CN102249237B

CN102249237B - 石墨坩埚

Info

Publication number: CN102249237B
Application number: CN 201010597527
Authority: CN
Inventors: 龚炳生
Original assignee: FUJIAN XING ZHAOYANG SILICON MATERIALS Co Ltd
Current assignee: Fujian Xing Zhaoyang Silicon Materials Co ltd
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: CN102249237A

Abstract

石墨坩埚，涉及一种坩埚。石墨坩埚尺寸为φ(1200～1500)mm，内径为φ(960～1260)mm，深度为(1750～1900)mm。在煅烧石油焦颗粒原料加入辅料，破碎后加入混捏锅中搅拌，再加入液体沥青，使沥青浸润石油焦颗粒；成型后；将坩埚生坯放入坩埚焙烧炉中焙烧，得焙烧品坩埚；将焙烧品坩埚浸渍后，得浸渍坩埚；将浸渍坩埚石墨化，得石墨坩埚。一次成型，其表面直接受到磨具的挤压和摩擦，其密实度较好，气孔比较少；两次高压浸渍，使其表面更加密实，金属液体很难浸入，寿命长；经试验，所制得的石墨坩埚的理化指标为体积密度大于1.75g/cm³，抗压强度达到25MPa。

Description

石墨坩埚

技术领域

本发明涉及一种坩埚，尤其是涉及一种石墨坩埚。

背景技术

人造石墨坩埚具有耐高温、抗氧化、灰分低等特性，广泛用于高纯的金属冶炼，其既作为发热体，也可兼作容器，且对金属的污染较小。

现有的石墨坩埚的规格较小，只能用质量好的电极加工。挤压的电极最大直径约为700mm，坩埚也只能限制在此范围内。

大的坩埚需要拼接，例如直径为1400mm，高为2200mm的坩埚，需由7段拼接而成。其缺点是，在使用过程中接缝口极易漏料和氧化。

整体的石墨坩埚也要经过成型、焙烧、石墨化等工序，其中成型工序的难点是，坩埚的各部位体积密度不均匀，由于体积较大，坩埚各个部位受力(包括机振力)不均，容易造成坩埚各部体积密度不均匀。焙烧工序中容易发生制品开裂，合格率低，甚至无成品。由于其体积和直径很大，故在焙烧的软化、排除挥发酚的过程中，由于沥青的氧化、结焦的先后，十分容易产生大量的应力裂纹废品。石墨化工序的难点是制品在升温过程中，其体积大，各部位由于温差，容易造成膨胀不均，产生裂纹。

中国专利CN87200399公开一种用于制造石墨坩埚的压力成型机，主要由机箱架、压力成型机构及两套脚踏连杆机构组成。压力成型机构设置在机箱架两侧上面，两套脚踏连杆机构设置在机箱架的内部。使用该成型机生产坩埚可不经过压、打罐、旋罐、修罐、洗罐、刷罐等工序，可节省工时，提高生产效率。

中国专利CN1030367公开一种石墨坩埚的制造方法，它可不经高温烧成，用树脂做结合剂，采用机压成型，通过低温干燥使坩埚强度增加，促成固化。制造工艺更加简单，只需把原料经粉碎、配料、成型、干燥、入库六道工序，生产周期短，制成的坩埚使用中外壁不沾炭，内壁不挂渣，干净美观，传导性能强，防潮性能好，耗能少，实践证明每年节煤2000吨，节油40吨，节约沥青50吨。

中国专利CN1087859公开一种耐高温石墨坩埚。该坩埚以柔性石墨(石墨纸)为原料，以散型分步加压成型的方法，用粘结剂粘结加压而制成的。该耐高温石墨坩埚具有耐高温性能优良、制作工艺简单、生产成本低、使用寿命长等优点。是熔化拉制玻璃丝用的极好的器皿，可广泛应用于工业中，是一种经济效益高，开发前景广的新型耐高温坩埚。

至今，国内外未见有直径1400mm×2100mm的整体石墨坩埚。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨坩埚及其制备方法。

