CN117438129A - 一种再生石墨电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于炭电极技术领域，具体涉及一种再生石墨电极及其制备方法，再生石墨电极包括以下重量百分比的组分：废旧石墨碎40～60％、废旧石墨化焦18‑25％和煤沥青18～25％，制备方法包括如下工艺步骤：步骤一，预碎及中碎磨粉：步骤二，配料：步骤三，加温混捏：加热干混，然后加入改质煤沥青，进行湿混；步骤四，晾料：步骤五，成型：振动成型制得生制品；步骤六，焙烧：将步骤五的生制品用冶金焦粒填充空隙，并捣实，加热处理成合格焙烧品；步骤七，加工成品，本发明的再生石墨电极经资源整合降低了产品的电阻率，提高产品导电、导热性能，提高产品的热稳定性，提高用户的生产效率，降低用户的成本。
Description
技术领域
本发明属于炭电极技术领域，具体涉及一种再生石墨电极及其制备方法。
背景技术
国内生产炭电极的企业，采用部分石墨化块状材料，部分炭质材料生产，所生产的电极为高石墨质电极或者半石墨质电极，不仅成本居高不下，而且石墨化块状材料采购困难。石墨化块状材料为冶炼行业或炭素生产企业的废品，价格在4000-5000元/吨，有时候还存在不同的杂质，对炭电极的生产造成不同程度的影响。
目前的炭电极主要成分是电煅煤、煅后焦、煤沥青和少量的石墨材料。按照炭电极材料内对其导电性能的影响，石墨材料含量越高，电阻率就越低、导电性能就越高，耗电量就越低，但是石墨材料的含量高的情况下，带来毛坯成型的困难，且易发生产品裂纹，大直径炭电极的生产的难度更大。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种再生石墨电极及其制备方法，达到用废旧石墨化焦和废旧石墨碎混合生产再生石墨电极，可实现资源整合，优势互补，解决电极生产原料价格高、采购困难的问题，重要的是降低产品的电阻率，提高产品导电、导热性能，提高产品的热稳定性，提高用户的生产效率，降低用户的成本的目的。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案实现的：
本发明目的在于提供一种再生石墨电极，包括以下重量百分比的组分：废旧石墨碎40～60％、废旧石墨化焦18-25％和煤沥青18～25％。
进一步的，废旧石墨碎包括粒径范围2-35mm的废旧石墨碎25～35％和粒径范围0.075-2mm的废旧石墨碎15～25％。
进一步的，废旧石墨化焦粒径为-0.075mm，煤沥青为改质煤沥青。
进一步的，包括以下重量百分比的组分：粒径范围2-35mm的废旧石墨碎34％、粒径范围0.075-2mm的废旧石墨碎23％、粒径为-0.075mm的废旧石墨化焦22％和改质煤沥青21％。
进一步的，废旧石墨化焦、废旧石墨碎均匀分布在与改质煤沥青混捏形成的胶料中。
一种再生石墨电极的制备方法，包括如下工艺步骤：
步骤一，预碎及中碎磨粉：将废旧石墨化焦大块原料经机械破碎和研磨为粉料、废旧石墨碎大块原料经机械破碎和研磨为颗粒料：
步骤二，配料：将各破碎好的颗粒料和粉料按配比称重备用；
步骤三，加温混捏：将称重好的颗粒料和粉料加入混捏锅中，加热干混，然后加入改质煤沥青，进行湿混；
步骤四，晾料：对步骤三的糊料搅拌晾料；
步骤五，成型：称取规定重量，放入模具，振动成型制得生制品；
步骤六，焙烧：将步骤五的生制品用冶金焦粒填充空隙，并捣实，加热处理成合格焙烧品，待用；
步骤七，加工、成品：将步骤六待用的焙烧品测试加工成成品。
进一步的，步骤三中常压下加入废旧石墨化焦、废旧石墨碎前，先将混捏锅预热至180℃，加入后加热至200～220℃，干混30分钟，排出物料中的水分，然后加入已完全融化并经充分静置，且温度在190℃的改质煤沥青，湿混45分钟呈糊料状出锅，排入料斗中。
进一步的，步骤四中把料斗内的糊料放入经过预热且温度稳定在140℃的晾料拌筒中，经过15分钟的搅拌晾料，糊料温度达到140-160℃时，放入称量装置中称重。
进一步的，步骤五振动成型包括上部采用液压缸加压，下部采用偏心块震动装置保持高速振动，使体积密度≥1.70g/cm3。
进一步的，步骤六还包括在环式焙烧炉底部铺设冶金焦粒，将生制品装入环式焙烧炉，用冶金焦粒填充空隙，并捣实，在隔绝空气条件下，按曲线升温速度进行加热处理成合格焙烧品。
废旧石墨化焦和石墨炭板作为石墨化生产过程中的辅助材料，主要作为石墨化生产过程中的保温料和电阻料及箱体部件，石墨炭板作为石墨化箱式炉的结构板材，石墨化箱式炉炭板的更换较快，拆除的石墨炭板成为固废堆积，不仅占用了企业的资金，对资源也存在巨大的浪费，在国内，废旧石墨化焦的产量很高，不仅国内库存量大，而且价格在2500-3500元/吨，但是用途却很少，废旧石墨化焦除了一少部分能够做增炭剂外，大部分废旧石墨化焦处于闲置状态。
用废旧石墨化焦和废旧石墨碎混合生产再生石墨电极，可实现资源整合，优势互补，解决了电极生产原料价格高、采购困难的问题，重要的是降低了产品的电阻率，提高了产品导电、导热性能，提高了产品的热稳定性，提高了用户的生产效率，降低了用户的成本。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
