专利名称：一种炉头用石墨粉和艾奇逊炉头结构及其养护方法
技术领域：
本发明涉及炭素制品的生产设备领域，特别是一种在艾奇逊炉的炉头中使用的石墨粉，还涉及一种使用寿命长的艾奇逊炉，更涉及一种延长艾奇逊炉使用寿命的养护方法。
背景技术：
特种碳制品在机械、电子、化工、航空航天领域有着广泛的应用，每年的增长速度超过10%，另外，十二五期间国务院确定的七个新兴产业中，碳素新材料的应用涉及太阳能、核能、风能和新能源汽车产业等多个产业，特种碳制品和炭素新材料在未来几十年将会有广阔的发展前景。炭素制品在进行石墨化时大多在艾奇逊石墨化炉也称为艾奇逊炉中进行，由于石墨化的温度较高，炉头中的电极容易在高温氧化和热应力等的共同作用下而断裂，所以炉头的使用寿命短是炭素制品生产行业一直难以攻克的技术难题。艾奇逊石墨化炉炉头价值占整个炉体价值的60%以上，炉头维修需要耗费大量时间，这些都制约着素制品生产行业的发展。通过对艾奇逊炉的改造和维护来延长炉头的使用寿命，降低碳素制品的生产成本，提高生产效率是炭素制品生产行业的发展方向。
发明内容
为了解决艾奇逊炉使用寿命短的技术问题，本发明提供了一种在艾奇逊炉的炉头中使用的石墨粉，还提供了一种使用寿命长的艾奇逊炉炉头结构，更提供了一种延长艾奇逊炉使用寿命的养护方法。本发明解决其技术问题采用的技术方案是一种炉头用石墨粉，其中粒度小于 0. 075mm的石墨粉占总重量的85% 93%，粒度大于等于0. 075mm并且小于0. 15mm的石墨粉占总重量的5% 13%，粒度大于等于0. 15mm并且小于0. 5mm的石墨粉占总重量的
0% 3%。石墨粉优选高纯度石墨粉，筛选出不同粒度的石墨粉，通过上述科学配比后的石墨粉可以很好的保护炉头中电极不容易氧化，而且大部分细小的石墨颗粒有利于电极在加热过程中应力释放，防止电极在加热的过程中断裂和产生裂纹，延长电极的使用寿命。一种艾奇逊炉头结构，包括设置在炉头中的电极，其特征是电极与电极之间填充有所述的石墨粉。普通的艾奇逊炉在使用20次后，即达到使用寿命，需要整体更换，而在电极与电极之间填充了上述特制的石墨粉后使用寿命至少可以提高一倍。优选炉头中设置有12根电极，电极在水平方向排成3行，每行4根，电极在竖直方向排成4列，每列3根，行与行之间的距离相等，列与列之间的距离也相等。优选在垂直于地面的方向，电极与电极之间设置有垫块，垫块的宽度与电极的宽度相同，所述垫块是经过石墨化的石墨块。
优选电极在炉头外侧的一端设置有水冷装置，水冷装置包括设置在电极中的水槽和水槽外侧的水槽盖，螺杆穿过水槽盖和螺母将水槽盖与电极连接固定，水槽盖还设置有进水管和出水管。艾奇逊炉的养护方法，其特征是每次送电使用前，将炉头中原有的石墨粉用权利要求1所述的石墨粉替换并夯实。使用艾奇逊石墨化炉进行石墨化工艺的周期一般比较长，每次工作从加热到冷却共需要2 3周左右的时间，在这个过程中，炉头内的石墨粉容易氧化、结块而使电极的使用寿命降低。所以每次使用前需要更换炉头中的石墨粉，石墨粉中粒度小于0. 075mm的石墨粉占总重量的85% 93%，粒度大于等于0. 075mm并且小于0. 15mm的石墨粉占总重量的5% 13%，粒度大于等于0. 15mm并且小于0.5mm的石墨粉占总重量的0% 3%。