所述石墨坩埚的尺寸为φ(1200～1500)mm，内径为φ(960～1260)mm，深度为(1750～1900)mm。

所述石墨坩埚的尺寸最好为φ(1390～1400)×2100mm，内径最好为1160mm，深度最好为1850mm。

所述石墨坩埚的制备方法包括以下步骤：

1)在煅烧石油焦颗粒原料加入辅料，破碎；

在步骤1)中，所述煅烧石油焦颗粒原料的配方为：

颗粒粒度为16～8mm： 18％～19％；

颗粒粒度为8～4mm： 14％～16％；

颗粒粒度为4～2mm： 11％～12％；

颗粒粒度为2～0mm： 26％～25％；

余为颗粒粒度为小于0.075mm。

所述辅料可选自微硅粉等，所述辅料的加入量按质量百分比可为煅烧石油焦颗粒原料的9％～4％，最好为6％，所述辅料的粒度最好小于600目。

2)将破碎后的煅烧石油焦颗粒原料和辅料加入混捏锅中搅拌，再向混捏锅加入液体沥青，继续搅拌，使沥青浸润石油焦颗粒；

在步骤2)中，所述加入液体沥青的量，按质量百分比，可为全部配好的煅烧石油焦颗粒原料和辅料的18％～23％，最好为全部配好的煅烧石油焦颗粒原料和辅料的20％。

3)采用压力成型机成型；

在步骤3)中，所述压力成型机可采用真空振动式压力成型机；所述成型的真空度可为-0.093MPa，比压可为3MPa，成型后的坩埚生坯体积密度达到1.73g/cm³以上。

4)将坩埚生坯放入坩埚焙烧炉中进行焙烧，装炉时，将坩埚生坯装入匣钵中，并填充辅料，确保坩埚生坯在焙烧过程中不变形，得焙烧品坩埚；

在步骤4)中，所述焙烧的加热升温曲线，可采用480h曲线，烧成后的合格率可达到92％。

5)将焙烧品坩埚浸渍后，得浸渍坩埚；

在步骤5)中，所述浸渍，可采用在浸渍罐中进行，其具体方法是将焙烧品坩埚装入浸渍罐中，罐体抽真空，真空度可大于-0.093MPa，再加入液体沥青，再向罐内加压，压力可大于1.5MPa，出罐后即得浸渍坩埚；所述浸渍，可进行2次浸渍。

6)将浸渍坩埚石墨化，得石墨坩埚。

在步骤6)中，所述将浸渍坩埚石墨化，可在内串石墨化炉中进行，装炉时可采用锅口与锅底对接并加以膨胀石墨片，保温料粒度控制在5～2mm，采用50h曲线，炉温达到2500℃，出炉的合格率达到96％。所述内串石墨化炉可采用广西浩海碳素有限公司生产的25000KVA内串石墨化炉。

浸渍坩埚是不定型碳，经过2500℃的高温处理后变成人造石墨坩埚。

与现有的石墨坩埚及其制备方法相比，本发明具有以下突出优点：

1)所制得的石墨坩埚的外形尺寸较大，达到φ(1200～1500)mm×2200mm，内径可达φ(960～1260)mm，深度可达(1750～1900)mm，完全满足冶炼金属硅的要求，每锅可容纳硅水约3吨。而现有的坩埚由于受到各种限制，只能做到直径700mm，高度小于1000mm。

2)本发明所述石墨坩埚由于是一次成型，其表面直接受到磨具的挤压和摩擦，其密实度较好，气孔比较少；且又进行两次的高压浸渍，使其表面更加密实，金属液体很难浸入，大大提高了坩埚的寿命；而现有的坩埚表面气孔较大，易被金属液体进入，造成坩埚的裂纹，以至于坩埚漏料，被迫停止冶炼操作，坩埚的使用寿命较短。

