状焦和煤沥青等原材料占石墨电极成本的66.88% (1)原料:低硫石1、原料与成本:石油焦、针状焦和煤沥青等原材料占石墨电极成本的66.88%(1)原料:低硫石油焦、煤系针状焦为骨材,煤沥青为粘结剂石墨电极由石油焦、针状焦等为原料、煤沥青等为粘结剂,经原料破碎、配料、混捍、压制成型、焙烧、浸渍、二次焙烧、石墨化、机加工、质量检验、打包出厂等11道工序制备而成。
参考发布《2017-2022年中国石墨电极行业市场发展现状及十三五投资战略分析报告》石油焦:石油焦(Petroleumcoke)是原油经蒸馏将轻、重质油分离后,重质油再经热裂过程得到的石油制品。
石油焦色黑多孔,碳含量占80%以上,灰分含量一般在0.5%以下,在化工、冶金等行业中有广泛的用途,是生产人造石墨制品及电解铝用炭素制品的主要原料。
石油焦按硫分的高低区分,可分为高硫焦(含硫1.5%以上)、中硫焦(含硫0.5%~1.5%)、和低硫焦(含硫0.5%以下)三种,石墨电极及其它人造石墨制品生产一般使用低硫焦生产。
图:石油焦是由柴油、蜡油等重质油经热裂焦化得到的石油制品资料来源:公开资料整理针状焦:针状焦是外观具有明显纤维状纹理、热膨胀系数特别低和很容易石墨化的一种优质焦炭。
针状焦物理性能的各向异性十分明显,平行于颗粒长轴方向具有良好的导电导热性能和较低的热膨胀系数,因此针状焦是制造高功率或超高功率石墨电极的关键原料,制成的石墨电极电阻率较低,热膨胀系数小,抗热震性能好。
针状焦按原料来源可分为以石油渣油为原料生产的油系针状焦和以精制煤沥青原料生产的煤系针状焦两种。
根据张毅峰2013年发表于《炭素技术》期刊上的《针状焦与石墨电极》一文,国外炭素企业生产大规格高功率和超高功率石墨电极往往首选优质油系针状焦为主要原料焦,目前我国针状焦以煤系针状焦为主,油系针状焦依赖于从日本水岛公司和英国HSP公司进口。
石墨电极原料煅烧焦单耗石墨电极是一种用于电弧炉中冶炼金属的关键材料。
石墨电极原料煅烧焦单耗是评价石墨电极材料加工质量的重要指标。
本文将分步解析石墨电极原料煅烧焦单耗的含义、意义及影响因素,并探讨如何降低煅烧焦单耗以提高石墨电极材料的加工效率。
一、石墨电极原料煅烧焦单耗的含义及意义石墨电极原料煅烧焦单耗是指在炼焦工艺中,每单位石墨电极原料产生的焦炭量。
它是石墨电极材料煅烧工艺质量的重要指标之一,直接影响着石墨电极材料的加工效率和成本控制。
石墨电极是由石墨和结合剂混合而成的,煅烧工艺是将原料中的结合剂热解掉,使石墨颗粒形成结构稳定的石墨晶体。
煅烧焦单耗的高低,直接关系到石墨电极材料质量的好坏。
如果煅烧焦单耗过高,意味着石墨电极材料中残留有较多的结合剂,会影响石墨晶体的结构稳定性,导致电极材料在实际使用过程中易碎、容易产生裂纹等问题。
而煅烧焦单耗降低,则意味石墨电极材料中残留的结合剂较少,石墨晶体结构更加稳定,具有更好的导电性、导热性和抗腐蚀性,能够更好地满足冶金工艺的要求。
二、影响石墨电极原料煅烧焦单耗的因素1. 原料成分:石墨电极的原料主要由石墨和结合剂组成,原料中结合剂的含量和性质都会直接影响煅烧焦单耗。
过多的结合剂会导致煅烧过程中产生过多的气体和焦炭,使煅烧焦单耗增加。
2. 煅烧工艺参数:煅烧工艺中的温度、时间和气氛等参数对煅烧焦单耗也有重要影响。
适宜的煅烧温度和时间能够保证结合剂完全热解,并促进石墨晶体的生长,从而降低煅烧焦单耗。
而适宜的气氛组成能够调控煅烧过程中的氧气活性,避免过多的氧化反应,减少石墨氧化。
3. 煅烧设备设计:煅烧设备的结构和功能也会对煅烧焦单耗产生影响。
例如,合理的热风循环设计能够改善热风分布均匀性,减少热风对电极材料的侵蚀,从而降低煅烧焦单耗。
三、降低煅烧焦单耗的方法1. 优化原料配比:合理调整石墨和结合剂的配比,使原料中结合剂的含量达到最低限度,同时保证石墨的质量。
可以通过石墨和结合剂的先进行预混,再进行煅烧,以降低煅烧焦单耗。
石墨电极工艺流程
《石墨电极工艺流程》
