一種采用艾奇遜石墨化爐對(duì)細(xì)顆粒石墨制品的石墨化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于石墨材料的制造加工領(lǐng)域，具體設(shè)及一種細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)石墨制品艾奇遜 爐石墨化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在石墨生產(chǎn)流程過程中，石墨化是非常關(guān)鍵的一道工序，經(jīng)過2300°CW上高溫?zé)?處理，它決定著石墨制品的物理化學(xué)性質(zhì)。石墨賠燒品中的碳原子由熱力學(xué)上不穩(wěn)定的"二 維無序重疊"排列受熱活化作用轉(zhuǎn)變?yōu)榫S有序重疊"排列，使制品的熱電傳導(dǎo)性能、抗熱 震性能、化學(xué)穩(wěn)定性能、抗氧化性能、潤(rùn)滑性及抗磨性等得到進(jìn)一步提高，排除雜質(zhì)提高純 度，降低硬度便于機(jī)械加工。具體過程是在炭化物賠燒品的周圍填充填料焦炭，間接通電利 用焦炭的電阻發(fā)熱，最終使被加熱物本身也產(chǎn)生電阻發(fā)熱的石墨化。
[0003] 艾奇遜石墨化爐（Achesonfurnace)W發(fā)明者艾奇遜化G.Acheson)的名字命名 的一種石墨化爐。艾奇遜爐于1895年發(fā)明并首先在美國(guó)取得專利，它的維形是：在耐火材 料構(gòu)筑的長(zhǎng)形爐體內(nèi)，裝入炭的巧料和顆粒料，組成導(dǎo)電的爐忍，在爐忍的四周是絕熱保溫 料。作為爐頭的兩上端墻上設(shè)置有導(dǎo)電電極，并與電源相連接，構(gòu)成通電的回路。當(dāng)電路接 通，爐忍由于電阻的作用即發(fā)熱升溫，使炭的巧料在2200~2300°C的溫度下，經(jīng)高溫加熱 處理而轉(zhuǎn)變?yōu)槿嗽焓?。艾奇遜爐由爐本體和供電系統(tǒng)的變壓器及連接運(yùn)兩部分的短網(wǎng)組 成。艾奇遜爐W外加熱的方式為主，構(gòu)成導(dǎo)電爐忍的是作為制品的炭的巧料和作為電阻料 的炭的顆粒料。雖然制品既是發(fā)熱的電阻，也是被加熱的對(duì)象，但相比之下電阻料的電阻要 大得多，因此制品石墨化所需的熱量主要靠電阻料的傳熱。制品的加熱是先從表面開始再 逐漸向內(nèi)部滲入的，運(yùn)種外加熱的方式造成溫度分布不均和產(chǎn)生熱應(yīng)力，一般炭制品的導(dǎo) 熱性都比較差，當(dāng)爐溫上升較快時(shí)，就可能產(chǎn)生明顯的外熱內(nèi)冷的情況，出現(xiàn)裂紋廢品，在 實(shí)際生產(chǎn)中用"開始功率"和"上升功率"來限制送入爐內(nèi)的電量，達(dá)到控制爐溫的目的，由 于艾奇遜爐的送電功率受到限制，通電時(shí)間不能縮得太短，所W產(chǎn)能小，電耗高，同時(shí)產(chǎn)品 質(zhì)量因?yàn)闇囟炔痪^差。
[0004] 艾奇遜型石墨化爐炭化物的裝入量約為170~230噸，在耐火磚制的長(zhǎng)方形爐體 內(nèi)將炭化物縱向或橫向并列，周圍充滿填料焦炭，在其外圍再用焦粉、炭黑、石英砂/焦炭 混合物等襯料進(jìn)行熱屏蔽W隔熱，在炭化物周圍充滿填料焦炭，對(duì)焦炭在爐體的長(zhǎng)度方向 通W低電壓高電流而產(chǎn)生的高溫升溫至3000°C左右。艾奇遜石墨化爐作為石墨化工序的重 要爐害，其優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)加工產(chǎn)品產(chǎn)量大、節(jié)能、效率高，但艾奇遜石墨化爐主要是靠焦炭 產(chǎn)生的熱量來加熱制品，在同一石墨化爐爐忍內(nèi)，上下、左右、內(nèi)外的溫度梯度相差很大，傳 熱不均的缺點(diǎn)，相對(duì)來講容易造成制品裂紋。因此艾奇遜石墨化爐被普遍的運(yùn)用于石墨電 極等低端產(chǎn)品的石墨加工制造。此類產(chǎn)品在石墨制品領(lǐng)域附加值低，應(yīng)用范圍小。從生產(chǎn) 工藝角度來講，此類產(chǎn)品顆粒粒度較粗，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，在石墨化工序中裝爐方案和送電曲 線工藝要求較低。
