CN103754860A

CN103754860A - 一种增强环保型炭电极及其制备方法

Info

Publication number: CN103754860A
Application number: CN201410028399.4A
Authority: CN
Inventors: 吴守峰; 张胜利; 路二毛; 赵桂平; 张波; 赵阳阳
Original assignee: Chongqing Eaststar High Temperature Material Co Ltd
Current assignee: Chongqing Dongxing Carbon Material Co ltd
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: CN103754860B

Abstract

本发明公开了一种增强环保型炭电极,由以下重量百分比的组分组成:粒状电煅煤25～35%、煤沥青14～20%、粒状石墨材料10～20%、粉状煅后焦25～35%和碳纤维材料1～10%，所述电煅煤和石墨材料均匀分布在煤沥青和粉状煅后焦形成的胶料中。本发明的炭电极比普通炭电极在性能指标和质量方面有较大提高，具有很高的抗拉强度，很好的抗热震性，大大降低矿热炉冶炼的断裂事故，提高了用户的生产效率。

Description

一种增强环保型炭电极及其制备方法

技术领域

本发明属于炭电极技术领域，涉及一种增强环保型炭电极及其制备方法，具体涉及一种加有碳纤维材料的增强环保型炭电极及其制备方法。

背景技术

碳纤维是一种具有很高强度和模量的耐高温纤维，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为23000-43000MPa，亦高于钢。

碳纤维是一种物理性能优异的材料，能够耐受高温而不失强度，对一般的酸、碱有良好的耐腐蚀作用，已广泛用于工业、民用、建筑、交通、医疗、航空、航天和国防军工等多领域，被誉为工业界的“黑色黄金。随着科学技术的发展以及碳纤维民用的普及，碳纤维用量日益增大，产生大量的废旧碳纤维产品或边角料，但是在碳纤维使用过程中所产生的边角料以及废品大都含有复杂的有机物和树脂，对其处理始终是一个难题。从全球来看，碳纤维的二次利用很有限，美国将碳纤维废旧边角料用来铺路。在中国，碳纤维废旧边角料的处理主要采用焚烧和填埋。目前普遍采用的方式是焚烧，但会产生大量的有毒废气，如氰化氢、氨气、一氧化碳、焦油等有毒有害物质。直接焚烧不仅污染大气，而且会对人体造成伤害。因此，无论那一种处理方法不仅废旧碳纤维不能充分利用，而且通过焚烧处理还污染环境，产生对人体有害的气体。

本发明人发现，碳纤维废旧边角料含有的有机物和树脂在炭电极隔绝空气焙烧过程中可分解为热值很高的碳氢化合物气体，其可作为焙烧炉子的能源，在密闭的环境下燃烧转化为二氧化碳等气体再通过静电除尘排放不存在二次污染，同时又减少了焙烧炉煤气的用量，节约了大量的煤碳，大大降低了生产成本。本发明人将碳纤维用于制造增强环保型炭电极，不但集中处理了碳纤维废旧边角料，减少了环境污染，而且改善了炭电极的性能和节约能源，对碳纤维废旧边角料这种处理和综合利用尚未见报道，是利国利民的大事情，解决了碳纤维废旧边角料处理的世界性难题。

采用碳纤维或其废旧边角料制造的增强环保型炭电极比普通炭电极的性能指标和质量有较大提高，该产品具有很高的抗拉强度，很好的抗热震性，大大降低矿热炉冶炼的断裂事故，提高了用户的生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种增强环保型炭电极。该环保型炭电极具有很高的抗拉强度，很好的抗热震性，大大降低矿热炉冶炼的断裂事故，提高了用户的生产效率。

为实现本发明的目的，提供如下实施方案。

在一实施方案中，本发明的增强环保型炭电极，由以下重量百分比的组分组成（投料百分比）:粒状电煅煤25～35%、煤沥青14～20%、粒状石墨材料10～20%、粉状煅后焦25～35%、碳纤维材料1～10%，所述电煅煤和石墨材料均匀分布在煤沥青和粉状煅后焦形成的胶料中。

