CN113860874B - 一种石墨电极接头配方中干料粒级组成的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种石墨电极接头配方中干料粒级组成的设计方法，包含了最大颗粒设定、级差设定方法及粒级总数、粉料纯度的设定、粒级集团划分、大颗粒集团两个粒级的比例设计、大颗粒集团和粉料的使用比例确认，合理摒弃部分粒级的使用，达到最大堆积密度效果，用此方法设定的干料粒级组成能够降低产品热膨胀系数、提高大颗粒的直径和用量、提高了产品密度，满足钢厂电炉功率增大后对石墨电极接头抗热震性和抗折强度的需要。

Description

一种石墨电极接头配方中干料粒级组成的设计方法
技术领域
本发明涉及石墨电极接头生产领域，特别是一种石墨电极接头配方中干料粒级组成的设计方法。
背景技术
石墨电极接头是石墨电极的配件和石墨电极配套使用，石墨电极在使用中会逐渐消耗，变得越来越短，在大型工业生产使用中，需要将两根或多根电极头尾相连后使用，以减少停产更换的频率，因此石墨电极接头的制作及其干料粒级的组成尤为重要。现有的设计方法包括三角形最大密度选择法、混合料最大振实密度优选法、适当密度法和正交实验法。
三角形最大密度选择法：用来计算三种颗粒料组成混合料的最大堆积密度。是一种通过绘制三角形堆积密度分布图，然后从中选取最佳密度范围的三种料的组成比例。此方法的局限性是没有考虑粉料的膨料现象，通过实验我们发现在粉料膨料状态下其堆积密度与实际混合沥青后的产品密度有很大差异，并不呈现线性关系，因此通过三角形最大密度选择法不能够找到用于达到最大密度产品的干料各粒级配比。
混合料最大振实密度优选法：是指用振实密度作为衡量标准先确定两项粒级的最大振实密度，按其比例不变的情况下再加入下一个粒级找到三项粒级的最大振实密度比例，以此方法找出全部粒级的使用比例。此方法最大的问题时采用了振实密度作为衡量标准，但实际干料混合时粒级是以松散混合堆积状态出现，振实密度测量时各粒级会出现各粒级分层现象，大颗粒向上层移动粉料向下移动，这不符合实际的混合状态因此其结果无法参考。
适当密度法：首先求得最大颗粒最大直径，其公式如下：
D＝7.5×10-3×Φ(直径500mm以下规格产品)；
D＝15×10-3×Φ(直径500mm以上规格产品)；
D：最大颗粒最大直径(mm)；
Φ:石墨电极接头毛坯直径(mm)；
求得最大颗粒最大直径后再通过解析计算得出最大颗粒以下的几种粒级的直径和使用比例。
正交试验法：用正交实验的方法通过测定振实容重获得满意的干料粒级组成。此方法最大的问题有两个：一是采用了粒级全覆盖的方式计算所有粒级用量比例，但实际上不是所有粒级都使用才是最好，一部分的粒级缺失反而有利于粒级堆积效果。二是正交试验法不是对所有可能组合的全部试验，准确性不足。
因此，没有一项已有技术是能够全面推导出完整配方中的干料粒级组成的，每种技术都是设计干料粒级组成的一部分，同时每种技术都互不同属难以结合。这就导致配方中的干料粒级组成设计出现技术困难；已有技术中采用堆积密度法的存在由于粉料膨料现象造成的堆积密度与产品密度没有一致性，而振实密度和实际混合状态不符；已有技术中没有关于每一项粒级直径的设计，也没有一个配方中的干料粒级应该由几个粒级组成的设计；已有技术中一直使用连续粒级设计理念即从最大颗粒一直到粉子，每个粒级都在粒级组成中占有使用比重，但实际上不是所有粒级都用才是最好，一部分的粒级缺失反而有利于粒级堆积效果。现有石墨电极接头配方主要来自经验设定，在生产中粉料用量较多、沥青用量较大、产品密度低、热膨胀系数高。
发明内容
为了克服以上现有技术缺陷，本发明的目的在于提供一种石墨电极接头配方中干料粒级组成的设计方法，包含了粒级总数设定、每个粒级直径设定、每个粒级的用量设定，合理摒弃部分粒级的使用，达到最大堆积密度效果，通过本发明可以完整推导出任意本发明技术领域内的石墨电极接头配方中干料粒级组成。
为达到以上目的，提供以下技术方案：
一种石墨电极接头配方中干料粒级组成的设计方法，包括以下步骤：
(1)最大颗粒设定：最大颗粒的最大直径＝(1/2)×25.4×(1/扣数)，由于现有扣型只有两种，分别是每英寸3扣和每英寸4扣，每英寸3扣对应接头干料粒级中最大颗粒的最大直径＝(1/2)×25.4×(1/3)＝4.233mm≈4mm(近似值取偶数)；每英寸4扣对应接头干料粒级中最大颗粒的最大直径＝(1/2)×25.4×(1/4)＝3.175mm≈2mm(近似值取偶数)；
(2)级差设定方法及粒级总数：任何石墨电极接头配方都选用三个粒级，粒级直径从大到小设定为：A、B、C，单一粒级A直径范围为：A1-A2其意义是粒级A的直径最大处测量长度为A1，最小处测量为A2，粒级B也是如此，其中A1＝(1/2)×25.4×(1/扣数)mm(近似值取偶数)，A2＝(1/2)×A1；单一粒级B直径范围为：B1-B2，其中B1＝A2；B2＝(1/2)×B1；单一粒级C为粉料；
