CN110615680B - GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极及其生产方法 - Google Patents

GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极及其生产方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110615680B
CN110615680B CN201910847056.3A CN201910847056A CN110615680B CN 110615680 B CN110615680 B CN 110615680B CN 201910847056 A CN201910847056 A CN 201910847056A CN 110615680 B CN110615680 B CN 110615680B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phi
product
electrode
furnace
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910847056.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110615680A (zh
Inventor
冯建国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henan Shengrui carbon material technology Co., Ltd
Sheng Rui Energy Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Sheng Rui Energy Technology Co ltd
Henan Shengrui Carbon Material Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sheng Rui Energy Technology Co ltd, Henan Shengrui Carbon Material Technology Co Ltd filed Critical Sheng Rui Energy Technology Co ltd
Priority to CN201910847056.3A priority Critical patent/CN110615680B/zh
Publication of CN110615680A publication Critical patent/CN110615680A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110615680B publication Critical patent/CN110615680B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/522Graphite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567Treatment time
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6581Total pressure below 1 atmosphere, e.g. vacuum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6583Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
    • C04B2235/6584Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures at an oxygen percentage below that of air
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74Physical characteristics
    • C04B2235/77Density
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明公开了一种GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极,采用针状焦原料挤压成型,为中空φ150~φ300mm的空心电极,其生产方法包括以下工序:压型工序→水冷钻孔工序(φ150~φ300mm)→一次焙烧→平端面和清理孔内填充料工序→浸渍工序→二次焙烧→LWG内串石墨化工序→机加工工序。本发明通过采用优质针状焦原料,具有高导电性、高导热性、低热胀性能,所生产的GHPφ960~φ1420mm石墨电极可以承受>20A/cm2的冶炼工作电流来高效冶炼;本发明运用挤压成型方法生产高品质GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极,达到高导电性、均质高密高强、高抗热应力等性能指标,应用在大容量矿热炉上将会在节能减排、高效快速冶炼方面发生颠覆性技术突破。

