石墨电极的原料及制造工艺设计

一、石墨电极的原料

1、石墨电极

是采用石油焦、针状焦为骨料，煤沥青为粘结剂，经过混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工等一系列工艺过程生产出来的一种耐高温石墨质导电材料。石墨电极是电炉炼钢的重要高温导电材料，通过石墨电极向电炉输入电能，利用电极端部和炉料之间引发电弧产生的高温作为热源，使炉料熔化进展炼钢。其他一些冶炼黄磷、工业硅、磨料等材料的矿热炉也用石墨电极作为导电材料。利用石墨电极优良而特殊的物理化学性能，在其他工业部门也有广泛的用途。

2、石墨电极的原料

生产石墨电极的原料有石油焦、针状焦和煤沥青

〔1〕石油焦

石油焦是石油渣油、石油沥青经焦化后得到的可燃固体产物。黑多孔，主要元素为碳，灰分含量很低，一般在0.5%以下。石油焦属于易石墨化炭一类，石油焦在化工、冶金等行业中有广泛的用途，是生产人造石墨制品及电解铝用炭素制品的主要原料。

石油焦按热处理温度区分可分为生焦和煅烧焦两种，前者由延迟焦化所得的石油焦，含有大量的挥发分，机械强度低，煅烧焦是生焦经煅烧而得。中国多数炼油厂只生产生焦，煅烧作业多在炭素厂进展。

石油焦按硫分的上下区分，可分为高硫焦〔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)三种，石墨电极及其它人造石墨制品生产一般使用低硫焦生产。

分装机〔2〕针状焦

针状焦是外观具有明显纤维状纹理、热膨胀系数特别低和很容易石墨化的一种优质焦炭，焦块破裂时能按纹理分裂成细长条状颗粒〔长宽比一般在1.75以上〕，在偏光显微镜下可观察到各向异性的纤维状构造，因而称之为针状焦。

针状焦物理机械性质的各向异性十清楚显, 平行于颗粒长轴方向具有良好的导电导热性能，

热膨胀系数较低，在挤压成型时，大局部颗粒的长轴按挤出方向排列。因此，针状焦是制造高功率或超高功率石墨电极的关键原料，制成的石墨电极电阻率较低，热膨胀系数小，抗热震性能好。

针状焦分为以石油渣油为原料生产的油系针状焦和以精制煤沥青原料生产的煤系针状焦。

〔3〕煤沥青

煤沥青是煤焦油深加工的主要产品之一。为多种碳氢化合物的混合物，常温下为黑高粘度半固体或固体，无固定的熔点，受热后软化，继而熔化，密度为1.25－1.35g/cm3。按其软化点上下分为低温、中温和高温沥青三种。中温沥青产率为煤焦油的54－56％。煤沥青的组成极为复杂，与煤焦油的性质及杂原子的含量有关，又受炼焦工艺制度和煤焦油加工条件的影响。表征煤沥青特性的指标很多，如沥青软化点、甲苯不溶物〔TI〕、喹啉不溶物〔QI〕、结焦值和煤沥青流变性等。

煤沥青在炭素工业中作为粘结剂和浸渍剂使用，其性能对炭素制品生产工艺和产品质量影响极大。粘结剂沥青一般使用软化点适中、结焦值高、β树脂高的中温或中温改质沥青，浸渍剂要使用软化点较低、 QI低、流变性能好的中温沥青。

二、石墨电极的制造工艺

1、煅烧

炭质原料在高温下进展热处理，排出所含的水分和挥发份，并相应提高原料理化性能的生产工序称为煅烧。一般炭质原料采用燃气及自身挥发份作为热源进展煅烧，最高温度为1250- 1350℃。

〔1〕煅烧使炭质原料的组织构造和物理化学性能发生深刻变化，主要表达在提高了焦炭的密度、机械强度和导电性，提高了焦炭的化学稳定性和抗氧化性能，为后序工序奠定了根底。

〔2〕煅烧的设备主要有罐式煅烧炉、回转窑和电煅烧炉。煅烧质量控制指标是石油焦真密度不小于2.07g/cm3，电阻率不大于550μΩ.m,针状焦真密度不小于2.12g/cm3，电阻率不大于500μΩ.m。

〔3〕原料的破碎处理和配料

①在配料之前，须对大块煅后石油焦和针状焦进展中碎、磨粉、筛分处理。

中碎通常是将50mm左右的物料通过颚式破碎机、锤式破碎机、对辊破碎机等破碎设备进一步破碎到配料所需的0.5-20mm的粒度料。

②磨粉是通过悬棍式环辊磨粉机〔雷蒙磨〕、球磨机等设备将炭质原料磨细到0.15mm或0.075mm粒径以下的粉末状小颗粒的过程。

③筛分是通过具有均匀开孔的一系列筛子，将破碎后尺寸围较宽的物料分成尺寸围较窄的几种颗粒粒级的过程，现行电极生产通常需要4-5个颗粒料粒级和1-2个粉料粒级。

④配料是按配方要求，对各种粒度的骨料和粉料、粘结剂分别计算、称量和聚焦的生产过程。配方的科学性适宜性和配料操作的稳定性是影响产品质量指标和使用性能的最重要因素之一。

〔4〕配方需确定5方面容：

①选择原料的种类； ②确定不同种类原料的比例； ③确定固体原料粒度组成； ④确定粘结剂的用量；⑤确定添加剂的种类和用量。

电梯维保系统〔6〕返回料的回用〔生碎、石墨碎、焙烧碎〕

〔7〕配方根本原那么：球体最严密堆积原理

〔8〕电极配方中最大颗粒尺寸确实定

大颗粒配方

2、混捏

在一定温度下将定量的各种粒度炭质颗粒料和粉料与定量的粘结剂搅拌混合均匀，捏合成可塑性糊料的工艺过程称为混捏。

〔1〕混捏的过程：干混〔20-35 min〕湿混〔40-55 min〕

〔2〕混捏的作用：

①干混时使各种原料混合均匀，同时使不同粒度大小的固体炭质物料均匀地混合和填充，提高混合料的密实度；

②参加煤沥青后使干料和沥青混合均匀，液态沥青均匀涂布和浸润颗粒外表，形成一层沥青粘结层，把所有物料互相粘结在一起，进而形成均质的可塑性糊料，有利于成型；

③局部煤沥青浸透到炭质物料部空隙，进一步提高了糊料的密度和粘结性。

3、成型

手上下炭材料的成型是指混捏好的炭质糊料在成型设备施加的外部作用力下产生塑性变形，最终形成具有一定形状、尺寸、密度和强度的生坯〔或称生制品〕的工艺过程。v槽机>全自动电脑针织机

成型的种类、设备及所生产产品：

成型方法	gprs天线常用设备	主要产品
模压	立式液压机	电碳、低档次细构造石墨
挤压	卧式液压挤压机螺杆挤压机	石墨电极、方电极
振动成型	振动成型机	铝用碳砖、高炉碳砖
等静压	等静压成型机	各向同性石墨、异性石墨