CN113658740A - 一种新型炭复合材料及电极糊的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型炭复合材料，包括按重量份数计的如下成分：电煅无烟煤32‑35份，煅后石油焦25‑30份，人造石墨10‑15份，改性煤沥青20‑24份，氧化锡3‑5份；其中，改性煤沥青的制备工艺包括如下步骤：步骤S1，将煤沥青、SBS改性剂、硫磺交联剂、改性添加剂按质量比30‑35：10‑15：5‑6：1.5混合，所述改性添加剂包括纳米碳酸钙和纳米二氧化硅，且纳米碳酸钙与纳米二氧化硅的质量比为1：2；步骤S2，将步骤S1的混合料加入到剪切搅拌机中，在150‑160℃条件下，搅拌反应50‑60min，制备得到改性煤沥青。本发明提供的新型炭复合材料，灰分含量低、电阻率低、抗压强度高。本发明还提供了一种采用所述新型炭复合材料制备电极糊的方法。

Description

一种新型炭复合材料及电极糊的制备方法
技术领域
本发明涉及导电材料技术领域，具体涉及一种新型炭复合材料及电极糊的制备方法。
背景技术
电极糊是供大型封闭式及开放式铁合金炉、电石炉、硅铁炉、镍铁炉等电炉设备使用的导电材料。电极糊也称自焙电极，它是依靠矿热炉内的热量完成焙烧的，因此，电极的消耗速度与焙烧速度相匹配是电极糊使用的关键之一。传统电极糊的生产以蒸汽、导热油或煤为传热源(加热温度一般为120～140℃)，以煅烧无烟煤、煅烧石油焦、冶金焦、人造石墨碎等为骨料，经破碎、磨粉、筛分、配料，以煤沥青和煤焦油为粘结剂，经混捏、压型后制成。
大型矿热炉中，导电电极通过的电流密度较大，熔体冲刷力较大，因此要求电极糊具有较低的电阻系数，以降低电能的损耗；具有较高的体积密度，以降低孔隙率，提高电极的抗氧化性能；具有较高的机械强度，才不致因机械与电气负荷的影响导致电极折断或掉块。
目前，市场上的电极糊产品普遍存在灰分含量较高、电阻率高、抗压强度低的问题，而且产品质量很不稳定，在使用过程中极易发生软断或硬断等事故，并且单位产品电极糊消耗量及耗电量均非常高。为增强产品的稳定性和使用效果，电极糊生产仍需进一步的优化。
鉴于此，有必要提供一种新的材料解决上述技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种灰分含量低、电阻率低、体积密度高、抗压强度高的新型炭复合材料。
为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种新型炭复合材料，包括按重量份数计的如下成分：
电煅无烟煤32-35份，煅后石油焦25-30份，人造石墨10-15份，改性煤沥青20-24份，氧化锡3-5份；其中，改性煤沥青的制备工艺包括如下步骤：
步骤S1，将煤沥青、SBS改性剂、硫磺交联剂、改性添加剂按质量比30-35：10-15：5-6：1.5混合，所述改性添加剂包括纳米碳酸钙和纳米二氧化硅，且纳米碳酸钙与纳米二氧化硅的质量比为1：2；
步骤S2，将步骤S1的混合料加入到剪切搅拌机中，在150-160℃条件下，搅拌反应50-60min，制备得到改性煤沥青；
步骤S3，将步骤S2制备得到改性煤沥青粉碎至0.5mm以下。
进一步地，纳米碳酸钙的粒径为30-80nm，纳米二氧化硅的粒径为20-50nm。
进一步地，电煅无烟煤的粒径为2-10mm。
进一步地，煅后石油焦的粒径为1-5mm。
进一步地，人造石墨的粒径为50-100μm。
进一步地，氧化锡的粒径为20-50μm。
进一步地，剪切搅拌机的剪切速率为4500-5000r/min。
本发明还提供一种电极糊的制备方法，包括如下步骤：
将上述各原料组分混合均匀即得电极糊产品。
与现有技术相比，本发明提供的新型炭复合材料及电极糊的制备方法，有益效果在于：
本发明提供的新型炭复合材料，选择电煅无烟煤、煅后石油焦、人造石墨为电极糊骨料，减少了原料灰分，降低了电阻系数；改性煤沥青通过SBS、纳米无机填料及硫磺交联剂进行改性，提高了改性煤沥青的稳定性和结焦值，并提高了煤沥青焦化后的抗氧化性能，使制备得到的电极糊具有较高的机械强度和导电性能。电极糊产品混捏搅拌过程无需加热，没有沥青烟气排放，改善了工作环境，降低了生产能耗。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应该被视为在本文中具体公开。
本发明中，电极糊的骨料主要成分是电煅无烟煤、煅后石油焦、人造石墨。
其中，电煅无烟煤是精选优质无烟煤，经单向交流电锻炉2000℃煅烧生产而成，在生产过程中能够有效去除水分、挥发分，提高真密度和电导率，增强机械强度和抗氧化性能。
煅后石油焦，是将生焦在1300℃左右高温进行煅烧，尽量除去挥发性物质，减少体积收缩，从而提高电极的高温强度和导电性能。
人造石墨，是石油焦、沥青焦等有机物炭化后再经过2800℃以上高温处理得到的石墨材料，具有灰分低，导电性良好的特点。
本发明中，粘结剂煤沥青为改性煤沥青，通过SBS、纳米无机填料、硫磺交联剂进行改性，改性后提高了煤沥青的稳定性和结焦值，应用到电极糊中提高了产品的机械强度、导电性能和抗氧化性能。
