CN106242570A - 一种储热用石墨制品的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种储热用石墨制品的生产方法，包括以下步骤：S01、配料：对原料进行配比，所述原料包括质量比为77~79%的石油焦和质量比为21~23%的中温煤沥青；S02、混捏：将配比好的原料进行混捏得到糊料；S03、振动成型：对混捏好的糊料凉料后，对糊料施加压力进行振动成型，所述振动成型的工艺条件为：以2‑5MPa的压力预压3‑5min；以6‑12MPa的压力振压10‑15min；所述振动的振幅1~1.5mm、频率2500~3000次/分钟；S04、一次焙烧得到碳制品；S05、浸渍；S06、二次焙烧；S07、石墨化；本发明生产的石墨制品体积密度大，灰分小，储热能力强。

Description

一种储热用石墨制品的生产方法

技术领域

本发明涉及一种石墨制品的生产方法，具体涉及一种储热用石墨制品的生产方法。

背景技术

国家采用峰谷电价，将一天24小时划分成两个时间段，把8：00-22：00共14小时称为峰段，执行峰电价0.568元/KWh，22：00-次日8：00共10小时称为谷段，执行电价为0.288元/KWh。鼓励大家用谷电，减少峰电时段的用电负荷，这样使用谷电的人可以减少开支，电力部门也能使电力设备得到充分利用，减少不必要的投资和能源消耗。

现有技术中在利用谷电时，一般是利用电锅炉通过电热管将电能转化为热能，经过锅炉转换，在用电高峰时，向外输送具有一定热能的蒸汽、高温水、或有机热载体。当电能转化为热能后，热量储存在水中，保存在蓄水罐中。当经过一段时间，到达用电高峰时，其中的热量已经损失了很大一部分。浪费了一部分能源。此过程的能量转换过程为：电能→热能→蓄热保温水。

由于石墨材料具有热导率好、热容量高、耐腐蚀、工作温度高、寿命长的特点，则若利用石墨材料代替水来储热，在谷电时段将电能转化为热能储存，在峰电时段石墨材料释放热能利用，可以避免因时间问题带来的热损失。此过程的能量转换过程为：电能→热能→石墨材料→蓄热保温水。但现有技术中的石墨材料体积密度小，储能性能较差，电能利用率较低，不能满足储热用石墨制品的技术要求。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供一种储热性能好的储热石墨制品的生产方法

为了解决上述技术问题，本采用的技术方案为：一种储热用石墨制品的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、配料：对原料进行配比，所述原料包括质量比为77~79%的石油焦和质量比为21~23%的中温煤沥青，所述石油焦的粒度质量配比为：粒度≥2mm的质量比为2%，1mm≤粒度＜2mm的质量比为12%，0.5mm≤粒度＜1mm的质量比为19%，0.075mm＜粒度＜0.5mm粒度的质量比为29%，粒度≤0.075mm的质量比为38%；

S02、混捏：将配比好的原料进行混捏得到糊料；

S03、振动成型：对混捏好的糊料凉料后，对糊料施加压力进行振动成型，所述振动成型的工艺条件为：以2-5MPa的压力预压3-5min；以6-12MPa的压力振压10-15min；所述振动的振幅1~1.5mm、频率2500~3000次/分钟；

S04、一次焙烧得到碳制品；

S05、浸渍；

S06、二次焙烧；

S07、石墨化。

进一步地，所述步骤S07之后，还包括步骤：机加工，所述机加工是指将所述石墨化后的产品制备成石墨产品。

进一步，所述步骤S01之前还包括步骤：中碎，所述中碎是指选用40~60mm大块石油焦为原料，进行中碎、磨粉、筛分后得到不同粒度范围的的炭质粉末小颗粒，作为所述步骤S01的骨料。

进一步地，所述混捏包括干混和湿混两个步骤，所述干混是指对不同粒度的骨料进行混捏，所述干混的工艺条件为：干混温度为160~170℃，时间30~40min；所述湿混是指将所述中温煤沥青加入骨料中进行混捏；所述湿混的工艺步骤为：将中温煤沥青加热至160~170℃，保温并搅拌30~60min；将60~70%的中温煤沥青分加入骨料中，混捏15~20分钟；将30~40%的中温煤沥青分加入骨料中进行混捏15~20分钟；所述湿混的温度为160~170℃。