在上述实施方案中，本发明的环保型炭电极，所述碳纤维材料包括碳纤维生产、加工或使用过程中产生的边角余料或废旧品，具体包括但不限于碳纤维布、碳纤维丝、碳纤维毡等。

在一优选实施方案中，本发明的环保型炭电极，由以下重量百分比的组分组成:粒状电煅煤30%、煤沥青16%、粒状石墨材料16%，粉状煅后焦28%，碳纤维材料10%，所述电煅煤和石墨材料均匀分布在煤沥青和粉状煅后焦形成的胶料中。

在上述优选实施方案中，本发明的环保型炭电极，所述碳纤维材料包括碳纤维生产、加工或使用过程中产生的边角余料或废旧品，具体包括但不限于碳纤维布、碳纤维丝、碳纤维毡等。

在上述实施方案和优选实施方案中，所述粒状电煅煤的粒径范围为4mm～16mm；所述粉状煅后焦的粒径范围为0.05mm～0.075mm。

需要说明的是，上述本发明的环保型炭电极,所述的“重量百分比的组分组成”应当理解为组分的投料百分比，因为在制造过程中某些组分会损失，如沥青中的有机物等因高温焙烧丢失，因此，所述重量百分比的组分组成不是终产品的百分组成，而是组分的投料重量百分比,这些都是本领域公知的。

本发明还提供了一种制备增强环保型炭电极的方法，包括以下步骤：

1）将煅后焦粉和煤沥青放入混捏锅混合，温度控制在140～160℃，保持15～25分钟，制得胶料；

2)将粒状电煅煤、粒状石墨材料放入混捏锅中，加热至150～185℃，混捏保持15～25分钟，制得干料；

3）将步骤2）的干料加入到步骤1）的胶料中，混合5～15分钟，温度控制在140～160℃，制得糊料；

4）将步骤3）的糊料放入模具，在下料平料过程中将碳纤维边角余料平铺在模具的糊料中，保持高速振动，使体积密度≥1.70g/cm3，制得生制品；

5）将步骤4）的生制品装入焙烧炉中，逐渐升温至最高温度1200℃，再自然冷却至200℃出炉，获得焙烧品；

6）将步骤5）的焙烧品进行加工，制得规定规格的碳纤维增强环保型炭电极。

上述本发明的方法，优选的，步骤1）的加热保持时间为20分钟，步骤2）的混捏时间为20分钟；步骤3）的混合时间为10分钟，步骤4）所述的高速振动是在200吨激振力的作用下进行的。

本发明的制备增强环保型炭电极的方法，具体包括如下工艺步骤：

（1）制备电极生制品：将电煅煤粉碎成4mm～16mm粒径的颗粒、将块状石墨材料破碎，并分别筛分成规定的大、中、小不同规格的颗粒料，进入自动配料系统进行配料，称取规定的干料量，通过螺旋输送入双层混捏锅的上层，进行干料加热处理，加热至150～185℃，保持20分钟，制得干料；将煅后焦粉碎成0.05mm～0.075mm粒径的粉状，与煤沥青一起放入下层混捏锅混合20分钟，温度控制在140～160℃，制得胶料；将上层混捏锅中所制备的干料放入下层混捏锅的胶料中混合10分钟，温度控制在140～160℃，制得糊料；将该糊料通过输送带送入拌筒进行搅拌，下入计量仓，称取规定重量，放入模具，在下料平料过程中将碳纤维材料如碳纤维边角料或废旧品平铺在模具的糊料中，在200吨激振力的作用下保持高速振动，使体积密度≥1.70g/cm³，得到符合技术要求的生制品，待用。

（2）、焙烧：按照技术规定的要求向环式焙烧炉底铺设冶金焦粒，将上述待用生制品装入环式焙烧炉，用冶金焦粒填充空隙，并捣实，进行焙烧，逐渐升温至最高温度1200℃，再自然冷却至200℃出炉，获得合格焙烧品，待用。

