CN110510929A - 高强度抗热震性能电极糊以及制备方法 - Google Patents

高强度抗热震性能电极糊以及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高强度抗热震性能电极糊，其特征在于：由下列原料制备而成，均为重量比：15～20%电煅无烟煤、20～25%残极、35～40%煅后沥青焦、20～25%粘结剂，本发明中，粉料完全采用煅后沥青焦；煅后沥青焦具有相对价格低、灰分低、质量稳定性好并且硫含量低等优点，沥青焦焙烧后焦化程度好，结焦强度高，与粘结剂之间的热膨胀系数差异小致使产品抗热震性能强且对产品抗压强度提升较高，本发明还提出了一种高强度抗热震性能电极糊的制备方法。

Description

高强度抗热震性能电极糊以及制备方法
技术领域
本发明涉及自焙电极制备技术领域，特别涉及一种高强度抗热震性能电极糊。
背景技术
电极糊是自焙电极的主要原材料，自焙电极一百多年来技术不断发展，但其工艺原理一成不变，主要的技术发展在于原材料的选用和粒度的配比调整，从最初以木炭、竹炭和煤焦油为主要原料，到以无烟煤、冶金焦和煤焦油，直至目前以无烟煤、残极、石墨碎、煅后石油焦和煤沥青为主要原料，经配料、混捏、成型制备成电极糊产品。现有电极糊的生产一般以煅烧无烟煤、残极、焙烧碎和人造石墨为颗粒骨料，以煅后石油焦、冶金焦、残极粉和人造石墨粉为粉料，以煤沥青、蒽油和煤焦油作为粘结剂。电极糊配方一般以人造石墨粉、冶金焦、残极粉和煅后石油焦为主流粉料，其优缺点如下： 以人造石墨作为粉料时，可以达到降低电阻率的预期效果，但石墨材料成本较高，难以普及。以冶金焦作为粉料时，虽然成本方面得到了极大的降低，而且强度提高较大，但抗热震性差，容易断电极。以残极粉作为粉料时，虽然残极粉作为主要粉料制备的电极糊在强度、电阻率和抗热震性能方面都相对比较出色，但是，残极作为铝电解行业的废品废料，质量不稳定，当采购的原材料质量较差而又没有及时检测出来时，添加此原料增加了发生电极事故的风险。以煅后石油焦作为粉料时，如果采购的煅后石油焦为采用配焦手段生产出来的产品，虽然检测质量参数合格，但实际质量有较大差异，而且煅后石油焦粉料对电极糊产品强度及抗热震性能的提升并没有明显的效果。
发明内容
有鉴于此，针对上述不足，有必要提出一种抗压强度高、抗热震性能强的高强度抗热震性能电极糊。
还有必要提出一种抗压强度高、抗热震性能强的高强度抗热震性能电极糊的制备方法。
一种高强度抗热震性能电极糊，由下列原料制备而成，均为重量比：15～20%电煅无烟煤、20～25%残极、35～40%煅后沥青焦、20～25%粘结剂。
优选的，所述高强度抗热震性能电极糊还含有1～3%超细石墨粉。
优选的，所述电煅无烟煤粒度分布为0～4mm、4～10mm、10～20mm，所述电煅无烟煤各个粒度分布比例为0～4mm、4～10mm、10～20mm=2:2:1。
优选的，所述残极粒度分布为0～10mm、10～20mm、20～30mm，所述残极各个粒度分布比例为0～10mm、10～20mm、20～30mm =2:2:3。
优选的，所述煅后沥青焦细度分布0～0.150mm的占比90%以上。
优选的，所述电煅无烟煤的电阻率小于650μΩm。
优选的，所述残极的灰分小于2，所述残极的电阻率小于500μΩm。
优选的，所述煅后沥青焦经1000℃普煅炉煅烧，所述煅后沥青焦的电阻率小于650μΩm。
优选的，所述超细石墨粉细度分布为0～0.038mm的占比90%以上。
一种高强度抗热震性能电极糊的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：选取电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉，所述电煅无烟煤的电阻率小于650μΩm，所述残极的灰分小于2，所述残极的电阻率小于500μΩm，所述煅后沥青焦经1000℃普煅炉煅烧，所述煅后沥青焦的电阻率小于650μΩm，所述超细石墨粉细度分布为0～0.038mm的占比90%以上；
步骤二：分别将电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦进行破碎分级，使得所述电煅无烟煤粒度分布为0～4mm、4～10mm、10～20mm，所述电煅无烟煤各个粒度分布比例为0～4mm、4～10mm、10～20mm=2:2:1，所述残极粒度分布为0～10mm、10～20mm、20～30mm，所述残极各个粒度分布比例为0～10mm、10～20mm、20～30mm =2:2:3，所述煅后沥青焦细度分布0～0.150mm的占比90%以上；
步骤三：取中温煤沥青与少量蒽油搅拌1小时后静置1小时，形成粘结剂，所述中温煤沥青软化点85～90℃，所述中温煤沥青储存温度在160～180℃，将上述粘结剂的软化点调节为85℃，并在160～180℃储存备用；
