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2021-01-05 点击量：1627
石墨电极是选用石油焦、针状焦为骨料，煤沥青为粘结剂，经过混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工等一 系列工艺进程出产出来的一种耐高温石墨质导电资料。
石墨电极是电炉炼钢的重要高温导电资料，经过石墨电极向电炉输入电能，利用电极端部和炉料之间引发电弧发生的高温作为热源，使炉料熔化进行炼钢。其他一些锻炼黄磷、工业硅、磨料等资料的矿热炉也用石墨电极作为导电资料。利用石墨电极优秀而特殊的物理化学功能，在其他工业部门也有广泛的用处。
出产石墨电极的质料有石油焦、针状焦和煤沥青
石油焦是石油渣油、石油沥青经焦化后得到的可燃固体产品。色黑多孔，首要元素为碳，灰分含量很低，一般在0.5%以下。石油焦属于易石墨化炭一类，石油焦在化工、冶金等职业中有广泛的用处，是出产人工石墨制品及电解铝用炭素制品的首要质料。
石油焦按热处理温度区分可分为生焦和煅烧焦两种，前者由推迟焦化所得的石油焦，含有大量的蒸发分，机械强度低，煅烧焦是生焦经煅烧而得。我国多数炼油厂只出发生焦，煅烧作业多在炭素厂内进行。
石油焦按硫分的凹凸区分，可分为高硫焦（含硫1.5%以上）、中硫焦(含硫0.5%-1.5%)、和低硫焦(含硫0.5%以下)三种，石墨电极及其它人工石墨制品出产一般运用低硫焦出产。
针状焦是外观具有明显纤维状纹路、热膨胀系数特别低和很简单石墨化的一种优质焦炭，焦块决裂时能按纹路分裂成细长条状颗粒（长宽比一般在1.75以上），在偏光显微镜下可观察到各向异性 的纤维状结构，因而称之为针状焦。
针状焦物理机械性质的各向异性十分明显, 平行于颗粒长轴方向具有杰出的导电导热功能，热膨胀系数较低，在揉捏成型时，大部分颗粒的长轴按挤出方向排列。因而，针状焦是制造高功率或超高功率石墨电极的关键质料，制成的石墨电极电阻率较低，热膨胀系数小，抗热震功能好。
针状焦分为以石油渣油为质料出产的油系针状焦和以精制煤沥青质料出产的煤系针状焦。
煤沥青是煤焦油深加工的首要产品之一。为多种碳氢化合物的混合物，常温下为黑色高粘度半固体或固体，无固定的熔点，受热后软化，继而熔化，密度为1.25－1.35g/cm3。按其软化点凹凸分为低温、中温和高温沥青三种。中温沥青产率为煤焦油的54－56％。煤沥青的组成极为杂乱，与煤焦油的性质及杂原子的含量有关，又受炼焦工艺制度和煤焦油加工条件的影响。表征煤沥青特性的指标很多，如沥青软化点、甲苯不溶物（TI）、喹啉不溶物（QI）、结焦值和煤沥青流变性等。
煤沥青在炭素工业中作为粘结剂和浸渍剂运用，其功能对炭素制品出产工艺和产品质量影响极大。粘结剂沥青一般运用软化点适中、结焦值高、β树脂高的中温或中温改质沥青，浸渍剂要运用软化点较低、 QI低、流变功能好的中温沥青。
下图为炭素企业石墨电极出产工艺流程图
煅烧：炭质质料在高温下进行热处理，排出所含的水分和蒸发份，并相应进步质料理化功能的出产工序称为煅烧。一般炭质质料选用燃气及自身蒸发份作为热源进行煅烧，最高温度为1250- 1350℃。
煅烧使炭质质料的组织结构和物理化学功能发生深入变化，首要体现在进步了焦炭的密度、机械强度和导电性，进步了焦炭的化学稳定性和抗氧化功能，为后序工序奠定了根底。
