敞开环式炉焙烧细颗粒结构石墨制品的方法及由该方法得到的石墨制品的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石墨材料制造加工领域，具体设及敞开环式炉赔烧细颗粒结构石墨制 品的方法及由该方法得到的石墨制品。
【背景技术】
[0002] 现有石墨的生产流程中，碳质原料成型后的首次赔烧是一个很重要的工序，具体 过程是将成型碳质原料制成的碳质块放置位于地下的赔烧坑道，进行1200-150(TC的高溫 赔烧。赔烧的目的是使粘结剂中溫渐青炭化，在骨料颗粒间形成焦炭网格，将不同粒度的骨 料牢固地粘结成一个整体。敞开式环式赔烧炉作为赔烧工序的重要炉害，其优点在于生产 加工产品产量大、节能、效率高，但也存在炉害上下溫差较大，传热不均的缺点，因此敞开式 环式赔烧炉被普遍的运用于石墨电极、预赔阳极等低端产品的赔烧加工制造。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，在赔烧工序中装炉和烧制工艺要求较低。
[0003] 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、电子、医药、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在常规的赔烧工序中利用敞开式环式赔烧炉加工细颗 粒石墨产品，存在产品容易开裂、成品率低的问题。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术中使用敞开环式赔烧炉加工细颗粒结构石墨产品容易开裂而导 致成品率低的问题，本发明提供一种敞开环式炉赔烧细颗粒结构石墨制品的方法及由该方 法得到的石墨制品，使用本发明所述的赔烧方法不但可W提高成品率还可W保证产品具有 高体积密度。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：
[0006] 一种敞开环式炉赔烧细颗粒结构石墨制品的方法，包括步骤：装炉、升溫、冷却 和出炉，所述升溫步骤的烧制曲线控制为：在150-350°c时，升溫速率为1. 2-1. 5°C A ;在 350-600 °C时，升溫速率为0.6-0. 8 °C A ;在600-750 °C时，升溫速率为0.8-1. 0°C A ;在 750-1050°C时，升溫速率为 2. 1-2. 3°C A。
[0007] 小颗粒配料在制备石墨材料时，在后续赔烧及石墨化过程中出现裂纹的机会 多，成品率可能偏低，本发明通过优化及改进升溫阶段的烧制曲线，克服赔烧后炭块出现 裂纹，成品率低W及微观结构不均匀，性能差的缺陷。本发明所述的一次赔烧过程中：在 150-350°C时，升溫速率为1. 2-1. 5°C A，赔烧品中的轻质挥发份W较慢的速度挥发排出， 赔烧品内部所受到的压强较小、较为平衡，避免了升溫过程中裂纹的产生，并且轻质组分 有充分的时间排出赔烧品；在350-600°C时，赔烧品中缩聚反应增强，焦炭开始形成，W 0. 6-0. 8°C A进行升溫，有利于提高粘结剂的结焦率，半焦化转变为焦化，并避免缩聚反应 的过程中赔烧品在收缩时产生裂纹；在600-750°C时，赔烧品中缩聚反应剧烈，焦炭加剧形 成，W 0. 8-1. 0°C A进行升溫，有利于提高粘结剂的结焦率，完全焦化，并避免缩聚反应的 过程中赔烧品在收缩时产生裂纹；在750-1050°C时，W 2. 1-2. 3°C A的较快升溫速率进行 升溫，赔烧品的组织结构发生重排、调整，并进一步致密化。
