高强度石墨电极接头制备装置及工艺
阅读说明：本技术 高强度石墨电极接头制备装置及工艺 (High-strength graphite electrode joint preparation device and process ) 是由 康进才 杜爱芳 吴沣 路培中 王志强 张奇 胡春玉 魏帅飞 宋洋 苏双军 张谦 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及高强度石墨电极接头制备工艺,包括如下步骤：S1、预热：将针状焦骨料在Ⅰ号锅内预热,同时在Ⅱ号锅内加入煤系针状焦粉料和添加剂预热干混；S2、初次混捏：将S1预热好的针状焦骨料下料到Ⅲ号锅内,向Ⅲ号锅内加入粘结剂混捏搅拌,使初次糊料均匀；S3、二次混捏：将S1预热好的煤系针状焦粉料下料到Ⅲ号锅内进行混捏,再次加入粘结剂混捏得到石墨电极接头二次糊料；S4、将二次糊料挤压成型为石墨电极接头生坯,并进行浸渍焙烧,再经石墨化高温处理后即得到最终石墨制品；本发明提供的石墨电极接头制备装置及工艺,使用国产针状焦生产石墨电极接头,降低生产成本,石墨电极接头抗折强度提升10％～30％。(The invention relates to a preparation process of a high-strength graphite electrode joint, which comprises the following steps: s1, preheating: preheating needle-shaped coke aggregate in a No. I pot, and simultaneously adding coal-based needle-shaped coke powder and an additive in a No. II pot for preheating and dry mixing; s2, primary kneading: feeding the needle-shaped coke aggregate preheated by the S1 into a No. III pot, adding a binder into the No. III pot, kneading and stirring to ensure that the primary paste is uniform; s3, secondary kneading: feeding the preheated coal-based needle coke powder material of S1 into a No. III pot for kneading, and adding the binder again for kneading to obtain a graphite electrode joint secondary paste material; s4, extruding and forming the secondary paste into a graphite electrode joint green body, carrying out impregnation roasting, and carrying out graphitization and high temperature treatment to obtain a final graphite product; according to the graphite electrode joint preparation device and the process, the domestic needle coke is used for producing the graphite electrode joint, the production cost is reduced, and the breaking strength of the graphite electrode joint is improved by 10-30%.)