(3)粉料纯度的设定：100％使用粉子生产时，粉子纯度从30％—95％每间隔5％粉子纯度为一个实验条件，生产经过压型、焙烧后测算产品焙烧体积密度，焙烧后体积密度最高的粉子纯度确定为接头配方中的粉子纯度；
(4)粒级集团划分：粒级集团分为大颗粒集团和粉料集团，其中大颗粒集团包含A、B两个粒级，粉料集团包含粒级C；
(5)大颗粒集团两个粒级的比例设计：采用全分析法对A、B两个粒级进行堆积密度测试即：A粒级物料中的一部分被另一物料B粒级取代，取代比例逐步增加直到完全取代，对不同比例的A、B混合物料做堆积密度试验,堆积密度最大的就是最佳比例；
(6)大颗粒集团和粉料的使用比例确认：对大颗粒集团与确认粉子纯度后的粉料进行全分析测试，粉子用量从30％—95％，大颗粒集团用量从70％到5％，用量间隔每5％为一个配方，生产经过压型、焙烧后测算产品焙烧体积密度，焙烧后体积密度最高的配方确定为大颗粒集团与粉子的最佳使用比例；
(7)根据上述大颗粒集团与粉子的最佳使用比例、大颗粒集团内部粒级A、B的最佳比例以及粉料最佳纯度导出该接头的完整干料粒级组成配方。
本发明的有益效果为：
1.本发明降低了产品热膨胀系数、提高了大颗粒的直径和用量，解决了钢厂电炉功率增大后对石墨电极接头抗热震性的需要。提高了产品密度，解决了钢厂电炉功率增大后对石墨电极接头抗折强度的需要。
2.本发明解决了当前生产的石墨电极接头在生产时干料组成中粉料较多，大颗粒较少，造成作为粘结剂的沥青使用较多，后工序中焙烧、石墨化热处理难度加大，成品率偏低等问题。
3.本发明首次考虑扣型与物料粒级之间的关系，在不影响产品强度基础、螺纹摩擦力等因素基础上增大了用料粒级，从而降低了产品热膨胀系数。
4.本发明部分解决了产品工艺流程长的问题，可以省略第三次浸渍、第四次焙烧的工艺过程，降低了生产成本，减少了生产周期。
具体实施方式
一种石墨电极接头配方中干料粒级组成的设计方法，包括以下步骤：
(1)最大颗粒设定：最大颗粒的最大直径＝(1/2)×25.4×(1/扣数)，由于现有扣型只有两种，分别是每英寸3扣和每英寸4扣，每英寸3扣对应接头干料粒级中最大颗粒的最大直径＝(1/2)×25.4×(1/3)＝4.233mm≈4mm(近似值取偶数)；每英寸4扣对应接头干料粒级中最大颗粒的最大直径＝(1/2)×25.4×(1/4)＝3.175mm≈2mm(近似值取偶数)；
(2)级差设定方法及粒级总数：任何石墨电极接头配方都选用三个粒级，粒级直径从大到小设定为：A、B、C，单一粒级A直径范围为：A1-A2其意义是粒级A的直径最大处测量长度为A1，最小处测量为A2，粒级B也是如此，其中A1＝(1/2)×25.4×(1/扣数)mm(近似值取偶数)，A2＝(1/2)×A1；单一粒级B直径范围为：B1-B2，其中B1＝A2；B2＝(1/2)×B1；单一粒级C为粉料；
(3)粉料纯度的设定：100％使用粉子生产时，粉子纯度从30％—95％每间隔5％粉子纯度为一个实验条件，生产经过压型、焙烧后测算产品焙烧体积密度，焙烧后体积密度最高的粉子纯度确定为接头配方中的粉子纯度；
(4)粒级集团划分：粒级集团分为大颗粒集团和粉料集团，其中大颗粒集团包含A、B两个粒级，粉料集团包含粒级C；
(5)大颗粒集团两个粒级的比例设计：采用全分析法对A、B两个粒级进行堆积密度测试即：A粒级物料中的一部分被另一物料B粒级取代，取代比例逐步增加直到完全取代，对不同比例的A、B混合物料做堆积密度试验,堆积密度最大的就是最佳比例，取100％第一大颗粒A物料，逐步加入第二大颗粒B物料,并测试混合后的堆积密度，如下表:
Figure BDA0003225437770000061
Figure BDA0003225437770000071
当物料A粒级用量为65％，物料B粒级用量为35％时堆积密度最大，A:B＝65:35为最佳混合比例；
(6)大颗粒集团和粉料的使用比例确认：对大颗粒集团与确认粉子纯度后的粉料进行全分析测试，粉子用量从30％—95％，大颗粒集团用量从70％到5％，用量间隔每5％为一个配方，生产经过压型、焙烧后测算产品焙烧体积密度，焙烧后体积密度最高的配方确定为大颗粒集团与粉子的最佳使用比例；
(7)根据上述大颗粒集团与粉子的最佳使用比例、大颗粒集团内部粒级A、B的最佳比例以及粉料最佳纯度导出该接头的完整干料粒级组成配方。
实施例
以Φ288mm普通接头为例(扣型为每英寸3扣，原料为石油焦100％；粘结剂为鞍钢沥青)。
根据干料粒级组成的设定方法干料粒级范围为：
最大颗粒最大直径A1＝(1/2)×25.4×(1/3)＝4.2333mm；取近似值4mm。
全部干料粒级分为3个粒级，分级如下：
A粒级为4-2mm；
B粒级为2-1mm；
C粒级为粉子；
计算100％使用粉子生产时，粉子纯度从35％—95％每隔5％粉子纯度为一个测试配方，经过压型、焙烧后测算产品焙烧体积密度，焙烧后体积密度最高的粉子纯度确定为接头配方中的粉子纯度。此纯度在此实例中为45％。
对4-2mm粒级和2-1mm粒级使用全分析法，测定两种粒级的最大混合密度对应的混合比例。此处测试结果为3:2.
