CN101808435B - 一种大直径半石墨质炭电极及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大直径半石墨质炭电极及其生产方法，该大直径半石墨质炭电极，包括20％的粒状电煅煤、18％的煤沥青、40％的粉状石墨材料和22％的粉状煅后焦，总重量为100％，所述的电煅煤、石墨材料和煅后焦均匀分布在所述煤沥青粘结介质内；本发明公开的加工方法，采用预碎及中碎磨粉、配料、加温混捏、晾料、卧式成型、焙烧和机加工方法，加工出大直径半石墨质炭电极。
Description
技术领域
本发明涉及一种大直径半石墨质炭电极和生产该大直径半石墨质炭电极的生产方法。
背景技术
在铁合金生产中，导电电极是矿热炉导电系统中重要组成部分，也是矿热炉生产中主要消耗材料之一，导电电极的种类及质量关系到铁合金生产能否正常进行和各项经济指标的考核。目前作为矿热炉导电极共有三类：包括石墨电极、炭电极和自焙电极。
石墨电极灰分低、电阻率低、允许电流密度高，在耗电量上的考核上，石墨电极应该是最优选择，但是石墨电极的生产工艺流程长，特别在石墨化时需要耗费大量电能，据资料显示，1吨石墨化耗电量约为4500kwh至5000kwh，其产品价格也相当高，是炭电极和自焙电极价格的两至四倍，再者石墨电极受其成型工艺(挤压成型)限制，产品规格最大为700mm，已经不能满足矿热炉容量不断扩大的趋势要求。而自焙电极在矿热炉焙烧时分解排出大量的沥青烟气无法集中处理直接排到大气中，恶化矿热炉操作环境，同时给大气环境带来严重的危害，且自焙电极电阻率大，单位产品耗电量大、质量差，极易发生软断或硬断等质量事故，给矿热炉操作带来极大的质量隐患和人身安全隐患。
目前，矿热炉的容量越来越大(国外大型矿热炉变压器容量已达到1000000KVA)，国家对环境保护的要求越来越严。矿热炉的变压器容量容量越大，就意味着需要的导电极的直径就越大、质量要求就越高。炭电极在上述三种电极中，不仅价格低、质量高，且能够实现大直径的要求。目前的炭电极主要成分是电煅煤、煅后焦、煤沥青和少量的石墨材料。按照炭电极材料内对其导电性能的影响，石墨材料含量越高，电阻率就越低、导电性能就越高，耗电量就越低，但是石墨材料的含量高的情况下，带来毛坯成型的困难，且易发生产品裂纹，大直径炭电极的生产的难度更大。中国专利号为：2006101316492的专利公开一种大直径管状半石墨炭电极的生产方法，该专利公开的方法加工的炭电极的直径最大为1200mm，且石墨材料的含量仅为28～32％，又加上是管状石墨电极，其成型难度都大为降低。中国专利号为：031503039的专利公开的一种含鳞片石墨的炭电极的生产工艺，该专利公开的炭电极的石墨含量仅为2～8％，炭电极的直径也仅为650mm，不能满足大直径炭电极的要求。本申请人先期申请的专利，申请号为200810049555X，该申请公开的炭电极材料石墨材料的含量为19.8～22.5％，石墨含量还不能满足日益提高的市场需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是目前炭电极石墨含量低、直径小，且石墨含量高、直径大的炭电极不易生产、加工的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种大直径半石墨质炭电极，包括20％的粒状电煅煤和18％的煤沥青，该半石墨质炭电极还包括40％的粉状石墨材料和22％的粉状煅后焦，上述四种成分的总重量为100％，所述的电煅煤、石墨材料和煅后焦均匀分布在所述煤沥青粘结介质内。
进一步，所述的煤沥青为改质煤沥青。
作为一种优选方案，所述的石墨材料为石墨碎。
为了解决本发明石墨含量高、直径大炭电极生产、加工难度高的技术问题，本发明还提供大直径半石墨质炭电极的生产方法，该生产方法包括以下步骤：
步骤一，预碎及中碎磨粉：将电煅煤、石墨材料和煅后焦等大块原料经机械破碎和研磨为颗粒料或粉料；
步骤二，配料：将各种破碎好的颗粒料和粉料按照电煅煤20％、石墨材料40％、煅后焦22％的重量比称重配比；
步骤三，加温混捏：将混捏锅预热至140℃，常压下将电煅煤、石墨材料加入混捏锅中加热至140℃，干混15分钟，排出物料中的水分，然后加入已完全融化并经充分静置且温度在180℃的18％煤沥青，湿混45分钟呈糊料状出锅，排入料斗中；
步骤四，晾料：把料斗内的糊料放入经过预热且温度稳定在80℃的晾料拌筒中，经过15分钟的搅拌晾料，糊料中的沥青烟气没大部分排出，糊料温度达到110℃时，放入称量装置中称重；
步骤五，成型：采用卧式双向振动成型工艺，将称重后的糊料振动成型为半石墨质炭电极生坯；
步骤六，焙烧：采用环式焙烧炉，将半石墨质炭电极生坯在保护介质的保护下，在隔绝空气条件下，按曲线升温速度进行加热处理成半石墨质炭电极。