按照上述比例筛分好石墨粉后将选好的石墨粉均勻混合并填充到电极与电极之间，然后用木棍或橡皮锤将石墨粉夯实。优选艾奇逊炉使用8 12次后，除去水冷装置中的水垢和杂质。优选电极外侧设置有导电板，每次送电使用前除去电极与导电板之间的杂质。优选电极与电极之间还设置有石墨导电块，每次送电使用前除去石墨导电块表面的粘接物，并用粒度小于0. 075mm的石墨粉填充电极与石墨导电块间的缝隙。优选艾奇逊炉在使用15 20次后，对炉头进行修理，修理包括修整炉头内内侧面的垫块和修补炉头内侧面和顶部的炉墙，更换新的石墨粉。本发明的有益效果是，使用本发明所述的石墨粉可以提高艾奇逊炉的使用寿命， 该艾奇逊炉控温稳定生产出的石墨制品质量好而且均一稳定，该养护方法可以进一步提高艾奇逊炉的使用寿命，进而降低生产成本提高生产效率。
下面结合附图对本发明所述的艾奇逊炉头结构进行具体说明。图1是艾奇逊炉的炉头主视图。图2是图1中A-A方向的剖视图。图3是图1中B-B方向的剖视图。图4是图2中C-C方向的剖视图。图中1.炉头，2.电极，3.垫块，4.水冷装置，41.水槽，42.水槽盖，43.螺杆，44.螺母，45.进水管，46.出水管，5.导电板，6.石墨导电块，7.炉墙，8.石墨粉。
具体实施例方式下面对本发明进行详细说明。图2中炉头1内电极2与电极2之间填充的炉头用石墨粉，其中粒度小于0. 075mm的石墨粉占总重量的85% 93%，粒度大于等于0. 075mm 并且小于0. 15mm的石墨粉占总重量的5% 13%，粒度大于等于0. 15mm并且小于0. 5mm 的石墨粉占总重量的0% 3%。延长艾奇逊炉使用寿命最关键的一点是保护炉头中的电极，使其不容易氧化、断裂和出现裂纹。由于石墨化的温度较高，炉头1中的电极2容易在高温氧化和热应力的共同作用下而断裂，通过改变电极2周围石墨粉8的粒度能够更好的保护电极2和炉头1。石墨粉8优选高纯度石墨粉，筛选出不同粒度的石墨粉，通过上述科学配比后的石墨粉8可以很好的保护炉头中电极2不容易氧化，而且大部分细小的石墨颗粒能够改善电极2在加热过程中的应力集中，防止电极2在加热的过程中断裂和产生裂纹，延长电极的使用寿命。为了节约成本，每次更换的石墨粉可以不完全使用新料，上次使用过的石墨粉可以粉碎成细小的颗粒与新料混合使用，新料与旧料的重量比为0.5 1 2 1，将混合料筛分后按照粒度小于0. 075mm的石墨粉占总重量的85% 93%，粒度大于等于0. 075mm并且小于0. 15mm 的石墨粉占总重量的5% 13%，粒度大于等于0. 15mm并且小于0. 5mm的石墨粉占总重量的0% 3%的比例进行均勻混合。一种艾奇逊炉，炉体有效长度22m，有效导电面宽3. 67m,高2.細，见图1，艾奇逊炉的一端设置有炉头，炉头结构见图1和图2，炉头1包括设置在炉头中的电极2，在水平方向上，电极2与电极2之间填充有上述的石墨粉3。普通的艾奇逊炉的炉头在使用20次左右，即达到使用寿命，需要整体更换，而在炉头中电极2与电极2之间填充了上述特制的石墨粉8后使用寿命至少可以提高一倍。炉头的电流有时候高达M万々，为了降低电流密度，避免炉头温度过高和保护炉头中的电极，炉头1中设置有12根电极2，电极2在水平方向排成3行，每行4根，电极2在竖直方向排成4列，每列3根，行与行之间的距离相等，列与列之间的距离也相等。