一種增強(qiáng)環(huán)保型炭電極及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種增強(qiáng)環(huán)保型炭電極,由以下重量百分比的組分組成:粒狀電煅煤25～35%、煤瀝青14～20%、粒狀石墨材料10～20%、粉狀煅后焦25～35%和碳纖維材料1～10%，所述電煅煤和石墨材料均勻分布在煤瀝青和粉狀煅后焦形成的膠料中。本發(fā)明的炭電極比普通炭電極在性能指標(biāo)和質(zhì)量方面有較大提高，具有很高的抗拉強(qiáng)度，很好的抗熱震性，大大降低礦熱爐冶煉的斷裂事故，提高了用戶的生產(chǎn)效率。
【專利說(shuō)明】一種增強(qiáng)環(huán)保型炭電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于炭電極【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種增強(qiáng)環(huán)保型炭電極及其制備方法，具體涉及一種加有碳纖維材料的增強(qiáng)環(huán)保型炭電極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維是一種具有很高強(qiáng)度和模量的耐高溫纖維，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500MPa以上，是鋼的7-9倍，抗拉彈性模量為23000-43000MPa,亦高于鋼。
[0003]碳纖維是一種物理性能優(yōu)異的材料，能夠耐受高溫而不失強(qiáng)度，對(duì)一般的酸、堿有良好的耐腐蝕作用，已廣泛用于工業(yè)、民用、建筑、交通、醫(yī)療、航空、航天和國(guó)防軍工等多領(lǐng)域，被譽(yù)為工業(yè)界的“黑色黃金。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及碳纖維民用的普及，碳纖維用量日益增大，產(chǎn)生大量的廢舊碳纖維產(chǎn)品或邊角料，但是在碳纖維使用過程中所產(chǎn)生的邊角料以及廢品大都含有復(fù)雜的有機(jī)物和樹脂，對(duì)其處理始終是一個(gè)難題。從全球來(lái)看，碳纖維的二次利用很有限，美國(guó)將碳纖維廢舊邊角料用來(lái)鋪路。在中國(guó)，碳纖維廢舊邊角料的處理主要采用焚燒和填埋。目前普遍采用的方式是焚燒，但會(huì)產(chǎn)生大量的有毒廢氣，如氰化氫、氨氣、一氧化碳、焦油等有毒有害物質(zhì)。直接焚燒不僅污染大氣，而且會(huì)對(duì)人體造成傷害。因此，無(wú)論那一種處理方法不僅廢舊碳纖維不能充分利用，而且通過焚燒處理還污染環(huán)境，產(chǎn)生對(duì)人體有害的氣體。
[0004]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，碳纖維廢舊邊角料含有的有機(jī)物和樹脂在炭電極隔絕空氣焙燒過程中可分解為熱值很高的碳?xì)浠衔餁怏w，其可作為焙燒爐子的能源，在密閉的環(huán)境下燃燒轉(zhuǎn)化為二氧化碳等氣體再通過靜電除塵排放不存在二次污染，同時(shí)又減少了焙燒爐煤氣的用量，節(jié)約了大量的煤碳，大大降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明人將碳纖維用于制造增強(qiáng)環(huán)保型炭電極，不但集中處理了碳纖維廢舊邊角料，減少了環(huán)境污染，而且改善了炭電極的性能和節(jié)約能源，對(duì)碳纖維廢舊邊`角料這種處理和綜合利用尚未見報(bào)道，是利國(guó)利民的大事情，解決了碳纖維廢舊邊角料處理的世界性難題。
[0005]采用碳纖維或其廢舊邊角料制造的增強(qiáng)環(huán)保型炭電極比普通炭電極的性能指標(biāo)和質(zhì)量有較大提高，該產(chǎn)品具有很高的抗拉強(qiáng)度，很好的抗熱震性，大大降低礦熱爐冶煉的斷裂事故，提高了用戶的生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供了一種增強(qiáng)環(huán)保型炭電極。該環(huán)保型炭電極具有很高的抗拉強(qiáng)度，很好的抗熱震性，大大降低礦熱爐冶煉的斷裂事故，提高了用戶的生產(chǎn)效率。
[0007]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供如下實(shí)施方案。
[0008]在一實(shí)施方案中，本發(fā)明的增強(qiáng)環(huán)保型炭電極，由以下重量百分比的組分組成(投料百分比):粒狀電煅煤25~35%、煤浙青14~20%、粒狀石墨材料10~20%、粉狀煅后焦25~35%、碳纖維材料I~10%，所述電煅煤和石墨材料均勻分布在煤浙青和粉狀煅后焦形成的膠料中。