（3）、加工、成品：将上述待用的焙烧品按照规定的技术要求进行测试，加工成规定规格的增强环保型炭电极产品，经严格的指标和尺寸检测，按照要求进行包装、入库。

本发明的增强环保型炭电极，采用碳纤维的边角料和废旧品，解决了碳纤维边角料及废旧产品的处理的世界性难题。避免了目前普遍采用焚烧方式产生大量的有毒废气，如氰化氢、氨气、一氧化碳、焦油等有毒有害物质，不仅污染大气，而且会对人体造成伤害的缺点。同时由于炭电极中加入了碳纤维材料，碳纤维中含有的有机物和树脂在炭电极隔绝空气焙烧过程中可分解为热值很高的碳氢化合物气体，其可转化为炭电极焙烧炉的能源，因此，可以节约能源，同时，在密闭的环境下燃烧转化为二氧化碳等气体可通过静电除尘排放，不存在二次污染，同时又减少了焙烧炉煤气的用量，节约了大量的煤炭，大大降低了生产成本。本发明的采用碳纤维废旧边角料制备炭电极，碳纤维废旧边角料如此的处理和综合利用目前在国内外尚属首例。

另外，本发明的增强环保型炭电极与普通炭电极（未加入碳纤维的炭电极）的行业标准相比，在性能指标和质量方面有显著提高，相比普通炭电极的行业标准或不含碳纤维的炭电极，本发明的环保型炭电极具有很高的抗拉强度，很好的抗热震性，大大降低矿热炉冶炼的断裂事故，提高了用户的生产效率。

附图说明

图1碳纤维废旧边角料增强环保型炭电极及其生产方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例详细描述和理解本发明，但不以此限制本发明的范围。

实施列1

增强环保型炭电极的制备

投料配方：

制备工艺：

（1）制备电极生制品：将电煅煤粉碎成4mm～16mm粒径的颗粒、将块状石墨材料破碎，并分别筛分成规定的大、中、小不同规格的颗粒料，进入自动配料系统进行配料，称取规定(配方量)的干料量，通过螺旋输送入双层混捏锅的上层，进行干料加热处理，加热至150～185℃，保持20分钟，制得干料；将煅后焦粉碎成0.05mm～0.075mm粒径的粉状，与煤沥青一起放入下层混捏锅混合20分钟，温度控制在140～160℃，制得胶料；将上层混捏锅中所制备的干料放入下层混捏锅的胶料中混合10分钟，温度控制在140～160℃，制得糊料。将该糊料通过输送带送入拌筒进行搅拌，下入计量仓，称取规定重量，放入模具，在下料平料过程中将碳纤维边角余料或废旧品平铺在模具的糊料中，在200吨激振力的作用下保持高速振动，使体积密度≥1.70g/cm³。得到符合技术要求的生制品，待用。

（2）焙烧：按照技术规定的要求向环式焙烧炉底铺设冶金焦粒，将上述待用生制品装入环式焙烧炉，用冶金焦粒填充空隙，并捣实，进行加热焙烧，逐渐升温至最高温度1200℃，再自然冷却至200℃出炉，获得合格焙烧品，待用。

