一次性成型石墨坩埚的制造方法与流程

文档序号:11222901阅读:4060来源:国知局

本发明属于石墨坩埚制造技术领域,具体涉及利用再生石墨一次性成型的石墨坩埚制造方法。



背景技术:

由于石墨具有耐高温、抗氧化、化学性能稳定等特性,用石墨做成的坩埚容器,广泛应用于锂电池负极粉料的提纯、稀土熔炼、贵重金属熔炼等需要高温热处理的行业。

目前,制造石墨坩埚的方式通常是用优质的石墨电极坯料经机械加工而成。石墨电极加工生产坩埚方法存在如下问题:

1、用人造石墨电极加工的坩埚需要将电极的芯部都切削掉,收率只有20-30%,材料浪费很大,生产成本高,不利于坩埚下游企业大量使用。

2、受电极成型方式及配方的限制,用人造石墨电极加工的坩埚,其产品结构呈现各向异性,物理指标存在缺陷,质量不稳定。特别是用于贵重金属冶炼时,坩埚渗漏严重,往往无法满足使用要求。

3、生产石墨电极需要煤系或石油系的煅后焦,而这些焦的制造过程既污染环境同时又有较高的成本,石墨化过程每吨消耗能约6000kw.h左右电量,资源、能源浪费严重。

4、石墨电极生产方法的制造周期长,生产效率低,无法满足用户的需求。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种一次性成型石墨坩埚的制造方法,利用电极生产下来的废料,采用一次性成型方法生产一种具有良好的抗热震性能、烧蚀性能、防漏性能及机械强度的优质石墨坩埚,以满足锂电池负极粉料的提纯及冶炼行业的要求。

为了实现上述目的,本发明提供一种一次性成型石墨坩埚的制造方法,其特征在于包括下列步骤:

1、配料:石墨碎磨成的石墨粉质量百分比为70%-90%,中温煤沥青质量百分比为10%-30%;

2、混捏;

3、压型;

4、焙烧;

5、加工。

所述的石墨碎真密度为2.13g/cm3,灰分为0.03%,挥发分为0.22%,水分为0.09%;中温煤沥青灰分为0.20%,挥发分为64.2%,水分为0.06%。

所述的石墨粉纯度用200目国际标准筛进行筛分的通过率为80±5%。

所述的石墨粉粒度质量百分比组成如下:

1mm粒度的石墨粉2%-4%;

0.5—0.15粒度的石墨粉37%-43%;

-0.075粒度的石墨粉37%-43%;

其它粒度的石墨粉17%-23%。

所述的步骤3混捏是将配料倒入混捏锅中进行搅拌,混捏锅自身由导热油进行外部加热,内部有铰刀进行物料搅拌,混捏锅导热油进口温度:230-233℃,下到混捏锅内沥青温度162-165℃,混捏的干混时间:40分钟,温度118-126℃;混捏的湿混时间:45分钟,温度162-168℃。

所述的步骤4压型是将混捏后的糊料倒入成型容器中,通过压力机将糊料在成型容器中一次性压制成坩埚,压型的捣固压力为20mpa,成型压力20mpa,压制时间为4分钟。

所述的步骤5焙烧是将压型生坯装入工业环式焙烧炉中,在还原气氛的情况下,按升温曲线逐步加热,150-350℃、温升速度4.4℃/h、持续时间45h;350-400℃、温升速度1.7℃/h、持续时间30h,400-500℃、温升速度1.25℃/h、持续时间80h,500-600℃、温升速度1.8℃/h、持续时间57h,600-700℃、温升速度3.8℃/h、持续时间27h,700-800℃、温升速度5.0℃/h、持续时间20h,800-1000℃、温升速度8.0℃/h、持续时间25h,1000-1200℃、温升速度8.3℃/h、持续时间20h,1200℃保持时间20h。

本发明有益效果:

1、本发明采用的最主要的原料为石墨碎,属于电极生产下来的废料,属于对废物的再利用,平均每个同规格的产品成本低800-1000元,既节省了能源又保护了环境,同时降低了石墨坩埚制造成本。

2、本发明和传统石墨电极生产的坩埚相比,减少了浸渍、石墨化两道污染环境及极为消耗能源的工序,和石墨电极坩埚相比生产周期平均缩短30-40天,对节能减排的同时极大的提高了生产效率。

3、本发明技术方案生产的石墨坩埚,在压制过程中避免了骨料颗粒的纵向排布,产品结构呈现各向同性,起到了防渗漏的作用,很好的满足了贵重金属冶炼使用要求。

具体实施方式

实施例1

本发明一次性成型石墨坩埚的制造方法,包括下列步骤:

a、原料准备:石墨碎,真密度2.13g/cm3,灰分0.03%,挥发分0.22%,水分0.09%;中温煤沥青,灰分0.20%,挥发分64.2%,水分0.06%;

b、配料:利用球磨机将石墨碎磨成石墨粉,质量百分比为80%,纯度用200目国际标准筛进行筛分的通过率为80%;

中温煤沥青质量百分比为20%;

石墨粉粒度质量百分比组成如下:

1mm粒度的石墨粉3%;

0.5—0.15粒度的石墨粉39%;

-0.075粒度的石墨粉40%;