步骤四：按照重量比15～20%电煅无烟煤、20～25%残极、35～40%煅后沥青焦、1～3%超细石墨粉、20～25%粘结剂的比例配料；
步骤五：将步骤四中配好的电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉在105℃下干混10～20分钟，形成第一混合物；
步骤六：将步骤三中配好的粘结剂加入第一混合物，并混捏30～45分钟后，然后在140℃下出糊。
本发明中，粉料完全采用煅后沥青焦；煅后沥青焦具有相对价格低、灰分低、质量稳定性好并且硫含量低等优点，沥青焦焙烧后焦化程度好，结焦强度高，与粘结剂之间的热膨胀系数差异小致使产品抗热震性能强且对产品抗压强度提升较高。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对结合实施例作进一步的说明。
本发明实施例提供了一种高强度抗热震性能电极糊，由下列原料制备而成，均为重量比：15～20%电煅无烟煤、20～25%残极、35～40%煅后沥青焦、20～25%粘结剂。
本发明中的煅后沥青焦为沥青焦煅烧后得到的。
本发明中，粉料完全采用煅后沥青焦；煅后沥青焦具有相对价格低、灰分低、质量稳定性好并且硫含量低等优点，沥青焦焙烧后焦化程度好，结焦强度高，与粘结剂之间的热膨胀系数差异小致使产品抗热震性能强且对产品抗压强度提升较高。
本发明以煅后沥青焦作为全部粉料，煅后沥青焦具有相对价格低、灰分低、质量稳定性好并且硫含量低等优点，而且煅后沥青焦与电极糊粘结剂煤沥青同属于煤质原料，炭质前驱体相同，焙烧后焦化程度好，结焦强度高，与粘结剂之间的热膨胀系数差异小致使产品抗热震性能强且对产品抗压强度提升较高。解决了传统电极糊的“硬脆”、消耗快、“掉头”、“掉瓣”、抗压强度低和质量不稳定等问题。
上述“硬脆”为抗压强度高但抗热震性能差，“掉头”为断电极的一种形式，“掉瓣”为断电极的另一种形式。
进一步，所述高强度抗热震性能电极糊还含有1～3%超细石墨粉。
本实施例中，采用少量超细石墨粉作为添加剂；粒度越小的炭素材料对强度的提升贡献越大，微细颗粒的炭素原料在电极糊产品焙烧过程中进行焦化结晶，以类似金属材料的“细晶强化”和“弥散强化”的作用来提高产品强度，超细石墨粉还能降低电阻率，提高产品抗热震性能。
进一步，所述电煅无烟煤粒度分布为0～4mm、4～10mm、10～20mm，所述电煅无烟煤各个粒度分布比例为0～4mm、4～10mm、10～20mm=2:2:1。
进一步，所述残极粒度分布为0～10mm、10～20mm、20～30mm，所述残极各个粒度分布比例为0～10mm、10～20mm、20～30mm =2:2:3。
进一步，所述煅后沥青焦细度分布0～0.150mm的占比90%以上。
进一步，所述电煅无烟煤的电阻率小于650μΩm。
进一步，所述残极的灰分小于2，所述残极的电阻率小于500μΩm。
进一步，所述煅后沥青焦经1000℃普煅炉煅烧，所述煅后沥青焦的电阻率小于650μΩm。
进一步，所述超细石墨粉细度分布为0～0.038mm的占比90%以上。
本发明实施例还提供了一种高强度抗热震性能电极糊的制备方法，包括如下步骤：
步骤S301：选取电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉，所述电煅无烟煤的电阻率小于650μΩm，所述残极的灰分小于2，所述残极的电阻率小于500μΩm，所述煅后沥青焦经1000℃普煅炉煅烧，所述煅后沥青焦的电阻率小于650μΩm，所述超细石墨粉细度分布为0～0.038mm的占比90%以上；
步骤S302：分别将电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦进行破碎分级，使得所述电煅无烟煤粒度分布为0～4mm、4～10mm、10～20mm，所述电煅无烟煤各个粒度分布比例为0～4mm、4～10mm、10～20mm=2:2:1，所述残极粒度分布为0～10mm、10～20mm、20～30mm，所述残极各个粒度分布比例为0～10mm、10～20mm、20～30mm =2:2:3，所述煅后沥青焦细度分布0～0.150mm的占比90%以上；
步骤S303：取中温煤沥青与少量蒽油搅拌1小时后静置1小时，形成粘结剂，所述中温煤沥青软化点85～90℃，所述中温煤沥青储存温度在160～180℃，将上述粘结剂的软化点调节为85℃，并在160～180℃储存备用；
步骤S304：按照重量比15～20%电煅无烟煤、20～25%残极、35～40%煅后沥青焦、1～3%超细石墨粉、20～25%粘结剂的比例配料；
步骤S305：将步骤S304中配好的电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉在105℃下干混10～20分钟，形成第一混合物；
