石墨加工生產(chǎn)原料及工藝技術(shù)

1、生產(chǎn)石墨的原料包括石油焦、針狀焦和煤焦油瀝青。

焙燒：是將原木炭產(chǎn)品放入專門設(shè)計(jì)的加熱爐中，在填料的保護(hù)下進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚鼓咎慨a(chǎn)品中的煤瀝青碳化的過程。 煤化后形成的瀝青焦將碳質(zhì)骨料和粉末顆粒固結(jié)在一起。 焙燒炭產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度高、電阻率低、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好。

焙燒是碳素制品生產(chǎn)的主要工序之一，也是石墨電極生產(chǎn)三大熱處理工序中的重要環(huán)節(jié)。 焙燒生產(chǎn)周期長（第一次焙燒22-30天，第二次焙燒5-20天），能耗高。 綠色烘焙的質(zhì)量對(duì)成品質(zhì)量和生產(chǎn)成本有一定的影響。

在焙燒過程中，原煤瀝青焦化，并排出約10%的揮發(fā)分。 同時(shí)，體積縮小2-3%，質(zhì)量損失8-10%。 碳的物理和化學(xué)性質(zhì)也發(fā)生顯著變化。 隨著孔隙率的增加，堆積密度從1.70g/cm3下降到1.60g/cm3，電阻率從μΩ·m左右下降到40-50μΩ·m，煅燒炭的機(jī)械強(qiáng)度也大大提高。

二次焙燒是對(duì)焙燒品進(jìn)行浸漬，然后再次焙燒，使浸漬在焙燒品孔隙中的瀝青碳化的過程。 體積密度高的石墨需烘烤兩次，接頭體需浸三烘烤四次或浸兩次烘烤三遍。

焙燒爐主要爐型：連續(xù)操作-環(huán)形爐（有蓋或無蓋）、隧道窯間歇操作-下焰爐、臺(tái)車式焙燒爐、箱式焙燒爐。

烘烤曲線及最高溫度：第一次烘烤-320、360、422、480小時(shí)，第二次烘烤1250℃-125、240、280小時(shí)、700-800℃。 烘焙產(chǎn)品的檢驗(yàn)：外部沖擊、電阻率、堆積密度、抗壓強(qiáng)度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析。

浸漬是將碳材料置于壓力容器中，在一定的溫度和壓力條件下，將液體浸漬劑瀝青浸入制品的電極孔隙中的過程。 目的是減少氣孔率，增加體積密度和機(jī)械強(qiáng)度，提高制品的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。

浸漬工藝及相關(guān)技術(shù)參數(shù)為：坯體烘烤——表面清理——預(yù)熱（260-380℃，6-10小時(shí)）——裝入浸漬罐——抽真空（8-9KPa，40-50分鐘）——注入瀝青(180-200℃)-加壓(1.2

浸漬制品檢驗(yàn)：浸漬增重率G=(W2-W1)/W1×100%。 一次浸漬制品增重率≥14%，二次浸漬制品增重率≥9%，三重浸漬制品增重率≥5%。

石墨化是指將碳制品在高溫電爐中在保護(hù)介質(zhì)中加熱至2300℃以上，使非晶無序碳轉(zhuǎn)變?yōu)槿S有序石墨晶體結(jié)構(gòu)的高溫?zé)崽幚磉^程。

繪畫

是以石油焦渣和石油瀝青為原料焦化而成的可燃固體產(chǎn)品。 黑色多孔，主要元素為碳，灰分含量很低，一般小于0.5%。 石油焦是一種容易石墨化的碳。 石油焦廣泛應(yīng)用于化工、冶金等行業(yè)。 是生產(chǎn)人造石墨制品和電解鋁用碳素制品的主要原料。

煤炭是煤焦油深加工的主要產(chǎn)品之一。 它是多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔铩?常溫下為黑色半固體或高粘度固體，無固定熔點(diǎn)。 受熱軟化后熔化，密度1.25-1.35g/cm3。 按軟化點(diǎn)可分為低溫瀝青、中溫瀝青和高溫瀝青三種。 軟瀝青的收率是煤焦油的54-56%。 煤的成分極其復(fù)雜，與煤焦油的性質(zhì)和雜原子含量有關(guān)，還受焦化工藝制度和煤焦油加工條件的影響。 表征煤瀝青特性的指標(biāo)有很多，如瀝青軟化點(diǎn)、甲苯不溶物（TI）、喹啉不溶物（QI）、焦化值、煤瀝青流變性等。

