CN108083269A - 一种石墨制品的石墨化方法及石墨化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石墨材料的制造加工领域，具体地说，涉及一种石墨制品的石墨化方法及石墨化装置。所述石墨制品的石墨化方法包括准备炉体、铺炉底、围炉芯、垫底部垫层、装产品、填充电阻料、盖顶层垫层、盖反应料和保温料、送电，冷却，该方法将多台艾奇逊石墨化炉并联，同时进行送电。本发明的石墨制品的石墨化方法可以获得质量好、产率高的石墨制品，有助于提高综合产能且节约电能。
Description
技术领域
本发明属于石墨材料的制造加工领域，具体地说，涉及一种石墨制品的石墨化方法及石墨化装置。
背景技术
在石墨生产流程过程中，石墨化是非常关键的一道工序，经过2300℃以上高温热处理，它决定着石墨制品的物理化学性质。石墨焙烧品中的碳原子由热力学上不稳定的“二维无序重叠”排列受热活化作用转变为“三维有序重叠”排列，使制品的热电传导性能、抗热震性能、化学稳定性能、抗氧化性能、润滑性及抗磨性等得到进一步提高，排除杂质提高纯度，降低硬度便于机械加工。
目前，国内市场对石墨制品的需求增加，现有的石墨化方法产量不足且石墨制品的质量有待提升，难以满足市场需求。
有鉴于此，特提出本发明申请。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种石墨制品的石墨化方法及石墨化装置。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种石墨制品的石墨化方法，包括准备炉体、铺炉底、围炉芯、垫底部垫层、装产品、填充电阻料、盖顶层垫层、盖反应料和保温料、送电，冷却，该方法中将多台艾奇逊石墨化炉并联，同时进行送电。
优选地，并联的各台艾奇逊石墨化炉内的产品采用立式逐层装填，各层之间用电阻料隔开，各艾奇逊石墨化炉内产品对称一致。
石墨化采用的装置为石墨化炉，分为艾奇逊石墨化炉和内串石墨化炉。内串石墨化装炉时将产品平铺、首尾相接，中间用石墨垫隔开，送电时电流通过产品本身产生热量，使产品作为发热体向其它产品传热。内串石墨化炉装炉量小，每炉大约在70-80吨、产量低，送电周期短，起始功率和上升功率较大。装炉产品规格单一化，一种炉窑只能装一种规格的石墨制品，无法满足客户对石墨制品的需求。
本发明采用艾奇逊石墨化炉，将产品立装，产品与产品之间用电阻料隔开，送电时电流通过电阻料产生热量并作为发热体向产品传递热量的过程。艾奇逊石墨化炉装炉量大，产量高、送电周期长，起始功率和上升功率相对较低，装炉产品规格多样化，可以充分满足不同客户对不同规格石墨制品的需求。
优选地，低功率时，并联的各艾奇逊石墨化炉内经一个变压器同时送电；高功率时，分别采用变压器对各艾奇逊石墨化炉单独供电。
优选地，给并联的多台艾奇逊石墨化炉同时送电时采用的送电曲线如下：
起始功率1400～1600kw，1800～2800kw功率，上升功率是130～210kw/h，保持9～12h；
3800～4600kw功率，上升功率是85～110kw/h，保持19～24h；
6600～7100kw功率，上升功率是70～80kw/h，保持59～65h；
9800～12000kw功率，上升功率是260～320kw/h，保持4～7h；
11800～13300kw功率，上升功率是575～610kw/h，保持2～5h；
13300kw功率以后，升峰至最大功率16000kw，保持10～13h。
优选地，给并联的多台艾奇逊石墨化炉同时送电时采用的送电曲线如下：
起始功率1400～1550kw，2600～2800kw功率，上升功率是200～210kw/h，保持10～12h；
4300～4600kw功率，上升功率是100～110kw/h，保持21～24h；
7000～7100kw功率，上升功率是76～80kw/h，保持60～63h；
9800～11800kw功率，上升功率是295～320kw/h，保持5～7h；
12300～13300kw功率，上升功率是575～600kw/h，保持3～5h；
13300kw功率以后，升峰至最大功率16000kw，保持11～12.5h。