Description

GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极及其生产方法
技术领域:
本发明涉及一种应用在大容量矿热炉上的高品质石墨电极的生产方法,特别是涉及一种采用针状焦原料挤压成型的高品质
Figure BDA0002194332030000016
Figure BDA0002194332030000017
超大规格石墨电极及其生产方法。
背景技术:
目前,国内矿热炉行业冶炼技术水平同质化严重,国内大型电石、铁合金矿热炉还在沿用80年代从国外引进的采用炭素初级产品自焙电极技术进行生产;工业硅行业冶炼还在向直径大于1200mm的振动成型炭电极和振动成型低档次石墨电极上发展。这种状况和发展趋势显然不符合“中国制造2025”国家战略对基础工业技术升级规划的要求。目前,国内外生产的大容量矿热炉
Figure BDA0002194332030000012
石墨电极,因采用电煅白煤、普通石油焦、石墨碎等原料,性能较差,实际工作电流密度一般小于12A/cm2,严重限制了大容量矿热炉设计者通过提高工作电流密度来提高冶炼效率的途径。而目前国内外电弧炉炼钢行业使用高性能
Figure BDA0002194332030000013
以下UHP石墨电极均采用优质针状焦原料和挤压成型生产,其使用电流密度可以达20~30A/cm2,实现了高效、节能、快速冶炼生产。
若要实现大容量矿热炉高效冶炼生产,唯有提高石墨电极的工作电流密度,借鉴钢铁行业运用UHP石墨电极的先进技术,整合现有UHP石墨电极的高端制造理论,突破大直径
Figure BDA0002194332030000014
石墨电极各工序现有制造装备限制及工艺要求,采用优质针状焦原料运用挤压成型生产高品质
Figure BDA0002194332030000015
石墨电极,达到高导电性、均质高密高强、高抗热应力等性能指标,应用在大容量矿热炉上将会在节能减排、高效快速冶炼方面发生颠覆性技术突破。
目前国内外矿热炉用低品质
Figure BDA0002194332030000021
规格石墨电极大都采用振动成型生产,而电弧炉炼钢用高品质的
Figure BDA0002194332030000022
以下规格石墨电极都采用炭素油压挤压方法生产。其原因如下:
一是挤压成型,由于糊料中粘结剂沥青含量较高,在22%左右,成型用糊料的塑性较好,进入压机过程中不易造成糊料内大颗粒糊料的堆息现象,糊料在挤压过程中传力均匀,规格再大、再长也不会使粘结剂沥青产生偏析现象,内部结构均质,制成品性能稳定。压机匹配合适的嘴型,能充分发挥针状焦原料的优越特性,使糊料中的颗粒料取向排列与挤压轴向方向一致,使制成品纵向导电性能更加优秀。振动成型由于糊料中粘结剂沥青含量只有18%左右,糊料塑性较差,进入模具中易造成堆息现象,糊料在振动过程中因受力不均,规格越大粘结剂煤沥青在制品中偏析越大,从而造成内部结构不均,制品性能不稳,且不能发挥优质针焦特性。
实践表明,相同原料生产的
Figure BDA0002194332030000023
石墨电极挤压产品:CTE(0~ 600℃)(×10~6/℃)为2.0左右、电阻率可达到7~8μΩ·m、抗折可达到6.5~8Mpa;而振动成型产品:CTE(0~600℃)(×10~6/℃) 为2.4左右、电阻率仅达到9~10μΩ·m、抗折为4~6Mpa。
二是目前国内电弧炉炼钢使用的最大规格超高功率石墨电极为
Figure BDA0002194332030000024
受原料、设备和工艺技术水平的限制,大规格石墨电极生产领域,突破一个规格就是伟大的进步。如UHP600这个规格我国从 80年代中期就开始研制直到2000年以后才基本过关。国内几十家炭素企业也就2~3家生产的
Figure BDA0002194332030000025
这个规格石墨电极质量过关,我国从90年代未期开始研制生产,直到2010年以后才得到大型电炉应用认可。
国内目前成熟的最大41MN炭素油压挤压机以及配套的一系列生产装备均可生产优质的
Figure BDA0002194332030000031
以下规格石墨电极,基本上能满足大型电弧炉炼钢的发展需要。以往大型炭素企业因受原料和装备水平的限制,没有倾力研制超大规格
Figure BDA0002194332030000032
高品质石墨电极生产,而矿热炉设计单位对石墨电极也别无选择,只有选择简单易成型的低档次振动成型炭电极及普通石墨电极来配套矿热炉冶炼。当然若要生产高品质矿热炉用
Figure BDA0002194332030000033
大规格石墨电极接近
Figure BDA0002194332030000034
石墨电极品质的水平,唯有在针状焦原料选用上及设备和工艺技术水平上有所突破方能实现。
发明内容:
本发明所要解决的技术问题是:提供一种采用针状焦原料挤压成型的高品质
Figure BDA0002194332030000035
超大规格石墨电极及其生产方法。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是:
一种
Figure BDA0002194332030000036
超大规格石墨电极,采用针状焦原料挤压成型,为中空
Figure BDA0002194332030000037
的空心电极;
所述针状焦原料的粒度及配方要求为:
最大颗粒粒径为20~30mm,用量6~10%,纯度85%以上;
粒径为12~20mm,用量8~12%,纯度85%以上;
其它粒径8~12mm、4~8mm、2~4mm、0~2mm,这四种粒径的用量范围平均分配,各粒级纯度均达到85%以上;
0.071粉子纯度为50~55%,用量在42~46%。
所述的
Figure BDA0002194332030000038
超大规格石墨电极的生产方法,其具体步骤如下:
A、压型工序:
将满足要求的针状焦原料加入到干料加热锅里采用300℃的热煤油热载体加热35~45分钟达到175~180℃,将加热后的原料加入到 6000升混捏锅内进行混捏,干混5~10分钟后,加入170~175℃的占干料总重25~29%粘结剂煤沥青,湿混35~40分钟,达到180~185℃的混捏糊料;混捏糊料出锅前5分钟时加入占干料总重0.15~0.25%的硬脂酸增塑剂;将混捏好的糊料加入到凉料锅里采用10~15℃冷却水作冷却介质用25~30分钟冷却到120~122℃;将凉料冷却好的糊料加入到120℃的保温箱内均温醒糊15~30分钟后,加入到挤压机料室中挤压成型,得到挤压电极生制品;
所述挤压机料室直径为
Figure BDA0002194332030000041
具有80~120MN预压挤压能力,一次可连续挤出长度为L=2400~3000mm的
Figure BDA0002194332030000042
Figure BDA0002194332030000045
电极3根以上,并配有
Figure BDA0002194332030000043
电极嘴型,控制挤压电极生制品直径膨胀1~3mm,控制挤压电极生制品体积密度大于 1.72g/cm3
B、水冷钻孔工序:
将挤压电极生制品水冷钻孔,得到中空
Figure BDA0002194332030000044
的空心电极;
C、一次焙烧:
将空心电极生制品装进大型带盖环式焙烧炉中,采用600~900h 升温曲线进行升温控制,在制品温度达到900~950℃的条件下焙烧保温1.5~3天时间,自然或强制通风7~10天冷却到350℃后出炉;一焙品的控制指标为体密≥1.63g/cm3,电阻率<65μΩ·m;
所述大型带盖环式焙烧炉采用全钢烟道,其炉室料箱宽度尺寸为挤压电极生制品的直径加220mm,炉室料箱深度尺寸为挤压电极生制品的长度加450mm,炉室料箱为3~5个,并排布置,全钢烟道将每个炉室料箱串接在一起;每个炉室料箱四周均布大孔径格子砖墙以便加热烟气流通,所述大孔径格子砖墙即在原孔径180×180mm基础上增加30~50%,加大加热烟气流量确保传热效率;
D、焙烧后清理工序:
将空心一焙品的端面磨平,空心孔内的填充料清除干净;
E、浸渍工序:
将清理后的一焙品装入到预热炉中预热,使一焙品芯部温度达到 250±10℃,然后将预热后的一焙品装入高压浸渍罐内抽真空,抽真空采用四级以上抽真空机组且保持负压0.088~0.098MPa稳定,抽真空1.5~2个小时结束后加入温度160℃~180℃的浸渍剂煤沥青,加压1.5±0.5MPa时间4.5~5小时后冷却出灌,完成浸渍,浸渍增重率控制在12.5%±1.0%;
F、二次焙烧:
将浸渍品装进带盖环式焙烧炉内进行二次焙烧,或将浸渍品装入隧道窑内进行二次焙烧;
在隧道窑内焙烧时,要求窑车推进速度为4小时±0.5h/车,烧成带温度达到750~790℃,窑内氧气含量≤2.8%;
二焙品的控制指标为体密≥1.74g/cm3,电阻率<60μΩ·m;
G、LWG内串石墨化工序:
将二焙品装入LWG内串石墨化炉内,按照设定的石墨化送电曲线进行石墨化处理,冷却出炉,清理检查,获得合格的GHP石墨电极,待用;
H、机加工工序:
将待用石墨电极,按照技术规定或合同规定尺寸进行扒外圆、镗孔、梳刀加工和成品检查,贴合格证,包装入库。
在步骤A中,粘接剂煤沥青是采用加压0.05MPa左右多点喷射沥青加入到混捏机内搅拌的物料上,使混捏更加均匀;所述粘接剂煤沥青的软化点为104~110℃,甲苯不溶物30~34%,喹啉不溶物8~10%,结焦值56~58%,粘度在170℃时为550~750mpa.s,灰分≤0.05%。
在步骤C中,采用600~900h升温曲线进行升温控制,若生坯为
Figure BDA0002194332030000061
电极则采用600h升温曲线,若生坯为
Figure BDA0002194332030000062
电极则采用 800h升温曲线,若生坯为
Figure BDA0002194332030000063
电极则采用900h升温曲线。