作为一种优选方案，所述的生产方法还包括机加工，焙烧完成的半石墨质炭电极在机床上进行加工外圆和螺纹。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的半石墨质炭电极的石墨含量高、具有较低的电阻率，导电效果好，且该大直径半石墨质炭电极的机械强度高，结合致密，不易发生裂纹、硬断或软断事故，能够满足大容量矿热炉的大直径、高质量炭电极的要求；
2、本发明提供的半石墨质炭电极的生产方法，流程短、效率高、能耗低，生产的产品机械强度高、电阻率低。
具体实施方式
本发明公开的半石墨质炭电极的直径为1400mm，该半石墨质炭电极包括20％的粒状电煅煤和18％的煤沥青，该半石墨质炭电极还包括40％的粉状石墨材料和22％的粉状煅后焦，总重量为100％，所述的电煅煤、石墨材料和煅后焦均匀分布在所述煤沥青粘结介质内；其中石墨材料为石墨碎，该石墨碎的来源于石墨电极机加工时的废料或是石墨化时所用的填充料等，原料易取得，该半石墨质炭电极材料中的煤沥青采用改质煤沥青，改质煤沥青的残炭量高，粘结性好，能够很好地将均匀分布在煤沥青介质内的电煅煤、石墨材料和煅后焦粉固定在炭电极内，因此，该半石墨质炭电极的机械强度高；本发明中采用的电煅煤为电煅无烟煤。其中本发明所述的大直径半石墨质炭电极的直径为大于1200mm的半石墨质炭电极。
加工本发明1400mm直径的半石墨质炭电极采用以下加工方法，所选用的原料为：优质电煅无烟煤、石墨碎、低硫煅后焦和改质煤沥青，其中电煅煤为20％、石墨碎为40％、煅后焦22％、改质煤沥青18％，总重量100％。方法步骤为，步骤一，预碎及中碎磨粉：将电煅煤、石墨材料和煅后焦等大块原料经机械破碎和研磨为颗粒料或粉料；
步骤二，配料：将各种破碎好的颗粒料和粉料按照电煅煤20％、石墨材料40％、煅后焦22％的重量比称重配比；
步骤三，加温混捏：将混捏锅预热至140℃，常压下将电煅煤、石墨材料加入混捏锅中加热至140℃，干混15分钟，排出物料中的水分，然后加入已完全融化并经充分静置且温度在180℃的18％煤沥青，湿混45分钟呈糊料状出锅，排入料斗中；
步骤四，晾料：把料斗内的糊料放入经过预热且温度稳定在80℃的晾料拌筒中，经过15分钟的搅拌晾料，糊料中的沥青烟气没大部分排出，糊料温度达到110℃时，放入称量装置中称重；
步骤五，成型：采用卧式双向振动成型工艺，将称重后的糊料振动成型为半石墨质炭电极生坯；
步骤六，焙烧：采用高效节能环式焙烧炉，将半石墨质炭电极生坯在保护介质的保护下，在隔绝空气条件下，按曲线升温速度进行加热处理成半石墨质炭电极；该曲线升温速度是呈上升型抛物线性速度；
步骤七，机加工：将焙烧完成的半石墨质炭电极在机床上进行加工外圆和螺纹。
本发明加工的半石墨质炭电极的机械强度高，导电性能高。本发明炭电极的理化指标为：a、电阻率≤15～20μΩ·m，b、抗折强度≥10MPa，c、灰分≤0.2％，d、硫含量≤0.1％。本发明的加工方法流程短、效率高、能耗低，加工的半石墨质炭电极质量稳定性高，均质性好。
本发明保护范围不限于上述实施方式所描述的范围，凡是依据本发明技术原理所作的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种大直径半石墨质炭电极，包括20％的粒状电煅煤和18％的煤沥青，该大直径炭电极为直径大于1200mm的半石墨质炭电极，其特征在于，该半石墨质炭电极还包括40％的粉状石墨材料和22％的粉状煅后焦，上述四种成分的总重量为100％，所述的电煅煤、石墨材料和煅后焦均匀分布在所述煤沥青粘结介质内。
2.根据权利要求1所述的大直径半石墨质炭电极，其特征在于，所述的煤沥青为改质煤沥青。
3.根据权利要求1或2所示的大直径半石墨质炭电极，其特征在于，所述的石墨材料为石墨碎。
4.一种加工权利要求1所述的大直径半石墨质炭电极的生产方法，该大直径炭电极为直径大于1200mm的半石墨质炭电极，其特征在于，该生产方法包括以下步骤：
步骤一，预碎及中碎磨粉：将电煅煤、石墨材料和煅后焦的大块原料经机械破碎和研磨为颗粒料或粉料；
步骤二，配料：将各种破碎好的颗粒料和粉料按照电煅煤20％、石墨材料40％、煅后焦22％的重量比称重配比；
步骤三，加温混捏：将混捏锅预热至140℃，常压下将电煅煤、石墨材料和煅后焦加入混捏锅中加热至140℃，干混15分钟，排出物料中的水分，然后加入已完全融化并经充分静置且温度在180℃的18％煤沥青，湿混45分钟呈糊料状出锅，排入料斗中；
步骤四，晾料：把料斗内的糊料放入经过预热且温度稳定在80℃的晾料拌筒中，经过15分钟的搅拌晾料，糊料中的沥青烟气大部分排出，糊料温度达到110℃时，放入称量装置中称重；
步骤五，成型：采用卧式双向振动成型工艺，将称重后的糊料振动成型为半石墨质炭电极生坯；
步骤六，焙烧：采用环式焙烧炉，将半石墨质炭电极生坯在保护介质的保护下，在隔绝空气条件下，按曲线升温速度进行加热处理成半石墨质炭电极。
5.根据权利要求4所述的加工大直径半石墨质炭电极的生产方法，其特征在于，所述的生产方法还包括机加工，焙烧完成的半石墨质炭电极在机床上进行加工外圆和螺纹。
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