技术领域
本发明属于口腔医用器械技术领域，具体涉及高强度石墨电极接头制备装置及工艺。
背景技术
石墨电极接头是石墨电极使用过程中连接两支电极保证电极连续使用的重要部件。炼钢时，几根电极由接头串联成电极柱，接头不仅要承受电极自重和热应力，还要受到塌料碰撞和强烈震动的破坏作用，石墨电极经常有被折断的危险，这就要求石墨电极接头要有更高的机械强度性能。而石墨电极接头的质量主要取决于原料性能、生产装备和工艺技术三个方面，其中原料性能是基本条件。目前，由于在优质原料使用上的差异，国内石墨电极接头产品在结构性能指标上很难与国外相媲美，且国内进口针状焦受质量和数量的限制，使用的进口针状焦的品级不高，性能不佳，而仅有的几家国产针状焦性能还远不及进口针状焦，影响最终成品的质量。目前的技术中混捏过程为具有一定粒度组成的焦炭颗粒骨料与粉料通过预热、干混和湿混阶段最终将物料混合均匀，还没有将焦炭颗粒大中粒度料与小粒度料、粉料进行分开预热和混捏的情况，首先长时间连续搅拌容易导致骨料中大中粒子破碎，继而影响最终产品质量；其次先用粘结剂沥青混捏大中颗粒料，使粘结剂沥青在粒子表面和孔隙表面粘附一层，某种程度上来说能够弥补一些粒子本身的缺陷，增强粒子本身的强度，可以提高最终产品的强度。
目前石墨电极接头进行制备的过程中，混捏过程需要对物料进行预热、干混和湿混，其中，不同型号的混捏系统，每个阶段均有相应的设备，一部分混捏系统，预热、干混阶段有干混机，具有把一定粒度组成的焦炭颗粒骨料与粉料在混合机内加热并混合均匀的作用，湿混阶段有湿混机，进行加入液体黏结剂后的继续混合（也称捏合）；另一部分混捏系统，预热阶段有加热器，只进行焦炭颗粒骨料与粉料的预热，干混和湿混阶段有合二为一的混捏机，具有把一定粒度组成的焦炭颗粒骨料与粉料在混捏机内混合均匀，并加入液体黏结剂后的继续混合均匀的作用。使用混捏机进行干混的过程中，由于长时间连续搅拌容易导致骨料中大中粒子破碎，继而影响最终产品质量的情况。现有市场上还没有将焦炭颗粒大中粒度料与小粒度料、粉料分别使用加热器和干混机进行预热和干混的混捏系统，且设计在湿混过程中使用的搅刀能解决现有连续混捏过程中糊料易结块、成球的不足。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供高强度石墨电极接头制备装置及工艺，克服了现有技术的不足，可使用国产针状焦生产石墨电极接头，降低生产成本，制备的石墨电极接头各项理化指标得到有效优化，墨电极接头抗折强度提升10%～30%。
本发明的目的是这样实现的：
高强度石墨电极接头制备工艺，包括如下步骤：
S1、预热：将针状焦骨料在Ⅰ号锅内于130～140℃下预热15-25min，同时在Ⅱ号锅内加入煤系针状焦粉料和添加剂于140～150℃下进行预热干混30-40min；
S2、初次混捏：将S1预热好的针状焦骨料下料到Ⅲ号锅内，向Ⅲ号锅内加入粘结剂混捏搅拌15～20min，使初次糊料均匀；
S3、二次混捏：将S1预热好的煤系针状焦粉料下料到Ⅲ号锅内进行混捏，再次加入粘结剂混捏得到石墨电极接头二次糊料；
S4、将S3得到的二次糊料挤压成型为石墨电极接头生坯，并进行浸渍焙烧，再经石墨化高温处理后即得到最终石墨制品。
优选的，S2中，所述的粘结剂为液态煤沥青，所述的向Ⅲ号锅内加入粘结剂的温度为160～180℃，所述的液态煤沥青为中温改质煤沥青或改质沥青。
优选的，S2中，Ⅲ号锅内的混捏温度为150～160℃。
优选的，S2中初次混捏加入的粘结剂为10-30%，S3中二次混捏加入的粘结剂为全部剩余的粘结剂，所述S2和S3中加入的粘结剂总量为糊料总量的22.5%～25%。
