石墨電極的生產工藝

2020-05-23 點擊量：2084

 

石墨電極的生產工藝
原料：在炭素生產中，常用的原料可分為兩類：固體炭素原料、粘結劑和浸漬劑。固體炭質原料包括石油焦、瀝青焦、冶金焦、無煙煤、天然石墨和石墨破碎，粘結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一些特殊的碳和石墨產品(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)熱處理炭原料的過程稱為煅燒。煅燒是炭素生產中的第一道熱處理工藝。煅燒使各種含碳原料的結構和物理化學性質發生了一系列的變化。

無煙煤和石油焦都含有一定量的揮發分，需要煅燒。瀝青質焦炭和冶金焦炭的結焦溫度相對較高(1000℃以上)，相當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使混捏質量發生很大的變化，造成產品質量不穩定，通過實驗證明，采用軟化點在80-90℃的硬瀝青時，糊料溫度應提高到168-174℃，在這個溫度范圍內，瀝青對干料濕潤性和粘結性能最好，所得糊料有良好的塑性和擠壓性能，混合時間一般干混30分鐘，濕混時間為40分鐘，如果混合時間過長，會使得大顆粒遭到破壞，破壞原來的顆粒組成，從而使得產品的體密降低，塑性變差，氣孔率增大，機械強度降低

成型：成型有擠壓成型、振動成型和模壓法。我們工廠采用的是3500t的擠壓機成型，成型前將所得到的糊料在涼料機中從168-174℃降至116℃，涼的時間不可以超過11分鐘且不低于8分鐘，之后在保溫臺保溫20分鐘后將保溫好的糊料裝入擠壓機的缸內，預壓3-5分鐘壓力一般不小于25MPa，制品通過安裝在擠壓機前的嘴兒擠壓出來，擠壓機一般為間歇生產，生產分為三個階段：第一階段，當柱塞頭開始加壓，糊料顆粒很快的移動，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，當壓頭繼續施壓，電極密度逐漸增大，密度達到一定值后壓力繼續增加密度增長緩慢。第三階段，壓力達到極限值，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的保護介質中，在隔絕空氣的條件下，按一定的升溫速度進行加熱的熱處理過程。

焙燒的目的在于：

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

結焦原料按一定的工藝條件焙燒，結合劑結焦，在集料顆粒間形成焦炭網絡，使不同粒徑的集料牢固連接在一起，使產品具有一定的理化性能。在相同條件下，焦燒率越高，產品質量越好。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程中，發生軟化，粘結劑遷移現象。隨著溫度的升高，形成焦化網，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程中，由于揮發分的排除，瀝青焦化形成焦炭網格，瀝青發生分解和聚合反應，生成大的六角炭環平面網等原因，電阻率大幅度下降。生制品電阻率大約10000×10-6Ω〃m,經過焙燒后降至40--50×10-6Ω〃m，稱為良導體

（5）體積進一步收縮焙燒后制品直徑收縮1%左右，長度收縮2%左右，體積收縮為2-3%。

浸漬：經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遠小于煤瀝青原來占有的體積，雖然在焙燒過程中稍有收縮，但仍在產品內部形成許多不規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對產品的理化性能產生一定的影響。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。

浸漬是一種減少產品孔度，提高密度，增加抗壓強度，降低成品電阻率，改變產品的理化性能的工藝過程。

石墨化：石墨化是把焙燒制品臵于石墨化爐內保護介質中加熱到高溫，使六角碳原子平面網格從二維空間的無序重疊轉變為三維空間的有序重疊，且具有石墨結構的高溫熱處理過程。其目的是：

（1）提高產品的熱、電傳導性。

（2）提高產品的耐熱沖擊性和化學穩定性。

（3）提高產品的潤滑性、抗磨性。

（4）排除雜質，提高產品強度。

機械加工：炭素制品為什么要進行機械加工？

（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，在焙燒和石墨化過程中發生不同程度的變形、碰損，同時其表面還粘結著一些填充料，如果不經過機械加工就不能使用，因此必須對產品整形，加工成規定的幾何形狀。

（2）使用的需要，按照用戶的使用要求進行加工。如電爐煉鋼的石墨電極需要連接使用，必須在產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使用。

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