以上所述的送电曲线可以确保多个并联的艾奇逊石墨化炉内的产品同时受热稳固均匀，不仅提高了石墨制品的产率，而且降低了裂纹率、提高了纯度，产品的质量较好。产能得到显著提升，不需要消耗过多的电能，节约能源。
优选地，装产品方法为：炉芯板与产品间距105～125mm，炉头板与炉头间距130～238mm；
产品的厚度为50mm～300mm时，纵向间距为35～70mm；
产品的厚度为300mm～480mm，纵向间距为80～95mm；
产品的厚度为480mm～640mm，纵向间距为110～135mm；
产品的厚度为640mm～900mm，纵向间距为140～155mm；
产品的横向间距为15～48mm，电阻料的厚度为10～70mm。
以上所述的装产品方法，在同时向并联的多个艾奇逊石墨化炉送电时，可以使各个艾奇逊石墨化炉内的产品受热均匀温度，便于电流疏散，提高了成品率、降低了裂纹率，同时利于产品中的挥发分的释放，有助于提高石墨制品的纯度。
优选地：
炉底料为新焦粉和石英砂，按8.1～9.4：2.1～2.8体积比混合；
电阻料为熟冶金焦与生冶金焦，按7.5～8.5：1.5～2.5体积比混合；
底部垫层为冶金焦粒或石墨碎和焙烧碎的混合物；
顶层垫层为石墨焦和冶金焦粒，按8～9.5：0.9～1.1体积比混合；
反应料为新焦粉和石英砂，按7.3～8.3：4.2～5体积比混合。
以上所述的炉底料协同保温和电绝缘作用，使相互并联的艾奇逊石墨化炉内的产品均匀有序升温，降低裂纹率，保证各艾奇逊石墨化炉内的石墨制品的质量。
所述的底部垫层为冶金焦粒或石墨碎和焙烧碎的混合物，可以顺畅地导出电流，同时调整炉温以使产品之间热量均匀，防止热量局部聚集而引起裂纹。
所述的顶层垫层与底部垫层相互配合，达到更好的防氧化、导电流和调整炉温的作用，并且可减少石墨制品中的杂质，提升石墨制品纯度和产率。
优选地，炉子断电21h后抓浮料，使产品自由降温48h，浇水冷却；炉停电后4～5天打上盖，11～12天抓顶部焦，12～13天卸炉。
以上所述的操作步骤有助有石墨制品形成有序规则的三维晶体结构，从而赋予石墨制品更好的物理化学性能，提高其体积密度。
本发明的第二目的在于提供一种石墨化装置，该石墨化装置包括多个并联的艾奇逊石墨化炉、提供电源的变压器，艾奇逊石墨化炉之间由铜硬板连接，艾奇逊石墨化炉与变压器的正负极由铝软板连接。
本发明的第二目的在于提供一种石墨化装置，该石墨化装置采用根据以上内容所述的任一种石墨制品的石墨化方法。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明所述的一种石墨化装置的结构示意图。
图中标注：1-变压器；2、3-艾奇逊石墨化炉；4、铝软板；5、铜硬板。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
一种石墨制品的石墨化方法，具体步骤包括：
(1)准备炉体，将两台艾奇逊石墨化炉并联以便于在低功率送电时对其同时进行送电，艾奇逊石墨化炉经铝软板连接，再经铜硬板与变压器的正负极连接，参照图1；
(2)铺炉底；
(3)围炉芯；
(4)垫底部垫层；
(5)装产品和填充电阻料：采用立式逐层装填，各层之间用电阻料隔开，并且使两台艾奇逊石墨化炉内产品对称一致；
(6)盖顶层垫层；
(7)盖反应料；
(8)盖保温料；
(9)送电：低功率时，并联的各艾奇逊石墨化炉内经一个变压器同时送电；高功率时，分别采用变压器对各艾奇逊石墨化炉单独供电；
(10)冷却：炉子断电21h后抓浮料，使产品自由降温48h，浇水冷却；炉停电后4～5天打上盖，11～12天抓顶部焦，12～13天卸炉。
上述方法中没有特别说明的部分操作步骤，可以采用本领域的常规技术手段进行操作，不予赘述。
按照上述方法制备获得的石墨制品的平均参数为：
成品率为91％；
裂纹率为9％；
体积密度为1.70g/cm3；
灰分含量为0.08％；
电阻率为6.4μΩ。
实施例二
一种石墨制品的石墨化方法，具体步骤包括：
(1)准备炉体，将两台艾奇逊石墨化炉并联以便于在低功率送电时对其同时进行送电，艾奇逊石墨化炉经铝软板连接，再经铜硬板与变压器的正负极连接，参照图1；
(2)铺炉底；
(3)围炉芯；
(4)垫底部垫层；
(5)装产品和填充电阻料：采用立式逐层装填，各层之间用电阻料隔开，并且使两台艾奇逊石墨化炉内产品对称一致；