石墨电极是一种重要的工业材料,广泛应用于冶金、化工、机械制造等领域。
其制作工艺流程十分复杂,需要经过多道工序才能完成。
下面介绍一下石墨电极的工艺流程。
首先,原料的选取十分关键。
石墨电极的主要原料是高品质的石墨粉末,需要经过精细的筛分和混合,确保原料的均匀性和稳定性。
接着,将混合好的原料放入模具中,经过高压成型工艺,将石墨粉末压制成所需的形状和尺寸。
这一步是确保电极的密度和强度。
然后,经过热处理工艺,将成型好的石墨电极进行高温煅烧,以提高其密度和耐磨性。
这一步还可以让石墨电极在高温和化学腐蚀环境下具有更好的稳定性和耐腐蚀性能。
接下来,进行精密加工,将石墨电极进行切割、车削等工序,以使其具有精确的尺寸和表面平整度。
这一步是保证电极在使用时能够满足工艺要求。
最后,对石墨电极进行表面涂层处理,以提高其导电性能和耐磨性。
这一步是确保电极在使用时能够稳定工作。
总的来说,石墨电极工艺流程非常复杂,需要多道工序的精密
加工和处理才能完成。
只有严格按照工艺流程进行制作,才能保证石墨电极具有良好的性能和稳定性。
石墨电极的原料及制造工艺石墨电极的原料及制造工艺一、石墨电极的原料1、石墨电极是采用石油焦、针状焦为骨料,煤沥青为粘结剂,经过混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工等一系列工艺过程生产出来的一种耐高温石墨质导电材料。
石墨电极是电炉炼钢的重要高温导电材料,通过石墨电极向电炉输入电能,利用电极端部和炉料之间引发电弧产生的高温作为热源,使炉料熔化进行炼钢。
其他一些冶炼黄磷、工业硅、磨料等材料的矿热炉也用石墨电极作为导电材料。
利用石墨电极优良而特殊的物理化学性能,在其他工业部门也有广泛的用途。
2、石墨电极的原料生产石墨电极的原料有石油焦、针状焦和煤沥青(1)石油焦石油焦是石油渣油、石油沥青经焦化后得到的可燃固体产物。
色黑多孔,主要元素为碳,灰分含量很低,一般在0.5%以下。
石油焦属于易石墨化炭一类,石油焦在化工、冶金等行业中有广泛的用途,是生产人造石墨制品及电解铝用炭素制品的主要原料。
石油焦按热处理温度区分可分为生焦和煅烧焦两种,前者由延迟焦化所得的石油焦,含有大量的挥发分,机械强度低,煅烧焦是生焦经煅烧而得。
中国多数炼油厂只生产生焦,煅烧作业多在炭素厂内进行。
石油焦按硫分的高低区分,可分为高硫焦(含硫1.5%以上)、中硫焦(含硫0.5%-1.5%)、和低硫焦(含硫0.5%以下)三种,石墨电极及其它人造石墨制品生产一般使用低硫焦生产。
(2)针状焦针状焦是外观具有明显纤维状纹理、热膨胀系数特别低和很容易石墨化的一种优质焦炭,焦块破裂时能按纹理分裂成细长条状颗粒(长宽比一般在1.75以上),在偏光显微镜下可观察到各向异性的纤维状结构,因而称之为针状焦。
针状焦物理机械性质的各向异性十分明显, 平行于颗粒长轴方向具有良好的导电导热性能,热膨胀系数较低,在挤压成型时,大部分颗粒的长轴按挤出方向排列。
因此,针状焦是制造高功率或超高功率石墨电极的关键原料,制成的石墨电极电阻率较低,热膨胀系数小,抗热震性能好。
针状焦分为以石油渣油为原料生产的油系针状焦和以精制煤沥青原料生产的煤系针状焦。
(3)煤沥青煤沥青是煤焦油深加工的主要产品之一。
为多种碳氢化合物的混合物,常温下为黑色高粘度半固体或固体,无固定的熔点,受热后软化,继而熔化,密度为1.25-1.35g/cm3。
按其软化点高低分为低温、中温和高温沥青三种。
中温沥青产率为煤焦油的54-56%。
煤沥青的组成极为复杂,与煤焦油的性质及杂原子的含量有关,又受炼焦工艺制度和煤焦油加工条件的影响。
表征煤沥青特性的指标很多,如沥青软化点、甲苯不溶物(TI)、喹啉不溶物(QI)、结焦值和煤沥青流变性等。
煤沥青在炭素工业中作为粘结剂和浸渍剂使用,其性能对炭素制品生产工艺和产品质量影响极大。
