一种φ700mm超高功率石墨电极的制备工艺
阅读说明：本技术 一种φ700mm超高功率石墨电极的制备工艺 (Preparation process of phi 700mm ultrahigh-power graphite electrode ) 是由 李骏 刘雁伟 范志利 符凯凯 于 2020-10-21 设计创作，主要内容包括：一种φ700mm超高功率石墨电极的制备工艺,属于石墨电极制备工艺技术领域,本发明主要解决现有超高功率石墨电极石墨电极抗折强度低、弹性模量高、客户使用效果不佳等技术问题。本发明的技术方案为：一种φ700mm超高功率石墨电极的制备工艺,包括以下工艺步骤：1)配料；2)混捏制糊；3)挤压成型；4)一次焙烧；5)浸渍；6)二次焙烧；7)石墨化处理；8)机加工。本发明具有工艺过程简单易操作、生产效率高、所制得的石墨电极性能高等优点。(The invention discloses a preparation process of a phi 700mm ultrahigh-power graphite electrode, belongs to the technical field of graphite electrode preparation processes, and mainly solves the technical problems of low breaking strength, high elastic modulus, poor customer use effect and the like of the conventional ultrahigh-power graphite electrode. The technical scheme of the invention is as follows: a preparation process of a phi 700mm ultrahigh power graphite electrode comprises the following process steps: 1) preparing materials; 2) kneading to prepare paste; 3) extrusion molding; 4) primary roasting; 5) dipping; 6) secondary roasting; 7) carrying out graphitization treatment; 8) and (6) machining. The invention has the advantages of simple and easy operation of the process, high production efficiency, high performance of the prepared graphite electrode and the like.)
技术领域
本发明属于石墨电极制备工艺技术领域，具体涉及的是一种φ700mm超高功率石墨电极的制备工艺。
背景技术
随着电力工业的发展、工艺设备的不断改进以及冶炼技术的提高，电弧炉应用日趋广泛，生产能力与规模越来越大，在未来几年内，大型电弧炉炼钢的比例及数量将会有较大的发展，电炉的生产能力取决于炉容量与单位输入功率。在单位功率水平相同时，生产能力随容量增大而提高。
相比普通功率的电弧炉，大容量超高功率电弧炉的生产效率更高，综合成本相对更低。当电弧炉功率提升时，其对电弧炉用石墨电极的最大允许电流也提出了更高的要求，而石墨电极的最大允许电流直接取决于石墨电极的直径。因此如果要满足其提升功率的要求，就需要大规格超高功率石墨电极，需要具有抗折强度高、弹性模量低、电阻率低、体积密度适中、热膨胀系数低、灰分低等要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种φ700mm超高功率石墨电极的制备工艺，解决现有超高功率石墨电极石墨电极抗折强度低、弹性模量高、客户使用效果不佳等技术问题。
