石墨电极的生产工艺

2020-05-23 点击量：1692

 

石墨电极的生产工艺
原料：在炭素生产中，常用的原料可分为两类：固体炭素原料、粘结剂和浸渍剂。固体炭质原料包括石油焦、沥青焦、冶金焦、无烟煤、天然石墨和石墨破碎，粘结剂和浸渍剂包括煤焦油沥青、煤焦油、蒽油和合成树脂。此外，在生产中还使用了石英砂、冶金焦粉、焦粉等辅料。其他特殊原料用于生产一些特殊的碳和石墨产品(如碳纤维、活性炭、热解碳和热解石墨、玻璃碳)。

煅烧：在孤立空气条件下高温(1200≤1500°C)热处理炭原料的过程称为煅烧。煅烧是炭素生产中的第一道热处理工艺。煅烧使各种含碳原料的结构和物理化学性质发生了一系列的变化。

无烟煤和石油焦都含有一定量的挥发分，需要煅烧。沥青质焦炭和冶金焦炭的结焦温度相对较高(1000℃以上)，相当于碳化厂煅烧炉的温度。它不能再煅烧，只需要干燥水分。但如果在煅烧前将沥青焦和石油焦混合，则应与石油焦一起送至煅烧炉。天然石墨和炭黑不需要煅烧。

筛分：

混捏：混捏的目的是为了得到均匀的具有良好塑性的糊料，但由于某些因素的变化会使混捏质量发生很大的变化，造成产品质量不稳定，通过实验证明，采用软化点在80-90℃的硬沥青时，糊料温度应提高到168-174℃，在这个温度范围内，沥青对干料湿润性和粘结性能最好，所得糊料有良好的塑性和挤压性能，混合时间一般干混30分钟，湿混时间为40分钟，如果混合时间过长，会使得大颗粒遭到破坏，破坏原来的颗粒组成，从而使得产品的体密降低，塑性变差，气孔率增大，机械强度降低

成型：成型有挤压成型、振动成型和模压法。我们工厂采用的是3500t的挤压机成型，成型前将所得到的糊料在凉料机中从168-174℃降至116℃，凉的时间不可以超过11分钟且不低于8分钟，之后在保温台保温20分钟后将保温好的糊料装入挤压机的缸内，预压3-5分钟压力一般不小于25MPa，制品通过安装在挤压机前的嘴儿挤压出来，挤压机一般为间歇生产，生产分为三个阶段：第一阶段，当柱塞头开始加压，糊料颗粒很快的移动，大的糊料颗粒之间的空隙被小的糊料颗粒填充，颗粒间的接触趋于紧密。第二阶段，当压头继续施压，电极密度逐渐增大，密度达到一定值后压力继续增加密度增长缓慢。第三阶段，压力达到极限值，密度趋于均匀。然后从压嘴中挤出电极

焙烧：焙烧是压型后的生制品在加热炉内的保护介质中，在隔绝空气的条件下，按一定的升温速度进行加热的热处理过程。

焙烧的目的在于：

主要研究结果如下：(1)以煤沥青为粘结剂的产品经焙烧后挥发分的排放量约为10%。因此，焙烧产率一般低于90％。

结焦原料按一定的工艺条件焙烧，结合剂结焦，在集料颗粒间形成焦炭网络，使不同粒径的集料牢固连接在一起，使产品具有一定的理化性能。在相同条件下，焦烧率越高，产品质量越好。中温沥青的残余碳含量一般在50%左右.

（3）固定几何形式生制品在焙烧过程中，发生软化，粘结剂迁移现象。随着温度的升高，形成焦化网，使制品僵化。因此，温度再升高，其形状也不改变。

（4）降低电阻率在焙烧过程中，由于挥发分的排除，沥青焦化形成焦炭网格，沥青发生分解和聚合反应，生成大的六角炭环平面网等原因，电阻率大幅度下降。生制品电阻率大约10000×10-6Ω〃m,经过焙烧后降至40--50×10-6Ω〃m，称为良导体

（5）体积进一步收缩焙烧后制品直径收缩1%左右，长度收缩2%左右，体积收缩为2-3%。

浸渍：经压成型后的生制品孔度很低。但是生制品在焙烧后，由于煤沥青在焙烧过程中一部分分解成气体逸出，另一部分焦化为沥青焦。生成沥青焦的体积远远小于煤沥青原来占有的体积，虽然在焙烧过程中稍有收缩，但仍在产品内部形成许多不规则的并且孔径大小不等的微小气孔。由于大量气孔的存在必然会对产品的理化性能产生一定的影响。在一定的温度下的氧化速度加快，耐腐蚀也变坏，气体和液体更容易渗透。

浸渍是一种减少产品孔度，提高密度，增加抗压强度，降低成品电阻率，改变产品的理化性能的工艺过程。

石墨化：石墨化是把焙烧制品臵于石墨化炉内保护介质中加热到高温，使六角碳原子平面网格从二维空间的无序重叠转变为三维空间的有序重叠，且具有石墨结构的高温热处理过程。其目的是：

（1）提高产品的热、电传导性。

（2）提高产品的耐热冲击性和化学稳定性。

（3）提高产品的润滑性、抗磨性。

（4）排除杂质，提高产品强度。

机械加工：炭素制品为什么要进行机械加工？

（1）整形的需要，具有一定的尺寸和形状的压型后的炭素生制品，在焙烧和石墨化过程中发生不同程度的变形、碰损，同时其表面还粘结着一些填充料，如果不经过机械加工就不能使用，因此必须对产品整形，加工成规定的几何形状。

（2）使用的需要，按照用户的使用要求进行加工。如电炉炼钢的石墨电极需要连接使用，必须在产品两端车制成螺纹孔，然后用特制的带螺纹的接头将两根电极连接起来使用。

（3）工艺上的需要，有的产品要根据用户使用上的工艺需要，加工成特殊的形状和规格，甚至要求较低的表面粗糙度