粘结剂沥青一般使用软化点适中、结焦值高、β树脂高的中温或中温改质沥青,浸渍剂要使用软化点较低、 QI低、流变性能好的中塑性变形,最终形成具有一定形状、尺寸、密度和强度的生坯(或称生制品)的工艺过程。
成型方法常用设备主要产品模压立式液压机电碳、低档次细结构石墨挤压卧式液压挤压机螺杆挤压机石墨电极、方电极振动成型振动成型机铝用碳砖、高炉碳砖等静压等静压成型机各向同性石墨、异性石墨(1)凉料:圆盘凉料、圆筒凉料、混捏式凉料等方式排出挥发份、降低至适宜温度(90-120℃)增加粘结力,使糊料块度均匀利于成型20-30 min(2)装料:压机升挡板----分2-3次下料----4-10MPa压实(3)预压:压力20-25MPa,时间3-5min,同时抽真空(4)挤压:压机降挡板----5-15MPa挤压----剪切----翻入冷却水槽(5)挤压的技术参数:压缩比、压机料室及嘴型温度、凉料温度、预压压力时间、挤压压力、挤压速度、冷却水温度(6)生坯的检查:体积密度、外观敲击、剖析5、焙烧是炭制品生坯在填充料保护下、装入专门设计的加热炉内进行高温热处理, 使生坯中的煤沥青炭化的工艺过程。
煤沥青炭化后形成的沥青焦将炭质骨料和粉料颗粒固结在一起, 焙烧后的炭制品具有较高的机械强度、较低的电阻率、较好的热稳定性和化学稳定性。
(1)焙烧是炭素制品生产的主要工序之一, 也是石墨电极生产三大热处理过程中的重要一环, 焙烧生产周期较长(一焙22-30天,二焙依炉型5-20天), 而且能耗较高。
生坯焙烧的质量对成品质量和生产成本都有一定影响。
(2)生坯内煤沥青在焙烧过程中焦化,排出10%左右的挥发份,同时体积产生2-3%的收缩,质量损失8-10%。
炭坯的理化性能也发生了显著变化,由于气孔率增加体积密度由1.70g/cm3降为1.60g/cm3,电阻率10000μΩ.m左右降至40-50μΩ.m,焙烧坯的机械强度也大为提高。
(3)二次焙烧是焙烧品浸渍后进行再次焙烧,使浸入焙烧品孔隙中的沥青炭化的工艺过程。
生产体积密度要求较高的电极(除RP以外的所有品种)和接头坯料需进行二焙,接头坯料还需进行三浸四焙或二浸三焙。
(4)焙烧炉主要炉型:①连续作业----环式炉(带盖、不带盖)、隧道窑②间歇作业----倒焰窑、车底式焙烧炉、箱式焙烧炉(5)焙烧曲线及最高温度:一次焙烧----320、360、422、480小时,1250 ℃二次焙烧----125、240 、280 小时,700-800 ℃(6)焙烧品的检查:外观敲击、电阻率、体积密度、抗压强度、内部结构剖析浸渍是将炭材料置于压力容器中,在一定的温度和压力条件下将液态浸渍剂沥青浸入渗透到制品电极孔隙中的工艺过程。
目的是降低制品气孔率,增加制品体积密度和机械强度,改善制品的导电和导热性能。
浸渍的工艺流程及相关技术参数是:焙烧坯——表面清理——预热(260-380 ℃,6-10小时)——装入浸渍罐——抽真空(8-9KPa,40-50min)——注沥青(180-200 ℃)——加压(1.2-1.5MPa,3-4小时)——返沥青——冷却(罐内或罐外)(7)浸渍品的检查:浸渍增重率G=(W2-W1)/W1×100%一次浸渍品增重率≥14%二次浸渍品增重率≥9%三次浸渍品增重率≥5%6、石墨化是指在高温电炉内保护介质中把炭制品加热到2300 ℃以上,使无定形乱层结构炭转化成三维有序石墨晶质结构的高温热处理过程。
平面六角网格层状结构(1)石墨化的目的和作用:①提高炭材料的导电、导热性(电阻率降低4-5倍,导热性提高约10倍);②提高炭材料的抗热振性能和化学稳定性(线膨胀系数降低50-80%);③使炭材料具有润滑性和抗磨性;④排出杂质,提高炭材料的纯度(制品的灰分由0.5-0.8%降到0.3%左右)。
(2)石墨化过程的实现:炭材料的石墨化是在2300-3000 ℃高温下进行的,故工业上只有通过电加热方式才能实现,即电流直接通过被加热的焙烧品,这时装入炉内的焙烧品既是通过电流产生高温的导体,又是被加热到高温的对象。