煤炭在炭素工業(yè)中用作粘結(jié)劑和浸漬劑，其性能對(duì)炭素制品的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。 粘結(jié)劑一般為軟化點(diǎn)適中、焦化值高、β樹脂含量高的中溫或中溫改性瀝青。 浸漬劑為軟化瀝青，軟化點(diǎn)低，QI低，流變性好。

鍛燒：對(duì)炭素原料進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚懦銎渲兴乃趾蛽]發(fā)性成分，相應(yīng)改善原料的物理、化學(xué)性能的生產(chǎn)過程稱為鍛燒。 煅燒碳原料一般采用燃?xì)饧捌渥陨頁]發(fā)分作為熱源，最高溫度為1250-1350℃。

煅燒后的碳質(zhì)材料的微觀結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能發(fā)生了深刻的變化，主要體現(xiàn)在焦炭的密度、機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電率的增加，以及焦炭化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性的提高，為后續(xù)工序打下基礎(chǔ)。

煅燒設(shè)備主要有罐式煅燒爐、回轉(zhuǎn)窯和電煅燒爐等。 煅燒質(zhì)量控制指標(biāo)為：石油焦真密度不小于2.07g/cm3，電阻率不大于550μω·m，針狀焦真密度不小于2.12g/cm3，電阻率不大于500μω·m

原料破碎及配料

大塊的煅燒石油焦、針狀焦在配料前應(yīng)進(jìn)行破碎、研磨、過篩。

二級(jí)破碎通常采用顎式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)、輥式破碎機(jī)等破碎設(shè)備，將物料進(jìn)一步破碎至50mm左右。 達(dá)到配料所需粒徑0.5-20毫米。

研磨是利用吊桿環(huán)輥磨機(jī)（雷蒙磨）、球磨機(jī)等設(shè)備將碳原料研磨成粒徑0.15毫米以下的細(xì)粉顆粒的過程。

篩分是將粉碎后的粒度范圍較寬的物料，通過一系列孔徑均勻的篩子，分成粒度范圍較窄的多種粒度的過程。 目前，電極生產(chǎn)通常需要 4-5 種粒徑和 1-2 種粉末尺寸。

根據(jù)石油焦的熱處理溫度，可分為生焦和煅燒焦。 前者是經(jīng)延遲焦化得到的石油焦，含有大量揮發(fā)分，機(jī)械強(qiáng)度較低。 煅燒焦是通過生焦煅燒得到的。 國內(nèi)煉油廠大多只生產(chǎn)原焦，煅燒大多在炭素廠進(jìn)行。

根據(jù)石油焦的硫含量分為高硫焦（硫含量大于1.5%）、中硫焦（硫含量0.5%-1.5%）和低硫焦（硫含量小于0.5%）三種類型。 %）。 低硫焦炭一般用于生產(chǎn)人造石墨制品。

針狀焦是一種優(yōu)質(zhì)焦炭，具有明顯的纖維結(jié)構(gòu)、極低的熱膨脹系數(shù)、易石墨化。 焦塊破碎時(shí)，可分裂成細(xì)長條狀顆粒（長徑比一般在1.75以上）。 在偏光顯微鏡下可觀察到各向異性的纖維結(jié)構(gòu)，故稱為針狀焦。

針狀焦的物理機(jī)械性能各向異性很大，平行于顆粒長軸具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，熱膨脹系數(shù)低。 在擠出成型過程中，大多數(shù)顆粒的長軸沿?cái)D出方向排列。 因此，針狀焦是制造石墨的關(guān)鍵原料。 電阻率低，熱膨脹系數(shù)小，抗熱震性能好。

針狀焦分為以石油渣油為原料生產(chǎn)的油系針狀焦和以精煉煤焦油瀝青為原料生產(chǎn)的煤系針狀焦。

配料是將各種粒度的骨料、粉料、粘合劑等按照配方要求進(jìn)行計(jì)算、稱重、集中的生產(chǎn)過程。 配方的科學(xué)適宜性和配料操作的穩(wěn)定性是影響產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)和性能的最重要因素之一。