步骤S306：将步骤S303中配好的粘结剂加入第一混合物，并混捏30～45分钟后，然后在140℃下出糊。
以下通过实施例和对比例进一步说明本发明，下面的实施例只是用于详细说明本发明，并不以任何方式限制发明的保护范围。
实施例1：选取电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉，所述电煅无烟煤的电阻率为637μΩm，所述残极的灰分为1.8%，所述残极的电阻率为463μΩm，所述煅后沥青焦经1000℃普煅炉煅烧，所述煅后沥青焦的电阻率为628μΩm，所述超细石墨粉细度分布为0～0.038mm的占比90%；分别将上述电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦进行破碎分级，使得所述电煅无烟煤粒度分布为0～4mm、4～10mm、10～20mm，所述电煅无烟煤各个粒度分布比例为0～4mm、4～10mm、10～20mm=2:2:1，所述残极粒度分布为0～10mm、10～20mm、20～30mm，所述残极各个粒度分布比例为0～10mm、10～20mm、20～30mm =2:2:3，所述煅后沥青焦细度分布0～0.150mm的占比90%；取中温煤沥青与少量蒽油搅拌1小时后静置1小时，形成粘结剂，所述中温煤沥青软化点88℃，所述中温煤沥青储存温度在170℃，将上述粘结剂的软化点调节为85℃，并在170℃储存备用；按照重量比19%电煅无烟煤、20%残极、35%煅后沥青焦、1%超细石墨粉、25%粘结剂的比例配料；将上述中配好的电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉在105℃下干混15分钟，形成第一混合物；将上述中配好的粘结剂加入第一混合物，并混捏40分钟后，然后在140℃下出糊。
实施例2：选取电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉，所述电煅无烟煤的电阻率为637μΩm，所述残极的灰分为1.8%，所述残极的电阻率为463μΩm，所述煅后沥青焦经1000℃普煅炉煅烧，所述煅后沥青焦的电阻率为628μΩm，所述超细石墨粉细度分布为0～0.038mm的占比90%；分别将上述电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦进行破碎分级，使得所述电煅无烟煤粒度分布为0～4mm、4～10mm、10～20mm，所述电煅无烟煤各个粒度分布比例为0～4mm、4～10mm、10～20mm=2:2:1，所述残极粒度分布为0～10mm、10～20mm、20～30mm，所述残极各个粒度分布比例为0～10mm、10～20mm、20～30mm =2:2:3，所述煅后沥青焦细度分布0～0.150mm的占比90%；取中温煤沥青与少量蒽油搅拌1小时后静置1小时，形成粘结剂，所述中温煤沥青软化点88℃，所述中温煤沥青储存温度在170℃，将上述粘结剂的软化点调节为85℃，并在170℃储存备用；按照重量比18%电煅无烟煤、20%残极、36%煅后沥青焦、1%超细石墨粉、25%粘结剂的比例配料；将上述中配好的电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉在105℃下干混15分钟，形成第一混合物；将上述中配好的粘结剂加入第一混合物，并混捏40分钟后，然后在140℃下出糊。
实施例3：选取电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉，所述电煅无烟煤的电阻率为637μΩm，所述残极的灰分为1.8%，所述残极的电阻率为463μΩm，所述煅后沥青焦经1000℃普煅炉煅烧，所述煅后沥青焦的电阻率为628μΩm，所述超细石墨粉细度分布为0～0.038mm的占比90%；分别将上述电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦进行破碎分级，使得所述电煅无烟煤粒度分布为0～4mm、4～10mm、10～20mm，所述电煅无烟煤各个粒度分布比例为0～4mm、4～10mm、10～20mm=2:2:1，所述残极粒度分布为0～10mm、10～20mm、20～30mm，所述残极各个粒度分布比例为0～10mm、10～20mm、20～30mm =2:2:3，所述煅后沥青焦细度分布0～0.150mm的占比90%；取中温煤沥青与少量蒽油搅拌1小时后静置1小时，形成粘结剂，所述中温煤沥青软化点88℃，所述中温煤沥青储存温度在170℃，将上述粘结剂的软化点调节为85℃，并在170℃储存备用；按照重量比16%电煅无烟煤、20%残极、37%煅后沥青焦、2%超细石墨粉、25%粘结剂的比例配料；将上述中配好的电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉在105℃下干混15分钟，形成第一混合物；将上述中配好的粘结剂加入第一混合物，并混捏40分钟后，然后在140℃下出糊。