[0009]在上述實(shí)施方案中，本發(fā)明的環(huán)保型炭電極，所述碳纖維材料包括碳纖維生產(chǎn)、加工或使用過程中產(chǎn)生的邊角余料或廢舊品，具體包括但不限于碳纖維布、碳纖維絲、碳纖維氈等。
[0010]在一優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的環(huán)保型炭電極，由以下重量百分比的組分組成:粒狀電煅煤30%、煤浙青16%、粒狀石墨材料16%，粉狀煅后焦28%，碳纖維材料10%，所述電煅煤和石墨材料均勻分布在煤浙青和粉狀煅后焦形成的膠料中。
[0011]在上述優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的環(huán)保型炭電極，所述碳纖維材料包括碳纖維生產(chǎn)、加工或使用過程中產(chǎn)生的邊角余料或廢舊品，具體包括但不限于碳纖維布、碳纖維絲、碳纖維氈等。
[0012]在上述實(shí)施方案和優(yōu)選實(shí)施方案中，所述粒狀電煅煤的粒徑范圍為4mm~16mm ；所述粉狀煅后焦的粒徑范圍為0.05mm~0.075mm。
[0013]需要說(shuō)明的是，上述本發(fā)明的環(huán)保型炭電極，所述的“重量百分比的組分組成”應(yīng)當(dāng)理解為組分的投料百分比，因?yàn)樵谥圃爝^程中某些組分會(huì)損失，如浙青中的有機(jī)物等因高溫焙燒丟失，因此，所述重量百分比的組分組成不是終產(chǎn)品的百分組成，而是組分的投料重量百分比，這些都是本領(lǐng)域公知的。
[0014]本發(fā)明還提供了一種制備增強(qiáng)環(huán)保型炭電極的方法，包括以下步驟:
[0015]I)將煅后焦粉和煤 浙青放入混捏鍋混合，溫度控制在140~160°C，保持15~25分鐘，制得I父料；
[0016]2)將粒狀電煅煤、粒狀石墨材料放入混捏鍋中，加熱至150~185°C，混捏保持15~25分鐘，制得干料；
[0017]3)將步驟2)的干料加入到步驟I)的膠料中，混合5~15分鐘，溫度控制在140~160°C，制得糊料；
[0018]4)將步驟3)的糊料放入模具，在下料平料過程中將碳纖維邊角余料平鋪在模具的糊料中，保持高速振動(dòng)，使體積密度> 1.70g/cm3，制得生制品；
[0019]5)將步驟4)的生制品裝入焙燒爐中，逐漸升溫至最高溫度1200°C，再自然冷卻至200°C出爐，獲得焙燒品；
[0020]6)將步驟5)的焙燒品進(jìn)行加工，制得規(guī)定規(guī)格的碳纖維增強(qiáng)環(huán)保型炭電極。
[0021]上述本發(fā)明的方法，優(yōu)選的，步驟I)的加熱保持時(shí)間為20分鐘，步驟2)的混捏時(shí)間為20分鐘；步驟3)的混合時(shí)間為10分鐘，步驟4)所述的高速振動(dòng)是在200噸激振力的作用下進(jìn)行的。
[0022]本發(fā)明的制備增強(qiáng)環(huán)保型炭電極的方法，具體包括如下工藝步驟:
[0023](I)制備電極生制品:將電煅煤粉碎成4mm~16mm粒徑的顆粒、將塊狀石墨材料破碎，并分別篩分成規(guī)定的大、中、小不同規(guī)格的顆粒料，進(jìn)入自動(dòng)配料系統(tǒng)進(jìn)行配料，稱取規(guī)定的干料量，通過螺旋輸送入雙層混捏鍋的上層，進(jìn)行干料加熱處理，加熱至150~185°C，保持20分鐘，制得干料；將煅后焦粉碎成0.05mm~0.075mm粒徑的粉狀，與煤浙青一起放入下層混捏鍋混合20分鐘，溫度控制在140~160°C，制得膠料；將上層混捏鍋中所制備的干料放入下層混捏鍋的膠料中混合10分鐘，溫度控制在140~160°C，制得糊料；將該糊料通過輸送帶送入拌筒進(jìn)行攪拌，下入計(jì)量倉(cāng)，稱取規(guī)定重量，放入模具，在下料平料過程中將碳纖維材料如碳纖維邊角料或廢舊品平鋪在模具的糊料中，在200噸激振力的作用下保持高速振動(dòng)，使體積密度> 1.70g/cm3，得到符合技術(shù)要求的生制品，待用。
[0024](2)、焙燒:按照技術(shù)規(guī)定的要求向環(huán)式焙燒爐底鋪設(shè)冶金焦粒，將上述待用生制品裝入環(huán)式焙燒爐，用冶金焦粒填充空隙，并搗實(shí)，進(jìn)行焙燒，逐漸升溫至最高溫度1200°C，再自然冷卻至200 °C出爐，獲得合格焙燒品，待用。
[0025](3)、加工、成品:將上述待用的焙燒品按照規(guī)定的技術(shù)要求進(jìn)行測(cè)試，加工成規(guī)定規(guī)格的增強(qiáng)環(huán)保型炭電極產(chǎn)品，經(jīng)嚴(yán)格的指標(biāo)和尺寸檢測(cè)，按照要求進(jìn)行包裝、入庫(kù)。
[0026]本發(fā)明的增強(qiáng)環(huán)保型炭電極，采用碳纖維的邊角料和廢舊品，解決了碳纖維邊角料及廢舊產(chǎn)品的處理的世界性難題。避免了目前普遍采用焚燒方式產(chǎn)生大量的有毒廢氣，如氰化氫、氨氣、一氧化碳、焦油等有毒有害物質(zhì)，不僅污染大氣，而且會(huì)對(duì)人體造成傷害的缺點(diǎn)。同時(shí)由于炭電極中加入了碳纖維材料，碳纖維中含有的有機(jī)物和樹脂在炭電極隔絕空氣焙燒過程中可分解為熱值很高的碳?xì)浠衔餁怏w，其可轉(zhuǎn)化為炭電極焙燒爐的能源，因此，可以節(jié)約能源，同時(shí)，在密閉的環(huán)境下燃燒轉(zhuǎn)化為二氧化碳等氣體可通過靜電除塵排放，不存在二次污染，同時(shí)又減少了焙燒爐煤氣的用量，節(jié)約了大量的煤炭，大大降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明的采用碳纖維廢舊邊角料制備炭電極，碳纖維廢舊邊角料如此的處理和綜合利用目前在國(guó)內(nèi)外尚屬首例。
[0027]另外，本發(fā)明的增強(qiáng)環(huán)保型炭電極與普通炭電極(未加入碳纖維的炭電極)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比，在性能指標(biāo)和質(zhì)量方面有顯著提高，相比普通炭電極的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或不含碳纖維的炭電極，本發(fā)明的環(huán)保型炭電極具有很高的抗拉強(qiáng)度，很好的抗熱震性，大大降低礦熱爐冶煉的斷裂事故，提高了用戶的生產(chǎn)效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1碳纖維廢舊邊角料增強(qiáng)環(huán)保型炭電極及其生產(chǎn)方法的工藝流程圖。`【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)描述和理解本發(fā)明，但不以此限制本發(fā)明的范圍。
[0030]實(shí)施列I
[0031]增強(qiáng)環(huán)保型炭電極的制備
[0032]投料配方:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種增強(qiáng)環(huán)保型炭電極，由以下重量百分比的組分組成:粒狀電煅煤25~35%、煤浙青14~20%、粒狀石墨材料10~20%、粉狀煅后焦25~35%和碳纖維材料I~10%。
2.如權(quán)利要求1所述的炭電極，由以下重量百分比的組分組成:粒狀電煅煤30%、煤浙青16%、粒狀石墨材料16%、粉狀煅后焦28%和碳纖維材料10%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的炭電極，其特征在于:所述電煅煤和石墨材料均勻分布在煤浙青和粉狀煅后焦形成的膠料中。
4.如權(quán)利要求1或2所述的炭電極，所述碳纖維為碳纖維生產(chǎn)、加工或使用過程中形成的邊角余料或廢舊碳纖維。
5.如權(quán)利要求3所述的炭電極，所述邊角余料或廢舊碳纖維為碳纖維布、碳纖維絲或碳纖維租。
6.如權(quán)利要求1所述的炭電極,所述粒狀電煅煤的粒徑范圍為4mm~16mm。
7.如權(quán)利要求1所述的炭電極，所述粉狀煅后焦的粒徑范圍為0.05mm~0.075mm。
8.一種制備權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的環(huán)保型炭電極的方法，包括以下步驟: 1)將煅后焦粉和煤浙青放入混捏鍋混合，溫度控制在140~160°C，保持15~25分鐘，制得膠料； 2)將粒狀電煅煤、粒狀石墨材料放入混捏鍋中，加熱至150~185°C，混捏保持10~25分鐘，制得干料； 3)將步驟2)的干料加入到步驟I)的膠料中，混合5~15分鐘，溫度控制在140~160 0C，制得糊料；` 4)將步驟3)的糊料放入模具，在下料平料過程中將碳纖維邊角余料平鋪在模具的糊料中，保持高速振動(dòng)，使體積密度> 1.70g/cm3，制得生制品； 5)將步驟4)的生制品裝入焙燒爐中，逐漸升溫至最高溫度1200°C，再自然冷卻至200°C出爐，獲得焙燒品； 6)將步驟5)的焙燒品進(jìn)行加工，制得規(guī)定規(guī)格的增強(qiáng)環(huán)保型炭電極。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，步驟I)的保持時(shí)間為20分鐘或步驟2)的混捏時(shí)間為20分鐘。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，步驟4)中所述高速振動(dòng)是在200噸激振力的作用下進(jìn)行的。
【文檔編號(hào)】C01B31/02GK103754860SQ201410028399
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】吳守峰, 張勝利, 路二毛, 趙桂平, 張波, 趙陽(yáng)陽(yáng) 申請(qǐng)人:重慶東星高溫材料有限公司