[0008] 进一步，在装炉步骤中，选用冶金焦和石英砂作为填充料。为了使各种产品在炉害 中都能均匀的受热，保证在烧制曲线的各个阶段炭制品周围溫差不超过10°c，在装炉步骤 中，根据产品规格的不同，选择不同粒径搭配的冶金焦和石英砂按不同重量比进行混合作 为填充料和保溫料，W提高导热性能，较少赔烧能耗。 阳009] 当产品规格< 850mm，填充料按质量比为冶金焦：石英砂=7:3进行混合，其中冶 金焦和石英砂的各级粒度及所占比重为：〇-〇. 5mm, 10% ;0. 5-6mm，80% ;> 6mm，10% ; [0010] 当850mm《产品规格《1100mm，填充料按质量比为冶金焦：石英砂=7. 5:2. 5进 行混合，其中冶金焦的各级粒度及所占比重为：〇-〇. 5mm, 15% ;0. 5-6mm，80% ;> 6mm，5% ; W11] 当产品规格〉1100mm，填充料按质量比为冶金焦：石英砂=8:2进行混合，其中冶 金焦的各级粒度及比重为：粒度〇-〇. 5mm, 10% ;0. 5-6mm，85% ;>6mm，15%。
[0012] 当产品为方块产品时，上述产品规格是指产品的边长；当产品为圆形产品时，上述 产品规格是指产品的直径。
[0013] 进一步，为提高赔烧炉的空间和热能利用率，根据敞开式环式炉的溫度梯度结构， 选择不同规格和不同粒度结构的产品进行搭配装炉。在装炉步骤中，下层放置的产品为首 次赔烧的炭制品，上层放置的产品为二次或多次赔烧的碳制品；优选的，下层放置的产品的 规格大于上层放置的产品的规格。
[0014] 进一步，所述装炉步骤中，对碳素制品的间距进行调整，在原有的装炉间距上将其 扩大10 % W防止局部受热过快导致制品开裂：当产品为方块产品时，方块产品之间距离为 50-70mm，当产品为圆形产品时，圆形产品之间距离为150-180mm。
[0015] 进一步，所述装炉步骤中，在上层放置的产品的上方还放置有浸溃产品对其进行 盖顶，W对产排气起到保护作用。
[0016] 由上述的赔烧方法得到的细颗粒结构石墨产品的体积密度为1. 75g/cm3-l. 79g/ cm]。
[0017] 本发明的有益效果是：对烧制过程中的升溫曲线进行改进，使得由本发明赔烧方 法制得的石墨广品体积密度局，保证了广品的综合指标，满足始烧细颗粒结构石墨制品的 要求。另外，对赔烧过程中填充料的选择，进一步保证了赔烧效果，提高了敞开环式炉的热 能利用率，很大程度上节约了赔烧成本。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明中装炉工艺的简易流程图。
【具体实施方式】
[0019] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。 阳〇2〇] 实施例1
[0021] 规格为Φ550πιπι的圆形炭制品在敞开环式赔烧炉中进行首次赔烧，步骤如下： 阳02引 1)装炉：
[0023] 装炉产品：规格为Φ 550mm的圆形炭制品。
[0024] 填充料：质量比为冶金焦雨英砂=5. 5:4. 5的填充料。
[00巧]装炉操作：按常规装炉操作进行装炉。（常规的装炉操作可参考《炭素工艺学》，冶 金工业出版社，2012版，蒋文忠编著）
[00%] 填充料中石英砂的规格没有特殊限定，冶金焦的粒度范围及各自所占比重如下表 所示：
[0027]
[0028] 2)启动升溫程序，设置升溫过程的烧制曲线为：在150-350°C时，升溫速率为 1. 5°C A ;在350-600°C时，升溫速率为0. 6°C A ;在600-750°C时，升溫速率为1. 0°C A ;在 750-1050°C升溫速率为2. rC A。整个升溫过程用溫度报警仪进行控制，保证溫度报警仪 的溫差范围在1-3°C内。
[0029] 扣降溫冷却，出炉处理后进入后续加工程序。
[0030] 最终得到的细颗粒结构石墨制品无裂纹，体积密度为1.75g/cm3,抗压强度为 28Mpa，气孔率为20%，成品率98%。 阳0川 实施例2 阳03引规格为Φ 1100mm的圆形炭制品在敞开环式赔烧炉中进行首次赔烧，步骤如下： 阳03引 1)装炉：
[0034] 装炉产品：规格为Φ 1100mm的圆形炭制品。 阳03引填充料：质量比为冶金焦雨英砂=7. 5:2. 5的填充料。