3)现有生产的大型坩埚，一般是多段拼接，在拼接处易出现漏料现象，导致坩埚损坏。而本发明所制备的整体坩埚则不会出现此种现象。

经试验，所制得的石墨坩埚的理化指标为体积密度大于1.75g/cm³，抗压强度达到25MPa。

附图说明

图1为本发明实施例所采用的真空振动式压力成型机的结构组成示意图。

图2为图1的侧视结构组成示意图。

图3为本发明实施例所采用的坩埚焙烧炉的结构组成示意图。

图4为本发明实施例所采用的坩埚焙烧炉的炉体剖面图。

具体实施方式

所述石墨坩埚的制备方法包括以下步骤：

1)在煅烧石油焦颗粒原料加入辅料，经过3级破碎后，筛分成4种粒度料；所述煅烧石油焦颗粒原料的配方为：颗粒粒度为16～8mm：18％～19％；颗粒粒度为8～4mm：14％～16％；颗粒粒度为4～2mm：11％～12％；颗粒粒度为2～0mm：26％～25％；余为颗粒粒度为小于0.075mm。所述辅料选自微硅粉等，所述辅料的加入量按质量百分比可为煅烧石油焦颗粒原料的9％～4％，最好为6％，所述辅料的粒度最好小于600目。

2)将配好的煅烧石油焦颗粒原料和辅料加入混捏锅中搅拌，再向混捏锅加入液体沥青，继续搅拌，使沥青浸润石油焦颗粒；所述加入液体沥青的量，按质量百分比，可为全部配好的煅烧石油焦颗粒原料和辅料的18％～23％，最好为全部配好的煅烧石油焦颗粒原料和辅料的20％。

3)采用压力成型机成型；所述压力成型机可采用真空振动式压力成型机(参见图1和2)；所述成型的真空度为-0.093MPa，比压为3MPa，成型后的坩埚生坯体积密度达到1.73g/cm³以上。

4)将坩埚生坯放入坩埚焙烧炉(参见图3和4)中进行焙烧，装炉时，将坩埚生坯装入匣钵中，并填充辅料，确保坩埚生坯在焙烧过程中不变形，得焙烧品坩埚；所述焙烧的加热升温曲线，可采用480h曲线，烧成后的合格率可达到92％。

5)将焙烧品坩埚浸渍后，得浸渍坩埚；所述浸渍，可采用在浸渍罐中进行，其具体方法是将焙烧品坩埚装入浸渍罐中，罐体抽真空，真空度可大于-0.093MPa，再加入液体沥青，再向罐内加压，压力可大于1.5MPa，出罐后即得浸渍坩埚；所述浸渍，可进行2次浸渍。

6)将浸渍坩埚石墨化，得石墨坩埚，所述将浸渍坩埚石墨化，可在内串石墨化炉中进行，装炉时可采用锅口与锅底对接并加以膨胀石墨片，保温料粒度控制在5～2mm，采用50h曲线，炉温达到2500℃，出炉的合格率达到96％。所述内串石墨化炉可采用广西浩海碳素有限公司生产的25000KVA内串石墨化炉。

所制得的石墨坩埚的尺寸为φ(1200～1500)mm，内径为φ(960～1260)mm，深度为(1750～1900)mm。

所述真空振动式压力成型机如图1和2所示，设有电极小车8、真空系统9、液压系统10、电控系统11和机架13，还设有橡胶弹簧机座1、模具2、上压头3、凉料系统4、上部小车5、芯柱与中心架6、翻转机构7、下压头12和振动电机14。

模具2的旋转轴设于橡胶弹簧机座1上，凉料系统4的糊料出口经皮带机接模具2，上压头3和下压头12与模具2连接，上部小车5设于机架13的轨道上，上压头3、芯柱与中心架6设于上部小车5上，振动电机14作为振动源并设于模具2两侧，振动电机14设置于石墨电极的中部，上压头3和模具2上均设有连接齿，上压头3旋转15°后与模具2连接，下压头12固定安装在模具2的下部；翻转机构7与凉料系统4连接。

所述凉料系统4采用转盘凉料机。所述振动电机14设于模具2中部，使机振力在成型电极的轴向分布更均匀。所述电控系统11采用程序控制处理电路(PLC)，因此整个操作可由PLC控制，实现操作自动化。