装产品方法具体为：炉芯板与产品间距105～125mm，炉头板与炉头间距130～238mm；
产品的厚度为50mm～300mm时，纵向间距为35～70mm；
产品的厚度为300mm～480mm，纵向间距为80～95mm；
产品的厚度为480mm～640mm，纵向间距为110～135mm；
产品的厚度为640mm～900mm，纵向间距为140～155mm；
产品的横向间距为15～48mm，电阻料的厚度为10～70mm。
(6)盖顶层垫层；
(7)盖反应料；
(8)盖保温料；
(9)送电：低功率时，并联的各艾奇逊石墨化炉内经一个变压器同时送电；高功率时，分别采用变压器对各艾奇逊石墨化炉单独供电；
(10)冷却：炉子断电21h后抓浮料，使产品自由降温48h，浇水冷却；炉停电后4～5天打上盖，11～12天抓顶部焦，12～13天卸炉。
上述方法中没有特别说明的部分操作步骤，可以采用本领域的常规技术手段进行操作，不予赘述。
按照上述方法制备获得的石墨制品的平均参数为：
成品率为94％；
裂纹率为6％；
体积密度为1.75g/cm3；
灰分含量为0.055％；
电阻率5.3μΩ。
本实施例与实施例一的区别在于步骤(5)中的装产品方法，从实际制备获得的石墨制品的参数可以看出，所述的装产品方法针对同时向多个艾奇逊石墨化炉供电的石墨化时，不仅提高了成品率、降低了裂纹率，灰分含量降低，而且体积密度导电性能也有改善。
实施例三
一种石墨制品的石墨化方法，具体步骤包括：
(1)准备炉体，将两台艾奇逊石墨化炉并联以便于在低功率送电时对其同时进行送电，艾奇逊石墨化炉经铝软板连接，再经铜硬板与变压器的正负极连接，参照图1；
(2)铺炉底；
(3)围炉芯；
(4)垫底部垫层；
(5)装产品和填充电阻料：采用立式逐层装填，各层之间用电阻料隔开，并且使两台艾奇逊石墨化炉内产品对称一致；
装产品方法为：炉芯板与产品间距105～125mm，炉头板与炉头间距130～238mm；
产品的厚度为50mm～300mm时，纵向间距为35～70mm；
产品的厚度为300mm～480mm，纵向间距为80～95mm；
产品的厚度为480mm～640mm，纵向间距为110～135mm；
产品的厚度为640mm～900mm，纵向间距为140～155mm；
产品的横向间距为15～48mm，电阻料的厚度为10～70mm。
(6)盖顶层垫层；
(7)盖反应料；
(8)盖保温料；
(9)送电：低功率时，并联的各艾奇逊石墨化炉内经一个变压器同时送电；高功率时，分别采用变压器对各艾奇逊石墨化炉单独供电；
给并联的多台艾奇逊石墨化炉同时送电时采用的送电曲线如下：
起始功率1400～1600kw，1800～2800kw功率，上升功率是130～210kw/h，保持9～12h；
3800～4600kw功率，上升功率是85～110kw/h，保持19～24h；
6600～7100kw功率，上升功率是70～80kw/h，保持59～65h；
9800～12000kw功率，上升功率是260～320kw/h，保持4～7h；
11800～13300kw功率，上升功率是575～610kw/h，保持2～5h；
13300kw功率以后，升峰至最大功率16000kw，保持10～13h；
(10)冷却：炉子断电21h后抓浮料，使产品自由降温48h，浇水冷却；炉停电后4～5天打上盖，11～12天抓顶部焦，12～13天卸炉。
上述方法中没有特别说明的部分操作步骤，可以采用本领域的常规技术手段进行操作，不予赘述。
按照上述方法制备获得的石墨制品的平均参数为：
成品率为95％；
裂纹率为5％；
体积密度为1.81g/cm3；
灰分含量为0.036％；
电阻率4.8μΩ。
实施例四
一种石墨制品的石墨化方法，具体步骤包括：
(1)准备炉体，将两台艾奇逊石墨化炉并联以便于在低功率送电时对其同时进行送电，艾奇逊石墨化炉经铝软板连接，再经铜硬板与变压器的正负极连接，参照图1；
(2)铺炉底；
(3)围炉芯；
(4)垫底部垫层；
(5)装产品和填充电阻料：采用立式逐层装填，各层之间用电阻料隔开，并且使两台艾奇逊石墨化炉内产品对称一致；
装产品方法为：炉芯板与产品间距105～125mm，炉头板与炉头间距130～238mm；