[0005] 普通石墨電極制品能在最短的時(shí)間內(nèi)最小的單耗電量下完成石墨化，使制品性能 達(dá)到石墨理化指標(biāo)的要求，同時(shí)也有很高的成品率。粗顆粒結(jié)構(gòu)石墨制品石墨化不易開裂， 粗顆粒結(jié)構(gòu)石墨制品石墨化工藝技術(shù)也比較成熟，成品率較高，一般可達(dá)92%W上。但細(xì)顆 粒結(jié)構(gòu)石墨制品抗熱震性不如粗顆粒結(jié)構(gòu)制品，石墨化工藝難度高，較易產(chǎn)生開裂。石墨化 爐徑向與軸向上的溫度分布不均勻，其溫度梯度大，隨著細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)、大制品、大截面的爐 忍的出現(xiàn)，溫度梯度更大，因此使得制品的質(zhì)量不穩(wěn)定，波動(dòng)性大。
[0006]細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)石墨制品在產(chǎn)品的性能、性價(jià)比均比常規(guī)產(chǎn)品優(yōu)越，所W細(xì)顆粒石墨 制品應(yīng)用范圍廣，被廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、環(huán)保、化工、軍工和航空航天領(lǐng)域。但細(xì)顆粒結(jié) 構(gòu)石墨制品作為一種被廣泛運(yùn)用的新型碳質(zhì)材料在實(shí)際生產(chǎn)過程中由于顆粒粒度相比常 規(guī)石墨的粒度較小，所W在常規(guī)的石墨化工序中利用艾奇遜石墨化爐加工細(xì)顆粒石墨制 品，雖然生產(chǎn)操作過程中貫徹執(zhí)行工藝已經(jīng)非常嚴(yán)格，但仍具有產(chǎn)品容易開裂、成品率低的 問題。 陽007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的發(fā)明目的在于提出了一種細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)石墨制品艾奇遜爐石墨化的方法。
[0009]為解決現(xiàn)有技術(shù)中使用艾奇遜石墨化爐加工細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)石墨制品容易開裂而導(dǎo) 致成品率低的問題，本發(fā)明提供一種細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)石墨制品艾奇遜爐石墨化的方法，使用本 發(fā)明所述的石墨化方法不但可W提高成品率還可W保證產(chǎn)品具有很好的電阻率等特性。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用的技術(shù)方案為：
[0011] 本發(fā)明設(shè)及一種采用艾奇遜石墨化爐對(duì)細(xì)顆粒石墨制品的石墨化方法，所述的細(xì) 顆粒的粒徑為0. 5~1. 0mm，優(yōu)選為0. 75~0. 85mm;石墨化方法包括準(zhǔn)備爐體、鋪爐底、圍 爐忍、墊底部墊層、裝產(chǎn)品、填充電阻料，蓋頂層墊層、反應(yīng)料和保溫料、送電、冷卻；
[0012] 在準(zhǔn)備爐體后，先在爐底鋪一層500mm~800mm的石英砂層，然后再石英砂上鋪 一層300mm~500mm的爐底料，然后采用具有夾層的裝爐板圍爐忍，在圍好的爐忍中鋪一 層厚度為IOOmm~180mm的底部墊層；然后裝產(chǎn)品，在產(chǎn)品之間、產(chǎn)品的縫隙之間和產(chǎn)品表 面上填充、鋪灑電阻料，在裝爐板的夾屯、中填充反應(yīng)料，然后在反應(yīng)料頂部鋪一層IOOmm~ 180mm頂層墊層，然后在頂層墊層上鋪灑反應(yīng)料，在裝爐板外側(cè)與艾奇遜石墨化爐之間填充 保溫料；撤去裝爐板，最后在反應(yīng)料表面鋪灑一層保溫料；
[0013]其中，爐底料為新焦粉和石英砂按6.6~7. 3:2. 7~3. 4體積比混合，體積比優(yōu)選 7 ：3 ；
[0014] 電阻料為熟冶金焦與生冶金焦按7. 5~8.5 :1. 5~2. 5體積比混合，體積比優(yōu)選 8 ：2 ；
[0015]底部墊層為冶金焦?；蛸r燒碎；
[0016] 頂層墊層為石墨焦；
[0017]反應(yīng)料為新焦粉和石英砂按6~6.5 :3. 5~4體積比混合，體積比優(yōu)選6.5 :3. 5。