目前广泛采用的炉型有艾奇逊(Acheson)石墨化炉和内热串接(LWG)炉。
前者产量大、温差大、电耗较高,后者加热时间短、电耗低、电阻率均匀但不好装接头。
石墨化工艺过程的控制是通过测温确定与升温情况相适应的电功率曲线进行控制,通电时间艾奇逊炉50-80小时,LWG炉9-15小时。
石墨化的电耗很大,一般为3200-4800KWh,工序成本约占整个生产成本的20-35%(3)石墨化品的检查:外观敲击、电阻率测试7、机械加工炭石墨材料机械加工的目的是依靠切削加工来到达所需要的尺寸、形状、精度等,制成符合使用要求电极本体和接头。
(1)石墨电极加工分为电极本体和接头两个独立加工过程。
①本体加工包括镗孔与粗平端面、车外圆与精平端面和铣螺纹3道工序,圆锥形接头的加工可分为6道工序:切断、平端面、车锥面、铣螺纹、钻孔安栓和开槽。
②电极接头连接方式:圆锥形接头连接(一吋三扣和一吋四扣)、圆柱形接头连接、凹凸连接(公母扣连接)(2)加工精度的控制:螺纹锥度偏差、螺纹螺距、接头(孔)大径偏差、接头孔同轴度、接头孔垂直度、电极端面平整度、接头四点偏差等。
用专用环规和板规等检查。
(3)成品电极的检查:精度、重量、长度、直径、体积密度、电阻率、预装配合精度等。
三、石墨电极的质量指标规格普通功率高功率超高功率≤φ300≥φ350 ≤φ400 ≥φ450 ≤φ400 ≥φ450电阻率μΩ·m不大于电极8.5 6.5 5.5 接头 6.5 5.5 4.5体积密度g/cm3不小于电极 1.53 1.52 1.62 1.62 1.67 1.66 接头 1.69 1.73 1.75抗折强度Mpa不小于电极8.5 7.0 10.5 9.8 11.0 接头15.0 16.0 20.0弹性摸量Gpa不大于电极9.3 12.0 14.0 接头14.0 16.0 18.0热膨胀系数10-61/℃不大于电极 2.9 2.4 1.5 接头 2.8 2.2 1.4大说明电极越密实,与强度、抗氧化性能是正相关,一般而言,同品种电极体积密度越大,其电阻率也越低。
提高体积密度的途径是:调整配方、增加小粒级料和粉料用量,用真密度高的焦,使用结焦值高的沥青和增加浸渍次数等。
电阻率是来衡量电极的导电能力的参数,是指电流通过导体时,导体对电流阻力的一种性质,数值上等于长度为1m、截面积为1m2的导体在一定温度条件下的电阻值,单位μΩ·m。
电阻率越低,电极在使用中导电性越好、消耗就越低。
降低电阻率的途径有:使用优质原料,提高制品体积密度,提高石墨化温度等。
抗折强度是表征石墨材料的力学性能的参数,也叫抗弯强度,是指当外力与物体轴线相垂直,物体受外力作用后先呈弯曲到折断瞬间的极限抵抗能力,单位为MPa。
石墨材料的强度有个与其他金属非金属显著不同的特点,其强度随温度升高而增大,在2000-2500 ℃达到最高,为常温的1.8-2倍,之后有所下降。
强度高的电极、接头,在使用中越不易折断。
提高抗折强度的途径是:减小配方中焦炭的粒度,提高炭质原料强度,提高制品的体积密度,减少制品内部缺陷等。
弹性模量是力学性能的一个重要方面,是衡量材料弹性形变能力的指标,指材料在弹性变形范围内,应力和应变的比值,单位为GPa 。
弹性模量越大,要产生一定弹性变形所需的应力越大,简单讲,弹性模量越大材料越脆,弹性模量越小材料越柔。
弹性模量的高低对电极使用起一个综合性的作用,制品的体积密度越高越密实,弹性模量越大,但制品的抗热振性能越差,越易产生开裂掉块。
在生产中,往往通过配方粒级的调整、制品体积密度的高低掌握一个比较适应使用要求的弹性模量值。
热膨胀系数是指材料受热后膨胀程度的度量,即当温度升高1℃时,引起单位的固体材料试样在某一特定方向上的膨胀比例常数,称为沿该方向的线膨胀系数,单位1×10-6/℃。
在没有特别注明之处,热膨胀系数均指线膨胀系数,石墨电极轴向和径向线膨胀系数差异很大,径向要比轴向大0.8-1倍,石墨电极质量指标中的热膨胀系数是指轴向热膨胀系数。