产品的厚度为50mm～300mm时，纵向间距为35～70mm；
产品的厚度为300mm～480mm，纵向间距为80～95mm；
产品的厚度为480mm～640mm，纵向间距为110～135mm；
产品的厚度为640mm～900mm，纵向间距为140～155mm；
产品的横向间距为15～48mm，电阻料的厚度为10～70mm。
(6)盖顶层垫层；
(7)盖反应料；
(8)盖保温料；
(9)送电：低功率时，并联的各艾奇逊石墨化炉内经一个变压器同时送电；高功率时，分别采用变压器对各艾奇逊石墨化炉单独供电；
给并联的多台艾奇逊石墨化炉同时送电时采用的送电曲线如下：
起始功率1400～1550kw，2600～2800kw功率，上升功率是200～210kw/h，保持10～12h；
4300～4600kw功率，上升功率是100～110kw/h，保持21～24h；
7000～7100kw功率，上升功率是76～80kw/h，保持60～63h；
9800～11800kw功率，上升功率是295～320kw/h，保持5～7h；
12300～13300kw功率，上升功率是575～600kw/h，保持3～5h；
13300kw功率以后，升峰至最大功率16000kw，保持11～12.5h；
(10)冷却：炉子断电21h后抓浮料，使产品自由降温48h，浇水冷却；炉停电后4～5天打上盖，11～12天抓顶部焦，12～13天卸炉。
上述方法中没有特别说明的部分操作步骤，可以采用本领域的常规技术手段进行操作，不予赘述。
按照上述方法制备获得的石墨制品的平均参数为：
成品率为98.5％；
裂纹率为1.5％；
体积密度为1.85g/cm3；
灰分含量为0.018％；
电阻率4.1μΩ。
本实施例和实施例三相比，其区别在于步骤(9)的送电曲线，而该送电曲线提高了石墨制品的成品率，降低了裂纹率，改善了体积密度并且降低了灰分，石墨制品的纯度提高，电阻率减小。
实施例五
一种石墨制品的石墨化方法，具体步骤包括：
(1)准备炉体，将两台艾奇逊石墨化炉并联以便于在低功率送电时对其同时进行送电，艾奇逊石墨化炉经铝软板连接，再经铜硬板与变压器的正负极连接，参照图1；
(2)铺炉底，炉底料为新焦粉和石英砂，按8.1～9.4：2.1～2.8体积比混合；
(3)围炉芯；
(4)垫底部垫层，底部垫层为冶金焦粒或石墨碎和焙烧碎的混合物；
(5)装产品和填充电阻料：采用立式逐层装填，各层之间用电阻料隔开，并且使两台艾奇逊石墨化炉内产品对称一致；
装产品方法为：炉芯板与产品间距105～125mm，炉头板与炉头间距130～238mm；
产品的厚度为50mm～300mm时，纵向间距为35～70mm；
产品的厚度为300mm～480mm，纵向间距为80～95mm；
产品的厚度为480mm～640mm，纵向间距为110～135mm；
产品的厚度为640mm～900mm，纵向间距为140～155mm；
产品的横向间距为15～48mm，电阻料的厚度为10～70mm；
电阻料为熟冶金焦与生冶金焦，按7.5～8.5：1.5～2.5体积比混合；
(6)盖顶层垫层，顶层垫层为石墨焦和冶金焦粒，按8～9.5：0.9～1.1体积比混合；；
(7)盖反应料，反应料为新焦粉和石英砂，按7.3～8.3：4.2～5体积比混合；
(8)盖保温料；
(9)送电：低功率时，并联的各艾奇逊石墨化炉内经一个变压器同时送电；高功率时，分别采用变压器对各艾奇逊石墨化炉单独供电；
给并联的多台艾奇逊石墨化炉同时送电时采用的送电曲线如下：
起始功率1400～1550kw，2600～2800kw功率，上升功率是200～210kw/h，保持10～12h；
4300～4600kw功率，上升功率是100～110kw/h，保持21～24h；
7000～7100kw功率，上升功率是76～80kw/h，保持60～63h；
9800～11800kw功率，上升功率是295～320kw/h，保持5～7h；
12300～13300kw功率，上升功率是575～600kw/h，保持3～5h；
13300kw功率以后，升峰至最大功率16000kw，保持11～12.5h；
(10)冷却：炉子断电21h后抓浮料，使产品自由降温48h，浇水冷却；炉停电后4～5天打上盖，11～12天抓顶部焦，12～13天卸炉。