实施例4：选取电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉，所述电煅无烟煤的电阻率为637μΩm，所述残极的灰分为1.8%，所述残极的电阻率为463μΩm，所述煅后沥青焦经1000℃普煅炉煅烧，所述煅后沥青焦的电阻率为628μΩm，所述超细石墨粉细度分布为0～0.038mm的占比90%；分别将上述电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦进行破碎分级，使得所述电煅无烟煤粒度分布为0～4mm、4～10mm、10～20mm，所述电煅无烟煤各个粒度分布比例为0～4mm、4～10mm、10～20mm=2:2:1，所述残极粒度分布为0～10mm、10～20mm、20～30mm，所述残极各个粒度分布比例为0～10mm、10～20mm、20～30mm =2:2:3，所述煅后沥青焦细度分布0～0.150mm的占比90%；取中温煤沥青与少量蒽油搅拌1小时后静置1小时，形成粘结剂，所述中温煤沥青软化点88℃，所述中温煤沥青储存温度在170℃，将上述粘结剂的软化点调节为85℃，并在170℃储存备用；按照重量比15%电煅无烟煤、20%残极、38%煅后沥青焦、2%超细石墨粉、25%粘结剂的比例配料；将上述中配好的电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉在105℃下干混15分钟，形成第一混合物；将上述中配好的粘结剂加入第一混合物，并混捏40分钟后，然后在140℃下出糊。
实施例5：选取电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉，所述电煅无烟煤的电阻率为637μΩm，所述残极的灰分为1.8%，所述残极的电阻率为463μΩm，所述煅后沥青焦经1000℃普煅炉煅烧，所述煅后沥青焦的电阻率为628μΩm，所述超细石墨粉细度分布为0～0.038mm的占比90%；分别将上述电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦进行破碎分级，使得所述电煅无烟煤粒度分布为0～4mm、4～10mm、10～20mm，所述电煅无烟煤各个粒度分布比例为0～4mm、4～10mm、10～20mm=2:2:1，所述残极粒度分布为0～10mm、10～20mm、20～30mm，所述残极各个粒度分布比例为0～10mm、10～20mm、20～30mm =2:2:3，所述煅后沥青焦细度分布0～0.150mm的占比90%；取中温煤沥青与少量蒽油搅拌1小时后静置1小时，形成粘结剂，所述中温煤沥青软化点88℃，所述中温煤沥青储存温度在170℃，将上述粘结剂的软化点调节为85℃，并在170℃储存备用；按照重量比15%电煅无烟煤、20%残极、39%煅后沥青焦、3%超细石墨粉、23%粘结剂的比例配料；将上述中配好的电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉在105℃下干混15分钟，形成第一混合物；将上述中配好的粘结剂加入第一混合物，并混捏40分钟后，然后在140℃下出糊。
实施例6：选取电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉，所述电煅无烟煤的电阻率为637μΩm，所述残极的灰分为1.8%，所述残极的电阻率为463μΩm，所述煅后沥青焦经1000℃普煅炉煅烧，所述煅后沥青焦的电阻率为628μΩm，所述超细石墨粉细度分布为0～0.038mm的占比90%；分别将上述电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦进行破碎分级，使得所述电煅无烟煤粒度分布为0～4mm、4～10mm、10～20mm，所述电煅无烟煤各个粒度分布比例为0～4mm、4～10mm、10～20mm=2:2:1，所述残极粒度分布为0～10mm、10～20mm、20～30mm，所述残极各个粒度分布比例为0～10mm、10～20mm、20～30mm =2:2:3，所述煅后沥青焦细度分布0～0.150mm的占比90%；取中温煤沥青与少量蒽油搅拌1小时后静置1小时，形成粘结剂，所述中温煤沥青软化点88℃，所述中温煤沥青储存温度在170℃，将上述粘结剂的软化点调节为85℃，并在170℃储存备用；按照重量比15%电煅无烟煤、20%残极、40%煅后沥青焦、3%超细石墨粉、22%粘结剂的比例配料；将上述中配好的电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉在105℃下干混15分钟，形成第一混合物；将上述中配好的粘结剂加入第一混合物，并混捏40分钟后，然后在140℃下出糊。