公式需要從五個(gè)方面來確定：

①選擇原材料的種類；

②確定不同種類原材料的比例；

③確定固體原料的粒度組成；

④確定膠粘劑用量；

⑤確定添加劑的種類和用量。

捏合：將一定量的碳粒和粉末與一定量的粘結(jié)劑在一定的溫度下混合，捏合成塑料糊狀的過程稱為捏合。

捏合過程：干混（20-35分鐘）、濕混（40-55分鐘）

揉捏功能：

(1)干混時(shí)，將各種原料混合均勻，將不同粒徑的固體碳質(zhì)材料混合均勻并填充，以提高混合物的密度；

(2)加入煤焦油瀝青后，將干料與瀝青混合均勻，將液體瀝青均勻涂抹在顆粒表面，形成瀝青粘結(jié)層，將各材料粘結(jié)在一起，形成均勻的塑性膏體，有利于成型；

(3)部分煤焦油瀝青滲透到碳質(zhì)材料的內(nèi)部空隙中，進(jìn)一步提高了膏體的密度和粘結(jié)性。

成型：碳材料的成型是指捏合后的碳糊在成型設(shè)備施加的外力作用下發(fā)生塑性變形，最終形成具有一定形狀、尺寸、密度和性能的生坯（或生坯制品）的過程。力量。

成型種類、設(shè)備及制品：

繪畫

擠壓操作

①冷卻：采用盤式冷卻、筒式冷卻、捏合式冷卻等方式排出揮發(fā)物。 降低至適當(dāng)溫度（90-120℃），增加附著力，使糊體尺寸均勻，有利于成型，時(shí)間20-30分鐘。

(2)加載：提起壓機(jī)擋板，進(jìn)行2-3次-4-壓實(shí)。

③預(yù)壓：壓力20-，時(shí)間3-5分鐘，同時(shí)抽真空。

④擠壓：將擋板下壓-5-擠壓-剪切-轉(zhuǎn)移入冷卻水箱。

擠壓技術(shù)參數(shù)：壓縮比、壓室及噴嘴溫度、冷卻溫度、預(yù)壓時(shí)間、擠壓壓力、擠壓速度、冷卻水溫度。

坯體檢驗(yàn)：堆積密度、外觀檢驗(yàn)和分析。

二、石墨化的目的和作用

①提高碳材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能（電阻率降低4-5倍，導(dǎo)熱系數(shù)提高10倍左右）；

②提高碳材料的抗熱震性和化學(xué)穩(wěn)定性（線膨脹系數(shù)降低50-80%）；

(3)碳材料具有潤滑性和耐磨性；

④去除雜質(zhì)，提高碳材料的純度（產(chǎn)品灰分由0.5-0.8%降低到0.3%左右）。

繪畫

三、石墨化過程的實(shí)現(xiàn)

碳的石墨化是在2300-3000℃的高溫下進(jìn)行的，因此工業(yè)上只能通過電加熱來實(shí)現(xiàn)，即電流直接通過被加熱的焙燒品，裝入爐內(nèi)的焙燒品產(chǎn)生高溫通過電流。 導(dǎo)體也是被加熱到高溫的物體。

目前廣泛使用的是石墨化爐和LWG爐。 前者產(chǎn)量大、溫差大、功耗高，后者加熱時(shí)間短、功耗低、電阻率均勻，但安裝連接器較困難。

通過測(cè)量溫度來控制石墨化過程，以確定與溫度升高相對(duì)應(yīng)的電功率曲線。 爐子通電時(shí)間為50-80小時(shí)，LWG爐子通電時(shí)間為9-15小時(shí)。

石墨化的電耗很高，一般為3200-，工藝成本約占整個(gè)生產(chǎn)成本的20-35%。

石墨制品檢驗(yàn)：外觀敲擊、電阻率測(cè)試。

機(jī)械加工：碳石墨材料機(jī)械加工的目的是達(dá)到所需的尺寸、形狀、精度等，通過切削加工，制成符合使用要求的石墨制品。