在步骤E中,所述的浸渍剂煤沥青的软化点为78~88℃,甲苯不溶物14~16%,喹啉不溶物1.0~2.0%,结焦值45~48%,粘度在160℃时为80~100mpa.s,灰分≤0.05%。
在步骤G中,所述的石墨化送电曲线为:第一次膨胀阶段制品从室温升到1000℃按功率送电控制在15个左右小时内完成;第二次膨胀阶段制品从1000℃升温到1800℃按功率送电控制在15个左右小时内完成;随后1h内快速升到全功率运行直到出现最低炉阻,待炉阻反弹2个小时后停止送电,当制品冷却到800℃以下时出炉,以免高温出炉时制品氧化。
在步骤G中,所述LWG内串石墨化炉内,20~50m长的串接柱的直线度控制在±10mm,加压到石墨化炉纵向单柱
Figure BDA0002194332030000064
串接柱上的顶推油缸压力为100吨,石墨化炉纵向单柱芯部电流密度达到35~40A/cm2,炉芯制品温度达到3000℃,在最大功率时能稳定4~6h正常运行。
在步骤G中,所述LWG内串石墨化炉的保温料采用冶金焦或煅后焦炭材料,在连续使用时,旧保温料的粉末比电阻大于制品的10倍以上,粒度为1~10mm,在电极周围装填新保温料。
在步骤A中,粘接剂煤沥青是采用加压0.05MPa左右多点喷射沥青加入到混捏机内搅拌的物料上,使混捏更加均匀;所述粘接剂煤沥青的软化点为104~110℃,甲苯不溶物30~34%,喹啉不溶物8~10%,结焦值56~58%,粘度在170℃时为550~750mpa.s,灰分≤0.05%。
在步骤C中,采用600~900h升温曲线进行升温控制,若生坯为
Figure BDA0002194332030000071
电极则采用600h升温曲线,若生坯为
Figure BDA0002194332030000072
电极则采用 800h升温曲线,若生坯为
Figure BDA0002194332030000073
电极则采用900h升温曲线。
在步骤E中,所述的浸渍剂煤沥青的软化点为78~88℃,甲苯不溶物14~16%,喹啉不溶物1.0~2.0%,结焦值45~48%,粘度在160℃时为80~100mpa.s,灰分≤0.05%。
在步骤G中,所述的石墨化送电曲线为:第一次膨胀阶段制品从室温升到1000℃按功率送电控制在15个左右小时内完成;第二次膨胀阶段制品从1000℃升温到1800℃按功率送电控制在15个左右小时内完成;随后1h内快速升到全功率运行直到出现最低炉阻,待炉阻反弹2个小时后停止送电,当制品冷却到800℃以下时出炉,以免高温出炉时制品氧化。
在步骤G中,所述LWG内串石墨化炉内,20~50m长的串接柱的直线度控制在±10mm,加压到石墨化炉纵向单柱
Figure BDA0002194332030000074
串接柱上的顶推油缸压力为100吨,石墨化炉纵向单柱芯部电流密度达到35~40A/cm2,炉芯制品温度达到3000℃,在最大功率时能稳定4~6h正常运行。
在步骤G中,所述LWG内串石墨化炉的保温料采用冶金焦或煅后焦炭材料,在连续使用时,旧保温料的粉末比电阻大于制品的10倍以上,粒度为1~10mm,在电极周围装填新保温料。
本发明
Figure BDA0002194332030000081
超大规格石墨电极与国内外优质炭电极及振动石墨电极的理化指标的对照详见表1。
表1
Figure BDA0002194332030000082
从表1对比分析得出:采用优质针状焦挤压生产的高品质(GHP) 石墨电极相对于采用电煅白煤、普通石油焦及石墨碎等原料振动成型生产的炭电极和普通石墨电极有如下优越特点:
一是选择优质针状焦,因其各向异性最佳,高导电性、高导热性、低热胀性能,是其他炭材料不能比拟的,可以制造电阻率5.0μΩ·m 左右的石墨电极,因热膨胀系数较低,所制造的
Figure BDA0002194332030000083
石墨电极可以承受>20A/cm2的冶炼工作电流来高效冶炼。
二是挤压方式生产石墨电极,相对于振动成型石墨电极体密和抗折强度较高,抗氧化能力较强;内部结构均质,在高温冶炼过程中抗风险能力成倍增加,能有效杜绝因本身质量问题导致停炉产生的安全生产责任事故。
本发明的应用前景分析:
本发明采用针状焦原料挤压成型的高品质
Figure BDA0002194332030000091
超大规格石墨电极,应用在大容量矿热炉上,可满足大功率、大容量、设计大电流快速高效冶炼生产,同时节能减排优势明显,符合国家产业政策。
本发明的
Figure BDA0002194332030000092
超大规格石墨电极,因性能优势明显,可有效降低单耗和节约电能,大容量矿热炉冶炼将会使相对于自焙电极单耗下降80%左右,能耗下降40%左右;相对于炭电极单耗下降50%左右,能耗下降20%左右;相对于大规格矿热炉用大规格振动成型石墨电极综合能耗会下降10%以上。
测算的电石、铁合金等矿热炉采用不同电极供电方式所产生的单耗、电耗比较表如下:
表2电石矿热炉采用不同电极供电方式单耗、电耗比较表
项目 单耗(Kg/吨电石) 电耗(度电/吨电石)
电极糊 30~50 3200~3600
大规格炭电极 20以下 3000以下
挤压GHP石墨电极 6~10 2000~2500
表3铁合金(硅铁)矿热炉采用不同电极供电方式单耗、电耗比较表
项目 单耗(Kg/吨硅铁) 电耗(度电/吨硅铁)
电极糊 45~60 8000~9000
大规格炭电极 20以下 7000~8000
挤压GHP石墨电极 5~12 5000~7000
表4工业硅矿热炉采用不同电极供电方式单耗、电耗比较表
项目 单耗(Kg/吨工业硅) 电耗(度电/吨工业硅)
大规格炭电极 100左右 11000~12000
振动大规格石墨电极 70左右 10000~11000
挤压GHP石墨电极 50以下 8000~10000
应用本发明的生产工艺后,由于综合能耗大幅降低会使CO2排放大量减少。特别是使用自焙电极的电石和铁合金冶炼企业若能迅速应用本发明生产工艺,这是优质GHP石墨电极产品与矿热炉新技术发展的强强联合,将会大量减少CO2排放。
例如2018年电石行业的实际产能为2500万吨以上,需要70万吨的电极糊,利用10多万吨GHP产品就可替代。
例如2018年铁合金行业的实际产能为3000万吨以上,需要60 万吨的电极糊,利用10多万吨GHP产品就可替代。
仅这两个行业就会减少碳排放100万吨以上。从节能减排角度看,
Figure BDA0002194332030000111
超大规格石墨电极的推广和应用将是对工业硅、铁合金、电石等矿热炉行业的颠覆。
本发明
Figure BDA0002194332030000112
超大规格石墨电极生产工艺的创新研究:
一、将
Figure BDA0002194332030000113
超大规格石墨电极设计为中空
Figure BDA0002194332030000114
Figure BDA0002194332030000115
的空心电极的必须性及其生产工序流程。
目前成熟的炼钢行业用
Figure BDA0002194332030000116
石墨电极为实心电极,其生产工序流程为:压型工序→一次焙烧工序→浸渍工序→二次焙烧工序→石墨化工序→机加工工序。
Figure BDA0002194332030000117
石墨电极生产在压型工序可采用同样原理进行作业,为保证可塑性糊料在挤压过程中有效发挥针状焦的颗粒沿轴向取向一致,内部结构均质,不可以在料室和嘴型内加入任何构件产生阻碍作用。在焙烧、浸渍、石墨化过程中超大规格实心电极受热过程中承受着复杂的物理化学变化,高效达到像
Figure BDA0002194332030000118
Figure BDA0002194332030000119
石墨电极一样的生产指标非常困难。
因此有必要除压型工序外,经评估
Figure BDA0002194332030000121
石墨电极在矿热炉上不影响使用的情况下,设计成
Figure BDA0002194332030000122
的中空电极,就会使大规格电极在后续的焙烧、浸渍、石墨化过程中内外双向都起作用,可带来如下好处:
1、焙烧工序:
焙烧是生制品在焙烧炉内填充料的保护下按焙烧曲线进行升温,从室温达到最高火焰温度1250℃的过程,生制品中粘结剂煤沥青将发生一系列物理化学缩聚变化,生制品经过慢长的软化→半结焦→结焦状态而得到一次焙烧品。
制品径向越大,传热由外向内的热应力风险越大,若采用空心电极,则可内外一起传热,加大传热效率,抑制热应力风险导致裂纹废品产生。
二次焙烧加热也是同样道理。
2、浸渍工序:
采用空心电极,在同样生产工艺条件下,电极内外加热预热和高压浸渍渗透效果更好。
3、石墨化工序:
炭制品在通电加热到3000℃高温向导电石墨制品转变过程中,径向越大,释放应力造成的破坏风险越高,采用空心电极则可使电极内外双向释放一定的应力,减少开裂风险。
因此,本发明
Figure BDA0002194332030000123
超大规格石墨电极生产工艺流程应为:压型工序→水冷钻孔工序
Figure BDA0002194332030000124
→一次焙烧→平端面和清理孔内填充料工序→浸渍工序→二次焙烧→LWG 内串石墨化工序→机加工序。
二、生产
Figure BDA0002194332030000131
超大规格石墨电极采用优质针状焦原料的技术创新点如下:
若想达到GHP级别的性能指标,必须采用油系和煤系针状焦生产,目前国内油系和煤系针状焦企业已投产十家以上,产能接近80万吨以上,保障了
Figure BDA0002194332030000132
石墨电极生产用针状焦原料的需求。因矿热炉用石墨电极主要采用埋弧炉生产,在抗折和抗热应力要求方面不高,而炼钢电弧炉用石墨电极则对热状下的抗震性能要求颇高,因此只要达到GHP石墨电极设定的技术指标就可满足矿热炉的安全、高效、快速冶炼生产技术目标。
针对大规格GHP石墨电极的特点和在矿热炉上使用的特殊要求,借鉴炼钢用
Figure BDA0002194332030000133