上述方法中没有特别说明的部分操作步骤，可以采用本领域的常规技术手段进行操作，不予赘述。
按照上述方法制备获得的石墨制品的平均参数为：
成品率≥99％；
裂纹率为1％；
体积密度为1.88g/cm3；
灰分含量为0.01％；
电阻率3.9μΩ。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种石墨制品的石墨化方法，包括准备炉体、铺炉底、围炉芯、垫底部垫层、装产品、填充电阻料、盖顶层垫层、盖反应料和保温料、送电，冷却，其特征在于，将多台艾奇逊石墨化炉并联，同时进行送电。
2.根据权利要求1所述的石墨制品的石墨化方法，其特征在于，并联的各台艾奇逊石墨化炉内的产品采用立式逐层装填，各层之间用电阻料隔开，各艾奇逊石墨化炉内产品对称一致。
3.根据权利要求1或2所述的石墨制品的石墨化方法，其特征在于，低功率时，并联的各艾奇逊石墨化炉经一个变压器同时送电；高功率时，分别采用变压器对各艾奇逊石墨化炉单独供电。
4.根据权利要求1-3任一项所述的石墨制品的石墨化方法，其特征在于，给并联的多台艾奇逊石墨化炉同时送电时采用的送电曲线如下：
起始功率1400～1600kw，1800～2800kw功率，上升功率是130～210kw/h，保持9～12h；
3800～4600kw功率，上升功率是85～110kw/h，保持19～24h；
6600～7100kw功率，上升功率是70～80kw/h，保持59～65h；
9800～12000kw功率，上升功率是260～320kw/h，保持4～7h；
11800～13300kw功率，上升功率是575～610kw/h，保持2～5h；
13300kw功率以后，升峰至最大功率16000kw，保持10～13h。
5.根据权利要求1-4任一项所述的石墨制品的石墨化方法，其特征在于，给并联的多台艾奇逊石墨化炉同时送电时采用的送电曲线如下：
起始功率1400～1550kw，2600～2800kw功率，上升功率是200～210kw/h，保持10～12h；
4300～4600kw功率，上升功率是100～110kw/h，保持21～24h；
7000～7100kw功率，上升功率是76～80kw/h，保持60～63h；
9800～11800kw功率，上升功率是295～320kw/h，保持5～7h；
12300～13300kw功率，上升功率是575～600kw/h，保持3～5h；
13300kw功率以后，升峰至最大功率16000kw，保持11～12.5h。
6.根据权利要求1-5任一项所述的石墨制品的石墨化方法，其特征在于，装产品方法为：炉芯板与产品间距105～125mm，炉头板与炉头间距130～238mm；
产品的厚度为50mm～300mm时，纵向间距为35～70mm；
产品的厚度为300mm～480mm，纵向间距为80～95mm；
产品的厚度为480mm～640mm，纵向间距为110～135mm；
产品的厚度为640mm～900mm，纵向间距为140～155mm；
产品的横向间距为15～48mm，电阻料的厚度为10～70mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的石墨制品的石墨化方法，其特征在于，
炉底料为新焦粉和石英砂，按8.1～9.4：2.1～2.8体积比混合；
电阻料为熟冶金焦与生冶金焦，按7.5～8.5：1.5～2.5体积比混合；
底部垫层为冶金焦粒或石墨碎和焙烧碎的混合物；
顶层垫层为石墨焦和冶金焦粒，按8～9.5：0.9～1.1体积比混合；
反应料为新焦粉和石英砂，按7.3～8.3：4.2～5体积比混合。
8.根据权利要求1-7任一项所述的石墨制品的石墨化方法，其特征在于，炉子断电21h后抓浮料，使产品自由降温48h，浇水冷却；炉停电后4～5天打上盖，11～12天抓顶部焦，12～13天卸炉。
9.一种石墨化装置，其特征在于，包括多个并联的艾奇逊石墨化炉、提供电源的变压器，艾奇逊石墨化炉经铝软板连接，再经铜硬板与变压器的正负极连接。
10.一种石墨化装置，其特征在于，采用根据权利要求1-8任一项所述的石墨制品的石墨化方法。
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