原料:在炭素生產(chǎn)中,常用的原料可分為兩類:固體炭素原料、粘結(jié)劑和浸漬劑。固體炭質(zhì)原料包括石油焦、瀝青焦、冶金焦、無煙煤、石墨和石墨破碎,粘結(jié)劑和浸漬劑包括煤焦油瀝青、煤焦油、蒽油和合成樹脂。此外,在生產(chǎn)中還使用了石英砂、冶金焦粉、焦粉等輔料。其他特殊原料用于生產(chǎn)一些特殊的碳和石墨產(chǎn)品(如碳纖維、活性炭、熱解碳和熱解石墨、玻璃碳)。
煅燒:在孤立空氣條件下高溫(1200≤1500°C)熱處理炭原料的過程稱為煅燒。煅燒是炭素生產(chǎn)中的第一道熱處理工藝。煅燒使各種含碳原料的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了一系列的變化。
無煙煤和石油焦都含有一定量的揮發(fā)分,需要煅燒。瀝青質(zhì)焦炭和冶金焦炭的結(jié)焦溫度相對(duì)較高(1000℃以上),相當(dāng)于碳化廠煅燒爐的溫度。它不能再煅燒,只需要干燥水分。但如果在煅燒前將瀝青焦和石油焦混合,則應(yīng)與石油焦一起送至煅燒爐。石墨和炭黑不需要煅燒。
篩分:
混捏:混捏的目的是為了得到均勻的具有良好塑性的糊料,但由于某些因素的變化會(huì)使混捏質(zhì)量發(fā)生很大的變化,造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,通過實(shí)驗(yàn)證明,采用軟化點(diǎn)在80-90℃的硬瀝青時(shí),糊料溫度應(yīng)提高到168-174℃,在這個(gè)溫度范圍內(nèi),瀝青對(duì)干料濕潤性和粘結(jié)性能好,所得糊料有良好的塑性和擠壓性能,混合時(shí)間一般干混30分鐘,濕混時(shí)間為40分鐘,如果混合時(shí)間過長,會(huì)使得大顆粒遭到破壞,破壞原來的顆粒組成,從而使得產(chǎn)品的體密降低,塑性變差,氣孔率增大,機(jī)械強(qiáng)度降低
成型:成型有擠壓成型、振動(dòng)成型和模壓法。我們工廠采用的是3500t的擠壓機(jī)成型,成型前將所得到的糊料在涼料機(jī)中從168-174℃降至116℃,涼的時(shí)間不可以超過11分鐘且不低于8分鐘,之后在保溫臺(tái)保溫20分鐘后將保溫好的糊料裝入擠壓機(jī)的缸內(nèi),預(yù)壓3-5分鐘壓力一般不小于25MPa,制品通過安裝在擠壓機(jī)前的嘴兒擠壓出來,擠壓機(jī)一般為間歇生產(chǎn),生產(chǎn)分為三個(gè)階段:第一階段,當(dāng)柱塞頭開始加壓,糊料顆粒很快的移動(dòng),大的糊料顆粒之間的空隙被小的糊料顆粒填充,顆粒間的接觸趨于緊密。第二階段,當(dāng)壓頭繼續(xù)施壓,電極密度逐漸增大,密度達(dá)到一定值后壓力繼續(xù)增加密度增長緩慢。第三階段,壓力達(dá)到極限值,密度趨于均勻。然后從壓嘴中擠出電極
焙燒:焙燒是壓型后的生制品在加熱爐內(nèi)的保護(hù)介質(zhì)中,在隔絕空氣的條件下,按一定的升溫速度進(jìn)行加熱的熱處理過程。
焙燒的目的在于:
主要研究結(jié)果如下:(1)以煤瀝青為粘結(jié)劑的產(chǎn)品經(jīng)焙燒后揮發(fā)分的排放量約為10%。因此,焙燒產(chǎn)率一般低于90%。
結(jié)焦原料按一定的工藝條件焙燒,結(jié)合劑結(jié)焦,在集料顆粒間形成焦炭網(wǎng)絡(luò),使不同粒徑的集料牢固連接在一起,使產(chǎn)品具有一定的理化性能。在相同條件下,焦燒率越高,產(chǎn)品質(zhì)量越好。中溫瀝青的殘余碳含量一般在50%左右.
(3)固定幾何形式生制品在焙燒過程中,發(fā)生軟化,粘結(jié)劑遷移現(xiàn)象。隨著溫度的升高,形成焦化網(wǎng),使制品僵化。因此,溫度再升高,其形狀也不改變。
(4)降低電阻率在焙燒過程中,由于揮發(fā)分的排除,瀝青焦化形成焦炭網(wǎng)格,瀝青發(fā)生分解和聚合反應(yīng),生成大的六角炭環(huán)平面網(wǎng)等原因,電阻率大幅度下降。生制品電阻率大約10000×10-6Ω〃m,經(jīng)過焙燒后降至40--50×10-6Ω〃m,稱為良導(dǎo)體
(5)體積進(jìn)一步收縮焙燒后制品直徑收縮1%左右,長度收縮2%左右,體積收縮為2-3%。
浸漬:經(jīng)壓成型后的生制品孔度很低。但是生制品在焙燒后,由于煤瀝青在焙燒過程中一部分分解成氣體逸出,另一部分焦化為瀝青焦。生成瀝青焦的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于煤瀝青原來占有的體積,雖然在焙燒過程中稍有收縮,但仍在產(chǎn)品內(nèi)部形成許多不規(guī)則的并且孔徑大小不等的微小氣孔。由于大量氣孔的存在必然會(huì)對(duì)產(chǎn)品的理化性能產(chǎn)生一定的影響。在一定的溫度下的氧化速度加快,耐腐蝕也變壞,氣體和液體更容易滲透。
浸漬是一種減少產(chǎn)品孔度,提高密度,增加抗壓強(qiáng)度,降低成品電阻率,改變產(chǎn)品的理化性能的工藝過程。
石墨化:石墨化是把焙燒制品臵于石墨化爐內(nèi)保護(hù)介質(zhì)中加熱到高溫,使六角碳原子平面網(wǎng)格從二維空間的無序重疊轉(zhuǎn)變?yōu)槿S空間的有序重疊,且具有石墨結(jié)構(gòu)的高溫?zé)崽幚磉^程。其目的是:
(1)提高產(chǎn)品的熱、電傳導(dǎo)性。
(2)提高產(chǎn)品的耐熱沖擊性和化學(xué)穩(wěn)定性。
(3)提高產(chǎn)品的潤滑性、抗磨性。
(4)排除雜質(zhì),提高產(chǎn)品強(qiáng)度。
機(jī)械加工:炭素制品為什么要進(jìn)行機(jī)械加工?
(1)整形的需要,具有一定的尺寸和形狀的壓型后的炭素生制品,在焙燒和石墨化過程中發(fā)生不同程度的變形、碰損,同時(shí)其表面還粘結(jié)著一些填充料,如果不經(jīng)過機(jī)械加工就不能使用,因此必須對(duì)產(chǎn)品整形,加工成規(guī)定的幾何形狀。
(2)使用的需要,按照用戶的使用要求進(jìn)行加工。如電爐煉鋼的石墨電極需要連接使用,必須在產(chǎn)品兩端車制成螺紋孔,然后用特制的帶螺紋的接頭將兩根電極連接起來使用。
(3)工藝上的需要,有的產(chǎn)品要根據(jù)用戶使用上的工藝需要,加工成特殊的形狀和規(guī)格,甚至要求較低的表面粗糙度