石墨电极生产的经验,必须对采购的针状焦在技术指标和颗粒尺寸方面特殊要求来满足
Figure BDA0002194332030000134
Figure BDA0002194332030000135
电极生产。
炼钢用
Figure BDA0002194332030000136
石墨电极与矿热炉用
Figure BDA0002194332030000137
Figure BDA0002194332030000138
石墨电极在生产针状焦原料选用上的区别见下表5:
Figure BDA0002194332030000139
表5
三、原料组成技术方案创新点:
生产炼钢用
Figure BDA0002194332030000141
石墨电极技术配方一般采用最大颗粒粒径为20mm左右,20~12mm粒级用量为8~15%;其它粒级12~ 8mm/8~4mm/4~2mm/2~0mm等用量则可根据原料筛分情况平均分配调整;各粒级保证85%以上纯度;0.071mm(200目)以下的粉子纯度要求55~60%的用量在48~52%内调整;
Figure BDA0002194332030000142
规格太大,考虑到在石墨化工序通电加热时的热应力风险,以及在矿热炉上须突出导电性能和抗氧化性,将原料配方改进如下:
采用最大颗粒粒径增加到20~30mm粒级用量为6~10%;20~ 12mm粒级用量在8-~12%范围内调整;其它粒级12~8mm/8~4mm/ 4~2mm/2~0mm等用量平均分配;各粒级保证85%以上纯度;0.071粉子纯度要求为50~55%用量在42~46%内调整。
四、选用粘结剂煤沥青和浸渍剂煤沥青的创新点:
炼钢用
Figure BDA0002194332030000143
石墨电极生产时一般采用粘结剂煤沥青和浸渍剂煤沥青的技术指标见表6。
表6
项目 单位 粘结剂煤沥青 浸渍剂煤沥青
软化点 98~104 80~90
甲基不溶物(BI) 29~33 16~20
喹啉不溶物(QI) 9~13 3.0~4.5
结焦值 55~58 47~50
粘度 mpa.s 170℃为450~650 160℃为100~120
灰分 ≤0.10 ≤0.10
而矿热炉用
Figure BDA0002194332030000153
石墨电极因规格较大,且采用较大粒径生产,需要采用更高温度混捏和挤压生产,因此选用的粘结剂煤沥青的软化点要适当提高,为保证浸渍较果,浸渍剂中QI指标也要要特别控制,其使用指标详细见表7。
表7
项目 单位 粘结剂煤沥青 浸渍剂煤沥青
软化点 104~110 78~88
甲苯不溶物(BI) 30~34 14~16
喹啉不溶物(QI) 8~10 1.0~2.0
结焦值 56~58 45~48
粘度 mpa.s 170℃为550~750 160℃为80~100
灰分 ≤0.05 ≤0.05
五、各工序生产设备和工艺技术的创新点:
Figure BDA0002194332030000151
石墨电极产品规格太大,行业内周知其生产装备和工艺技术不可能是生产
Figure BDA0002194332030000152
石墨电极装备正比例放大和翻版,有可能是几何级增加。除水冷却生制品钻孔工序以及清理平端面工序和机加工工序只要设备符合要求容易完成外,其它均需根据其特点采取必要的技术措施应对才行。
1、压型工序:
压型工序是生产高品质石墨电极的重要工序,业内周知其重要性决定品质的80%。
①工艺流程的改进:
Figure BDA0002194332030000161
工艺流程为:原料进入储仓储备→中碎筛分→磨粉→自动配料→干料加热→混捏→凉料→保温醒糊→压机自动挤压。
因挤压
Figure BDA0002194332030000162
石墨电极制品每次需装混捏糊料20吨以上,而国内最大混捏机为6000L,只能混捏6吨左右糊料,需多台同时生产才能装满压机挤压,此过程必须解决多台混捏糊料加入压机时温度的均匀性问题。其工艺流程应在凉料和保温罐之间增加一台均匀搅拌设备来解决多台混捏糊料同时下料的均布混合问题。
②因6000L混捏机内物料太多,按传统多点下沥青已不能解决加沥青的均布问题,需采用加压0.05MPa左右多点喷射沥青法加到机内搅拌的物料上,使混捏更加均匀。
③混捏工艺要求:为提高糊料的塑性,在混捏糊料出锅前5分钟时加入0.15~0.25%左右的硬脂酸,确保糊料块度松散,温度均匀塑性好。其工艺温度制度要依据煤沥青的软化点和运动粘度两项指标进行规定。
生产
Figure BDA0002194332030000163
电极的混捏工艺温度要求一般是:干料为168~175℃、混捏为175~180℃、凉料为116~120℃。而生产
Figure BDA0002194332030000164
石墨电极的混捏温度工艺温度要求是:干料加热为175~180℃、混捏温度为180~185℃、凉料为120~122℃。
④采用挤压机生产时,目前成熟35MN~41MN炭素油压机的料室直径为
Figure BDA0002194332030000171
均可满足UHP800以下规格生产。而
Figure BDA0002194332030000172
Figure BDA0002194332030000173
石墨电极因规格增大,根据压机的比压和压缩比等经验数据对应挤出电极规格需重新设计压机料室的直径,经反复推演压机料室直径应设计为
Figure BDA0002194332030000174
具有80~120MN预压挤压能力才能保证挤出生制品的质量。同时该压机具有抽真空、等温、等速、自动剪切、连续挤压功能,一次可连续挤出长度为L=2400~3000mm 的
Figure BDA0002194332030000175
电极3根以上,并配有专有
Figure BDA0002194332030000176
电极嘴型在挤压机内可使针状焦排列更加有序,可有效保证挤出电极的均质性以及弹性后效最佳,控制挤出电极直径膨胀1~3mm。
挤压生制品要求结构均质,且无变形现象,控制体积密度大于
1.72g/cm3。2、焙烧工序:
一次焙烧在大型带盖环式焙烧炉内进行,其炉室中的料箱宽度尺寸要根据制品直径进行确定。焙烧生制品
Figure BDA0002194332030000177
产品对应料箱宽度为950mm,
Figure BDA0002194332030000178
产品对应料箱宽度尺寸就应为1500mm才行。所以炉室料箱宽度尺寸应根据生制品直径加220mm才可以满足焙烧要求,料箱深宽应为制品长度加450mm为宜,并排布置3~5个料箱,料箱四周均布格子砖墙以便加热烟气流通。
采用带盖环式焙烧的炉室要采用新型结构,用轻质耐火纤维保温材料制作炉盖,用大孔径格子砖即在原孔径180×180mm基础上增加 30~50%,加大加热烟气流量确保传热效率;采用独立的炉室烟道结构,原环形耐火砖烟道改为全钢烟道,确保炉室运行的严密性,可使串联炉室温升可控、运行稳定。焙烧曲线主要是根据大规格
Figure BDA0002194332030000179
Figure BDA00021943320300001710
的特点和采用煤沥青粘结剂的特性来制定,遵循“两头快,中间慢”的原则,使制品温度从室温升温到850~900℃,可采用600~900h的升温曲线。目前焙烧
Figure BDA0002194332030000181
电极采用360h升温曲线、
Figure BDA0002194332030000182
电极采用400h升温曲线。那么生坯
Figure BDA0002194332030000183
电极就需要600h 升温曲线、生坯
Figure BDA0002194332030000184
电极就需采用800h升温曲线、
Figure BDA0002194332030000185
电极就需采用900h升温曲线。在制品温度达到900~950℃的条件下焙烧保温1.5~3天时间,自然或强制通风7~10天冷却到350℃后出炉。
本工序一焙品的控制指标为体密≥1.63g/cm3,电阻率<65μΩ·m。
二次焙烧可在带盖环式焙烧炉内进行,也可采用隧道窑和车底式窑内裸烧进行,实际作业
Figure BDA0002194332030000186
电极二烧品最终温度达到680℃就满足要求。而
Figure BDA0002194332030000187
电极二烧品则要最终产品温度达到720℃才行,这是为了保证大直径电极浸渍剂沥青全部结焦且性能稳定的要求。
Figure BDA0002194332030000188
电极在隧道窑内的生产工艺技术要求如下:其工艺温度要求窑车推进速度为3小时±0.5h/车,烧成带温度达到 680~750℃,窑内氧气含量≤2.8%。
Figure BDA0002194332030000189
电极二次焙烧在隧道窑内进行时,其工艺温度要求窑车推进速度为4小时±0.5h/车,烧成带温度达到750~ 790℃,窑内氧气含量≤2.8%。本工序二焙品的控制指标为体密≥ 1.74g/cm3,电阻率<60μΩ·m。
3、浸渍工序:
浸渍工序采用高压浸渍系统在预热炉内和高压浸渍罐内分别进行作业,其工艺流程:预热→抽真空→加压→冷却四个作业流程,实践
Figure BDA00021943320300001810
电极预热时芯部温度要求达到230±10℃,设三级抽真空装置其工艺参数要求为:预热380-450℃,时间≥12h;抽真空:负压0.086-0.098MPa,时间≥1.2h;加压1.35-±0.5MPa,时间≥3.5h。
本发明中浸渍工序生产
Figure BDA0002194332030000191
电极时预热芯部温度则应达到250±10℃,抽真空要采用四级以上抽真空机组且保持负压稳定。
其工艺参数要求为:
预热:450℃~500℃,时间≥14h;抽真空:负压0.088~0.098MPa,时间≥1.5h;加压:1.5±0.5MPa,时间≥4.5h。
本工序的浸渍剂温度160℃~180℃,一浸增重率控制指标为 12.5%±1.0%。
4、石墨化工序