[0036] 装炉操作：按常规装炉操作进行装炉。（常规的装炉操作可参考《炭素工艺学》，冶 金工业出版社，2012版，蒋文忠编著）
[0037] 填充料中冶金焦和石英砂的粒度范围及各自所占比重如下表所示：
[0038]
[0039] 2)启动升溫程序，设置升溫过程的烧制曲线为：在150-350°C时，升溫速率为 1. 2°C A ;在350-600°C时，升溫速率为0. 7°C A ;在600-750°C时，升溫速率为0. 8°C A ;在 750-1050°C升溫速率为2. 2°C A。整个升溫过程用溫度报警仪进行控制，保证溫度报警仪 的溫差范围在1-3°C内。 W40] 如降溫冷却，出炉处理后进入后续加工程序。
[0041] 最终得到的细颗粒结构石墨制品无裂纹，体积密度为1.75g/cm3,抗压强度为 33Mpa，气孔率为14%，成品率100%。 阳0创实施例3
[0043] 规格为450mmX550mm的方块炭制品在敞开环式赔烧炉中进行首次赔烧，步骤如 下：
[0044] 1)装炉： |；0045] 装炉产品：规格为450mmX550mm的方块制品。 阳046] 填充料：质量比为冶金焦：石英砂=7:3的混合物。
[0047] 装炉操作：将首次赔烧的生炭块置于炉下层，上层放置二次或多次赔烧的炭块，并 保证炭制品间的距离保持在50mm左右。最后装入浸溃产品W对产排气起到保护作用。 W48] 填充料中冶金焦和石英砂的粒度范围及各自所占比重如下表所示：
[0049]
[0050] 2)启动升溫程序，设置升溫过程的烧制曲线为：在150-350°C时，升溫速率为 1. 5°C A ;在350-600°C时，升溫速率为0. 8°C A ;在600-750°C时，升溫速率为0. 8°C A ;在 750-1050°C升溫速率为2. 3°C A。整个升溫过程用溫度报警仪进行控制，保证溫度报警仪 的溫差范围在1-3°C内。 阳05U 扣降溫冷却，出炉处理后进入后续加工程序。 W52] 最终得到的细颗粒结构石墨制品无裂纹，体积密度为1. 78g/cm3,电阻率为 9μ Qm，抗压强度为38Mpa，气孔率为14%，成品率100%。 阳〇5引 实施例4
[0054] 规格为Φ 1250mm的圆形制品在敞开环式赔烧炉中进行首次赔烧，步骤如下： 阳05引 1)装炉：
[0056] 装炉产品：规格为Φ 1250mm的圆形制品。 阳057] 填充料：质量比为冶金焦：石英砂=8:2的混合物。
[0058] 装炉操作：将首次赔烧的生炭块置于炉下层，上层放置二次或多次赔烧的炭块，并 保证炭制品间的距离保持在160mm左右。最后装入浸溃产品W对产排气起到保护作用。
[0059] 填充料中冶金焦和石英砂的粒度范围及各自所占比重如下表所示：
[0060]
[0061] 2)启动升溫程序，设置升溫过程的烧制曲线为：在150-350°C时，升溫速率为 1. 4°C A ;在350-600°C时，升溫速率为0. 7°C A ;在600-750°C时，升溫速率为0. 9°C A ;在 750-1050°C升溫速率为2. rC A。整个升溫过程用溫度报警仪进行控制，保证溫度报警仪 的溫差范围在1-3°C内。 阳06引如降溫冷却，出炉处理后进入后续加工程序。
[0063] 最终得到的细颗粒结构石墨制品无裂纹，体积密度为1. 79g/cm3,电阻率为10 Qm， 抗压强度为38Mpa，气孔率为14%，成品率100%。
[0064] 分析对比上述的实施例，实施例1中仅升溫步骤中的烧制曲线按本发明所述的技 术方案进行设置，其他步骤均为常规的操作方法，其赔烧得到的细颗粒结构石墨制品体密 度大且成品率高，说明只要升溫步骤按所述的升溫曲线进行设定就可W实现成品率高、体 密度大的效果；进一步，实施例2在设置了特定的升溫曲线的基础上，还对装炉过程中加入 的填充料进行了限定，由该赔烧方法得到的石墨制品其体密度、成品率等性能参数有了进 一步提高；按照本发明制备方法所述的操作，实施例3和实施例4又进一步对装炉操作进行 限定时，其对应得到的细颗粒结构石墨产品的各项指标有了进一步的提高。