电极2 的上部和下部分别设置有导电板5，上下导电板5通过螺柱和螺母与电极连接固定。为了进一步降低电流密度，避免炉头电极温度过高和应力过大，在垂直于地面的方向，电极2与电极2之间设置有垫块3，垫块3的宽度与电极的宽度相同，所述垫块3是经过石墨化的石墨块，见图3。使用石墨垫块填充竖直方向上电极与电极间的空隙，因为石墨垫块电阻率低，而且加热过程中不容易变形，也不容易挤压电极，所以保护电极的效果更好，见图4。为了避免电流通过电极时电极的温度过高，电极2在炉头外侧的一端设置有水冷装置4，水冷装置4包括设置在电极中的水槽41和水槽外侧的水槽盖42，水槽41在电极中的深度为30mm 80mm，螺杆43 —端与电极2固定，螺杆43的另一端穿过水槽盖42和螺母 44将水槽盖42与电极2连接固定，水槽盖42还设置有进水管45和出水管46，见图3。通过上述技术方案可以延长艾奇逊炉炉头及艾奇逊炉的使用寿命，但是石墨化工艺的周期一般比较长，每次工作从加热到冷却共需要2 3周左右的时间，在这个过程中， 艾奇逊炉炉头内的石墨粉容易氧化、结块而使电极的使用寿命降低，所以艾奇逊炉的日常维护与保养也很重要。艾奇逊炉的养护方法，包括每次送电使用前，将炉头中原有的石墨粉取走，按照下述比例选取和筛分石墨粉粒度小于0. 075mm的石墨粉占总重量的85% 93%，粒度大于等于0. 075mm并且小于0. 15mm的石墨粉占总重量的5% 13%，粒度大于等于0. 15mm并且小于0. 5mm的石墨粉占总重量的0 % 3 %。将筛分好的石墨粉均勻混合， 再将混合均勻的石墨粉8 —边填充到电极2与电极2之间一边用木棍或橡皮锤将石墨粉8 夯实。为了保证水冷装置4的冷却效果，艾奇逊炉使用8 12次后，优选10次，除去水冷装置4中的水垢和杂质。即将水冷装置4的水槽盖42卸下，用铲刀或铁棍清除水槽41 内表面凝结的水垢和杂质。电极2外侧设置有导电板5，每次送电使用前除去电极2与导电板5之间的杂质。电极2与导电板5相接触的地方由于电阻率较大，容易发热氧化而产生氧化物或杂质析出， 该部位产生的氧化物和杂质又进一步增大了电阻率，每次送电使用前除去电极2与导电板 5之间的杂质可以避免这样的恶性循环，延长电极2和炉头1的使用寿命。电极2与电极2之间还设置有石墨导电块6，每次送电使用前除去石墨导电块6表面的粘接物，并用粒度小于0. 075mm的石墨粉填充电极2与石墨导电块6间的缝隙。和清除电极2与导电板5之间的杂质相似，界面相接触的部位一般是薄弱环节，所以除去石墨导电块6表面的粘接物，并用粒度小于0. 075mm的石墨粉填充电极2与石墨导电块6间的缝隙可以避免电极局部电阻率过大而产出裂纹和断裂。艾奇逊炉在使用15 20次后，对炉头1进行修理，修理包括修整炉头内侧面的垫块3和修补炉头内侧面和顶部的炉墙7，更换新的石墨粉8。艾奇逊炉在使用15 20次后， 垫块3、炉墙7和石墨粉8在高温已经大部分失效，所以保护电极和炉头的效果显著下降， 通过修理炉头可以进一步延长炉头的使用寿命。普通艾奇逊炉使用20次左右就要整体更换，而通过上述技术方案改进和养护艾奇逊炉可以使其使用60次左右再进行整体更换，延长的效果比较明显。本发明的优点是使用上述科学配比的石墨粉填充炉头可以提高艾奇逊炉的使用寿命，该艾奇逊炉控温稳定生产出的石墨制品质量好而且均一稳定，该养护方法可以进一步提高艾奇逊炉的使用寿命，进而降低生产成本提高生产效率。另外，本实施例中技术特征可以选择性使用。