Figure BDA0002194332030000192
电极可以在大直流艾奇逊石墨化炉及LWG内串石墨化炉内进行生产,而
Figure BDA0002194332030000193
电极则必须在LWG内串石墨化炉内生产。
目前国内最大LWG内串石墨化系统均按最大规格
Figure BDA0002194332030000194
Figure BDA0002194332030000195
电极进行石墨化整流变压器参数设计,尽管变压器功率较大,甚至达到35MVA容量,但设计串接柱上纵向电流仅能满足两柱
Figure BDA0002194332030000196
Figure BDA0002194332030000197
电极的加工生产,作用到单柱
Figure BDA0002194332030000198
电极坯子上的电流密度就很低,小于20A/cm2。其石墨化能力严重不足,不能有效完成炭制品向石墨化导电制品的转换。
该工序必须重新按
Figure BDA0002194332030000199
石墨电极性能指标设计LWG 串接石墨化炉进行石墨化作业,确保石墨化炉纵向单柱芯部电流密度达到35~40A/cm2,使炉芯制品温度达到3000℃,且能保证最大功率时稳定4~6h正常运行。
采用先进的组装工艺,确保炉内20~50m长的串接柱的直线度控制在±10mm,加压到串接双
Figure BDA0002194332030000201
电极柱上原设计顶推油缸压力为50吨来确保正常通电工作,那么加压到单柱
Figure BDA0002194332030000202
串接上的顶推油缸压力要加大到100吨的力量保证正常通电生产。观察制品在炉内的膨胀和收缩,实时自动监控液压顶推压力,使送电曲线平稳运行,并根据两次晶胀节点调整送电功率,在有效时间内使制品避免纵裂现象。
国内外石墨化炉生产
Figure BDA0002194332030000203
电极时从室温升温到 3000℃的控制功率曲线一般20h左右时间就可完成。
Figure BDA0002194332030000204
则需根据不同规格按照制品升温时的晶胀节点制定升温功率曲线控制在24~36h范围内完成作业。
第一次膨胀阶段制品从室温升到1000℃按功率送电控制在15个左右小时内完成;第二次膨胀阶段制品从1000℃升温到1800℃按功率送电控制在15个左右小时内完成;随后1h内快速升到全功率运行直到出现最低炉阻,此后待制品收缩变化时还要保持一定的压力,为确保电极的均质性,待炉阻反弹2个小时后停止送电。并等制品冷却到800℃以下时方可出炉,以免高温出炉时制品氧化。
装炉操作时为保证制品的质量,其保温料的控制也非常重要,保温料采用冶金焦或煅后焦炭材料,连续使用时要确保旧保温料的粉末比电阻大于制品的10倍以上,粒度为1~10mm,并要求确保电极周围装填新保温料。
本发明的石墨化制品每根电极指标均要达到GHP-Ⅰ/GHP-Ⅱ规定的理化指标要求。
具体实施方式:
下面结合具体实施例对本发明做进一步的解释和说明:
实施例1:一种
Figure BDA0002194332030000211
大规格石墨电极,采用针状焦原料挤压成型,为中空
Figure BDA0002194332030000212
的空心电极;
所述针状焦原料的粒度及配方要求为:
最大颗粒粒径为20~30mm,用量10%,纯度85%以上;
粒径为12~20mm,用量10%,纯度85%以上;
其它粒径8~12mm、4~8mm、2~4mm、0~2mm,这四种粒径的用量范围平均分配,各为9%,各粒级均要求纯度85%以上;
0.071粉子纯度要求为50~55%,用量在44%。
上面所述的
Figure BDA0002194332030000213
大规格石墨电极的生产方法,其具体步骤如下:
A、压型工序:
将满足要求的针状焦原料加入到干料加热锅里采用300℃的热煤油热载体加热35~45分钟达到175~180℃,将加热后的原料加入到 6000升混捏锅内进行混捏,干混5~10分钟后,加入170~175℃的占干料总重25~29%粘结剂煤沥青,湿混35~40分钟,达到180~185℃的混捏糊料;混捏糊料出锅前5分钟时加入占干料总重0.15~0.25%的硬脂酸增塑剂;将混捏好的糊料加入到凉料锅里采用10~15℃冷却水作冷却介质用25~30分钟冷却到120~122℃;将凉料冷却好的糊料加入到120℃的保温箱内均温醒糊15~30分钟后,加入到挤压机料室中挤压成型,得到挤压电极生制品;
所述挤压机料室直径为
Figure BDA0002194332030000214
具有80~120MN预压挤压能力,一次可连续挤出长度为L=2400~3000mm的
Figure BDA0002194332030000215
Figure BDA0002194332030000221
电极3根以上,并配有
Figure BDA0002194332030000222
电极嘴型,控制挤压电极生制品直径膨胀1~3mm,控制挤压电极生制品体积密度大于1.72g/cm3
B、水冷钻孔工序:
将挤压电极生制品水冷钻孔,得到中空
Figure BDA0002194332030000223
的空心电极;
C、一次焙烧:
将空心电极生制品装进大型带盖环式焙烧炉中,采用600~900h 升温曲线进行升温控制,在制品温度达到900~950℃的条件下焙烧保温1.5~3天时间,自然或强制通风7~10天冷却到350℃后出炉,一焙品的控制指标为体密≥1.63g/cm3,电阻率<65μΩ·m;
所述大型带盖环式焙烧炉采用全钢烟道,其炉室料箱宽度尺寸为挤压电极生制品的直径加220mm,炉室料箱深度尺寸为挤压电极生制品的长度加450mm,炉室料箱为3~5个,并排布置,全钢烟道将每个炉室料箱串接在一起;每个炉室料箱四周均布大孔径格子砖墙以便加热烟气流通,所述大孔径格子砖墙即在原孔径180×180mm基础上增加30~50%,加大加热烟气流量确保传热效率。
D、焙烧后清理工序:
将空心一焙品的端面磨平,空心孔内的填充料清除干净;
E、浸渍工序:
将清理后的一焙品装入到预热炉中预热,使一焙品芯部温度达到 250±10℃,然后将预热后的一焙品装入高压浸渍罐内抽真空,抽真空采用四级以上抽真空机组且保持负压0.088~0.098MPa稳定,抽真空1.5~2个小时结束后加入温度160℃~180℃的浸渍剂煤沥青,加压1.5±0.5MPa时间4.5~5小时后冷却出灌,完成浸渍,浸渍增重率控制在12.5%±1.0%;
F、二次焙烧:
将浸渍品装进带盖环式焙烧炉内进行二次焙烧,或将浸渍品装入隧道窑内进行二次焙烧;
在隧道窑内焙烧时,要求窑车推进速度为4小时±0.5h/车,烧成带温度达到760℃,窑内氧气含量≤2.8%;
二焙品的控制指标为体密≥1.74g/cm3,电阻率<60μΩ·m;
G、LWG内串石墨化工序:
将二焙品装入LWG内串石墨化炉内,按照设定的石墨化送电曲线进行石墨化处理,冷却出炉,清理检查,获得合格的石墨电极,其指标达到GHP理化指标要求(如下表),待用;
Figure BDA0002194332030000231
H、机加工工序:
将待用石墨电极,按照技术规定尺寸进行扒外圆、镗孔、梳刀加工和成品检查,贴合格证,包装入库。
在步骤A中,粘接剂煤沥青是采用加压0.05MPa左右多点喷射沥青加入到混捏机内搅拌的物料上,使混捏更加均匀;所述粘接剂煤沥青的软化点为106℃,甲苯不溶物32%,喹啉不溶物8%,结焦值56%, 粘度在170℃时为620mpa.s,灰分≤0.05%。
在步骤E中,所述的浸渍剂煤沥青的软化点为80℃,甲苯不溶物15%,喹啉不溶物1.2%,结焦值46%,粘度在160℃时为85mpa.s,灰分≤0.05%。
在步骤G中,所述的石墨化送电曲线为:第一次膨胀阶段制品从室温升到1000℃按功率送电控制在15个左右小时内完成;第二次膨胀阶段制品从1000℃升温到1800℃按功率送电控制在15个左右小时内完成;随后1h内快速升到全功率运行直到出现最低炉阻,待炉阻反弹2个小时后停止送电,当制品冷却到800℃以下时出炉,以免高温出炉时制品氧化。
在步骤G中,所述LWG内串石墨化炉内,20~50m长的串接柱的直线度控制在±10mm,加压到石墨化炉纵向单柱
Figure BDA0002194332030000243
串接柱上的顶推油缸压力为100吨,石墨化炉纵向单柱芯部电流密度达到35~40A/cm2,炉芯制品温度达到3000℃,在最大功率时能稳定4~6h正常运行。
在步骤G中,所述LWG内串石墨化炉的保温料采用冶金焦或煅后焦炭材料,在连续使用时,旧保温料的粉末比电阻大于制品的10倍以上,粒度为1~10mm,在电极周围装填新保温料。
实施例2:一种
Figure BDA0002194332030000241
大规格石墨电极,采用针状焦原料挤压成型,为中空
Figure BDA0002194332030000242
的空心电极;
所述针状焦原料的粒度及配方要求为:
最大颗粒粒径为20~30mm,用量8%,纯度85%以上;
粒径为12~20mm,用量8%,纯度85%以上;
其它粒径8~12mm、4~8mm、2~4mm、0~2mm,这四种粒径的用量范围平均分配,各为10%,各粒级均要求纯度85%以上;
0.071粉子纯度要求为50~55%,用量在44%。
上面所述的
Figure BDA0002194332030000256
大规格石墨电极的生产方法,其具体步骤如下:
A、压型工序:
将满足要求的针状焦原料加入到干料加热锅里采用300℃的热煤油热载体加热35~45分钟达到175~180℃,将加热后的原料加入到 6000升混捏锅内进行混捏,干混5~10分钟后,加入170~175℃的占干料总重25~29%粘结剂煤沥青,湿混35~40分钟,达到180~185℃的混捏糊料;混捏糊料出锅前5分钟时加入占干料总重0.15~0.25%的硬脂酸增塑剂;将混捏好的糊料加入到凉料锅里采用10~15℃冷却水作冷却介质用25~30分钟冷却到120~122℃;将凉料冷却好的糊料加入到120℃的保温箱内均温醒糊15~30分钟后,加入到挤压机料室中挤压成型,得到挤压电极生制品。