[0065] W上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可W作出若干改进和润饰，运些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种敞开环式炉焙烧细颗粒结构石墨制品的方法，包括步骤：装炉、升温、冷却 和出炉，其特征在于，所述升温步骤的烧制曲线控制为：在150-3 50 °C时，升温速率为 1.2-1.5°(：/11;在 350-600°(：时，升温速率为0.6-0.8°(：/11;在 600-750°(：时，升温速率为 0· 8-1. 0°C /h ;在 750-1050°C时，升温速率为 2. 1-2. 3°C /h。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装炉步骤中，选用冶金焦和石英砂作 为填充料，其中： 当产品规格< 850mm时，选用质量比为冶金焦：石英砂=7:3的混合物作为填充料，其 中冶金焦和石英砂的粒度大小及各级粒度所占比重分别为：〇-〇. 5mm，10% ;0. 5-6mm，80% ; > 6mm，10% ; 当850mm彡产品规格彡1100mm时，选用质量比为冶金焦：石英砂=7· 5:2. 5的混合物 作为填充料，其中冶金焦和石英砂的粒度大小及各级粒度所占比重分别为：〇_〇. 5_，15% ; 0. 5_6mm，80 % ; > 6mm，5 % ; 当产品规格>ll〇〇mm时，选用质量比为冶金焦：石英砂=8:2的混合物作为填充料，其 中冶金焦和石英砂的粒度大小及各级粒度所占比重分别为：〇_〇. 5mm，10% ;0. 5-6mm，85% ; > 6mm，5% 〇3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述装炉步骤中，当产品为方块 产品时，方块产品之间的距离为50-70mm，当产品为圆形产品时，圆形产品之间的距离为 150-180mm〇4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装炉步骤中，下层放置的产品为首次 焙烧的炭制品，上层放置的产品为二次或多次焙烧的碳制品。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述装炉步骤中，下层放置的产品的规格 大于上层放置的产品的规格。6. 根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述装炉步骤中，在上层放置的产品 的上方还放置有浸渍产品对其进行盖顶。7. 权利要求1-6中任一所述的方法得到的细颗粒结构石墨制品，其特征在于，体积密 度为 1. 75g/cm3 - 1. 79g/cm3。
【专利摘要】本发明公开了一种敞开环式炉焙烧细颗粒结构石墨制品的方法及由该方法得到的石墨制品，属于石墨材料制造加工领域。所述方法包括步骤：装炉、升温、冷却和出炉，其中，升温步骤的烧制曲线控制为：在150-350℃时，升温速率为1.2-1.5℃/h；在350-600℃时，升温速率为0.6-0.8℃/h；在600-750℃时，升温速率为0.8-1.0℃/h；在750-1050℃升温速率为2.1-2.3℃/h。本发明所述的方法满足焙烧细颗粒结构石墨制品的要求，制得的石墨产品体积密度大、成品率高。
【IPC分类】C01B31/04
【公开号】CN105712343
【申请号】CN201410729458
【发明人】祁进君, 张培林, 赤九林, 张培模, 纪永良, 刘伟凯
【申请人】大同新成新材料股份有限公司