进一步地，所述凉料可以为圆盘凉料、圆筒凉料、混捏式凉料中的一种，所述凉料时间为20~30min，所述凉料后的糊料温度为90~120℃。

进一步地，所述一次焙烧和所述二次焙烧的工艺条件为：点火温度200~220℃，一次焙烧的最高温度为1100~1125℃，其中400℃以下的升温速率为1.6~1.8℃/h，400~500℃的升温速率为0.8-1.1℃/h，500~850℃的升温速率为2.0~2.3℃/h，850℃以上的升温速率为2.5-3.5℃/h。

进一步地，所述一次焙烧和所述二次焙烧的温度误差小于5℃。

进一步地，所述浸渍的工艺条件为：一次焙烧后的碳制品预热到340~380℃后进入浸渍罐，浸渍罐内的真空度为小于0.086Mpa，注入浸渍剂，先在1.85~1.90Mpa压力下浸渍2~3h，再加压至1.90~2.0 Mpa下浸渍2~3h。

进一步地，所述浸渍的产品增重率为15%-17%。

进一步地，所述石墨化的升温曲线为：在1000℃以下时，升温速率为12℃/h；1000~1500℃，升温速率为2℃/h；1500~2100℃，升温速率为32℃/h。

本与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明采用大颗粒配方，最大颗粒粒径能达到2mm，它起到的作用是提高产品的体密，增加强度，提高其产品的抗氧化性和耐腐蚀性。石墨材料的体积密度越大，单位体积内的石墨含量就会越高，单位体积材料内可以储存更多的热能，此外，本发明的生产方法生产出的石墨材料的灰分较小，纯度高，也使其热能储存能力强；

2、本发明在一次焙烧和二次焙烧工艺中均采用慢曲线、慢升温，慢降温的方法来降低温差，此外，本发明的石墨化升温速率兼顾到煅后焦和沥青焦的石墨化过程，使二者的石墨化转化尽量趋向一致，提高了石墨制品的成品率。

具体实施方式

本发明提供了一种储热用石墨制品的生产方法，包括以下步骤：

1、配料：

配料是按工艺配方要求，对各种粒度的骨料和粉料、粘 结剂分别计算、称量和聚焦的生产过程。 配方的科学性适宜性和配料操作的稳定性是影响产品质量指标和使用性能的最重要因素之一。 本发明的工艺配方是：对原料进行配比，所述原料包括质量比为77~79%的石油焦和质量比为21~23%的中温煤沥青，其中石油焦为骨料，中温煤沥青为黏结剂，所述石油焦的粒度质量配比为：粒度≥2mm的质量比为2%，1mm≤粒度＜2mm的质量比为12%，0.5mm≤粒度＜1mm的质量比为19%，0.075mm＜粒度＜0.5mm粒度的质量比为29%，粒度≤0.075mm的质量比为38%；

本发明所用原料有煅后焦（骨料）和中温煤沥青（黏结剂），煅后焦又称石油焦，在生产中起到支撑骨料的作用，其具有灰分低，在高温下容易石墨化，导电与导热性能好、线膨胀系数小等特性，因此是生产各种炭石墨材料的主要原料。

煅后焦的理化指标要求是：

本发明采用大颗粒配方，最大颗粒粒径能达到2㎜，它起到的作用是提高产品的体密，增加强度，提高其产品的抗氧化性和耐腐蚀性。石墨材料的体积密度越大，单位体积内的石墨含量就会越高，单位体积材料内可以储存更多的热能；石墨材料的灰分越小，纯度越高，则热能储存能力越强。

2、混捏：

所述混捏分为干混和湿混两个步骤，干混是将按配方配好的不同粒度的骨料放入混捏锅中，在160~170℃的干混温度下混捏时间30-40min后，干混完成后进行湿混，所述湿混是指将按配方配比好的黏结剂中温煤沥青加入干混后的骨料石油焦中进行混捏；所述湿混的工艺步骤为：将中温煤沥青加热至160~170℃，保温并搅拌30~60min后分两次加入骨料石油焦中进行混捏，第一次加入的量是配比好的中温煤沥青的重量的60~70%，然后在160~170℃的混捏温度下混捏15~20分钟；第二次加入的量是配比好的中温煤沥青的重量的30~40%，同样是在160~170℃的混捏温度下混捏15~20分钟。

混捏的作用有：①干混时使各种原料混合均匀，同时使不同粒度大小的固体炭质物料均匀地混合和填充，提高混合料的密实度；②加入煤沥青后使干料和沥青混合均匀，液态沥青均匀涂布和浸润颗粒表面，形成一层沥青粘结层，把所有物料互相粘结在一起，进而形成均质的可塑性糊料，有利于成型； ③部分煤沥青浸透到炭质物料内部空隙，进一步提高了糊料的密度和粘结性。