所述挤压机料室直径为
Figure BDA0002194332030000251
具有80~120MN预压挤压能力,一次可连续挤出长度为L=2400~3000mm的
Figure BDA0002194332030000252
Figure BDA0002194332030000253
电极3根以上,并配有
Figure BDA0002194332030000254
电极嘴型,控制挤压电极生制品直径膨胀1~3mm,控制挤压电极生制品体积密度大于 1.72g/cm3
B、水冷钻孔工序:
将挤压电极生制品水冷钻孔,得到中空
Figure BDA0002194332030000255
的空心电极;
C、一次焙烧:
将空心电极生制品装进大型带盖环式焙烧炉中,采用600~900h 升温曲线进行升温控制,在制品温度达到900~950℃的条件下焙烧保温1.5~3天时间,自然或强制通风7~10天冷却到350℃后出炉。一焙品的控制指标为体密≥1.63g/cm3,电阻率<65μΩ·m;
所述大型带盖环式焙烧炉采用全钢烟道,其炉室料箱宽度尺寸为挤压电极生制品的直径加220mm,炉室料箱深度尺寸为挤压电极生制品的长度加450mm,炉室料箱为3~5个,并排布置,全钢烟道将每个炉室料箱串接在一起;每个炉室料箱四周均布大孔径格子砖墙以便加热烟气流通,所述大孔径格子砖墙即在原孔径180×180mm基础上增加30~50%,加大加热烟气流量确保传热效率;
D、焙烧后清理工序:
将空心一焙品的端面磨平,空心孔内的填充料清除干净;
G、浸渍工序:
将清理后的一焙品装入到预热炉中预热,使一焙品芯部温度达到 250±10℃,然后将预热后的一焙品装入高压浸渍罐内抽真空,抽真空采用四级以上抽真空机组且保持负压0.088~0.098MPa稳定,抽真空1.5~2个小时结束后加入温度160℃~180℃的浸渍剂煤沥青,加压1.5±0.5MPa时间4.5~5小时后冷却出灌,完成浸渍,浸渍增重率控制在12.5%±1.0%;
H、二次焙烧:
将浸渍品装进带盖环式焙烧炉内进行二次焙烧,或将浸渍品装入隧道窑内进行二次焙烧;
在隧道窑内焙烧时,要求窑车推进速度为4小时±0.5h/车,烧成带温度达到760℃,窑内氧气含量≤2.8%;
二焙品的控制指标为体密≥1.74g/cm3,电阻率<60μΩ·m;
G、LWG内串石墨化工序:
将二焙品装入LWG内串石墨化炉内,按照设定的石墨化送电曲线进行石墨化处理,冷却出炉,清理检查,获得合格的石墨电极,其指标达到GHP理化指标要求(如下表),待用;
Figure BDA0002194332030000271
H、机加工工序:
将待用石墨电极,按照技术规定尺寸进行扒外圆、镗孔、梳刀加工和成品检查,贴合格证,包装入库。
在步骤A中,粘接剂煤沥青是采用加压0.05MPa左右多点喷射沥青加入到混捏机内搅拌的物料上,使混捏更加均匀;所述粘接剂煤沥青的软化点为106℃,甲苯不溶物32%,喹啉不溶物8%,结焦值56%, 粘度在170℃时为620mpa.s,灰分≤0.05%。
在步骤E中,所述的浸渍剂煤沥青的软化点为80℃,甲苯不溶物15%,喹啉不溶物1.2%,结焦值46%,粘度在160℃时为85mpa.s,灰分≤0.05%。
在步骤G中,所述的石墨化送电曲线为:第一次膨胀阶段制品从室温升到1000℃按功率送电控制在15个左右小时内完成;第二次膨胀阶段制品从1000℃升温到1800℃按功率送电控制在15个左右小时内完成;随后1h内快速升到全功率运行直到出现最低炉阻,待炉阻反弹2个小时后停止送电,当制品冷却到800℃以下时出炉,以免高温出炉时制品氧化。
在步骤G中,所述LWG内串石墨化炉内,20~50m长的串接柱的直线度控制在±10mm,加压到石墨化炉纵向单柱
Figure BDA0002194332030000281
串接柱上的顶推油缸压力为100吨,石墨化炉纵向单柱芯部电流密度达到35~40A/cm2,炉芯制品温度达到3000℃,在最大功率时能稳定4~6h正常运行。
在步骤G中,所述LWG内串石墨化炉的保温料采用冶金焦或煅后焦炭材料,在连续使用时,旧保温料的粉末比电阻大于制品的10倍以上,粒度为1~10mm,在电极周围装填新保温料。
实施例3:一种
Figure BDA0002194332030000282
超大规格石墨电极,采用针状焦原料挤压成型,为中空
Figure BDA0002194332030000283
的空心电极。
所述针状焦原料的粒度要求为:
最大颗粒粒径为20~30mm,用量12%,纯度85%以上;
粒径为12~20mm,用量10%,纯度85%以上;
其它粒径8~12mm、4~8mm、2~4mm、0~2mm,这四种粒径的用量范围平均分配,各为8%,各粒级均要求纯度85%以上;
0.071粉子纯度要求为50~55%,用量在46%。
上面所述的
Figure BDA0002194332030000284
大规格石墨电极的生产方法,其具体步骤如下:
A、压型工序:
将满足要求的针状焦原料加入到干料加热锅里采用300℃的热煤油热载体加热35~45分钟达到175~180℃,将加热后的原料加入到6000升混捏锅内进行混捏,干混5~10分钟后,加入170~175℃的占干料总重25~29%粘结剂煤沥青,湿混35~40分钟,达到180~185℃的混捏糊料;混捏糊料出锅前5分钟时加入占干料总重0.15~0.25%的硬脂酸增塑剂;将混捏好的糊料加入到凉料锅里采用10~15℃冷却水作冷却介质用25~30分钟冷却到120~122℃;将凉料冷却好的糊料加入到120℃的保温箱内均温醒糊15~30分钟后,加入到挤压机料室中挤压成型,得到挤压电极生制品;
所述挤压机料室直径为
Figure BDA0002194332030000291
具有80~120MN预压挤压能力,一次可连续挤出长度为L=2400~3000mm的
Figure BDA0002194332030000292
Figure BDA0002194332030000293
电极3根以上,并配有
Figure BDA0002194332030000294
电极嘴型,控制挤压电极生制品直径膨胀1~3mm,控制挤压电极生制品体积密度大于 1.72g/cm3
B、水冷钻孔工序:
将挤压电极生制品水冷钻孔,得到中空
Figure BDA0002194332030000295
的空心电极;
C、一次焙烧:
将空心电极生制品装进大型带盖环式焙烧炉中,采用600~900h 升温曲线进行升温控制,在制品温度达到900~950℃的条件下焙烧保温1.5~3天时间,自然或强制通风7~10天冷却到350℃后出炉;一焙品的控制指标为体密≥1.63g/cm3,电阻率<65μΩ·m;
所述大型带盖环式焙烧炉采用全钢烟道,其炉室料箱宽度尺寸为挤压电极生制品的直径加220mm,炉室料箱深度尺寸为挤压电极生制品的长度加450mm,炉室料箱为3~5个,并排布置,全钢烟道将每个炉室料箱串接在一起;每个炉室料箱四周均布大孔径格子砖墙以便加热烟气流通,所述大孔径格子砖墙即在原孔径180×180mm基础上增加30~50%,加大加热烟气流量确保传热效率;
D、焙烧后清理工序:
将空心一焙品的端面磨平,空心孔内的填充料清除干净;
I、浸渍工序:
将清理后的一焙品装入到预热炉中预热,使一焙品芯部温度达到 250±10℃,然后将预热后的一焙品装入高压浸渍罐内抽真空,抽真空采用四级以上抽真空机组且保持负压0.088~0.098MPa稳定,抽真空1.5~2个小时结束后加入温度160℃~180℃的浸渍剂煤沥青,加压1.5±0.5MPa时间4.5~5小时后冷却出灌,完成浸渍,浸渍增重率控制在12.5%±1.0%;
J、二次焙烧:
将浸渍品装进带盖环式焙烧炉内进行二次焙烧,或将浸渍品装入隧道窑内进行二次焙烧;
在隧道窑内焙烧时,要求窑车推进速度为4小时±0.5h/车,烧成带温度达到760℃,窑内氧气含量≤2.8%;
二焙品的控制指标为体密≥1.74g/cm3,电阻率<60μΩ·m;
G、LWG内串石墨化工序:
将二焙品装入LWG内串石墨化炉内,按照设定的石墨化送电曲线进行石墨化处理,冷却出炉,清理检查,获得合格的石墨电极,其指标达到GHP理化指标要求(如下表),待用;
Figure BDA0002194332030000301
Figure BDA0002194332030000311
H、机加工工序:
将待用石墨电极,按照技术规定尺寸进行扒外圆、镗孔、梳刀加工和成品检查,贴合格证,包装入库。
在步骤A中,粘接剂煤沥青是采用加压0.05MPa左右多点喷射沥青加入到混捏机内搅拌的物料上,使混捏更加均匀;所述粘接剂煤沥青的软化点为106℃,甲苯不溶物32%,喹啉不溶物8%,结焦值56%, 粘度在170℃时为620mpa.s,灰分≤0.05%。
在步骤E中,所述的浸渍剂煤沥青的软化点为80℃,甲苯不溶物15%,喹啉不溶物1.2%,结焦值46%,粘度在160℃时为85mpa.s,灰分≤0.05%。
在步骤G中,所述的石墨化送电曲线为:第一次膨胀阶段制品从室温升到1000℃按功率送电控制在15个左右小时内完成;第二次膨胀阶段制品从1000℃升温到1800℃按功率送电控制在15个左右小时内完成;随后1h内快速升到全功率运行直到出现最低炉阻,待炉阻反弹2个小时后停止送电,当制品冷却到800℃以下时出炉,以免高温出炉时制品氧化。
在步骤G中,所述LWG内串石墨化炉内,20~50m长的串接柱的直线度控制在±10mm,加压到石墨化炉纵向单柱
Figure BDA0002194332030000312
串接柱上的顶推油缸压力为100吨,石墨化炉纵向单柱芯部电流密度达到35~40A/cm2,炉芯制品温度达到3000℃,在最大功率时能稳定4~6h正常运行。
在步骤G中,所述LWG内串石墨化炉的保温料采用冶金焦或煅后焦炭材料,在连续使用时,旧保温料的粉末比电阻大于制品的10倍以上,粒度为1~10mm,在电极周围装填新保温料。

