CN115490521A - 一种高强度石墨电极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度石墨电极的制备方法，包括以下步骤：首先准备原材料和配料，且对原材料和配料进行精准称重，然后对原材料和配料进行破碎、研磨、筛分处理，保证后期制备时的均匀度，然后对原材料进行煅烧，且在煅烧冷却后与配料一起混捏处理，之后进行成型、挤压、焙烧，其中焙烧分为两次进行，焙烧结束后进行石墨化处理，最后对得到的石墨电极进行开孔和抗氧化层喷涂。该高强度石墨电极的制备方法，可以使石墨电极在长时间使用时，通过散热孔增加空气流通，将内部温度向外传递，进而加快石墨电极的散热进度，而且在抗氧化层的作用下，可以对石墨电极进行保护，有效减缓石墨电极的氧化速度，延长石墨电极的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及石墨电极制备技术领域，具体为一种高强度石墨电极的制备方法。
背景技术
石墨电极主要以石油焦、针状焦为原料，以煤沥青做结合剂，经过煅烧、配料、混捏等步骤加工而制成，石墨电极在生产中的应用比较广泛，可以作为导电材料。
如公开号为CN114751747A，一种石墨电极及其制备工艺，该工艺包括以下步骤：S1：第一挤压底板、多个第一盘体和第一挤压顶板之间固定形成第一石墨电极；S2：第二挤压底板、多个第二盘体、扩孔盘、限位盘和第二挤压顶板之间固定形成第二石墨电极；S3：转换机构穿过第一石墨电极伸入到第二石墨电极内形成石墨电极；一种石墨电极，包括第一石墨电极、第二石墨电极和转换机构；第一石墨电极包括第一挤压底板、第一盘体、第一挤压顶板、连接钉Ⅰ和连接钉Ⅱ，第二石墨电极包括第二挤压底板、第二盘体、扩孔盘、限位盘、第二挤压顶板、连接钉Ⅲ和连接钉Ⅳ；可以制备一种偏轴心传导的石墨电极，这样的石墨电极在使用时没有抗氧化保护，缩短了对石墨电极的使用寿命；
如公开号为CN209120506U，一种电弧炉石墨电极，包括石墨电极单元、电极接头和电极端盖，所述石墨电极单元中心设置有通孔，所述石墨电极单元组合形成石墨电极本体，相邻两个所述石墨电极单元具有不同直径的通孔，现有电弧炉石墨电极内通孔上下孔径相同用于通入冷却气体，提高石墨使用寿命，通过以上技术方案可知，本实用新型实施例提供的电弧炉石墨电极，通过设置石墨阳极内通孔直径差，增加不同石墨电极单元间内部气体湍流，提高换热效率，延长石墨电极整体使用寿命，这样的石墨电极自身强度低，随着使用时间的增加会出现损耗率大的现象，从而降低了对石墨电极的使用效果；
所以我们提出了一种高强度石墨电极的制备方法，以便于解决上述中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度石墨电极的制备方法，以解决上述背景技术中提出现有的石墨电极在使用时没有抗氧化保护，缩短了对石墨电极的使用寿命，而且石墨电极自身强度低，随着使用时间的增加会出现损耗率大的现象，从而降低了对石墨电极的使用效果的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度石墨电极的制备方法，包括:
步骤1：准备原材料
对原材料进行称重存储，即准备石油焦40-60份，针状焦30-50份，煤沥青20-40份；
步骤2：对原料进行第一次处理
将大块的石油焦、针状焦和煤沥青放入破碎机中进行破碎，使石油焦、针状焦和煤沥青的颗粒变小；
步骤3：对原料进行第二次处理
将破碎后的石油焦、针状焦和煤沥青进行磨粉处理，且在磨粉后进行筛分，保证原材料的细腻度；
步骤4：准备配料
对配料进行称重，即准备氧化钙3-5份，三氧化二铁0.5-1份，碳纤维20-40份；
步骤5：对配料进行处理