对实施例1～6生产的电极糊的性能进行检测，其中，抗压强度根据GB/T 1431-2009国标操作方法检测；抗热震性能定性描述根据矿热电炉实际生产中因故停电120小时以上，排除其他因素，合规复电断电极的概率，抗热震性能强：断电极概率小于20%；抗热震性能中：断电极概率20%～80%；抗热震性能差：断电极概率大于80%；得到如下表格：
抗压强度（MPa） 抗热震性能（定性）
实施例1 23.78 强
实施例2 24.15 强
实施例3 25.36 强
实施例4 25.57 强
实施例5 29.32 强
实施例6 32.47 强
现有的电极糊1 20.25 中
现有的电极糊2 24.79 差
现有的电极糊3 17.27 强
由上表可知，本发明电极糊的抗压强度或抗热震性能均优于现有电极糊的抗压强度或抗热震性能，此外，现有的电极糊的抗压强度高时，抗热震性能差，抗热震性能强时，抗压强度底，抑或抗压强度和抗热震性能均一般，而本发明的电极糊的抗压强度高的同时，抗热震性能也强，综合性能优异。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种高强度抗热震性能电极糊，其特征在于：由下列原料制备而成，均为重量比：15～20%电煅无烟煤、20～25%残极、35～40%煅后沥青焦、20～25%粘结剂。
2.如权利要求1所述高强度抗热震性能电极糊，其特征在于：所述高强度抗热震性能电极糊还含有1～3%超细石墨粉。
3.如权利要求1或2所述高强度抗热震性能电极糊，其特征在于：所述电煅无烟煤粒度分布为0～4mm、4～10mm、10～20mm，所述电煅无烟煤各个粒度分布比例为0～4mm、4～10mm、10～20mm=2:2:1。
4.如权利要求1或2所述高强度抗热震性能电极糊，其特征在于：所述残极粒度分布为0～10mm、10～20mm、20～30mm，所述残极各个粒度分布比例为0～10mm、10～20mm、20～30mm=2:2:3。
5.如权利要求1或2所述高强度抗热震性能电极糊，其特征在于：所述煅后沥青焦细度分布0～0.150mm的占比90%以上。
6.如权利要求1或2所述高强度抗热震性能电极糊，其特征在于：所述电煅无烟煤的电阻率小于650μΩm。
7.如权利要求1或2所述高强度抗热震性能电极糊，其特征在于：所述残极的灰分小于2，所述残极的电阻率小于500μΩm。
8.如权利要求1或2所述高强度抗热震性能电极糊，其特征在于：所述煅后沥青焦经1000℃普煅炉煅烧，所述煅后沥青焦的电阻率小于650μΩm。
9.如权利要求1或2所述高强度抗热震性能电极糊，其特征在于：所述超细石墨粉细度分布为0～0.038mm的占比90%以上。
10.一种高强度抗热震性能电极糊的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：选取电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉，所述电煅无烟煤的电阻率小于650μΩm，所述残极的灰分小于2，所述残极的电阻率小于500μΩm，所述煅后沥青焦经1000℃普煅炉煅烧，所述煅后沥青焦的电阻率小于650μΩm，所述超细石墨粉细度分布为0～0.038mm的占比90%以上；
步骤二：分别将电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦进行破碎分级，使得所述电煅无烟煤粒度分布为0～4mm、4～10mm、10～20mm，所述电煅无烟煤各个粒度分布比例为0～4mm、4～10mm、10～20mm=2:2:1，所述残极粒度分布为0～10mm、10～20mm、20～30mm，所述残极各个粒度分布比例为0～10mm、10～20mm、20～30mm =2:2:3，所述煅后沥青焦细度分布0～0.150mm的占比90%以上；
步骤三：取中温煤沥青与少量蒽油搅拌1小时后静置1小时，形成粘结剂，所述中温煤沥青软化点85～90℃，所述中温煤沥青储存温度在160～180℃，将上述粘结剂的软化点调节为85℃，并在160～180℃储存备用；
步骤四：按照重量比15～20%电煅无烟煤、20～25%残极、35～40%煅后沥青焦、1～3%超细石墨粉、20～25%粘结剂的比例配料；
步骤五：将步骤四中配好的电煅无烟煤、残极、煅后沥青焦、超细石墨粉在105℃下干混10～20分钟，形成第一混合物；
步骤六：将步骤三中配好的粘结剂加入第一混合物，并混捏30～45分钟后，然后在140℃下出糊。
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