一种采用艾奇逊石墨化炉对细颗粒石墨制品的石墨化方法

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一种采用艾奇逊石墨化炉对细颗粒石墨制品的石墨化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石墨材料的制造加工领域,具体设及一种细颗粒结构石墨制品艾奇逊 炉石墨化的方法。
【背景技术】
[0002] 在石墨生产流程过程中,石墨化是非常关键的一道工序,经过2300°CW上高溫热 处理,它决定着石墨制品的物理化学性质。石墨赔烧品中的碳原子由热力学上不稳定的"二 维无序重叠"排列受热活化作用转变为维有序重叠"排列,使制品的热电传导性能、抗热 震性能、化学稳定性能、抗氧化性能、润滑性及抗磨性等得到进一步提高,排除杂质提高纯 度,降低硬度便于机械加工。具体过程是在炭化物赔烧品的周围填充填料焦炭,间接通电利 用焦炭的电阻发热,最终使被加热物本身也产生电阻发热的石墨化。
[0003] 艾奇逊石墨化炉(Achesonfurnace)W发明者艾奇逊化G.Acheson)的名字命名 的一种石墨化炉。艾奇逊炉于1895年发明并首先在美国取得专利,它的维形是:在耐火材 料构筑的长形炉体内,装入炭的巧料和颗粒料,组成导电的炉忍,在炉忍的四周是绝热保溫 料。作为炉头的两上端墙上设置有导电电极,并与电源相连接,构成通电的回路。当电路接 通,炉忍由于电阻的作用即发热升溫,使炭的巧料在2200~2300°C的溫度下,经高溫加热 处理而转变为人造石墨。艾奇逊炉由炉本体和供电系统的变压器及连接运两部分的短网组 成。艾奇逊炉W外加热的方式为主,构成导电炉忍的是作为制品的炭的巧料和作为电阻料 的炭的颗粒料。虽然制品既是发热的电阻,也是被加热的对象,但相比之下电阻料的电阻要 大得多,因此制品石墨化所需的热量主要靠电阻料的传热。制品的加热是先从表面开始再 逐渐向内部渗入的,运种外加热的方式造成溫度分布不均和产生热应力,一般炭制品的导 热性都比较差,当炉溫上升较快时,就可能产生明显的外热内冷的情况,出现裂纹废品,在 实际生产中用"开始功率"和"上升功率"来限制送入炉内的电量,达到控制炉溫的目的,由 于艾奇逊炉的送电功率受到限制,通电时间不能缩得太短,所W产能小,电耗高,同时产品 质量因为溫度不均而较差。
[0004] 艾奇逊型石墨化炉炭化物的装入量约为170~230吨,在耐火砖制的长方形炉体 内将炭化物纵向或横向并列,周围充满填料焦炭,在其外围再用焦粉、炭黑、石英砂/焦炭 混合物等衬料进行热屏蔽W隔热,在炭化物周围充满填料焦炭,对焦炭在炉体的长度方向 通W低电压高电流而产生的高溫升溫至3000°C左右。艾奇逊石墨化炉作为石墨化工序的重 要炉害,其优点在于生产加工产品产量大、节能、效率高,但艾奇逊石墨化炉主要是靠焦炭 产生的热量来加热制品,在同一石墨化炉炉忍内,上下、左右、内外的溫度梯度相差很大,传 热不均的缺点,相对来讲容易造成制品裂纹。因此艾奇逊石墨化炉被普遍的运用于石墨电 极等低端产品的石墨加工制造。此类产品在石墨制品领域附加值低,应用范围小。从生产 工艺角度来讲,此类产品颗粒粒度较粗,生产工艺简单,在石墨化工序中装炉方案和送电曲 线工艺要求较低。
[0005] 普通石墨电极制品能在最短的时间内最小的单耗电量下完成石墨化,使制品性能 达到石墨理化指标的要求,同时也有很高的成品率。粗颗粒结构石墨制品石墨化不易开裂, 粗颗粒结构石墨制品石墨化工艺技术也比较成熟,成品率较高,一般可达92%W上。但细颗 粒结构石墨制品抗热震性不如粗颗粒结构制品,石墨化工艺难度高,较易产生开裂。石墨化 炉径向与轴向上的溫度分布不均匀,其溫度梯度大,随着细颗粒结构、大制品、大截面的炉 忍的出现,溫度梯度更大,因此使得制品的质量不稳定,波动性大。
[0006]细颗粒结构石墨制品在产品的性能、性价比均比常规产品优越,所W细颗粒石墨 制品应用范围广,被广泛应用于冶金、机械、环保、化工、军工和航空航天领域。但细颗粒结 构石墨制品作为一种被广泛运用的新型碳质材料在实际生产过程中由于颗粒粒度相比常 规石墨的粒度较小,所W在常规的石墨化工序中利用艾奇逊石墨化炉加工细颗粒石墨制 品,虽然生产操作过程中贯彻执行工艺已经非常严格,但仍具有产品容易开裂、成品率低的 问题。 阳007]针对现有技术中存在的缺陷,特提出本发明。