将配料放入研磨机中进行研磨，使配料的颗粒减小，且对研磨后的配料进行筛分，保证配料的细腻度；
步骤6：对原料进行煅烧处理
将原材料放入煅烧炉中进行热处理，排出所含的水分和挥发份，且在煅烧后进行冷却；
步骤7：混捏处理
将冷却后的原材料和配料一起倒入混捏机中进行混合，得到混合物；
步骤8：成型处理
将混捏好的混合物放入成型设备中，施加外部作用力使其产生塑性变形，形成一定形状、尺寸、密度和强度的生坯，且在成型生坯后进行冷却；
步骤9：挤压
将冷却至一定温度的生坯进行装料，放入压机中，然后进行预压、挤压、剪切；
步骤10：焙烧
将生坯在填充料的保护下，装入加热炉内进行高温热处理，使生坯中的煤沥青碳化，提高机械强度；
步骤11：石墨化处理
在高温炉内保护介质中对炭制品加热，提高炭材料的导电、导热性。
步骤12：开孔处理
在石墨电极的表面开设散热孔，提高石墨电极使用时的散热进度。
步骤13：防氧化处理
在石墨电极的外表面喷涂防氧化涂层，减缓石墨电极的氧化。
优选的，所述步骤1中的石油焦50份，针状焦40份，煤沥青20份，且步骤2中的破碎机为颚式破碎机，并且破碎后的粒径为0.5-20mm。
优选的，所述步骤3中的原材料磨粉后筛分，且筛网的孔径范围为0.075-0.15mm。
优选的，所述步骤4中的氧化钙4份，三氧化二铁0.75份，碳纤维30份，且步骤5中的配料粉碎机为颚式破碎机，并且破碎粒径为0.5-20mm，同时配料破碎后进行筛分，而筛网的孔径为0.075-0.15mm。
优选的，所述步骤6中的原料煅烧炉采用燃气及自身挥发份作为热源进行煅烧，且煅烧的温度为1250-1350℃。
优选的，所述步骤7中的混捏过程为：干混20-35min，湿混40-55min，使不同粒度大小的固体炭质物料均匀的混合，提高混合料的密实度。
优选的，所述步骤8中的成型方法为模压，且采用的设备为立式液压机，所述步骤9中的挤压过程为凉料、装料、预压、挤压，将混捏后的炭质物料进行降温，且降至适宜温度，并且温度范围为90-120℃，装料时将适宜温度的炭质物料放入压机中，且用4-10MPa压实，然后进行预压，预压的压力为20-25MPa，且预压的时间为3-5min，并且抽真空，之后进行挤压，挤压的压力为5-15MPa。
优选的，所述步骤10中的焙烧分为2次，且一次焙烧的时间为22-30天，焙烧最高温度为1250℃，并且二次焙烧的时间为5-10天，焙烧最高温度范围为700-800℃，同时二次焙烧是焙烧品浸渍后再次焙烧。
优选的，所述步骤10中的二次焙烧浸渍过程为先对焙烧坯进行表面清理，然后进行预热，预热温度为260-380℃，且预热时间为6-10h，然后将焙烧坯装入浸渍罐，进行抽真空处理，抽真空的压力为8-9KPa，时间为40-50min，然后注沥青，温度为180-200℃，之后再次加压，压力为1.2-1.5MPa，时间为3-4h，最后进行冷却。
优选的，所述步骤12中的开孔处理是在石墨电极的表面通过开孔机进行开孔，且散热孔在石墨电极的表面等间距分布。
优选的，所述步骤9中的过滤方式为使搅拌后的混合物从反应釜的出料口流出，且使用滤网过滤，并且滤网的孔径为1-5mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）该高强度石墨电极的制备方法，在制备过程中，对原材料和配料均采用了破碎和筛分的方式，这样可以使原材料和配料的粒径度更加持细腻，从而可以使后期混捏时得到的混合物更加均匀，有效防止出现原材料和配料粒度大小差距过大的现象，为石墨电极的制备提供了便捷条件；
（2）该高强度石墨电极的制备方法，在石墨电极煅烧过程中，分为两次煅烧，且二次煅烧前对炭质物料进行了浸渍，这样通过浸渍可以使炭质物料的机械强度更好，从而在后期使用时，可以增加使用时的强度，也可以提高热稳定性和化学稳定性，有效降低损耗率，提高对石墨电极的使用效果；