煅烧的设备首要有罐式煅烧炉、回转窑和电煅烧炉。煅烧质量控制指标是石油焦真密度不小于2.07g/cm3，电阻率不大于550μΩ.m,针状焦真密度不小于2.12g/cm3，电阻率不大于500μΩ.m。
质料的破碎处理和配料
在配料之前，须对大块煅后石油焦和针状焦进行中碎、磨粉、筛分处理。
中碎通常是将50mm左右的物料经过颚式破碎机、锤式破碎机、对辊破碎机等破碎设备进一步破碎到配料所需的0.5-20mm的粒度料。
磨粉是经过悬棍式环辊磨粉机（雷蒙磨）、球磨机等设备将炭质质料磨细到0.15mm或0.075mm粒径以下的粉末状小颗粒的进程。
筛分是经过具有均匀开孔的一系列筛子，将破碎后尺度规模较宽的物料分红尺度规模较窄的几种颗粒粒级的进程，现行电极出产通常需求4-5个颗粒料粒级和1-2个粉料粒级。
配料是按配方要求，对各种粒度的骨料和粉料、粘 结剂分别核算、称量和聚集的出产进程。配方的科学性适宜性和配料操作的稳定性是影响产品质量指标和运用功能的最重要因素之一。
配方需确认5方面内容：
①挑选质料的品种；
②确认不同品种质料的比例；
③确认固体质料粒度组成；
④确认粘结剂的用量；
⑤确认添加剂的品种和用量。
混捏：在一定温度下将定量的各种粒度炭质颗粒料和粉料与定量的粘结剂搅拌混合均匀，捏合成可塑性糊料的工艺进程称为混捏。
混捏的进程：干混（20-35 min）湿混（40-55 min）
混捏的效果：
①干混时使各种质料混合均匀，一起使不同粒度大小的固体炭质物料均匀地混合和填充，进步混合料的密实度；
②加入煤沥青后使干料和沥青混合均匀，液态沥青均匀涂布和浸润颗粒外表，构成一层沥青粘结层，把所有物料相互粘结在一起，从而构成均质的可塑性糊料，有利于成型；
③部分煤沥青浸透到炭质物料内部空隙，进一步进步了糊料的密度和粘结性。
成型：炭资料的成型是指混捏好的炭质糊料在成型设备施加的外部效果力下发生塑性变形，终究构成具有一定形状、尺度、密度和强度的生坯（或称生制品）的工艺进程。
成型的品种、设备及所出产产品：
成型方法
常用设备
首要产品
模压
立式液压机
电碳、低档次细结构石墨
揉捏
卧式液压揉捏机
螺杆揉捏机
石墨电极、方电极
振动成型
振动成型机
铝用碳砖、高炉碳砖
等静压
等静压成型机
各向同性石墨、异性石墨
揉捏的操作
①凉料：圆盘凉料、圆筒凉料、混捏式凉料等方法
排出蒸发份、降低至适宜温度（90-120℃）增加粘结力，使糊料块度均匀利于成型20-30 min
②装料：压机升挡板----分2-3次下料----4-10MPa压实
③预压：压力20-25MPa，时刻3-5min，一起抽真空
④揉捏：压机降挡板----5-15MPa揉捏----剪切----翻入冷却水槽
揉捏的技术参数：压缩比、压机料室及嘴型温度、凉料温度、预压压力时刻、揉捏压力、揉捏速度、冷却水温度
生坯的查看：体积密度、外观敲击、分析
焙烧：是炭制品生坯在填充料维护下、装入专门设计的加热炉内进行高温热处理, 使生坯中的煤沥青炭化的工艺进程。煤沥青炭化后构成的沥青焦将炭质骨料和粉料颗粒固结在一起, 焙烧后的炭制品具有较高的机械强度、较低的电阻率、较好的热稳定性和化学稳定性。
焙烧是炭素制品出产的首要工序之一, 也是石墨电极出产三大热处理进程中的重要一环, 焙烧出产周期较长（一焙22-30天，二焙依炉型5-20天）, 而且能耗较高。生坯焙烧的质量对成品质量和出产成本都有一定影响。