[0018]本發(fā)明中的爐底料主要起到保溫和電絕緣雙重作用，電阻料起到"電阻發(fā)熱"的作 用，底部墊層起到引導(dǎo)電流和調(diào)整爐溫的作用，頂層墊層起到防止氧化、引導(dǎo)電流和調(diào)整爐 溫的作用，反應(yīng)料起到避免產(chǎn)品與保溫料相接觸的作用，保溫料主要起到保溫的作用。
[0019]本發(fā)明的第一優(yōu)選技術(shù)方案為：細(xì)顆粒石墨制品的體積密度為1.68g/cm3~ I. 72g/cm3。
[0020] 本發(fā)明的第二優(yōu)選技術(shù)方案為：準(zhǔn)備爐體的方法為：清除爐忍電阻料，再清理爐 側(cè)保溫料，最后清理爐底；清理側(cè)墻保溫料，清理將爐底的硬質(zhì)黃料層，清理爐頭爐尾的粘 結(jié)物；檢查爐體并進(jìn)行維修；清除結(jié)晶體。
[0021] 本發(fā)明的第S優(yōu)選技術(shù)方案為：圍爐忍時(shí)使用的裝爐板的夾層厚度為350mm~ 450mm，優(yōu)選400mm;反應(yīng)料的厚度為350mm~450mm，優(yōu)選400mm。
[0022] 本發(fā)明的第四優(yōu)選技術(shù)方案為：裝產(chǎn)品的方法為：爐忍板與產(chǎn)品間距80~100mm， 爐頭板與爐頭間距250~300mm，縱排產(chǎn)品間距為：
[0023] 產(chǎn)品的厚度為50mm~350mm時(shí)，間距為55~60mm，優(yōu)選60mm；
[0024] 產(chǎn)品的厚度為350mm~450mm，間距為75~85mm，優(yōu)選80mm;
[00巧]產(chǎn)品的厚度為45Omm~600mm，間距為95~105mm，優(yōu)選10Omm；
[0026] 產(chǎn)品的厚度為600mm~800mm，間距為110~130mm，優(yōu)選120mm，
[0027] 橫排產(chǎn)品間距為50~60mm，優(yōu)選60mm;
[002引產(chǎn)品分層放置時(shí)，產(chǎn)品層與層的間距為40~50mm，優(yōu)選50mm。
[0029] 本發(fā)明的第五優(yōu)選技術(shù)方案為：石英砂層中石英砂的粒徑為1~8mm;爐底料中 新焦粉的粒徑為0. 5~10mm，水分含量為小于10% ;電阻料中熟冶金焦的粒徑為IOmm~ 35mm，其中粒徑10~2Omm的占15~20%，20~3Omm的占65~75%，30~35mm的占10~ 20 %;優(yōu)選為：粒徑10~20mm的占15%，20~30mm的占70%，30~35mm的占15 %;生冶 金焦的粒徑為20~45mm;生冶金焦的粒徑為20~45mm;底部墊層中冶金焦?；蛸r燒碎的 粒徑為15~40mm;頂層墊層的石墨焦的粒徑為15~35mm;反應(yīng)料中新焦粉的粒徑為1~ 10mm〇
[0030] 石英砂粒徑選擇為1~8mm可W很好地密實(shí)和隔絕熱量。電阻料中熟冶金焦的粒 徑為IOmm~35mm、生冶金焦的粒徑為20~45mm從而可W更好地混合均勻，并起到良好的 電阻發(fā)熱的作用。底部墊層中冶金焦?；蛸r燒碎粒徑為15~40mm可W更好的引導(dǎo)電流和 調(diào)整爐溫。
[0031] 本發(fā)明的第六優(yōu)選技術(shù)方案為：石英砂層的厚度為600mm~750mm，優(yōu)選700~ 720mm;爐底料的厚度為350mm~450mm，優(yōu)選390~410mm;底部墊層和頂層墊層的厚度為 125~165mm，優(yōu)選140~150mm;保溫料的厚度為700~900mm，優(yōu)選700~800mm。
[0032] 本發(fā)明的第屯優(yōu)選技術(shù)方案為：送電時(shí)的送電曲線為：開始功率1500~leookw， 1600~2800kw功率，上升功率是90~1lOkw/h，保持10~14h;
[0033] 2800~4000kw功率，上升功率是45~60kw/h，保持20~24h;
[0034] 4000~6400kw功率，上升功率是32~43kw/h，保持56~62h;
[0035] 6400~8200kw功率，上升功率是110~125kw/h，保持12~16h;
[0036] 8200~11700kw功率，上升功率是675~TlOkw/h，保持4~化；
[0037] 11700kw功率W后，升峰至最大功率leOOOkw，保持10~12h; 陽0測(cè)優(yōu)選的：
[0039] 開始功率leOOkw，1600~2800kw功率，上升功率是lOOkw/h，保持12h;
[0040] 2800~4000kw功率，上升功率