（3）该高强度石墨电极的制备方法，在石墨电极的外表面涂有抗氧化层，且在石墨电极的表面开设有散热孔，这样可以使石墨电极在长时间使用时，通过散热孔增加空气流通，将内部温度向外传递，进而加快石墨电极的散热进度，而且在抗氧化层的作用下，可以对石墨电极进行保护，有效减缓石墨电极的氧化速度，延长石墨电极的使用寿命。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例1提供一种高强度石墨电极的制备方法，以下对上述方法进行详细介绍。
在制备前，先对原材料进行准备，即准备石油焦50份，针状焦40份，煤沥青20份，然后对原料进行第一次处理，将大块的石油焦、针状焦和煤沥青放入破碎机中进行破碎，使石油焦、针状焦和煤沥青的颗粒变小，其中破碎机为颚式破碎机，且破碎粒径为0.5-20mm，原材料破碎后，对原材料进行磨粉第二次处理，并且在磨粉后进行筛分，其中筛网的孔径范围为0.075-0.15mm，之后准备配料，即准备氧化钙4份，三氧化二铁0.75份，碳纤维30份，且在配料准备好后，将配料放入颚式破碎机，并且破碎粒径为0.5-20mm，同时配料破碎后进行筛分，而筛网的孔径为0.075-0.15mm，这样便可以使原材料和配料都保证均匀度，
然后对原料进行煅烧处理，将原材料放入煅烧炉中进行热处理，排出所含的水分和挥发份，原料煅烧炉采用燃气及自身挥发份作为热源进行煅烧，且煅烧的温度为1250-1350℃，且在煅烧后进行冷却，然后将冷却后的原材料和配料一起倒入混捏机中进行混合，得到混合物，混捏过程为：先干混20-35min，然后湿混40-55min，使不同粒度大小的固体炭质物料均匀的混合，提高混合料的密实度，
然后将混捏好的混合物放入成型设备中，施加外部作用力使其产生塑性变形，形成一定形状、尺寸、密度和强度的生坯，且在成型生坯后进行冷却，成型方法为模压，且采用的设备为立式液压机，之后进行挤压处理，挤压过程为凉料、装料、预压、挤压，将混捏后的炭质物料进行降温，且降至适宜温度，并且温度范围为90-120℃，装料时将适宜温度的炭质物料放入压机中，且用4-10MPa压实，然后进行预压，预压的压力为20-25MPa，且预压的时间为3-5min，并且抽真空，之后进行挤压，挤压的压力为5-15MPa，挤压后将生坯在填充料的保护下，装入加热炉内进行高温热处理，使生坯中的煤沥青碳化，提高机械强度，
在炭质物料挤压后，进行焙烧，且焙烧分为2次，一次焙烧的时间为22-30天，焙烧最高温度为1250℃，并且二次焙烧的时间为5-10天，焙烧最高温度范围为700-800℃，同时二次焙烧是焙烧品浸渍后再次焙烧，其中浸渍过程为先对焙烧坯进行表面清理，然后进行预热，预热温度为260-380℃，且预热时间为6-10h，然后将焙烧坯装入浸渍罐，进行抽真空处理，抽真空的压力为8-9KPa，时间为40-50min，然后注沥青，温度为180-200℃，之后再次加压，压力为1.2-1.5MPa，时间为3-4h，最后进行冷却，浸渍冷却后进行石墨化处理，在高温炉内保护介质中把炭制品加热到2300℃以上，使石墨晶质结构进行高温处理，提高炭材料的导电、导热性，同时可以提高炭材料的化学稳定性，使炭材料具有润滑性和抗磨性，之后对得到的石墨电极表面通过开孔机进行开孔，且散热孔在石墨电极的表面等间距分布，并且在石墨电极的外表面喷涂防氧化涂层，减缓石墨电极的氧化，这样可以使石墨电极后期使用时，不仅提高了自身的结构强度，还具有散热抗氧化的功能，进而延长了石墨电极的使用寿命。
实施例2
本实施例2提供一种高强度石墨电极的制备方法，以下对上述方法进行详细介绍。