为了解决上述问题，本发明的技术方案为：一种φ700mm超高功率石墨电极的制备工艺，包括以下工艺步骤：
1)配料：选取重量份为16份的粒径为10-20mm的国产京阳针状焦、重量份为12份的粒径为4-10mm的国产京阳针状焦、重量份为11份的粒径为2-4mm 的国产京阳针状焦、重量份为11份的粒径为0-2mm的国产京阳针状焦、重量份为3份的粒径为2-4mm的石墨碎、重量份为6份的粒径为0.5-2mm的石墨碎、重量份为41份的煅后焦粉料和重量份为0.5份的Fe2O3作为骨料；
2)混捏制糊：将上述骨料加入温度为178℃的混捏锅中，搅刀以9r/min的速度进行干混50分钟，直至干料温度达到140℃，然后按照骨料：粘结剂为 77.5％：22.5％的比例向混捏锅中加入粘结剂，搅刀以9r/min的速度进行湿混20 分钟，向混捏锅中加入物料总重的0.15％的硬脂酸后继续湿混，15分钟后出糊，最终出糊温度达到170℃；出糊后将糊料下放至锅温在35℃、搅刀转速在9r/min 的晾料锅中晾料23分钟，直至糊料降温至131℃；
3)挤压成型：将步骤2)晾好的糊料用皮带下料机送至41MN卧式挤压机料室，每锅用时12分钟；压机料室温度保持在138℃、初变形段温度保持在 165℃、嘴型温度保持在178℃、嘴口温度保持在170℃；第一锅下料后将料室抽真空排掉糊料的烟气，当真空度达到50Mbar时使用压机进行捣固操作，捣固压力260Mbar保持2分钟，然后继续装第2锅晾好的糊料，装料完毕后将料室抽真空，当真空度达到50Mbar时进行预压，预压压力300Mbar保持5分钟；预压完成后即可放下嘴口挡板开始进行挤压操作，每缸次可挤压3根，挤压压力分别为68Mbar、66Mbar、65Mbar；每根挤压完毕后滚入32℃冷却水槽冷却8 小时后捞出；
4)一次焙烧：将挤压成型后的压制品露天静置2天后进行初检，再静置1 天进行复检，合格后装入带盖环式焙烧炉进行一次焙烧，升温曲线使用599小时曲线，1小时从室温升至350℃；在350-600℃时每小时升温0.7-1.1℃，用时278小时，在550-1000℃时，每小时升温1.2-1.6℃，用时320小时；然后以每小时10±5℃的速率降至800℃后自然冷却，降温用时168小时，制得一次焙烧件，对一次焙烧品进行检验；
5)浸渍：将检验合格的一次焙烧件放入390℃预热罐中恒温预热8h，然后装入浸渍罐中，先抽真空至-90kpa并保真空90分钟，然后注入浸渍沥青加压至 1.83Mpa后保压3小时，最后抽出沥青注入冷却水冷却后出罐，得到浸渍品；
6)二次焙烧：将浸渍品放入敞开式焙烧炉进行二次焙烧，升温曲线使用599 小时曲线，1小时从室温升至350℃；在350-600℃时每小时升温0.7-1.1℃，用时278小时，在550-1000℃时，每小时升温1.2-1.6℃，用时320小时；然后以每小时10±5℃的速率降至800℃后自然冷却，降温用时168小时，制得二次焙烧件，对二次焙烧品进行检验；
7)石墨化处理：将检验合格的二次焙烧件放入内热串接式石墨化炉进行石墨化处理，首先在室温-1200℃阶段，升温速度控制在220-230℃/h，石墨化处理 5小时；然后在1200-1900℃阶段，升温速度控制在100-110℃/h，石墨化处理6 小时；最后，在1900-3000℃阶段，升温速度控制在300-310℃/h，石墨化处理3.5小时；送电结束后停电自然冷却7天后出炉，出炉后对石墨化处理件进行取样检验；
8)机加工制得φ700mm超高功率石墨电极。
进一步，所述粒径为10-20mm的国产京阳针状焦的纯度≥80％，所述粒径为4-10mm的国产京阳针状焦的纯度≥80％，所述粒径为2-4mm的国产京阳针状焦的纯度≥70％，所述粒径为2-4mm的石墨碎的纯度≥70％，所述煅后焦粉料粒径小于0.075mm、纯度为63±2％。
