CN101696003A

CN101696003A - 一种炭素电极工艺配方及炭素电极生产方法

Info

Publication number: CN101696003A
Application number: CN200910236612A
Authority: CN
Inventors: 武建国
Original assignee: 武建国
Current assignee: Shanxi three yuan Carbon Co., Ltd.
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: CN101696003B

Abstract

一种炭素电极工艺配方，包括固体材料和液体材料，其中所述固体材料包括石墨质原料、电煅无烟煤以及煅后焦，所述液体材料包括煤沥青，且所述石墨质原料中粒度小于4毫米的料的重量小于所述石墨质原料总重量的5％。由于石墨质原料粒度较大，从而可以增加电极产品的抗热震性，降低产品的电阻率。本发明还涉及一种炭素电极生产方法。

Description

一种炭素电极工艺配方及炭素电极生产方法

技术领域

本发明涉及一种炭素电极工艺配方及一种炭素电极生产方法。

背景技术

炭素电极是矿热炉碳热还原法冶炼工业硅、铁合金、黄磷、电石所需的重要原料，还可以用在普通电弧炉冶炼刚玉、稀土金属的工艺中。

目前，在炭素电极生产所采用的工艺配方中，石墨质原料采用粉状或碎屑加入。以现有技术配方制造的炭素电极产品的电阻率较高，利用炭素电极进行生产时消耗较多的能量。

发明内容

本发明的目的是减轻炭素电极电阻率较高的技术问题。

本发明的发明人经研究发现：如果以较大粒级的石墨质原料代替粉末状石墨质原料，有利于减小物料间的接触电阻，有利于增加炭素电极产品的抗热震性，降低炭素电极产品的电阻率。

本发明的发明人经研究进一步发现：炭素电极生产中所使用的粘结剂(例如沥青)挥发份含量高且热稳定性差，故而在焙烧高温处理时结焦值较低，造成产品的孔隙度较高。孔隙度的增加会导致体密降低，从而降低炭素电极产品的机械强度，导致炭素电极在使用过程中容易折断。孔隙度的增加，还使得炭素电极产品在使用过程与空气接触面增加，氧化加剧(消耗高)。孔隙度的增加，还导致最终炭素电极产品的电阻率增大，用于矿热炉时导致较高的电耗。

本发明的发明人在研究中还发现：如果在炭素电极生产中采用大颗粒形态的石墨质原料代替现有技术中采用的碎屑粉料形态的石墨质原料，可以采用较少的粘接剂，从而可以降低最终炭素电极的孔隙度，并提高炭素电极的强度，而减轻现有技术中炭素电极易断的问题。同时还可以实现电阻率降低、炭素电极消耗减少的优点。

因此，本发明提供一种炭素电极工艺配方，所述配方包括固体材料和液体材料，其中所述固体材料包括石墨质原料、电煅无烟煤以及煅后焦，所述液体材料包括煤沥青，且所述石墨质原料中粒度小于4毫米的料的重量小于所述石墨质原料总重量的5％。这样，在本发明中通过采用大颗粒形态的石墨质原料(95％以上的料的粒度大于等于4mm)代替现有技术中采用的碎屑粉料形态的石墨质原料，有利于减小物料间的接触电阻，有利于增加炭素电极产品的抗热震性，降低炭素电极产品的电阻率。

优选地，所述石墨质原料中粒度小于4毫米的料的重量小于所述石墨质原料总重量的2％，更优选地小于1％，进一步优选地小于所述石墨质原料总重量的0.5％。

优选地，在所述石墨质原料中，粒度大于等于16毫米的料的重量为所述三种固体材料总重量的10％～40％；粒度大于等于8毫米且小于16毫米的料的重量为所述三种固体材料总重量的10％～20％；以及粒度大于等于4毫米且小于8毫米的料的重量为所述三种固体材料总重量的10％～20％。

优选地，所述石墨质原料的重量为所述三种固体材料总重量的30～80％；电煅无烟煤的重量为所述三种固体材料总重量的10～30％；以及煅后焦的重量为所述三种固体材料总重量的10～40％。

优选地，所述煤沥青的重量为所述石墨质原料、电煅无烟煤、煅后焦和煤沥青这四种材料的总重量的17％～19％。

本发明还提供一种制造炭素电极的方法，该方法包括配料工序，在所述配料工序中，将石墨质原料、电煅无烟煤以及煅后焦这三种固体材料与液态的煤沥青混合在一起，且石墨质原料中粒度小于4毫米的料的重量小于所述石墨质原料总重量的0.5％。