（3）、加工、成品：将上述待用的焙烧品按照规定的技术要求进行测试，通过数控加工机床，加工成规定规格的产品，经严格的指标和尺寸检测，按照要求进行包装、入库。

本发明的碳纤维废旧边角料增强环保型炭电极的规格直径，可以根据矿热炉的大小决定，其规格直径可以达到1400mm。

实施例2～6

增强环保型炭电极，配方见表1。

表1实施例2～6增强环保型炭电极的配方

制备工艺：

（1）制备电极生制品：将电煅煤粉碎成4mm～16mm粒径的颗粒、将块状石墨材料破碎，并分别筛分成规定的大、中、小不同规格的颗粒料，进入自动配料系统进行配料，称取规定(配方量)的干料量，通过螺旋输送入双层混捏锅的上层，进行干料加热处理，加热至150～185℃，保持15-25分钟(其中，实施例2-4为20分钟、实施例5为15分钟、实施例6为25分钟)，制得干料；将煅后焦粉碎成0.05mm～0.075mm粒径的粉状，与煤沥青一起放入下层混捏锅混合15-25分钟(其中，实施例2-4为20分钟、实施例5为15分钟、实施例6为25分钟)，温度控制在140～160℃，制得胶料；将上层混捏锅中所制备的干料放入下层混捏锅的胶料中混合5-15分钟(其中，实施例2-4为10分钟、实施例5为15分钟、实施例6为5分钟)，温度控制在140～160℃，制得糊料。将该糊料通过输送带送入拌筒进行搅拌，下入计量仓，称取规定重量，放入模具，在下料平料过程中将碳纤维边角余料平铺在模具的糊料中，在200吨激振力的作用下保持高速振动，使体积密度≥1.70g/cm3。得到符合技术要求的生制品，待用。

本发明的增强环保型炭电极的规格直径，可以根据矿热炉的大小决定，其规格直径可以达到1400mm。

实施例7指标测试

按相关行业标准中的方法测试实施例1-6的炭电极的相应的产品质量指标，结果见表2。其中，电阻率的测试方法参照：GB/T24525-2009、抗拉强度的测试方法测定参照：GB/T8721-2009、抗折强度的测试方法参照：GB/T3074.1-2008、热膨胀系数的测试方法参照：GB/T3074.4-2003、体积密度的测试方法参照：GB/T24528-2009、灰分的测试方法参照：GB/T1429-2009。

表2实施例1～6环保型炭电极的指标与普通炭电极标准对比

由表2的结果表明，本发明的炭电极（含有碳纤维的炭电极）在质量指标方面非常优于普通炭电极（不含有碳纤维）的行业标准。

凡在不脱离本发明的精神和实质的情况下做出的简单的变形或变通性修改均属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种增强环保型炭电极,由以下重量百分比的组分组成:粒状电煅煤25～35%、煤沥青14～20%、粒状石墨材料10～20%、粉状煅后焦25～35%和碳纤维材料1～10%。

2.如权利要求1所述的炭电极，由以下重量百分比的组分组成:粒状电煅煤30%、煤沥青16%、粒状石墨材料16%、粉状煅后焦28%和碳纤维材料10%。

3.如权利要求1或2所述的炭电极，其特征在于：所述电煅煤和石墨材料均匀分布在煤沥青和粉状煅后焦形成的胶料中。

4.如权利要求1或2所述的炭电极，所述碳纤维为碳纤维生产、加工或使用过程中形成的边角余料或废旧碳纤维。

5.如权利要求3所述的炭电极，所述边角余料或废旧碳纤维为碳纤维布、碳纤维丝或碳纤维毡。

6.如权利要求1所述的炭电极，所述粒状电煅煤的粒径范围为4mm～16mm。

7.如权利要求1所述的炭电极，所述粉状煅后焦的粒径范围为0.05mm～0.075mm。

8.一种制备权利要求1-7任一项的环保型炭电极的方法，包括以下步骤：

2)将粒状电煅煤、粒状石墨材料放入混捏锅中，加热至150～185℃，混捏保持10～25分钟，制得干料；

4）将步骤3）的糊料放入模具，在下料平料过程中将碳纤维边角余料平铺在模具的糊料中，保持高速振动，使体积密度≥1.70g/cm³，制得生制品；

6）将步骤5）的焙烧品进行加工，制得规定规格的增强环保型炭电极。

9.如权利要求8所述的方法，步骤1）的保持时间为20分钟或步骤2）的混捏时间为20分钟。

10.如权利要求8所述的方法，步骤4）中所述高速振动是在200吨激振力的作用下进行的。