此外，分两次加入黏结剂中温煤沥青，既可以减少湿混时间，又可以使糊料混捏均匀，得到塑性良好的糊料，使后续振动成型可以得到高体密的生坯。

3、振动成型：

振动成型分为以下几个步骤：

（1）凉料：圆盘凉料、圆筒凉料、混捏式凉料等方式 排出挥发份、降低至适宜温度（90~120℃）增加粘结力，使糊料块度均匀利于成型 ，晾料时间20~30 min ；

（2）装料：分2-3次下料；

（3）预压：压力2-5MPa，时间3-5min；

（4）振压：6-12MPa时间10-15min得到生坯；

其中，振动成型的技术参数：振幅1~1..5mm、频率2500~3000次/分钟；

（5）生坯的检查：检查生坯是否达到体积密度1.68g/cm3、外观无裂纹的技术指标。

对混捏好的糊料凉料后，对糊料施加压力进行振动成型，所述振动成型的工艺条件为：以2-5MPa的压力预压3-5min；以6-12MPa的压力振压10-15min；所述振动的振幅1-1.5mm、频率2500-3000次/分钟。

4、一次焙烧:

一次焙烧具体的工艺条件为：点火温度200~220℃，一次焙烧的最高温度为1100~1125℃，其中400℃以下的升温速率为1.6~1.8℃/h，400~500℃的升温速率为0.8-1.1℃/h，500~850℃的升温速率为2.0~2.3℃/h，850℃以上的升温速率为2.5-3.5℃/h。另一次焙烧品周围的填充料为2~6mm，焙烧品和火墙之间的距离不小与150mm。焙烧的目的是使黏结剂碳化，在骨料颗粒间形成焦碳网络，将不同粒度的骨料牢固地黏结成一个整体，即碳制品。由于本配方是大颗粒配方，配方粒径种类便多，在焙烧工序中容易出现裂纹，使成品率下降。所以本发明改进焙烧时的升温曲线、加热持续时间等，提高黏结剂的结焦率，以利于提高成品率。另一方面，在整个焙烧过程中，升温曲线用温度报警仪进行控制，保证温度误差在5℃范围内，从而保证产品质量。

5、浸渍：

本发明的浸渍工艺是：在浸渍时，先对需浸渍的碳素品抽真空，排出浸渍品开口孔隙的气体，以利于浸渍沥青的渗透。加入浸渍沥青后，在压力的作用下，浸渍沥青比较容易渗透到碳制品的孔隙中去，从而保证增重率。浸渍具体的工艺条件为：一次焙烧后的碳制品预热到340~380℃后进入浸渍罐，浸渍罐内的真空度为小于0.086Mpa，注入浸渍剂，先在1.85~1.90Mpa压力下浸渍2~3h，再加压至1.90~2.0 Mpa压力下浸渍2~3h，浸渍工艺要求产品增重率为15%~17%。浸渍的目的在于将熔融沥青等浸渍剂，充填到骨料焦碳颗粒中原来存在的开口气孔粒里，经过二次焙烧，使气孔率或通气孔率减少，同时，提高了坯料的密度、强度、弹性模量、线膨胀系数，或者可提高耐腐蚀性、降低气液渗透性，提高导热性等。

6、二次焙烧：

二次焙烧是指对浸渍过后的产品进行再一次的焙烧，由于本方法采用的配方较复杂，在焙烧过程中出现裂纹的机会多，容易导致成品率偏低，所以本方法中二次焙烧的工艺和一次焙烧工艺一样，采用慢曲线、慢升温，慢降温的方法来降低温差，从而保证成品率。

7、石墨化：

石墨化的升温曲线为：在1000℃以下时，升温速率为12℃/h；1000~1500℃，升温速率为2℃/h；1500~2100℃，升温速率为32℃/h。在石墨的制备工艺中，石墨化的升温曲线直接影响碳块的石墨化程度以及石墨制品的理化性能，本发明的石墨化升温速率兼顾到石油焦和中温煤沥青焦的石墨化过程，使二者的是石墨化转化尽量趋向一致。另外，不同的石墨化填充料对石墨化产品的机械强度、导热性能有较大影响，比如碳黑可以提高产品的机械强度，但对石墨产品的导热性能有负面影响。本发明实施例选择10~35mm石墨化焦为填充料，经石墨化后产品具有较高的抗压强度、抗折强度和导热率。