在制备前，先对原材料进行准备，即准备石油焦60份，针状焦50份，煤沥青30份，然后对原料进行第一次处理，将大块的石油焦、针状焦和煤沥青放入破碎机中进行破碎，使石油焦、针状焦和煤沥青的颗粒变小，其中破碎机为颚式破碎机，且破碎粒径为0.5-20mm，原材料破碎后，对原材料进行磨粉第二次处理，并且在磨粉后进行筛分，其中筛网的孔径范围为0.075-0.15mm，之后准备配料，即准备氧化钙5份，三氧化二铁1份，碳纤维20份，且在配料准备好后，将配料放入颚式破碎机，并且破碎粒径为0.5-20mm，同时配料破碎后进行筛分，而筛网的孔径为0.075-0.15mm，这样便可以使原材料和配料都保证均匀度，
然后对原料进行煅烧处理，将原材料放入煅烧炉中进行热处理，排出所含的水分和挥发份，原料煅烧炉采用燃气及自身挥发份作为热源进行煅烧，且煅烧的温度为1250-1350℃，且在煅烧后进行冷却，然后将冷却后的原材料和配料一起倒入混捏机中进行混合，得到混合物，混捏过程为：先干混20-35min，然后湿混40-55min，使不同粒度大小的固体炭质物料均匀的混合，提高混合料的密实度，
然后将混捏好的混合物放入成型设备中，施加外部作用力使其产生塑性变形，形成一定形状、尺寸、密度和强度的生坯，且在成型生坯后进行冷却，成型方法为模压，且采用的设备为立式液压机，之后进行挤压处理，挤压过程为凉料、装料、预压、挤压，将混捏后的炭质物料进行降温，且降至适宜温度，并且温度范围为90-120℃，装料时将适宜温度的炭质物料放入压机中，且用4-10MPa压实，然后进行预压，预压的压力为20-25MPa，且预压的时间为3-5min，并且抽真空，之后进行挤压，挤压的压力为5-15MPa，挤压后将生坯在填充料的保护下，装入加热炉内进行高温热处理，使生坯中的煤沥青碳化，提高机械强度，
在炭质物料挤压后，进行焙烧，且焙烧分为2次，一次焙烧的时间为22-30天，焙烧最高温度为1250℃，并且二次焙烧的时间为5-10天，焙烧最高温度范围为700-800℃，同时二次焙烧是焙烧品浸渍后再次焙烧，其中浸渍过程为先对焙烧坯进行表面清理，然后进行预热，预热温度为260-380℃，且预热时间为6-10h，然后将焙烧坯装入浸渍罐，进行抽真空处理，抽真空的压力为8-9KPa，时间为40-50min，然后注沥青，温度为180-200℃，之后再次加压，压力为1.2-1.5MPa，时间为3-4h，最后进行冷却，浸渍冷却后进行石墨化处理，在高温炉内保护介质中把炭制品加热到2300℃以上，使石墨晶质结构进行高温处理，提高炭材料的导电、导热性，同时可以提高炭材料的化学稳定性，使炭材料具有润滑性和抗磨性，之后对得到的石墨电极表面通过开孔机进行开孔，且散热孔在石墨电极的表面等间距分布，并且在石墨电极的外表面喷涂防氧化涂层，减缓石墨电极的氧化，这样可以使石墨电极后期使用时，不仅提高了自身的结构强度，还具有散热抗氧化的功能，进而延长了石墨电极的使用寿命。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高强度石墨电极的制备方法，包括：
步骤1：准备原材料
对原材料进行称重存储，即准备石油焦40-60份，针状焦30-50份，煤沥青20-40份；
步骤2：对原料进行第一次处理
将大块的石油焦、针状焦和煤沥青放入破碎机中进行破碎，使石油焦、针状焦和煤沥青的颗粒变小；
步骤3：对原料进行第二次处理
将破碎后的石油焦、针状焦和煤沥青进行磨粉处理，且在磨粉后进行筛分，保证原材料的细腻度；
步骤4：准备配料
对配料进行称重，即准备氧化钙3-5份，三氧化二铁0.5-1份，碳纤维20-40份；
步骤5：对配料进行处理
将配料放入研磨机中进行研磨，使配料的颗粒减小，且对研磨后的配料进行筛分，保证配料的细腻度；
步骤6：对原料进行煅烧处理