生坯内煤沥青在焙烧进程中焦化，排出10%左右的蒸发份，一起体积发生2-3%的收缩，质量丢失8-10%。炭坯的理化功能也发生了显著变化，因为气孔率增加体积密度由1.70g/cm3降为1.60g/cm3，电阻率10000μΩ.m左右降至40-50μΩ.m，焙烧坯的机械强度也大为进步。
二次焙烧是焙烧品浸渍后进行再次焙烧，使浸入焙烧品孔隙中的沥青炭化的工艺进程。出产体积密度要求较高的电极（除RP以外的所有品种）和接头坯料需进行二焙，接头坯料还需进行三浸四焙或二浸三焙。
焙烧炉首要炉型：
连续作业----环式炉（带盖、不带盖）、隧道窑
间歇作业----倒焰窑、车底式焙烧炉、箱式焙烧炉
焙烧曲线及最高温度：
一次焙烧----320、360、422、480小时，1250 ℃
二次焙烧----125、240 、280 小时，700-800 ℃
焙烧品的查看：外观敲击、电阻率、体积密度、抗压强度、内部结构分析
浸渍是将炭资料置于压力容器中，在一定的温度和压力条件下将液态浸渍剂沥青浸入渗透到制品电极孔隙中的工艺进程。意图是降低制品气孔率，增加制品体积密度和机械强度，改善制品的导电和导热功能。
浸渍的工艺流程及相关技术参数是：焙烧坯——外表清理——预热（260-380 ℃，6-10小时）——装入浸渍罐——抽真空（8-9KPa，40-50min）——注沥青（180-200 ℃）——加压（1.2-1.5MPa,3-4小时）——返沥青——冷却（罐内或罐外）
浸渍品的查看：浸渍增重率G=(W2-W1)/W1×100%
一次浸渍品增重率≥14%
二次浸渍品增重率≥9%
三次浸渍品增重率≥5%
石墨化是指在高温电炉内维护介质中把炭制品加热到2300 ℃以上,使无定形乱层结构炭转化成三维有序石墨晶质结构的高温热处理进程。
石墨化的意图和效果：
①进步炭资料的导电、导热性（电阻率降低4-5倍，导热性进步约10倍）；
②进步炭资料的抗热振功能和化学稳定性（线膨胀系数降低50-80%）；
③使炭资料具有润滑性和抗磨性；
④排出杂质，进步炭资料的纯度（制品的灰分由0.5-0.8%降到0.3%左右）。
石墨化进程的完成：
炭资料的石墨化是在2300-3000 ℃高温下进行的，故工业上只有经过电加热方法才能完成，即电流直接经过被加热的焙烧品，这时装入炉内的焙烧品既是经过电流发生高温的导体，又是被加热到高温的目标。
目前广泛选用的炉型有艾奇逊（Acheson）石墨化炉和内热串接(LWG)炉。前者产量大、温差大、电耗较高，后者加热时刻短、电耗低、电阻率均匀但欠好装接头。
石墨化工艺进程的控制是经过测温确认与升温情况相适应的电功率曲线进行控制，通电时刻艾奇逊炉50-80小时，LWG炉9-15小时。
石墨化的电耗很大，一般为3200-4800KWh，工序成本约占整个出产成本的20-35%
石墨化品的查看：外观敲击、电阻率测验
机械加工：炭石墨资料机械加工的意图是依托切削加工来到达所需求的尺度、形状、精度等，制成符合运用要求电极本体和接头。
石墨电极加工分为电极本体和接头两个独立加工进程。
本体加工包含镗孔与粗平端面、车外圆与精平端面和铣螺纹3道工序，圆锥形接头的加工可分为6道工序：切断、平端面、车锥面、铣螺纹、钻孔安栓和开槽。
电极接头衔接方法：圆锥形接头衔接（一吋三扣和一吋四扣）、圆柱形接头衔接、凹凸衔接（公母扣衔接）
加工精度的控制：螺纹锥度偏差、螺纹螺距、接头（孔）大径偏差、接头孔同轴度、接头孔垂直度、电极端面平整度、接头四点偏差等。用专用环规和板规等查看。
成品电极的查看：精度、分量、长度、直径、体积密度、电阻率、预装合作精度等。