权利要求
1.一种炉头用石墨粉，其中粒度小于0. 075mm的石墨粉占总重量的85% 93%，粒度大于等于0. 075mm并且小于0. 15mm的石墨粉占总重量的5% 13%，粒度大于等于0. 15mm 并且小于0. 5mm的石墨粉占总重量的0% 3%。
2.一种艾奇逊炉头结构，包括设置在炉头中的电极O)，其特征是电极O)与电极 (2)之间填充有权利要求1所述的石墨粉(8)。
3.根据权利要求2所述的炉头结构，其特征是炉头(1)中设置有12根电极O)，电极在水平方向排成3行，每行4根，电极在竖直方向排成4列，每列3根，行与行之间的距离相等，列与列之间的距离也相等。
4.根据权利要求2 3中任何一项所述的炉头结构，其特征是在垂直于地面的方向， 电极⑵与电极⑵之间设置有垫块(3)，垫块(3)的宽度与电极的宽度相同；所述垫块(3) 是经过石墨化的石墨块。
5.根据权利要求2 4中任何一项所述的炉头结构，其特征是电极(2)在炉头外侧的一端设置有水冷装置G)，水冷装置(4)包括设置在电极中的水槽Gl)和水槽外侧的水槽盖(42)，螺杆穿过水槽盖0 和螺母04)将水槽盖0 与电极( 连接固定，水槽盖0 还设置有进水管0 和出水管G6)。
6.权利要求2 5中任何一项所述的艾奇逊炉炉头的养护方法，其特征是每次送电使用前，将炉头中原有的石墨粉用权利要求1所述的石墨粉替换并夯实。
7.根据权利要求6所述的养护方法，其特征是艾奇逊炉使用8 12次后，除去水冷装置中的水垢和杂质。
8.根据权利要求6 7中任何一项所述的养护方法，其特征是电极( 外侧设置有导电板(5)，每次送电使用前除去电极(2)与导电板(5)之间的杂质。
9.根据权利要求6 8中任何一项所述的养护方法，其特征是电极( 与电极(2)之间还设置有石墨导电块(6)，每次送电使用前除去石墨导电块(6)表面的粘接物，并用粒度小于0.075mm的石墨粉填充电极⑵与石墨导电块(6)间的缝隙。
10.根据权利要求6 9中任何一项所述的养护方法，其特征是艾奇逊炉在使用15 20次后，对炉头(1)进行修理，修理包括修整炉头内侧面的垫块C3)和修补炉头内侧面和顶部的炉墙(7)，更换新的权利要求1所述石墨粉。
全文摘要
本发明公开了一种炉头用石墨粉和艾奇逊炉头结构及其养护方法。所述石墨粉中粒度小于0.075mm的石墨粉占总重量的85％～93％，粒度大于等于0.075mm并且小于0.15mm的石墨粉占总重量的5％～13％，粒度大于等于0.15mm并且小于0.5mm的石墨粉占总重量的0％～3％。使用上述科学配比的石墨粉填充炉头可以提高艾奇逊炉的使用寿命，该艾奇逊炉控温稳定，生产出的石墨制品质量均一稳定，该养护方法可以进一步提高艾奇逊炉的使用寿命，进而降低生产成本提高生产效率。
文档编号C01B31/04GK102390829SQ20111021007
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者党玉宝, 刘进柱, 宋晓明, 张锦俊, 李挺, 苗权, 范志利, 霍有 申请人:大同新成新材料股份有限公司