将原材料放入煅烧炉中进行热处理，排出所含的水分和挥发份，且在煅烧后进行冷却；
步骤7：混捏处理
将冷却后的原材料和配料一起倒入混捏机中进行混合，得到混合物；
步骤8：成型处理
将混捏好的混合物放入成型设备中，施加外部作用力使其产生塑性变形，形成一定形状、尺寸、密度和强度的生坯，且在成型生坯后进行冷却；
步骤9：挤压
将冷却至一定温度的生坯进行装料，放入压机中，然后进行预压、挤压、剪切；
步骤10：焙烧
将生坯在填充料的保护下，装入加热炉内进行高温热处理，使生坯中的煤沥青碳化，提高机械强度；
步骤11：石墨化处理
在高温炉内保护介质中对炭制品加热，提高炭材料的导电、导热性,
步骤12：开孔处理
在石墨电极的表面开设散热孔，提高石墨电极使用时的散热进度,
步骤13：防氧化处理
在石墨电极的外表面喷涂防氧化涂层，减缓石墨电极的氧化。
2.根据权利要求1所述的一种高强度石墨电极的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的石油焦50份，针状焦40份，煤沥青20份，且步骤2中的破碎机为颚式破碎机，并且破碎后的粒径为0.5-20mm。
3.根据权利要求1所述的一种高强度石墨电极的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的原材料磨粉后筛分，且筛网的孔径范围为0.075-0.15mm。
4.根据权利要求1所述的一种高强度石墨电极的制备方法，其特征在于：所述步骤4中的氧化钙4份，三氧化二铁0.75份，碳纤维30份，且步骤5中的配料粉碎机为颚式破碎机，并且破碎粒径为0.5-20mm，同时配料破碎后进行筛分，而筛网的孔径为0.075-0.15mm。
5.根据权利要求1所述的一种高强度石墨电极的制备方法，其特征在于：所述步骤6中的原料煅烧炉采用燃气及自身挥发份作为热源进行煅烧，且煅烧的温度为1250-1350℃。
6.根据权利要求1所述的一种高强度石墨电极的制备方法，其特征在于：所述步骤7中的混捏过程为：干混20-35min，湿混40-55min，使不同粒度大小的固体炭质物料均匀的混合，提高混合料的密实度。
7.根据权利要求1所述的一种高强度石墨电极的制备方法，其特征在于：所述步骤8中的成型方法为模压，且采用的设备为立式液压机，所述步骤9中的挤压过程为凉料、装料、预压、挤压，将混捏后的炭质物料进行降温，且降至适宜温度，并且温度范围为90-120℃，装料时将适宜温度的炭质物料放入压机中，且用4-10MPa压实，然后进行预压，预压的压力为20-25MPa，且预压的时间为3-5min，并且抽真空，之后进行挤压，挤压的压力为5-15MPa。
8.根据权利要求1所述的一种高强度石墨电极的制备方法，其特征在于：所述步骤10中的焙烧分为2次，且一次焙烧的时间为22-30天，焙烧最高温度为1250℃，并且二次焙烧的时间为5-10天，焙烧最高温度范围为700-800℃，同时二次焙烧是焙烧品浸渍后再次焙烧。
9.根据权利要8所述的一种高强度石墨电极的制备方法，其特征在于：所述步骤10中的二次焙烧浸渍过程为先对焙烧坯进行表面清理，然后进行预热，预热温度为260-380℃，且预热时间为6-10h，然后将焙烧坯装入浸渍罐，进行抽真空处理，抽真空的压力为8-9KPa，时间为40-50min，然后注沥青，温度为180-200℃，之后再次加压，压力为1.2-1.5MPa，时间为3-4h，最后进行冷却。
10.根据权利要1所述的一种高强度石墨电极的制备方法，其特征在于：所述步骤12中的开孔处理是在石墨电极的表面通过开孔机进行开孔，且散热孔在石墨电极的表面等间距分布。
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