石墨電極是一種耐高溫的石墨導(dǎo)電材料,是指以石油焦、瀝青焦為骨料,煤瀝青為黏結(jié)劑,經(jīng)過原料煅燒、破碎磨粉、配料、混捏、成型、焙燒、浸漬、石墨化和機(jī)械加工而制成的一種耐高溫石墨質(zhì)導(dǎo)電材料,稱為人造石墨電極(簡稱石墨電極),以區(qū)別于采用天然石墨為原料制備的天然石墨電極。石墨電極可傳導(dǎo)電流及發(fā)電,從而熔化高爐中的廢鐵或其他原材料以生產(chǎn)鋼鐵及其他金屬產(chǎn)品,主要用于鋼鐵生產(chǎn)。石墨電極是一種電阻率低并耐受電弧爐內(nèi)熱梯度的材料。石墨電極生產(chǎn)的主要特點是生產(chǎn)周期較長(通常持續(xù)三至五個月)、電能消耗大及生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜。
電極生坯焙燒(baking of green carbon body)是指生坯在填充料保護(hù)下(防止氧化及變形)、進(jìn)行高溫?zé)崽幚硎姑簽r青炭化的工藝過程。焙燒是電極生產(chǎn)過程中,重要的一個工藝過程,也是復(fù)雜的一個過程,這個過中即有物理變化,同時又化學(xué)變化。終石墨電極的機(jī)械強(qiáng)度、內(nèi)在結(jié)構(gòu)和性能都取決于焙燒時黏結(jié)劑轉(zhuǎn)變成結(jié)焦炭的數(shù)量,而且機(jī)械性能與焦化值有直接關(guān)系。
電極焙燒的溫度制度:
1.選擇測溫點是要素
選擇曲線運行控制測溫點應(yīng)選火道煙氣溫度敏感的點,但對于敞開式環(huán)式焙燒爐來說就是熱煙氣在火道內(nèi)下去,再返上來的轉(zhuǎn)彎的位置。也有人將熱電偶插在緊靠火道個火孔外側(cè)的料室中。依據(jù)選擇的測溫點來確定升溫曲線。
2.制定曲線應(yīng)注意幾點
(1)根據(jù)產(chǎn)品在焙燒過程不同溫度階段的物理化學(xué)反應(yīng)制定曲線。
(2)根據(jù)毛坯的種類和規(guī)格、成型方式制定曲線。
毛坯的直徑愈大,其升溫速度要慢些;大規(guī)格的擠壓毛坯要比同規(guī)格振動毛坯要慢些;生坯體積密度高的要比體積密度低的慢一些;細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)的要比粗顆粒結(jié)構(gòu)的慢一些;浸后產(chǎn)品升溫速度可以快些。
(3)根據(jù)爐子的結(jié)構(gòu)制定曲線。
每臺爐子溫度場分布的不同,爐室工作區(qū)的上下高度上、前后和左右都存在著溫度差。這溫差實際上在整個加熱過程都在持續(xù)著,僅在恒溫階段才能逐漸縮小。制定曲線考慮爐子本身結(jié)構(gòu)特點。
(4)根據(jù)填充料的種類和燃料種類特性制定曲線。
3.電極毛坯焙燒冷卻也是溫度制度中一個關(guān)鍵階段
國外的焙燒曲線降溫是曲線的一個組成部分,而我們國內(nèi)的曲線大多都沒有降溫,只是要求出爐溫度不能300℃。實際中往往做不到,毛坯出爐時溫度達(dá)到600℃以上,電極心部溫度還在700-800℃以上。因毛坯與外部介質(zhì)之間存在溫差,所以會同時出現(xiàn)不同值的體積變化和不同速度的收縮。這就會造成熱應(yīng)力的產(chǎn)生,此應(yīng)力值與溫差成正比。當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)力超過毛坯材料的斷裂強(qiáng)度時,便會發(fā)生結(jié)構(gòu)的局部破裂或整個毛坯斷裂。有的毛坯高溫出爐后檢查時雖沒有看到裂紋,但由于制品內(nèi)部已有裂紋,在石墨化工序就會表現(xiàn)出來。因此焙燒工序的冷卻重視。
生產(chǎn)特點:生產(chǎn)周期長、能源消耗較高、生產(chǎn)工序多的,所需炭質(zhì)原料石油焦和煤瀝青等為煉油企業(yè)和煤化工企業(yè)生產(chǎn)加工副產(chǎn)品,原料的質(zhì)量及其穩(wěn)定性難以得到充分的保障,尤其是高功率和功率石墨電極生產(chǎn)用針狀焦、改質(zhì)電極瀝青和低喹啉不溶物含量浸漬劑瀝青,急需我國石油和煤化工加工企業(yè)的重視和積極配合。
煅燒:炭質(zhì)原料在高溫下進(jìn)行熱處理,排出所含的水分和揮發(fā)份,并相應(yīng)提高原料理化性能的生產(chǎn)工序稱為煅燒。一般炭質(zhì)原料采用燃?xì)饧白陨頁]發(fā)份作為熱源進(jìn)行煅燒,高溫度為1250-1350℃?! ?br />
煅燒使炭質(zhì)原料的組織結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能發(fā)生深刻變化,主要體現(xiàn)在提高了焦炭的密度、機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性,提高了焦炭的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能,為后序工序奠定了基礎(chǔ)。
浸漬的工藝流程及相關(guān)技術(shù)參數(shù)是:焙燒坯——表面清理——預(yù)熱(260-380℃,6-10小時)——裝入浸漬罐——抽真空(8-9KPa,40-50min)——注瀝青(180-200℃)——加壓(1.2-1.5MPa,3-4小時)——返瀝青——冷卻(罐內(nèi)或罐外)