优选的，S4中，浸渍焙烧的次数为1-4次。
优选的，S3中，二次混捏的时间为30-35min，混捏温度为150～160℃。
一种用于高强度石墨电极接头制备工艺的制备装置，包括I号锅、Ⅱ号锅和Ⅲ号锅，所述I号锅的出料口和Ⅱ号锅的出料口分别均通过出料管连接至Ⅲ号锅的进料口，所述I号锅的内侧壁上设有用于加热的电极板，所述Ⅱ号锅内设有搅刀，所述Ⅲ号锅内设有两个相互配合的搅刀。
优选的，所述I号锅、Ⅱ号锅和Ⅲ号锅的外周壁均包覆有保温隔热层，所述Ⅱ号锅和Ⅲ号锅的内侧壁设有导热油层。
优选的，所述搅刀上设有间隔均匀的刀片。
优选的，S4中，或进行1-4次焙烧，并对完成石墨化高温处理的接头毛坯再次进行浸渍焙烧处理得到最终成品。
优选的，所述的1-4次焙烧中，一次焙烧在焙烧炉中进行，执行一次焙烧的曲线范围在400～600h，其中在车底式炉中进行的焙烧，焙烧温度为750-900℃。
优选的，二次焙烧、三次焙烧和四次焙烧，以及完成石墨化处理接头毛坯的再次焙烧在环式炉或车底式炉中进行，四次焙烧完成后的石墨化高温处理。
优选的，所制备的石墨电极的抗热震值R满足：
R=λS/(αE)，其中λ为石墨电极自身的热膨胀系数，S为石墨电极自身的抗拉强度，α为石墨电极自身的热膨胀弹性模量系数，E为石墨电极自身的弹性模量，抗热震值是四项指标综合作用的结果，提高抗拉强度和导热系数可以改善石墨电极的抗热震性，这势必要增加配方中细颗粒的比例和浸渍次数来提高体积密度，但同时热膨胀系数和弹性模量也呈上升趋势，因此，电极指标的设定应综合考虑，最好设定在一个较为合适的范围，而不是让每一项理化指标都达到最大值。
优选的，所述粘结剂煤沥青的用量p满足：
p=m/(m+k)，其中p为粘结剂用量（%），m表示针状焦吸附容量（ml/g），k为实验常数，煤沥青粘结剂的用量直接影响制品各种理化性能，应保持在一个合适的范围，过多或过少，都会对制品的理化性能不好。粘结剂的用量与固体原料颗粒对粘结剂的吸附能力和产品配方中的粒度组成密切有关。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的高强度石墨电极接头制备装置及工艺，使用国产针状焦生产石墨电极接头，降低生产成本，制备的石墨电极接头各项理化指标得到有效优化，墨电极接头抗折强度提升10%～30%。
2、本发明提供的高强度石墨电极接头制备装置及工艺，使用煤系针状焦生产石墨电极接头，降低生产成本，石墨电极接头抗折强度提升10%～30%。
附图说明
图1是本发明高强度石墨电极接头制备装置及工艺结构示意图。
图2是本发明高强度石墨电极接头制备装置及工艺的搅刀示意图。
图3是一次焙烧曲线示意图。
图4是本发明再次焙烧曲线示意图。
图5是本发明四次焙烧完成后的石墨化高温处理中，执行送电曲线示意图。
图6是本发明少于四次焙烧接头毛坯的石墨化高温处理中，执行送电曲线示意图。
图7是本发明一次混捏中加入不同沥青量的石墨电极的各项理化指标对比示意图。
图8是本发明一次混捏中第一次沥青加入量的不同对石墨电极接头的颗粒料孔隙影响的对比图。
图中：1、I号锅；2、Ⅱ号锅；3、Ⅲ号锅；4、电极板；5、保温隔热层；6、出料管；7、搅刀；71、刀片；8、导热油层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
高强度石墨电极接头制备工艺，包括如下步骤：
S1、预热：将针状焦骨料在I号锅1内于130～140℃下预热15-25min，同时在Ⅱ号锅2内加入煤系针状焦粉料和添加剂于140～150℃下进行预热干混30-40min。
S2、初次混捏：将S1预热好的针状焦骨料下料到Ⅲ号锅3内，向Ⅲ号锅3内加入粘结剂，于150～160℃下混捏搅拌15～20min，使初次糊料均匀；