其它粒度的石墨粉18%。

c、混捏:将分级的配料倒入混捏锅中进行搅拌,混捏锅自身由导热油进行外部加热,内部有铰刀进行物料搅拌,混捏锅导热油进口温度:233℃,下到混捏锅内沥青温度165℃,混捏的干混时间:40分钟,温度126℃;混捏的湿混时间:45分钟,温度168℃;

d、压型:混捏后的糊料倒入成型容器中,通过压力机将糊料在成型容器中一次性压制成坩埚,压型的捣固压力为20mpa,成型压力20mpa,压制时间为4分钟;

e、焙烧:将压型生坯装入工业环式焙烧炉中,在还原气氛的情况下,按升温曲线逐步加热,150-350℃、温升速度4.4℃/h、持续时间45h;350-400℃、温升速度1.7℃/h、持续时间30h,400-500℃、温升速度1.25℃/h、持续时间80h,500-600℃、温升速度1.8℃/h、持续时间57h,600-700℃、温升速度3.8℃/h、持续时间27h,700-800℃、温升速度5.0℃/h、持续时间20h,800-1000℃、温升速度8.0℃/h、持续时间25h,1000-1200℃、温升速度8.3℃/h、持续时间20h,1200℃保持时间20h;

f、加工:产品冷却到室温后,清理表面填充料,并根据客户提供的加工图纸,加工成相应的尺寸。

实施例2

本发明一次性成型石墨坩埚的制造方法,包括下列步骤:

a、原料准备:石墨碎,真密度:2.14g/cm3,灰分:0.03%,挥发分:0.21%,水分:0.07%;中温煤沥青,灰分:0.19%,挥发分:63.2%,水分:0.05%;

b、配料:利用球磨机将石墨碎磨成石墨粉,质量百分比为90%,石墨粉纯度用200目国际标准筛进行筛分的通过率为85%;

中温煤沥青质量百分比为10%;

所述的石墨粉粒度质量百分比组成如下:

1mm粒度的石墨粉2%;

0.5—0.15粒度的石墨粉37%;

-0.075粒度的石墨粉38%;

其它粒度的石墨粉23%;

c、混捏:将分级的配料倒入混捏锅中进行搅拌,混捏锅自身由导热油进行外部加热,内部有铰刀进行物料搅拌,混捏锅导热油进口温度:230℃,下到混捏锅内沥青温度162℃,混捏的干混时间:40分钟,温度118℃;混捏的湿混时间:45分钟,温度162℃;

d、压型:混捏后的糊料倒入成型容器中,通过压力机将糊料在成型容器中一次性压制成坩埚,压型的捣固压力为20mpa,成型压力20mpa,压制时间为4分钟;

e、焙烧:将压型生坯装入工业环式焙烧炉中,在还原气氛的情况下,按升温曲线逐步加热,150-350℃、温升速度4.4℃/h、持续时间45h;350-400℃、温升速度1.7℃/h、持续时间30h,400-500℃、温升速度1.25℃/h、持续时间80h,500-600℃、温升速度1.8℃/h、持续时间57h,600-700℃、温升速度3.8℃/h、持续时间27h,700-800℃、温升速度5.0℃/h、持续时间20h,800-1000℃、温升速度8.0℃/h、持续时间25h,1000-1200℃、温升速度8.3℃/h、持续时间20h,1200℃保持时间20h;

f、加工:产品冷却到室温后,清理表面填充料,并根据客户提供的加工图纸,加工成相应的尺寸。

实施例3

本发明一次性成型石墨坩埚的制造方法,包括下列步骤:

a、原料准备:石墨碎,密度:2.14g/cm3,灰分:0.03%,挥发分:0.20%,水分:0.07%;中温煤沥青,灰分:0.19%,挥发分:63.5%,水分:0.04%;

b、配料:利用球磨机将石墨碎磨成石墨粉,质量百分比为70%,石墨粉纯度用200目国际标准筛进行筛分的通过率为75%;

中温煤沥青质量百分比为30%;

所述的石墨粉粒度质量百分比组成如下:

1mm粒度的石墨粉4%;

0.5—0.15粒度的石墨粉42%;

-0.075粒度的石墨粉37%;

其它粒度的石墨粉17%;

c、混捏:将分级的配料倒入混捏锅中进行搅拌,混捏锅自身由导热油进行外部加热,内部有铰刀进行物料搅拌,混捏锅导热油进口温度:230℃,下到混捏锅内沥青温度163℃,混捏的干混时间:40分钟,温度124℃;混捏的湿混时间:45分钟,温度165℃;

d、压型:混捏后的糊料倒入成型容器中,通过压力机将糊料在成型容器中一次性压制成坩埚,压型的捣固压力为20mpa,成型压力20mpa,压制时间为4分钟;

e、焙烧:将压型生坯装入工业环式焙烧炉中,在还原气氛的情况下,按升温曲线逐步加热,150-350℃、温升速度4.4℃/h、持续时间45h;350-400℃、温升速度1.7℃/h、持续时间30h,400-500℃、温升速度1.25℃/h、持续时间80h,500-600℃、温升速度1.8℃/h、持续时间57h,600-700℃、温升速度3.8℃/h、持续时间27h,700-800℃、温升速度5.0℃/h、持续时间20h,800-1000℃、温升速度8.0℃/h、持续时间25h,1000-1200℃、温升速度8.3℃/h、持续时间20h,1200℃保持时间20h;

f、加工:产品冷却到室温后,清理表面填充料,并根据客户提供的加工图纸,加工成相应的尺寸。

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