Claims (7)

1.一种GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极,其特征在于:所述的GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极采用针状焦原料挤压成型,为中空φ150~φ300mm的空心电极;
所述针状焦原料的粒度及配方要求为:
最大颗粒粒径为20~30mm,用量 6~10%,纯度85%以上;
粒径为12~20mm,用量8~12%,纯度85%以上;
其它粒径8~12mm、4~8mm、2~4mm、0~2mm,这四种粒径的用量范围平均分配,各粒级纯度均达到85%以上;
0.071粉子纯度为50~55%,用量在42~46%;
所述的GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极的生产方法,其具体步骤如下:
A、压型工序:
将满足要求的针状焦原料加入到干料加热锅里采用300℃的热煤油热载体加热35~45分钟达到175~180℃,将加热后的原料加入到6000升混捏锅内进行混捏,干混5~10分钟后,加入170~175℃的占干料总重25~29%粘结剂煤沥青,湿混35~40分钟,达到180~185℃的混捏糊料;混捏糊料出锅前5分钟时加入占干料总重0.15~0.25%的硬脂酸增塑剂;将混捏好的糊料加入到凉料锅里采用10~15℃冷却水作冷却介质用25~30分钟冷却到120~122℃;将凉料冷却好的糊料加入到120℃的保温箱内均温醒糊15~30分钟后,加入到挤压机料室中挤压成型,得到挤压电极生制品;
所述挤压机料室直径为φ2200~φ2600mm,具有80~120MN预压挤压能力,一次可连续挤出长度为L=2400~3000mm的GHPφ960~φ1420mm电极3根以上,并配有φ960~φ1420mm电极嘴型,控制挤压电极生制品直径膨胀1~3 mm,控制挤压电极生制品体积密度大于1.72g/cm3
B、水冷钻孔工序:
将挤压电极生制品水冷钻孔,得到中空φ150~φ300mm的空心电极;
C、一次焙烧:
将空心电极生制品装进大型带盖环式焙烧炉中,采用600~900h升温曲线进行升温控制,在制品温度达到900~950℃的条件下焙烧保温1.5~3天时间,自然或强制通风7~10天冷却到350℃后出炉;一焙品的控制指标为体密≥1.63g/cm3,电阻率<65μΩ·m ;
所述大型带盖环式焙烧炉采用全钢烟道,其炉室料箱宽度尺寸为挤压电极生制品的直径加220mm,炉室料箱深度尺寸为挤压电极生制品的长度加450mm,炉室料箱为3~5个,并排布置,全钢烟道将每个炉室料箱串接在一起;每个炉室料箱四周均布大孔径格子砖墙以便加热烟气流通,所述大孔径格子砖墙即在原孔径180×180 mm基础上增加30~50%,加大加热烟气流量确保传热效率;
D、焙烧后清理工序:
将空心一焙品的端面磨平,空心孔内的填充料清除干净;
E、浸渍工序:
将清理后的一焙品装入到预热炉中预热,使一焙品芯部温度达到250±10℃,然后将预热后的一焙品装入高压浸渍罐内抽真空,抽真空采用四级以上抽真空机组且保持负压0.088~0.098MPa稳定,抽真空1.5~2个小时结束后加入温度160℃~180℃的浸渍剂煤沥青,加压1.5±0.5MPa时间4.5~5小时后冷却出灌,完成浸渍,浸渍增重率控制在12.5%±1.0% ;
F、二次焙烧:
将浸渍品装进带盖环式焙烧炉内进行二次焙烧,或将浸渍品装入隧道窑内进行二次焙烧;
在隧道窑内焙烧时,要求窑车推进速度为4小时±0.5h/车,烧成带温度达到750~790℃,窑内氧气含量 ≤2.8 %;
二焙品的控制指标为体密≥1.74 g/cm3,电阻率 < 60 μΩ·m ;
G、LWG内串石墨化工序:
将二焙品装入LWG内串石墨化炉内,按照设定的石墨化送电曲线进行石墨化处理,冷却出炉,清理检查,获得合格的GHP石墨电极,待用;
H、机加工工序:
将待用石墨电极,按照技术规定或合同规定尺寸进行扒外圆、镗孔、梳刀加工和成品检查,贴合格证,包装入库。
2.根据权利要求1所述的GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极,其特征在于:在步骤A中,粘接剂煤沥青是采用加压0.05MPa多点喷射沥青加入到混捏机内搅拌的物料上,使混捏更加均匀;所述粘接剂煤沥青的软化点为104~110℃,甲苯不溶物30~34%,喹啉不溶物8~10%,结焦值56~58%,粘度在170℃时为550~750mpa.s,灰分≤0.05%。
3.根据权利要求1所述的GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极,其特征在于:在步骤C中,采用600~900h升温曲线进行升温控制,若生坯为φ960mm电极则采用600h升温曲线,若生坯为φ1272mm电极则采用800h升温曲线,若生坯为φ1420mm电极则采用900h升温曲线。
4.根据权利要求1所述的GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极,其特征在于:在步骤E中,所述的浸渍剂煤沥青的软化点为78~88℃,甲苯不溶物14~16%,喹啉不溶物1.0~2.0%,结焦值45~48%,粘度在160℃时为80~100mpa.s,灰分≤0.05%。
5.根据权利要求1所述的GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极,其特征在于:在步骤G中,所述的石墨化送电曲线为:第一次膨胀阶段制品从室温升到1000℃按功率送电控制在15个小时内完成;第二次膨胀阶段制品从1000℃升温到1800℃按功率送电控制在15个小时内完成;随后1h内快速升到全功率运行直到出现最低炉阻,待炉阻反弹2个小时后停止送电,当制品冷却到800℃以下时出炉,以免高温出炉时制品氧化。
6.根据权利要求1所述的GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极,其特征在于:在步骤G中,所述LWG内串石墨化炉内,20~50 m长的串接柱的直线度控制在±10 mm,加压到石墨化炉纵向单柱φ960~1400mm串接柱上的顶推油缸压力为100吨,石墨化炉纵向单柱芯部电流密度达到35~40 A/cm2,炉芯制品温度达到3000℃,在最大功率时能稳定4~6 h正常运行。
7.根据权利要求1所述的GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极,其特征在于:在步骤G中,所述LWG内串石墨化炉的保温料采用冶金焦或煅后焦炭材料,在连续使用时,旧保温料的粉末比电阻大于制品的10倍以上,粒度为1~10mm,在电极周围装填新保温料。
CN201910847056.3A 2019-09-06 2019-09-06 GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极及其生产方法 Active CN110615680B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910847056.3A CN110615680B (zh) 2019-09-06 2019-09-06 GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极及其生产方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910847056.3A CN110615680B (zh) 2019-09-06 2019-09-06 GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极及其生产方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110615680A CN110615680A (zh) 2019-12-27
CN110615680B true CN110615680B (zh) 2021-01-15