进一步，所述步骤2)中的粘结剂为中温改质沥青。
本发明以国产京阳针状焦、煅后石油焦、石墨碎为骨料，软化点95-105℃、结焦值≥58％中温改质煤沥青为粘结剂，混捏挤压成形，通过优化焙烧升温曲线、石墨化升温曲线，制备出的φ700超高功率石墨电极，成本较低，其理化性能指标优于国家行业标准，用于大型电弧炉炼钢，由于φ700石墨电极规格大，钢厂续接次数减少，减少了操作工人劳动量和危险系数，提高了生产效率。与现有技术相比，本发明具有工艺过程简单易操作、生产效率高、所制得的石墨电极性能高等优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
一种φ700mm超高功率石墨电极的制备工艺，包括以下工艺步骤：
1)配料：选取重量份为16份的粒径为10-20mm的国产京阳针状焦、重量份为12份的粒径为4-10mm的国产京阳针状焦、重量份为11份的粒径为2-4mm 的国产京阳针状焦、重量份为11份的粒径为0-2mm的国产京阳针状焦、重量份为3份的粒径为2-4mm的石墨碎、重量份为6份的粒径为0.5-2mm的石墨碎、重量份为41份的煅后焦粉料和重量份为0.5份的Fe2O3作为骨料；经过这样配料，骨料颗粒堆积较为紧密，堆积密度达1.33g/ml，所制备出的石墨电极体积密度适中、抗折强度高、弹性模量低、热膨胀系数小。另外，加入干料总重的0.5％的Fe2O3，可有效防止产品在石墨化时因为原料中的硫分挥发造成电极气胀开裂。
2)混捏制糊：将上述骨料加入温度为178℃的混捏锅中，搅刀以9r/min的速度进行干混50分钟，直至干料温度达到140℃，然后按照骨料：粘结剂为 77.5％：22.5％的比例向混捏锅中加入粘结剂，搅刀以9r/min的速度进行湿混20 分钟，向混捏锅中加入物料总重的0.15％的硬脂酸后继续湿混，15分钟后出糊，最终出糊温度达到170℃；出糊后将糊料下放至锅温在35℃、搅刀转速在9r/min 的晾料锅中晾料23分钟，直至糊料降温至131℃；骨料与粘结剂配比77.5:22.5 使得骨料和粘结剂在混捏后，得到的糊料基本上不呈团块，或有少许团块，成型后得到体积密度较高的成型品。
3)挤压成型：将步骤2)晾好的糊料用皮带下料机送至41MN卧式挤压机料室，每锅用时12分钟；压机料室温度保持在138℃、初变形段温度保持在165℃、嘴型温度保持在178℃、嘴口温度保持在170℃；第一锅下料后将料室抽真空排掉糊料的烟气，当真空度达到50Mbar时使用压机进行捣固操作，捣固压力260Mbar保持2分钟，然后继续装第2锅晾好的糊料，装料完毕后将料室抽真空，当真空度达到50Mbar时进行预压，预压压力300Mbar保持5分钟；预压完成后即可放下嘴口挡板开始进行挤压操作，每缸次可挤压3根，挤压压力分别为68Mbar、66Mbar、65Mbar；每根挤压完毕后滚入32℃冷却水槽冷却8 小时后捞出，并测量体积密度，均为1.76g/cm3。本步骤中对糊料进行预压有利于提高成型后生坯的成品率和物理性能。
4)一次焙烧：将挤压成型后的压制品露天静置2天后进行初检，再静置1 天进行复检，合格后装入带盖环式焙烧炉进行一次焙烧，升温曲线使用599小时曲线，1小时从室温升至350℃；在350-600℃时每小时升温0.7-1.1℃，用时 278小时，此阶段半焦开始形成，慢速升温有利于提高焙烧品产焦率，从而提高焙烧品的体积密度和强度，也避免了裂纹产生；在550-1000℃时焙烧品中缩聚反应增强，半焦开始转变为焦炭，组织结构进一步致密化，此阶段升温速率快慢对焙烧品的产焦率影响不大，故以较快速升温节省生产成本，每小时升温1.2-1.6℃，用时320小时；然后以每小时10±5℃的速率降至800℃后自然冷却，以减少焙烧品开裂，降温用时168小时，制得一次焙烧件，对一次焙烧品进行检验；检验结果如下：体积密度：1.69-1.71g/cm3，电阻率：34-35μΩ·m，实收率92.86％，长度收缩1.87％，外径收缩1％。