对固定比例后的4-2mm和2-1mm粒级当做一个大颗粒集团与上述确定纯度后的粉料使用全分析法列出系列配方，经过压型、焙烧后测算产品焙烧体积密度，焙烧后体积密度最高的即为最佳大颗粒集团与粉料的匹配比例，此处大颗粒集团与粉料的匹配比例为3:7。根据上述大颗粒集团与粉子的最佳使用比例以及大颗粒集团内部粒级A、B的最佳比例以及粉子上述测试过的最佳纯度导出该接头的完整干料粒级组成配方，最佳配方为：
Figure BDA0003225437770000091
按新配方和现在生产实际使用的原配方分别做实验测试，产品经配料、混捏、压型、一次焙烧、石墨化、加工工序流转，产品的干料粒级组成、堆积密度以及各工序化验分析结果比较如下：
Figure BDA0003225437770000092
Figure BDA0003225437770000101
从结果看新配方比原配方产品大颗粒的粒级直径增大、用量增加、油量降低、体积密度增加、热膨胀系数降低，成品率提高，实现了全方位的性能提高。

Claims (1)

1.一种石墨电极接头配方中干料粒级组成的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)最大颗粒设定：最大颗粒的最大直径＝(1/2)×25.4×(1/扣数)mm的近似值取偶数，由于现有扣型只有两种，分别是每英寸3扣和每英寸4扣，每英寸3扣对应接头干料粒级中最大颗粒的最大直径＝(1/2)×25.4×(1/3)mm的近似值取偶数＝4.233mm的近似值取偶数，即4mm；每英寸4扣对应接头干料粒级中最大颗粒的最大直径＝(1/2)×25.4×(1/4)mm的近似值取偶数＝3.175mm的近似值取偶数，即2mm；
(2)级差设定方法及粒级总数：任何石墨电极接头配方都选用三个粒级，粒级直径从大到小设定为：A、B、C，单一粒级A直径范围为：A1-A2其意义是粒级A的直径最大处测量长度为A1，最小处测量为A2，粒级B也是如此，其中A1＝(1/2)×25.4×(1/扣数)mm的近似值取偶数，A2＝(1/2)×A1；单一粒级B直径范围为：B1-B2，其中B1＝A2；B2＝(1/2)×B1；单一粒级C为粉料；
(3)粉料纯度的设定：使用100％粉料生产，粉料纯度从30％—95％间隔每5％为一个配方，生产经过压型、焙烧后测算产品焙烧体积密度，焙烧后体积密度最高的配方其粉料纯度确定为粉料的最佳纯度；
(4)粒级集团划分：粒级集团分为大颗粒集团和粉料集团，其中大颗粒集团包含A、B两个粒级，粉料集团包含粒级C；
(5)大颗粒集团两个粒级的比例设计：采用全分析法对A、B两个粒级进行堆积密度测试即：A粒级物料中的一部分被另一物料B粒级取代，取代比例逐步增加直到完全取代，对不同比例的A、B混合物料做堆积密度试验,堆积密度最大的就是最佳比例；
(6)大颗粒集团和粉料的使用比例确认：对大颗粒集团与确认粉料纯度后的粉料进行全分析测试，粉料用量从30％—95％，大颗粒集团用量从70％到5％，用量间隔每5％为一个配方，生产经过压型、焙烧后测算产品焙烧体积密度，焙烧后体积密度最高的配方确定为大颗粒集团与粉料的最佳使用比例；
(7)根据上述大颗粒集团与粉料的最佳使用比例、大颗粒集团内部粒级A、B的最佳比例以及粉料最佳纯度导出该接头的完整干料粒级组成配方。
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