8、机加工：

机加工是指根据电锅炉设计要求，加工石墨产品。

采用本发明的生产方法生产出的石墨制品产品理化指标为：

此外，本发明实施例可以选用40~60mm大块石油焦为原料，当选用大块石油焦作为原料时，所述步骤1配料之前还可以包括：对大块石油焦进行中碎、磨粉、筛分后得到不同粒度范围的的炭质粉末小颗粒，作为所述配料中的骨料石油焦原料；中碎是通过颚式破碎机、锤式破碎机、对辊破碎机等破碎设备进一步破碎到配料所需的粒度料。 通过悬棍式环辊磨粉机（雷蒙磨）、球磨机等设备将炭质原料磨细到-0.075mm粒径以下的粉末状小颗粒。筛分是通过具有均匀开孔的一系列筛子，将破碎后尺寸范围较宽的物料分成尺寸范围符合配方要求的粒径，送入料仓备用。

上面具体实施例对本发明的一种储热用石墨制品的生产方法作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种储热用石墨制品的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、配料：对原料进行配比，所述原料包括质量比为77~79%的石油焦和质量比为21~23%的中温煤沥青，所述石油焦的粒度质量配比为：粒度≥2mm的质量比为2%，1mm≤粒度＜2mm的质量比为12%，0.5mm≤粒度＜1mm的质量比为19%，0.075mm＜粒度＜0.5mm粒度的质量比为29%，粒度≤0.075mm的质量比为38%；

S02、混捏：将配比好的原料进行混捏得到糊料；

S03、振动成型：对混捏好的糊料凉料后，对糊料施加压力进行振动成型，所述振动成型的工艺条件为：以2-5MPa的压力预压3-5min；以6-12MPa的压力振压10-15min；所述振动的振幅1~1.5mm、频率2500~3000次/分钟；

S04、一次焙烧得到碳制品；

S05、浸渍；

S06、二次焙烧；

S07、石墨化。

2.根据权利要求1所述的一种储热用石墨制品的生产方法，其特征在于，所述步骤S07之后，还包括步骤：机加工，所述机加工是指将所述石墨化后的产品制备成石墨产品。

3.根据权利要求1或2所述的一种储热用石墨制品的生产方法，其特征在于，所述步骤S01之前还包括步骤：中碎，所述中碎是指选用40~60mm大块石油焦为原料，进行中碎、磨粉、筛分后得到不同粒度范围的的炭质粉末小颗粒，作为所述步骤S01的骨料。

4.根据权利要求1所述的一种储热用石墨制品的生产方法，其特征在于，所述混捏包括干混和湿混两个步骤，所述干混是指对不同粒度的骨料进行混捏，所述干混的工艺条件为：干混温度为160~170℃，时间30~40min；所述湿混是指将所述中温煤沥青加入骨料中进行混捏；所述湿混的工艺步骤为：将中温煤沥青加热至160~170℃，保温并搅拌30~60min；将60~70%的中温煤沥青分加入骨料中，混捏15~20分钟；将30~40%的中温煤沥青分加入骨料中进行混捏15~20分钟；所述湿混的温度为160~170℃。

5.根据权利要求1所述的一种储热用石墨制品的生产方法，其特征在于，所述凉料可以为圆盘凉料、圆筒凉料、混捏式凉料中的一种，所述凉料时间为20~30min，所述凉料后的糊料温度为90~120℃。

6.根据权利要求1所述的一种储热用石墨制品的生产方法，其特征在于，所述一次焙烧和所述二次焙烧的工艺条件为：点火温度200~220℃，一次焙烧的最高温度为1100~1125℃，其中400℃以下的升温速率为1.6~1.8℃/h，400~500℃的升温速率为0.8-1.1℃/h，500~850℃的升温速率为2.0~2.3℃/h，850℃以上的升温速率为2.5-3.5℃/h。

7.根据权利要求6所述的一种储热用石墨制品的生产方法，其特征在于，所述一次焙烧和所述二次焙烧的温度误差小于5℃。

8.根据权利要求1所述的一种储热用石墨制品的生产方法，其特征在于，所述浸渍的工艺条件为：一次焙烧后的碳制品预热到340~380℃后进入浸渍罐，浸渍罐内的真空度为小于0.086Mpa，注入浸渍剂，先在1.85~1.90Mpa压力下浸渍2~3h，再加压至1.90~2.0 Mpa下浸渍2~3h。

9.根据权利要求1所述的一种储热用石墨制品的生产方法，其特征在于，所述浸渍的产品增重率为15%-17%。

10.根据权利要求7所述的一种储热用石墨制品的生产方法，其特征在于，所述石墨化的升温曲线为：在1000℃以下时，升温速率为12℃/h；1000~1500℃，升温速率为2℃/h；1500~2100℃，升温速率为32℃/h。