5)浸渍：将检验合格的一次焙烧件放入390℃预热罐中恒温预热8h，然后装入浸渍罐中，先抽真空至-90kpa并保真空90分钟，然后注入浸渍沥青加压至 1.83Mpa后保压3小时，最后抽出沥青注入冷却水冷却后出罐，得到浸渍品；所得浸渍品增重率在12％以上。
6)二次焙烧：将浸渍品放入敞开式焙烧炉进行二次焙烧，进一步提高焙烧品的体积密度和强度，升温曲线使用599小时曲线，1小时从室温升至350℃；在350-600℃时每小时升温0.7-1.1℃，用时278小时，在550-1000℃时，每小时升温1.2-1.6℃，用时320小时；然后以每小时10±5℃的速率降至800℃后自然冷却，降温用时168小时，制得二次焙烧件，对二次焙烧品进行检验；检验结果如下：体积密度：1.77-1.78g/cm3，电阻率：34-35μΩ·m，实收率92.86％。
焙烧的目的是将粘结剂沥青炭化，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。在制备大规格石墨电极时，在后续热处理过程中出现裂纹的机率会大，成品率可能偏低，本发明通过优化及改进焙烧时的升温曲线、加热持续时间等因素，提高了粘结剂的结焦率，从而提高了焙烧品的体密与强度。
7)石墨化处理：将检验合格的二次焙烧件放入内热串接式石墨化炉进行石墨化处理，首先在室温-1200℃阶段为重复焙烧阶段，采用较快的升温速率也不会产生裂纹，升温速度控制在220-230℃/h，石墨化处理5小时；然后在 1200-1900℃阶段，此阶段为严控升温阶段，碳平面网格逐步转化成石墨晶格，升温过快会导致应力集中产生裂纹，故采用慢速升温，升温速度控制在 100-110℃/h，石墨化处理6小时；最后，在1900-3000℃阶段，石墨晶体结构已基本形成，升温速度对制品影响不大，故采用快速升温，以尽快达到完全石墨化的稳定状态，升温速度控制在300-310℃/h，石墨化处理3.5小时；送电结束后停电自然冷却7天后出炉，出炉后对石墨化处理件进行取样检验；取样检验结果如下：体积密度：1.76-1.77g/cm3，电阻率：4.7-4.9μΩ·m，热膨胀系数： 1.43×10-6/℃，抗折强度:10.94-11.02Mpa，弹性模量：12.1-12.6Gpa，灰分：0.03％。
相比于传统的艾奇逊石墨化炉，内热串接式石墨化炉具有电流密度大、加热速度快、单位电耗低、石墨化温度高、石墨化程度更均匀的特点。内热串接炉中，焙烧品经过端面平整后，是一根根，头顶头地串接在一起，沿电流的方向排列，电流直接从电极坯料中通过，在其中产生焦耳热，是一个内热过程，坯料受热较为均匀。送电时间14.5小时，产品最终温度达3000℃。在通电过程中，因为端面接触位置电阻较大，导致接触部位的温度升高，容易在端面接触部位出现裂纹。对此，装炉时在两根焙烧品端部连接处嵌入适当厚度的柔性石墨垫片并压紧，可以防止此种裂纹发生。在通电过程中，由于电极外表散热大，同一时间内外表温度低于中间部分，而石墨电极的电阻与温度成反比，温度越高电阻越低，因此电流会越来越集中到电极的中心部分，造成制品径向温差越来越大，最终导致制品开裂。为防止此种开裂的发生，将焙烧品的端面中心镗一个适当直径的浅槽，以迫使电流只能从焙烧品端面外缘的紧压面上通过，以减少串接柱的芯部与外圆的温度差，减少电极内部的热应力，电极就不易开裂。
8)机加工制得φ700mm超高功率石墨电极，实测电阻率为：4.5-4.7μΩ·m。
进一步，所述粒径为10-20mm的国产京阳针状焦的纯度≥80％，所述粒径为4-10mm的国产京阳针状焦的纯度≥80％，所述粒径为2-4mm的国产京阳针状焦的纯度≥70％，所述粒径为2-4mm的石墨碎的纯度≥70％，所述煅后焦粉料粒径小于0.075mm、纯度为63±2％。
进一步，所述步骤2)中的粘结剂为中温改质沥青。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种生物形态碳化硅陶瓷高温光热储存材料