所述的粘结剂为液态煤沥青，所述的向Ⅲ号锅3内加入粘结剂的温度为160～180℃，所述的液态煤沥青为中温改质煤沥青或改质沥青，加入的粘结剂为10-30%。
S3、二次混捏：将S1预热好的煤系针状焦粉料下料到Ⅲ号锅3内进行混捏，再次加入粘结剂混捏得到石墨电极接头二次糊料；
二次混捏的时间为30-35min，混捏温度为150～160℃，加入的粘结剂为全部剩余的粘结剂。
S4、将S3得到的二次糊料挤压成型为石墨电极接头生坯，并进行不少于四次的浸渍焙烧，再经石墨化高温处理后即得到最终石墨制品，或进行不少于四次的焙烧，并对完成石墨化高温处理的接头毛坯再次进行浸渍焙烧处理得到最终成品。
S2和S3中加入的粘结剂总量为糊料总量的22.5%～25%。
一种石墨电极接头强度提升的工艺方法，包括以原料针状焦为基材，液态煤沥青为粘结剂，铁粉为添加剂，然后进行混捏、成型、焙烧和石墨化。其中原料针状焦为油系针状焦或煤系针状焦，分为石墨电极接头原料针状焦骨料和石墨电极接头原料针状焦粉料，粘结剂液态煤沥青为中温改质煤沥青或改质沥青；在混捏工序中，糊料的制备方法为将针状焦骨料和针状焦粉料分别预热，其中针状焦粉料和添加剂还需进行干混，然后先将一部分粘结剂液态煤沥青与石墨电极接头煤系针状焦骨料进行一次混捏，待混合均匀后加入煤系针状焦粉料、添加剂和剩余粘结剂煤沥青进行二次混捏，混捏均匀后得到石墨电极接头糊料。
实施例2
结合图1和图2，一种用于高强度石墨电极接头制备工艺的制备装置，包括I号锅1、Ⅱ号锅2和Ⅲ号锅3，所述I号锅1的出料口和Ⅱ号锅2的出料口分别均通过出料管6连接至Ⅲ号锅3的进料口，所述I号锅1的内侧壁上设有用于加热的电极板4，所述Ⅱ号锅2内设有搅刀7，所述Ⅲ号锅3内设有两个相互配合的搅刀7。
所述I号锅1、Ⅱ号锅2和Ⅲ号锅3的外周壁均包覆有保温隔热层5，所述Ⅱ号锅2和Ⅲ号锅3的内侧壁设有导热油层8，所述搅刀7上设有间隔均匀的刀片71。
先将针状焦骨料在加热器（Ⅰ号锅）内加热至130～140℃，预热时间15-25min（同时在混合锅Ⅱ内对煤系针状焦粉料和添加剂进行预热和干混，预热温度140～150℃，预热时间30-40min）；将预热好的针状焦骨料下到Ⅲ号混捏锅内，加入160～180℃的液态煤沥青混捏搅拌15～20min使一次糊料均匀，液态煤沥青加入量为粘结剂煤沥青总量的10%～30%，混捏温度150～160℃；然后将预热好的煤系针状焦粉料下到混捏锅，混捏，再补充加入剩余粘结剂煤沥青混捏得到石墨电极接头最终糊料，其中二次混捏持续时间30～35min，混捏温度150～160℃，整个混捏过程所述的粘结剂煤沥青含量占糊料总量的22.5%～25%。
混捏得到的最终糊料，挤压成型成石墨电极接头生坯，并进行数次浸渍焙烧，再经石墨化高温处理后即得到最终石墨制品；或进行数次焙烧，并对完成石墨化高温处理的接头毛坯再次进行浸渍焙烧处理得到最终成品。
实施例3
在实施例1和实施例2的基础上，所述的高强度石墨电极接头制造工艺，一次焙烧在焙烧炉中进行，执行一烧曲线范围在400～600h，其中在车底式炉中进行的焙烧，焙烧最高温度为750-900℃，焙烧曲线如图3所示。
二次焙烧、三次焙烧和四次焙烧，以及完成石墨化处理接头毛坯的再次焙烧在环式炉或车底式炉中进行，其中在车底式炉进行焙烧的焙烧曲线如图4所示。
四次焙烧完成后的石墨化高温处理，执行送电曲线如图5所示。
少于四次焙烧接头毛坯的石墨化高温处理，执行送电曲线如图6所示。
结合图7和图8，一次混捏过程中液态煤沥青加入量为粘结剂煤沥青总量的10%～30%，各项理化指标均得到一定优化，并随着液态煤沥青加入量的增加，各项理化指标优化情况基本呈现先上升后下降的趋势。先对石墨电极接头煤系针状焦骨料进行一次混捏，有利于粘结剂液态煤沥青进入颗粒料孔隙中。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。