所述坩埚焙烧炉参见图3和4，设有炉体31、煤气管道34、燃烧架35、烟气连通罩311、烟道312。

所述炉体31设有炉壳321、耐火砖砌体322、连接烟道323、烟气出口326与327和332个炉室32，32个炉室32形成2个可以循环操作的环式炉，每个炉室设有2个炉箱33，每个炉箱设有2条火道324，相邻炉室的4条火道324均单独相互连通，每个炉箱33的每条火道324设有主进火口36、主测温口38、辅助进火口37和辅助测温口39。第1～3或第1～4个炉室安装有燃烧架35，燃烧架35与煤气管线312连接，燃烧架35的喷火口对准火道324的主进火口36和辅助进火口37，第6个炉室安装有烟气连通罩311，烟气连通罩311将第6个炉室的火道的烟气出口326、327与烟道323连接，形成第1～6个炉室串联在一起，连接烟道323的出口再经过引风机进入烟囱排入大气中。

所述炉体31可呈矩形，所述炉室32可采用圆形炉室，所述火道324可为圆形火道，所述火道324与制品的外径各部位间距最好相等。

第1个炉室的尾气出口接第2个炉室，每个炉室的温度从第1个炉室至第6个炉室依次降低，第1个炉室的温度为高温(最高可升到1200℃)，第6个炉室出口温度约为200℃，第6个炉室的烟气出口接烟道310(参见图3)，经引风机接烟囱，再排入大气。炉的燃料是煤气或天然气。

所述炉体31呈矩形，所述炉室32采用圆形炉室，所述火道324为圆形火道，所述火道324与制品的外径各部位间距相等。

当装了坩埚的炉室至少6个进入操作系统，第1个炉室的主进火口、辅助进火口与燃烧架的喷火口对正，同时燃烧架也与煤气管线连接。这样3个炉或4个炉安装燃烧架，在第6个炉室安装烟气连通罩，其与第6炉室的火道的烟气出口连接，同时与烟道连接。形成6个炉室串联在一起。

Claims

1.石墨坩埚的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在煅烧石油焦颗粒原料时加入辅料，破碎；所述煅烧石油焦颗粒原料的配方为：

颗粒粒度为16～8mm： 18%～19%；

颗粒粒度为8～4mm： 14%～16%；

颗粒粒度为4～2mm： 11%～12%；

颗粒粒度为2～0mm： 26%～25%；

其余颗粒粒度为小于0. 075mm；

3)采用压力成型机成型，所述压力成型机采用真空振动式压力成型机；所述成型的真空度为-0. 093MPa，比压为3MPa；

4)将坩埚生坯放入坩埚焙烧炉中进行焙烧，装炉时，将坩埚生坯装入匣钵中，并填充辅料，确保坩埚生坯在焙烧过程中不变形，得焙烧品坩埚；所述焙烧的加热升温曲线，是采用480h曲线；

5)将焙烧品坩埚浸渍后，得浸渍坩埚；所述浸渍，是在浸渍罐中进行，其具体方法是将焙烧品坩埚装入浸渍罐中，罐内抽真空，真空度大于-0. 093MPa，再加入液体沥青，再向罐内加压，压力大于1.5MPa，出罐后即得浸渍坩埚；所述浸渍，是进行2次浸渍；

6)将浸渍坩埚石墨化，得石墨坩埚，所述石墨坩埚尺寸为Φ(1390～1400)×2l00mm，内径为1160mm，深度为1850mm，所述将浸渍坩埚石墨化，是在内串石墨化炉中进行，装炉时采用锅口与锅底对接并加以膨胀石墨片，保温料粒度控制在5～2mm，采用50h曲线，炉温达到2500℃。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤1）中，所述辅料选自微硅粉；所述辅料的加入量按质量百分比为煅烧石油焦颗粒原料的9%～4%，所述辅料的粒度最好小于600目。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于在步骤1）中，所述辅料的加入量按质量百分比为煅烧石油焦颗粒原料为6%。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于在步骤2）中，所述加入液体沥青的量，按质量百分比，为全部破碎后的煅烧石油焦颗粒原料和辅料的18%～23%。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于在步骤2）中，所述加入液体沥青的量，按质量百分比为全部配好的煅烧石油焦颗粒原料和辅料的20%。