石墨加工的生產原料及工藝手法概述
石墨的出產首要依賴于石油焦、針狀焦和煤焦油瀝青等質料。這些質料經過一系列復雜的工藝處理,最終轉化為咱們所運用的石墨產品。
焙燒工藝:是將生炭制品放入特制的加熱爐中,在特定的填料保護下,進行高溫熱處理,使生炭制品中的煤瀝青碳化的進程。此進程能使制品的機械強度增強,電阻率下降,并進步其熱穩定性和化學穩定性。焙燒是石墨電極出產中的關鍵進程,其出產周期長,能耗高,對成品質量和出產成本有著直接影響。
二次焙燒:是對焙燒產物進行再次處理的進程,包含浸漬和再次焙燒,旨在使浸漬在焙燒產物孔隙中的瀝青進一步碳化。這一進程對于出產體積密度大的石墨產品尤為關鍵。
浸漬工藝:是將碳資料置于特定條件下,使液態浸漬劑瀝青進入制品的電極孔隙中,以下降氣孔率,增加體積密度和機械強度,進步產品的導電性和導熱性。
石墨化進程:是將碳制品在高溫電爐中加熱至2300℃以上,使非晶態無序碳轉化為三維有序石墨晶體結構的高溫熱處理進程。
質料特性:石油焦和煤焦油瀝青是石墨出產中的重要質料。石油焦是一種易于石墨化的碳,廣泛應用于化工、冶金等行業。煤焦油瀝青則是煤焦油深加工的首要產品之一,用作炭素制品的粘結劑和浸漬劑。
煅燒進程:對炭素質料進行高溫熱處理,以排除所含的水分和揮發性成分,改進質料的理化功能。這一進程為后續工藝奠定了基礎。
質料處理:在配料前,需求對質料進行破壞和研磨,以到達所需的粒度和細度,保證出產進程的順利進行。
篩分進程簡述
篩分,是經過一系列設計均勻的篩子,將寬范圍尺度的破壞資料細化為若干窄尺度顆粒的進程。在電極出產中,常需求4-5種不同顆粒尺度和1-2種粉末尺度來滿意工藝要求。
石油焦的熱處理分類
石油焦依據熱處理溫度,可分為生焦和煅焦兩種。生焦是推遲焦化工藝所得,含有較多揮發物,機械強度較低;而煅焦則是經過進一步煅燒生焦得到的,具有更高的穩定性。在我國,多數煉油廠以生焦為主,而煅燒進程多在炭素廠完結。
石油焦的含硫量分類
依據含硫量,石油焦可分為高硫焦(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)。低硫焦因其優秀性質,常用于出產人工石墨產品。
針狀焦的特性
針狀焦是一種具有明顯纖維狀結構的優質焦炭,其熱膨脹系數極低,易于石墨化。破碎時,它能分裂成細長的條狀顆粒,這種特性使其在偏光顯微鏡下展現出各向異性的纖維狀結構。針狀焦在平行于顆粒長軸方向展現出優異的導電性、導熱性和低的熱膨脹系數,是制造石墨的抱負質料,具有低電阻率、良好抗熱震性等特色。
針狀焦分為油基針狀焦和煤基針狀焦,前者以石油殘渣為質料,后者以精制煤焦油瀝青為質料。
配料工序的重要性
配料是依據特定配方,對各種巨細骨料、粉料和粘合劑進行精確計算、稱重和混合的出產進程。配方的科學性和配料操作的穩定性對產品質量和功能有著至關重要的影響。
配方的確認要素
確認一個合適的配方需求考慮以下五個方面:
1. 挑選合適的質料類型;
2. 確認不同品種質料的比例;
3. 確認固體質料的粒度組成;
4. 確認粘結劑的用量;
5. 確認添加劑的品種和用量。
捏合工序
捏合是將定量的碳粒、粉末與定量的粘結劑在特定溫度下混合均勻,構成塑料糊狀物的進程。捏合進程包含干混(20-35分鐘)和濕混(40-55分鐘)兩個階段。干混時,各種質料混合均勻,固體碳質資料填充嚴密;濕混時,煤焦油瀝青均勻涂浸在顆粒表面,構成粘結層,進一步進步糊的密度和粘結性。
成型工序
成型是在成型設備施加的外力作用下,使捏合后的碳糊發生塑性變形,構成具有特定形狀、尺度、密度和強度的生坯的進程。成型進程中需求注意模塑類型、設備挑選和產品質量控制等要素。
揉捏操作與參數
揉捏操作包含冷卻、加載、預壓和揉捏等進程,需求控制的技術參數有壓縮比、壓室和噴嘴溫度、冷卻溫度、預壓時刻、揉捏壓力和速度以及冷卻水溫度等。
生坯查驗
生坯查驗是對成型后的生坯進行體積密度、外觀檢查和分析等進程,以保證產品質量符合要求。
二、石墨化的目的與效果
石墨化進程旨在優化碳資料的多種功能:
導電與導熱功能的大幅提高:經過石墨化處理,碳資料的電阻率可下降4-5倍,而導熱功能則能提高約10倍。
增強的抗熱震性和化學穩定性:石墨化使得碳資料的線膨脹系數下降50-80%,明顯進步了其在高溫和惡劣環境下的穩定性。
優勝的潤滑與耐磨特性:石墨化后的碳資料展現出優異的潤滑和耐磨功能。
進步純度:經過石墨化進程,能夠排出雜質,使碳素資料的純度得到明顯提高,產品灰分從0.5-0.8%下降到0.3%左右。
三、石墨化進程的實現方法
石墨化是一個需求在極高溫度(2300-3000℃)下進行的進程,因此在工業實踐中首要經過電加熱來完結。在這個進程中,電流直接經過已經加熱的焙燒品,這些焙燒品既是電流經過期產生高溫的導體,同時也是被加熱的對象。
目前,工業界廣泛應用的石墨化爐首要有Acheson石墨化爐和LWG爐。Acheson爐的特色是產量大、溫差范圍寬但功耗較高,而LWG爐則以其較短的加熱時刻和較低的功耗,以及更為均勻的電阻率遭到喜愛,雖然其安裝連接器相對較為困難。
為保證石墨化進程的順利進行,通常會經過測量溫度來確認與溫度升高相對應的電功率曲線。Acheson爐的通電時刻通常在50-80小時之間,而LWG爐的通電時刻則為9-15小時。
需求注意的是,石墨化的電耗相對較高,通常在3200-4800KWh之間,這也使得工藝成本占據了整個出產成本的20-35%。
最終,為保證石墨制品的質量,會進行外觀敲擊和電阻率測驗等查驗進程。而在完結石墨化后,還需求對碳石墨資料進行機加工,以滿意特定的尺度、形狀和精度要求,從而出產出符合運用規范的石墨制品。
綜上所述,石墨的出產是一個復雜而精密的進程,觸及多個工藝進程和質料處理。這些進程和質料的挑選對于最終產品的質量和功能有著至關重要的影響。