【发明内容】

[0008]本发明的发明目的在于提出了一种细颗粒结构石墨制品艾奇逊炉石墨化的方法。
[0009]为解决现有技术中使用艾奇逊石墨化炉加工细颗粒结构石墨制品容易开裂而导 致成品率低的问题,本发明提供一种细颗粒结构石墨制品艾奇逊炉石墨化的方法,使用本 发明所述的石墨化方法不但可W提高成品率还可W保证产品具有很好的电阻率等特性。
[0010] 为了实现本发明的目的,采用的技术方案为:
[0011] 本发明设及一种采用艾奇逊石墨化炉对细颗粒石墨制品的石墨化方法,所述的细 颗粒的粒径为0. 5~1. 0mm,优选为0. 75~0. 85mm;石墨化方法包括准备炉体、铺炉底、围 炉忍、垫底部垫层、装产品、填充电阻料,盖顶层垫层、反应料和保溫料、送电、冷却;
[0012] 在准备炉体后,先在炉底铺一层500mm~800mm的石英砂层,然后再石英砂上铺 一层300mm~500mm的炉底料,然后采用具有夹层的装炉板围炉忍,在围好的炉忍中铺一 层厚度为IOOmm~180mm的底部垫层;然后装产品,在产品之间、产品的缝隙之间和产品表 面上填充、铺洒电阻料,在装炉板的夹屯、中填充反应料,然后在反应料顶部铺一层IOOmm~ 180mm顶层垫层,然后在顶层垫层上铺洒反应料,在装炉板外侧与艾奇逊石墨化炉之间填充 保溫料;撤去装炉板,最后在反应料表面铺洒一层保溫料;
[0013]其中,炉底料为新焦粉和石英砂按6.6~7. 3:2. 7~3. 4体积比混合,体积比优选 7 :3 ;
[0014] 电阻料为熟冶金焦与生冶金焦按7. 5~8.5 :1. 5~2. 5体积比混合,体积比优选 8 :2 ;
[0015]底部垫层为冶金焦粒或赔烧碎;
[0016] 顶层垫层为石墨焦;
[0017]反应料为新焦粉和石英砂按6~6.5 :3. 5~4体积比混合,体积比优选6.5 :3. 5。
[0018]本发明中的炉底料主要起到保溫和电绝缘双重作用,电阻料起到"电阻发热"的作 用,底部垫层起到引导电流和调整炉溫的作用,顶层垫层起到防止氧化、引导电流和调整炉 溫的作用,反应料起到避免产品与保溫料相接触的作用,保溫料主要起到保溫的作用。
[0019]本发明的第一优选技术方案为:细颗粒石墨制品的体积密度为1.68g/cm3~ I. 72g/cm3。
[0020] 本发明的第二优选技术方案为:准备炉体的方法为:清除炉忍电阻料,再清理炉 侧保溫料,最后清理炉底;清理侧墙保溫料,清理将炉底的硬质黄料层,清理炉头炉尾的粘 结物;检查炉体并进行维修;清除结晶体。
[0021] 本发明的第S优选技术方案为:围炉忍时使用的装炉板的夹层厚度为350mm~ 450mm,优选400mm;反应料的厚度为350mm~450mm,优选400mm。
[0022] 本发明的第四优选技术方案为:装产品的方法为:炉忍板与产品间距80~100mm, 炉头板与炉头间距250~300mm,纵排产品间距为:
[0023] 产品的厚度为50mm~350mm时,间距为55~60mm,优选60mm;
[0024] 产品的厚度为350mm~450mm,间距为75~85mm,优选80mm;
[00巧]产品的厚度为45Omm~600mm,间距为95~105mm,优选10Omm;
[0026] 产品的厚度为600mm~800mm,间距为110~130mm,优选120mm,
[0027] 横排产品间距为50~60mm,优选60mm;
[002引产品分层放置时,产品层与层的间距为40~50mm,优选50mm。
[0029] 本发明的第五优选技术方案为:石英砂层中石英砂的粒径为1~8mm;炉底料中 新焦粉的粒径为0. 5~10mm,水分含量为小于10% ;电阻料中熟冶金焦的粒径为IOmm~ 35mm,其中粒径10~2Omm的占15~20%,20~3Omm的占65~75%,30~35mm的占10~ 20 %;优选为:粒径10~20mm的占15%,20~30mm的占70%,30~35mm的占15 %;生冶 金焦的粒径为20~45mm;生冶金焦的粒径为20~45mm;底部垫层中冶金焦粒或赔烧碎的 粒径为15~40mm;顶层垫层的石墨焦的粒径为15~35mm;反应料中新焦粉的粒径为1~ 10mm〇
[0030] 石英砂粒径选择为1~8mm可W很好地密实和隔绝热量。电阻料中熟冶金焦的粒 径为IOmm~35mm、生冶金焦的粒径为20~45mm从而可W更好地混合均匀,并起到良好的 电阻发热的作用。底部垫层中冶金焦粒或赔烧碎粒径为15~40mm可W更好的引导电流和 调整炉溫。
[0031] 本发明的第六优选技术方案为:石英砂层的厚度为600mm~750mm,优选700~ 720mm;炉底料的厚度为350mm~450mm,优选390~410mm;底部垫层和顶层垫层的厚度为 125~165mm,优选140~150mm;保溫料的厚度为700~900mm,优选700~800mm。
[0032] 本发明的第屯优选技术方案为:送电时的送电曲线为:开始功率1500~leookw, 1600~2800kw功率,上升功率是90~1lOkw/h,保持10~14h;
[0033] 2800~4000kw功率,上升功率是45~60kw/h,保持20~24h;
[0034] 4000~6400kw功率,上升功率是32~43kw/h,保持56~62h;
[0035] 6400~8200kw功率,上升功率是110~125kw/h,保持12~16h;
[0036] 8200~11700kw功率,上升功率是675~TlOkw/h,保持4~化;
[0037] 11700kw功率W后,升峰至最大功率leOOOkw,保持10~12h; 阳0測优选的:
[0039] 开始功率leOOkw,1600~2800kw功率,上升功率是lOOkw/h,保持12h;
[0040] 2800~4000kw功率,上升功率
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