Family

ID=68923040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910847056.3A Active CN110615680B (zh) 2019-09-06 2019-09-06 GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极及其生产方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110615680B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112521152A (zh) * 2020-10-21 2021-03-19 大同宇林德石墨新材料股份有限公司 一种φ700mm超高功率石墨电极的制备工艺
CN112707732A (zh) * 2021-01-21 2021-04-27 江苏嘉明碳素新材料有限公司 一种熔炼石英用超长再生石墨电极的生产工艺
CN112851350A (zh) * 2021-01-28 2021-05-28 河南开炭新材料设计研究院有限公司 一种孔径可控高比表面积电化学石墨电极的制备方法
CN115259855A (zh) * 2021-04-30 2022-11-01 山西太谷明兴碳素玛钢有限公司 一种用于锂电池负极材料生产用石墨坩埚及其制备工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB943629A (en) * 1961-06-12 1963-12-04 Great Lakes Carbon Corp Improved carbon and graphite bodies and process for preparing same
CN101808435A (zh) * 2010-03-31 2010-08-18 焦作市东星炭电极有限公司 一种大直径半石墨质炭电极及其生产方法
CN102583355A (zh) * 2012-03-13 2012-07-18 三门峡三键炭材料科技有限公司 一种超大规格高功率石墨导电电极及其制备方法
CN103011819A (zh) * 2012-12-27 2013-04-03 临邑县鲁北炭素有限公司 大直径石墨电极生产工艺
CN108276000A (zh) * 2017-12-18 2018-07-13 中国平煤神马集团开封炭素有限公司 一种内热串接石墨化炉用跨接电极及其生产方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9777221B2 (en) * 2006-06-29 2017-10-03 Graftech International Holdings Inc. Method of producing needle coke for low CTE graphite electrodes

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB943629A (en) * 1961-06-12 1963-12-04 Great Lakes Carbon Corp Improved carbon and graphite bodies and process for preparing same
CN101808435A (zh) * 2010-03-31 2010-08-18 焦作市东星炭电极有限公司 一种大直径半石墨质炭电极及其生产方法
CN102583355A (zh) * 2012-03-13 2012-07-18 三门峡三键炭材料科技有限公司 一种超大规格高功率石墨导电电极及其制备方法
CN103011819A (zh) * 2012-12-27 2013-04-03 临邑县鲁北炭素有限公司 大直径石墨电极生产工艺
CN108276000A (zh) * 2017-12-18 2018-07-13 中国平煤神马集团开封炭素有限公司 一种内热串接石墨化炉用跨接电极及其生产方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110615680A (zh) 2019-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110615680B (zh) GHPφ960~φ1420mm超大规格石墨电极及其生产方法
CN101553060B (zh) 直径600mm超高功率石墨电极及其生产方法
CN102363526A (zh) 直径650mm超高功率石墨电极及其生产方法
CN110590363A (zh) 一种超高功率石墨电极及其制造方法
CN105967718B (zh) 耐大电流镁电解用石墨阳极及其制备工艺
CN102898142B (zh) 一种用于电火花加工的模具石墨材料的制备方法
CN102364989A (zh) 一种直径318mm超高功率石墨电极接头及其生产方法
CN104386670A (zh) 一种等静压高纯石墨材料及其制备方法
CN205258011U (zh) 一种卧式艾奇逊石墨化炉
CN114835493B (zh) 一种负极材料石墨化箱式炉用石墨箱板制造方法
CN107140984A (zh) 一次性成型石墨坩埚的制造方法
CN104860678A (zh) 一种采用天然石墨制备超高功率石墨电极的方法
CN107986786A (zh) 一种石墨制品及生产方法
CN108298984A (zh) 一种直径750mm超高功率石墨电极及其生产方法
CN103086364A (zh) 一种高强度超高功率石墨电极的制备方法
CN103553439B (zh) 冷捣糊以及采用该冷捣糊填缝的阴极炭块钢棒组合结构
CN108083803A (zh) 一种模具压制成型石墨制品的制备方法及石墨制品
CN203715283U (zh) 一种生产石墨电极的系统
CN104477891A (zh) 一种等静压石墨制品的石墨化方法
CN104828809A (zh) 一种挤出成型中粗细结构石墨材料的加工方法
CN102887503A (zh) 一种降低煤沥青含量生产炭素制品的方法
CN108892136A (zh) 一种高抗热震性石墨电极的制造工艺
CN104661337B (zh) 一种电阻料及其使用方法
CN102079982B (zh) 一种型焦生产方法
CN101420801A (zh) 准超高功率石墨电极

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20201223

Address after: 453600 No.3, East Industrial Avenue, Hongzhou Industrial Park, Huixian Industrial Agglomeration District, Xinxiang City, Henan Province

Applicant after: Henan Shengrui carbon material technology Co., Ltd

Applicant after: Sheng Rui Energy Technology Co.,Ltd.

Applicant after: Feng Jianguo

Address before: 101200 Beijing Pinggu District Zhongguancun science and Technology Park Pinggu yuan Hing Valley A District No. 7 -42

Applicant before: Sheng Rui Energy Technology Co.,Ltd.

Applicant before: Feng Jianguo

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant