石墨電極的生產(chǎn)工藝

2020-04-29 點(diǎn)擊量：2907

原料：在炭素生產(chǎn)中，常用的原料可分為兩類：固體炭素原料、粘結(jié)劑和浸漬劑。固體炭質(zhì)原料包括石油焦、瀝青焦、冶金焦、無(wú)煙煤、天然石墨和石墨破碎，粘結(jié)劑和浸漬劑包括煤焦油瀝青、煤焦油、蒽油和合成樹脂。此外，在生產(chǎn)中還使用了石英砂、冶金焦粉、焦粉等輔料。其他特殊原料用于生產(chǎn)一些特殊的碳和石墨產(chǎn)品(如碳纖維、活性炭、熱解碳和熱解石墨、玻璃碳)。

煅燒：在孤立空氣條件下高溫(1200≤1500°C)熱處理炭原料的過(guò)程稱為煅燒。煅燒是炭素生產(chǎn)中的第一道熱處理工藝。煅燒使各種含碳原料的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了一系列的變化。

無(wú)煙煤和石油焦都含有一定量的揮發(fā)分，需要煅燒。瀝青質(zhì)焦炭和冶金焦炭的結(jié)焦溫度相對(duì)較高(1000℃以上)，相當(dāng)于碳化廠煅燒爐的溫度。它不能再煅燒，只需要干燥水分。但如果在煅燒前將瀝青焦和石油焦混合，則應(yīng)與石油焦一起送至煅燒爐。天然石墨和炭黑不需要煅燒。

篩分：

混捏：混捏的目的是為了得到均勻的具有良好塑性的糊料，但由于某些因素的變化會(huì)使混捏質(zhì)量發(fā)生很大的變化，造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，采用軟化點(diǎn)在80-90℃的硬瀝青時(shí)，糊料溫度應(yīng)提高到168-174℃，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，瀝青對(duì)干料濕潤(rùn)性和粘結(jié)性能最好，所得糊料有良好的塑性和擠壓性能，混合時(shí)間一般干混30分鐘，濕混時(shí)間為40分鐘，如果混合時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使得大顆粒遭到破壞，破壞原來(lái)的顆粒組成，從而使得產(chǎn)品的體密降低，塑性變差，氣孔率增大，機(jī)械強(qiáng)度降低

成型：成型有擠壓成型、振動(dòng)成型和模壓法。我們工廠采用的是3500t的擠壓機(jī)成型，成型前將所得到的糊料在涼料機(jī)中從168-174℃降至116℃，涼的時(shí)間不可以超過(guò)11分鐘且不低于8分鐘，之后在保溫臺(tái)保溫20分鐘后將保溫好的糊料裝入擠壓機(jī)的缸內(nèi)，預(yù)壓3-5分鐘壓力一般不小于25MPa，制品通過(guò)安裝在擠壓機(jī)前的嘴兒擠壓出來(lái)，擠壓機(jī)一般為間歇生產(chǎn)，生產(chǎn)分為三個(gè)階段：第一階段，當(dāng)柱塞頭開始加壓，糊料顆粒很快的移動(dòng)，大的糊料顆粒之間的空隙被小的糊料顆粒填充，顆粒間的接觸趨于緊密。第二階段，當(dāng)壓頭繼續(xù)施壓，電極密度逐漸增大，密度達(dá)到一定值后壓力繼續(xù)增加密度增長(zhǎng)緩慢。第三階段，壓力達(dá)到極限值，密度趨于均勻。然后從壓嘴中擠出電極

焙燒：焙燒是壓型后的生制品在加熱爐內(nèi)的保護(hù)介質(zhì)中，在隔絕空氣的條件下，按一定的升溫速度進(jìn)行加熱的熱處理過(guò)程。

焙燒的目的在于：

主要研究結(jié)果如下：(1)以煤瀝青為粘結(jié)劑的產(chǎn)品經(jīng)焙燒后揮發(fā)分的排放量約為10%。因此，焙燒產(chǎn)率一般低于90％。

結(jié)焦原料按一定的工藝條件焙燒，結(jié)合劑結(jié)焦，在集料顆粒間形成焦炭網(wǎng)絡(luò)，使不同粒徑的集料牢固連接在一起，使產(chǎn)品具有一定的理化性能。在相同條件下，焦燒率越高，產(chǎn)品質(zhì)量越好。中溫瀝青的殘余碳含量一般在50%左右.

（3）固定幾何形式生制品在焙燒過(guò)程中，發(fā)生軟化，粘結(jié)劑遷移現(xiàn)象。隨著溫度的升高，形成焦化網(wǎng)，使制品僵化。因此，溫度再升高，其形狀也不改變。

（4）降低電阻率在焙燒過(guò)程中，由于揮發(fā)分的排除，瀝青焦化形成焦炭網(wǎng)格，瀝青發(fā)生分解和聚合反應(yīng)，生成大的六角炭環(huán)平面網(wǎng)等原因，電阻率大幅度下降。生制品電阻率大約10000×10-6Ω〃m,經(jīng)過(guò)焙燒后降至40--50×10-6Ω〃m，稱為良導(dǎo)體

（5）體積進(jìn)一步收縮焙燒后制品直徑收縮1%左右，長(zhǎng)度收縮2%左右，體積收縮為2-3%。

浸漬：經(jīng)壓成型后的生制品孔度很低。但是生制品在焙燒后，由于煤瀝青在焙燒過(guò)程中一部分分解成氣體逸出，另一部分焦化為瀝青焦。生成瀝青焦的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于煤瀝青原來(lái)占有的體積，雖然在焙燒過(guò)程中稍有收縮，但仍在產(chǎn)品內(nèi)部形成許多不規(guī)則的并且孔徑大小不等的微小氣孔。由于大量氣孔的存在必然會(huì)對(duì)產(chǎn)品的理化性能產(chǎn)生一定的影響。在一定的溫度下的氧化速度加快，耐腐蝕也變壞，氣體和液體更容易滲透。

浸漬是一種減少產(chǎn)品孔度，提高密度，增加抗壓強(qiáng)度，降低成品電阻率，改變產(chǎn)品的理化性能的工藝過(guò)程。

石墨化：石墨化是把焙燒制品臵于石墨化爐內(nèi)保護(hù)介質(zhì)中加熱到高溫，使六角碳原子平面網(wǎng)格從二維空間的無(wú)序重疊轉(zhuǎn)變?yōu)槿S空間的有序重疊，且具有石墨結(jié)構(gòu)的高溫?zé)崽幚磉^(guò)程。其目的是：

（1）提高產(chǎn)品的熱、電傳導(dǎo)性。

（2）提高產(chǎn)品的耐熱沖擊性和化學(xué)穩(wěn)定性。

（3）提高產(chǎn)品的潤(rùn)滑性、抗磨性。

（4）排除雜質(zhì)，提高產(chǎn)品強(qiáng)度。

機(jī)械加工：炭素制品為什么要進(jìn)行機(jī)械加工？

（1）整形的需要，具有一定的尺寸和形狀的壓型后的炭素生制品，在焙燒和石墨化過(guò)程中發(fā)生不同程度的變形、碰損，同時(shí)其表面還粘結(jié)著一些填充料，如果不經(jīng)過(guò)機(jī)械加工就不能使用，因此必須對(duì)產(chǎn)品整形，加工成規(guī)定的幾何形狀。

（2）使用的需要，按照用戶的使用要求進(jìn)行加工。如電爐煉鋼的石墨電極需要連接使用，必須在產(chǎn)品兩端車制成螺紋孔，然后用特制的帶螺紋的接頭將兩根電極連接起來(lái)使用。

（3）工藝上的需要，有的產(chǎn)品要根據(jù)用戶使用上的工藝需要，加工成特殊的形狀和規(guī)格，甚至要求較低的表面粗糙度