氧化锡，掺杂于复合材料中，能提高电极糊的导电性和抗氧化性能。
实施例1
一种新型炭复合材料，包括按重量份数计的如下成分：
电煅无烟煤32份，煅后石油焦30份，人造石墨12份，改性煤沥青23份，氧化锡3份；其中，改性煤沥青的制备工艺包括如下步骤：
步骤S1，将煤沥青、SBS改性剂、硫磺交联剂、改性添加剂按质量比30：10：5：1.5混合，所述改性添加剂包括纳米碳酸钙和纳米二氧化硅，且纳米碳酸钙与纳米二氧化硅的质量比为1：2；
其中，纳米碳酸钙的粒径为30-80nm，纳米二氧化硅的粒径为20-50nm；
步骤S2，将步骤S1的混合料加入到剪切搅拌机中，在150-160℃条件下，搅拌反应50-60min，制备得到改性煤沥青；其中剪切速率为4500-5000r/min；
步骤S3，将步骤S2制备得到改性煤沥青粉碎至0.5mm以下。
本实施例的改性煤沥青，软化点为102℃。
本实施例中，电煅无烟煤的粒径为2-10mm；煅后石油焦的粒径为1-5mm；人造石墨的粒径为50-100μm。
采用本实施例的新型炭复合材料制备电极糊的工艺如下：
将各原料组分混合均匀即得电极糊产品。
实施例2
一种新型炭复合材料，包括按重量份数计的如下成分：
电煅无烟煤35份，煅后石油焦25份，人造石墨15份，改性煤沥青20份，氧化锡5份；其中，改性煤沥青的制备工艺包括如下步骤：
步骤S1，将煤沥青、SBS改性剂、硫磺交联剂、改性添加剂按质量比35：15：5：1.5混合，所述改性添加剂包括纳米碳酸钙和纳米二氧化硅，且纳米碳酸钙与纳米二氧化硅的质量比为1：2；
其中，纳米碳酸钙的粒径为30-80nm，纳米二氧化硅的粒径为20-50nm；
步骤S2，将步骤S1的混合料加入到剪切搅拌机中，在150-160℃条件下，搅拌反应50-60min，制备得到改性煤沥青；其中剪切速率为4500-5000r/min；
步骤S3，将步骤S2制备得到改性煤沥青粉碎至0.5mm以下。
本实施例的改性煤沥青，软化点为101℃。
本实施例的其他条件与实施例1相同。
实施例3
一种新型炭复合材料，包括按重量份数计的如下成分：
电煅无烟煤34份，煅后石油焦28份，人造石墨10份，改性煤沥青24份，氧化锡4份；其中，改性煤沥青的制备工艺包括如下步骤：
步骤S1，将煤沥青、SBS改性剂、硫磺交联剂、改性添加剂按质量比32：12：6：1.5混合，所述改性添加剂包括纳米碳酸钙和纳米二氧化硅，且纳米碳酸钙与纳米二氧化硅的质量比为1：2；
其中，纳米碳酸钙的粒径为30-80nm，纳米二氧化硅的粒径为20-50nm；
步骤S2，将步骤S1的混合料加入到剪切搅拌机中，在150-160℃条件下，搅拌反应50-60min，制备得到改性煤沥青；其中剪切速率为4500-5000r/min；
步骤S3，将步骤S2制备得到改性煤沥青粉碎至0.5mm以下。
本实施例的改性煤沥青，软化点为104℃。
本实施例的其他条件与实施例1相同。
将实施例1-3制备得到的电极糊进行性能测试，测试结果如表1：
表1：电极糊性能测试结果
Figure BDA0003215596080000051
由上述数据可以看出，本发明的炭复合材料制备的电极糊，具有灰分低、电阻率低、体积密度高、抗压强度高等优点，提高了电极糊的导电性能和抗氧化性能。
以上对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新型炭复合材料，其特征在于，包括按重量份数计的如下成分：
电煅无烟煤32-35份，煅后石油焦25-30份，人造石墨10-15份，改性煤沥青20-24份，氧化锡3-5份；其中，改性煤沥青的制备工艺包括如下步骤：
步骤S1，将煤沥青、SBS改性剂、硫磺交联剂、改性添加剂按质量比30-35：10-15：5-6：1.5混合，所述改性添加剂包括纳米碳酸钙和纳米二氧化硅，且纳米碳酸钙与纳米二氧化硅的质量比为1：2；
步骤S2，将步骤S1的混合料加入到剪切搅拌机中，在150-160℃条件下，搅拌反应50-60min，制备得到改性煤沥青；
步骤S3，将步骤S2制备得到改性煤沥青粉碎至0.5mm以下。
2.根据权利要求1所述的新型炭复合材料，其特征在于，纳米碳酸钙的粒径为30-80nm，纳米二氧化硅的粒径为20-50nm。
3.根据权利要求1所述的新型炭复合材料，其特征在于，电煅无烟煤的粒径为2-10mm。
4.根据权利要求1所述的新型炭复合材料，其特征在于，煅后石油焦的粒径为1-5mm。
5.根据权利要求1所述的新型炭复合材料，其特征在于，人造石墨的粒径为50-100μm。
6.根据权利要求1所述的新型炭复合材料，其特征在于，氧化锡的粒径为20-50μm。
7.根据权利要求1所述的新型炭复合材料，其特征在于，剪切搅拌机的剪切速率为4500-5000r/min。
8.一种电极糊的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将权利要求1的各原料组分混合均匀即得电极糊产品。
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