此外，由于本发明采用了上述技术方案，因此，与现有技术相比，具有如下优点：

1、减小物料间的接触电阻，降低产品的电阻率，在使用过程中降低了用电消耗。

2、产品开裂的阻断作用，明显提高产品的抗热震性能，使产品在使用过程中不易断裂。

附图说明

图1示出生产炭素电极的一种示例生产工艺的流程流程图。

具体实施方式

下面，说明现有技术中一种炭素电极配方的例子。

表1为现有技术炭素电极工艺某配方中固体材料粒度分布比例(以所有固体材料为100％)。表2为表1配方中石墨料粒度分布比例(也以所有固体材料为100％)。表3为现有技术炭素电极工艺某配方中原料比例。其中，如表3所示，在三种固体材料中，石墨质原料占三种固体材料重量的40～80％；电煅无烟煤占10～30％；煅后焦占10～30％。与之相配合，需要添加的煤沥青的重量百分比为四种材料总重量的19～21％。

如表2中所示，现有技术的配方中，石墨质原料采用石墨碎屑粉末。石墨质原料的料的粒级基本在4mm以下。由于原料的粒级较小，比表面积较大，需要较多的粘合剂；且电极产品的抗热震性较差，电极产品的电阻率较高。

表1现有技术炭素电极工艺某配方中固体材料粒度分布

粒级(毫米)	＞16	8～16	4～8	2～4	0.15～2	0～0.15
粒级(毫米)	＞16	8～16	4～8	2～4	0.15～2	0～0.15	重量比例(％)	＜2	18±3	16±3	12±3	16±3	36±3

表2表1技术配方中石墨质原料粒度分布

粒级(毫米)	8～16	4～8	2～4	0.15～2	0～0.15
粒级(毫米)	8～16	4～8	2～4	0.15～2	0～0.15	重量比例(％)	0	0	0	12	36

表3现有技术炭素电极工艺某配方中原料比例

原料名称	石墨粉	电煅无烟煤	煅后焦	煤沥青(液态)
原料名称	石墨粉	电煅无烟煤	煅后焦	煤沥青(液态)	重量比例％	40～80	10～30	10～30	20±1

与之相反，表5为本发明炭素电极示例工艺配方中石墨碎粒度分布表。如表中所示，石墨质原料采用粒级相对较大的石墨碎，粒级在4mm以下的部分重量百分比小于2％。由于原料的粒级较大，从而可以使用较少的粘合剂。经试验发现，当粒级在4mm以下的部分小于石墨质原料的5％时，可以显著降低煤沥青使用。在本发明的另一实施例中，石墨质原料中粒级在4mm以下的部分小于1％。

大粒度的原料以及较少剂量的粘接剂增加了成品炭素电极的强度，使得成品炭素电极在使用中不容易断折。

如表6所示，在根据本发明的配方的实施例宗，在三种固体材料中，石墨质原料占三种固体材料重量的30～80％；电煅无烟煤占10～30％；煅后焦占10～40％。与之相配合，需要添加的煤沥青的重量百分比为四种材料总重量的17～19％。

表4本发明炭素电极示例工艺某配方中固体材料粒度分布

粒级(毫米)	＞32	32/16	16/8	8/4	4/0.15	-0.15
粒级(毫米)	＞32	32/16	16/8	8/4	4/0.15	-0.15	重量比例(％)	＜2	24±2	18±2	12±2	16±2	30±2

表5本发明炭素电极示例工艺配方中石墨碎粒度分布

粒级(毫米)	＞32	16～32	8～16	4～8	＜4
粒级(毫米)	＞32	16～32	8～16	4～8	＜4	重量比例(％)	＜2	10～40	10～20	10～20	＜2

*以所有固体材料为100％。

表6本发明炭素电极示例工艺配方中原料比例

原料名称	石墨碎	电煅无烟煤	煅后焦	煤沥青
原料名称	石墨碎	电煅无烟煤	煅后焦	煤沥青	重量比例％	30～80	10～30	10～40	18±1

*以所有固体材料为100％。

石墨粒子较石墨粉子可有效减少物料间的接触电阻，使产品电阻率降低。可以减少粘结剂的用量，提高其密度、强度，降低电阻。此外大颗粒的使用对产品热开裂起阻断作用，提高其抗热震性能。从而本发明的配方中采用石墨碎(较大粒级的石墨质原料)作为石墨质原料，能够增加炭素电极的强度，提高抗热震性能，降低使用能耗，减少断损率。

下面以表格示出新旧配方的对比

表一、炭素电极工艺配方对比

表二、炭素电极新旧工艺配方指标对比

指标名称	单位	本发明工艺配方产品	现有技术配方产品
指标名称	单位	本发明工艺配方产品	现有技术配方产品	灰分	％	1---2	1---2
电阻率	μΩ·m	28--35	35-45	灰分	％	1---2	1---2
电阻率	μΩ·m	28--35	35-45	抗折强度	MPa	8--12	6--10
体密	g/cm³	1.60-1.65	1.56-1.60	抗折强度	MPa	8--12	6--10
体密	g/cm³	1.60-1.65	1.56-1.60	气孔率	％	17	19

表三、对比试验数据

试验使用情况	本发明工艺配方产品	现有技术配方产品
			断损率	1％	6％
吨产品电极消耗(公斤)	65	85
			吨产品电能消耗(千瓦时)	10230	11000

图1是生产炭素电极的一种示例生产工艺的流程流程图。下面结合图1对相关生产过程作简要说明。下面的描述仅仅是示例性的，而非对本发明保护范围的限制。

按配方配料

如图1中所示，生产炭素电极需要配料。配料就是根据一定配方(成分及比例)，将各种原料混合在一起。根据本发明的一个实施例，所述配方包括：固体材料：石墨质原料的重量百分比为54％；电煅无烟煤的重量百分比为26％、煅后焦(煅烧石油焦)的重量百分比为20％。还包括液体材料，液体材料(煤沥青)的重量百分比为四种材料总重量的18％。在石墨质原料中，大于16毫米的料的重量百分比为三种固体材料总重量的24±2％之间；大于等于8毫米且小于16毫米的料的重量百分比为三种固体材料总重量的18±2％；并且大于等于4毫米且小于8毫米的料的重量百分比为三种固体材料总重量的12±2％。

生电极制造

生电极制造包括中碎筛分、磨粉、配料、混捏和成型等生产工序。

a.中碎筛分

根据本发明的一个实施例，设二个中碎、筛分系统，用于分别处理石墨块和无烟煤。经斗式提升机送入二台双层水平振动筛筛分处理，粒度大于32mm的料返回双辊破碎机中碎后再重新筛分。32～16mm，16～8mm，8～4mm的粒度料直接进入相应配料仓也可返回双辊破碎机重新中细碎至4mm以下，便于生产灵活调节。

粒度料有5种，为32～16mm，16～8mm，8～4mm，4～0.15mm，-0.15mm的料分别直接进入配料仓，也可进入磨粉机给料仓。

生碎料经破碎到50mm以下粒度后，经斗式提升机直接运入生碎配料仓使用。

b.磨粉

磨粉采用二台5R摆式磨粉机。磨粉料主要来源为煅后焦及少量筛分配料系统中的4mm以下粒度不平衡料。由电磁振动给料机定量喂入摆式磨粉机内，从磨粉机出来的含尘气体经风选器分选后，粗粒子料被分离后返回磨粉机再磨，合格细粉经旋风收料器收集后送入配料仓，循环风经通风机进入磨粉机用于循环生产。磨粉过程中产生的多余风经净化处理后排入大气。

c.配料、混捏、均温、成型

生碎粒子料、粉料分别由各自配料仓底部的给料机及漏斗秤按配方要求称量，再汇入集合料斗。由配料小车将配好的料运往混捏机。进行干混，液体粘结剂沥青随后加入混捏机中，液体沥青用电子秤计量，采用减量法。配料全过程采用微机自动控制。

混捏选用5000升混捏锅。每次可装糊料4.2～4.8吨，混捏周期为80分钟，其中干混25分钟，加沥青后湿混55分钟。混好的糊料卸入活底糊料箱，经电动平板小车、桥式起重机送入糊料均温箱均温处理。

成型采用固定台式振动成型机。用料时，将均温箱内糊料直接送入成型机振动台振动成型。成型电极出模冷却后，经检测合格后叉车运输到焙烧车间。不合格的生电极返回配料系统处理。

焙烧：

炭素电极焙烧是成型后的生制品在专用加热炉内保温介质的保护中，在隔绝空气的条件下，按一定的升温速度进行加热的热处理过程。

电极焙烧的目的在于：

(1)排除挥发分，使用沥青作粘结剂的制品，经焙烧后一般排出约10％的挥发分。

(2)粘结剂焦化，生制品按一定的工艺条件进行焙烧，使粘结剂焦化，在骨料颗粒间形成焦炭网络，把所有不同粒度的骨料牢固地连结在一起，使制品具有一定的理化性能。在相同条件下，焦化率越高，其质量越好。一般中温沥青的结焦残炭率为50％左右。

(3)固定几何形式，生制品在焙烧过程中，发生软化，粘结剂迁移现象。随着温度的升高，形成焦化网，使制品焦化。因此，温度再升高，其形状也不改变。

(4)降低电阻率在焙烧过程中，由于挥发分的排除，沥青焦化形成焦炭网格，沥青发生分解和聚合反应，生成大的六角炭环平面网等原因，电阻率大幅度下降。

(5)体积进一步收缩，焙烧后制品直径收缩1％左右，长度收缩2％左右，体积收缩为2-3％。

电极机械加工

(1)炭素电极整形的需要

具有一定的尺寸和形状的压型后的炭素生制品，在焙烧过程中发生不同程度的变形、碰损，同时其表面还粘结着一些填充料，如果不经过机械加工就不能使用，因此必须对产品整形，加工成规定的几何形状。

(2)炭素电极使用的需要

按照用户的使用要求进行加工。炭素电极在使用时要求连接起来，形成一个串接柱伸入冶炼炉内，所以一头必须车制成带螺纹的公头，另一端必须车制成带螺纹的母孔，然后将两根电极连接起来使用。

Claims

1.一种炭素电极工艺配方，其特征在于：包括固体材料和液体材料，其中所述固体材料包括石墨质原料、电煅无烟煤以及煅后焦，所述液体材料包括煤沥青，且所述石墨质原料中粒度小于4毫米的料的重量小于所述石墨质原料总重量的5％。

2.如权利要求1所述的炭素电极工艺配方，其特征在于：所述石墨质原料中粒度小于4毫米的料的重量小于所述石墨质原料总重量的2％。

3.如权利要求1所述的炭素电极工艺配方，其特征在于：所述石墨质原料中粒度小于4毫米的料的重量小于所述石墨质原料总重量的1％。

4.如权利要求1所述的炭素电极工艺配方，其特征在于：所述石墨质原料中粒度小于4毫米的料的重量小于所述石墨质原料总重量的0.5％。

5.如权利要求1所述的炭素电极工艺配方，其特征在于：在所述石墨质原料中，粒度大于等于16毫米的料的重量为所述三种固体材料总重量的10％～40％；粒度大于等于8毫米且小于16毫米的料的重量为所述三种固体材料总重量的10％～20％；以及粒度大于等于4毫米且小于8毫米的料的重量为所述三种固体材料总重量的10％～20％。

6.如权利要求5所述的炭素电极工艺配方，其特征在于：石墨质原料的重量为所述三种固体材料总重量的30～80％；电煅无烟煤的重量为所述三种固体材料总重量的10～30％；以及煅后焦的重量为所述三种固体材料总重量的10～40％。

7.如权利要求6所述的炭素电极工艺配方，其特征在于：所述煤沥青的重量为所述石墨质原料、电煅无烟煤、煅后焦和煤沥青这四种材料的总重量的17％～19％。

8.一种制造炭素电极的方法，包括配料工序，其特征在于，在所述配料工序中，将石墨质原料、电煅无烟煤以及煅后焦这三种固体材料与液态的煤沥青混合在一起，且石墨质原料中粒度小于4毫米的料的重量小于所述石墨质原料总重量的5％。

9.如权利要求8所述制造炭素电极的方法，其特征在于，在所述石墨质原料中，粒度大于等于16毫米的料的重量为所述三种固体材料总重量的10％～40％；粒度大于等于8毫米且小于16毫米的料的重量为所述三种固体材料总重量的10％～20％；以及粒度大于等于4毫米且小于8毫米的料的重量为所述三种固体材料总重量的10％～20％。

10.如权利要求8所述制造炭素电极的方法，其特征在于：石墨质原料的重量为所述三种固体材料总重量的30～80％；电煅无烟煤的重量为所述三种固体材料总重量的10～30％；以及煅后焦的重量为所述三种固体材料总重量的10～40％。