1、本发明的再生石墨电极较传统电极在指标和质量方面有较大提高，具有较低的电阻率，良好的导热性能、很好的抗热震性，大大降低矿热炉冶炼的断裂事故，提高了用户的生产效率。并且再生石墨电极与半石墨电极、高石墨质电极相比，成本下降18％，降低了用户的生产成本。
2、本发明用石墨化焦和石墨碎混合生产再生石墨电极，可实现资源整合，优势互补，解决了炭电极生产原料价格高、采购困难的问题，重要的是降低了产品的电阻率，提高了产品导电、导热性能，提高了产品的热稳定性，提高了用户的生产效率，降低了用户的成本，解决了废旧石墨化焦处理问题并实现了废物利用，获得高质量的电极。
3、本发明的电极比普通炭电极在性能指标和质量方面有较大提高，具有很高的抗拉强度，很好的抗热震性，大大降低矿热炉冶炼的断裂事故，提高了用户的生产效率，且可以降低高石墨质电极电阻率、热膨胀系数、提高电极整体强度而又不增加杂质元素，降低了用户的生产成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述内容和其目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明技术方案作进一步详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
另外，除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备均可通过市场购买获得或现有方法制备得到。
一种再生石墨电极，包括以下重量百分比的组分：粒状废旧石墨碎(粒径范围2-35mm)25～35％、粒状废旧石墨碎(粒径范围0.075-2mm)15～25％，粉状废旧石墨化焦(“-0.075mm”代表粒径范围小于0.075mm)18-25％、煤沥青18～25％。
废旧石墨化焦、废旧石墨碎均匀分布在与改质煤沥青混捏形成的胶料中。
实施例1
一种再生石墨电极，包括以下重量百分比的组分：粒状废旧石墨碎(2-35mm)34％、粒状废旧石墨碎(0.075-2mm)23％，粉状废旧石墨化焦(-0.075mm)22％、改质煤沥青21％。
实施例2
一种再生石墨电极，包括以下重量百分比的组分：粒状废旧石墨碎(2-35mm)35％、粒状废旧石墨碎(0.075-2mm)25％，粉状废旧石墨化焦(-0.075mm)18％、煤沥青22％。
实施例3
一种再生石墨电极，包括以下重量百分比的组分：粒状废旧石墨碎(2-35mm)25％、粒状废旧石墨碎(0.075-2mm)25％，粉状废旧石墨化焦(-0.075mm)25％、煤沥青25％。
实施例4
一种再生石墨电极的制备方法，具体包括如下工艺步骤：
步骤一，预碎及中碎磨粉：将废旧石墨化焦、废旧石墨碎等大块原料经机械破碎和研磨为颗粒料或粉料：
步骤二，配料：将各种破碎好的颗粒料和粉料按照废旧石墨化焦22％、石墨碎57％、改质煤沥青21％的重量比称重配比；
步骤三，加温混捏：将混捏锅预热至180℃，常压下将废旧石墨化焦、废旧石墨碎加入混捏锅中加热至220℃，干混30分钟，排出物料中的水分，然后加入已完全融化并经充分静置且温度在190℃的21％改质煤沥青，湿混45分钟呈糊料状出锅，排入料斗中；
步骤四，晾料：把料斗内的糊料放入经过预热且温度稳定在140℃的晾料拌筒中，经过15分钟的搅拌晾料，糊料中的沥青烟气大部分排出，糊料温度达到140℃时，放入称量装置中称重；
步骤五，成型：称取规定重量，放入模具，上部采用液压缸加压，下部采用偏心块震动装置保持高速振动，使体积密度≥1.70g/cm3，制得生制品；
步骤六，焙烧：采用环式焙烧炉，在环式焙烧炉底部铺设冶金焦粒，将再生石墨电极生坯装入环式焙烧炉，用冶金焦粒填充空隙，并捣实，在隔绝空气条件下，按曲线升温速度进行加热处理成合格焙烧品，待用；
步骤七，加工、成品：将上述待用的焙烧品按照规定的技术要求进行测试，加工成规定规格的再生石墨电极产品，经严格的指标和尺寸检测，按照要求进行包装、入库。
实施例5
一种再生石墨电极的制备方法，具体包括如下工艺步骤：
步骤一，预碎及中碎磨粉：将废旧石墨化焦、废旧石墨碎等大块原料经机械破碎和研磨为颗粒料或粉料：
步骤二，配料：将各种破碎好的颗粒料和粉料按照废旧石墨化焦25％、石墨碎50％、改质煤沥青25％的重量比称重配比；
步骤三，加温混捏：将混捏锅预热至180℃，常压下将废旧石墨化焦、废旧石墨碎加入混捏锅中加热至210℃，干混30分钟，排出物料中的水分，然后加入已完全融化并经充分静置且温度在190℃的21％改质煤沥青，湿混45分钟呈糊料状出锅，排入料斗中；
步骤四，晾料：把料斗内的糊料放入经过预热且温度稳定在140℃的晾料拌筒中，经过15分钟的搅拌晾料，糊料中的沥青烟气大部分排出，糊料温度达到150℃时，放入称量装置中称重；
步骤五，成型：称取规定重量，放入模具，上部采用液压缸加压，下部采用偏心块震动装置保持高速振动，使体积密度≥1.70g/cm3，制得生制品；
步骤六，焙烧：采用环式焙烧炉，在环式焙烧炉底部铺设冶金焦粒，将再生石墨电极生坯装入环式焙烧炉，用冶金焦粒填充空隙，并捣实，在隔绝空气条件下，按曲线升温速度进行加热处理成合格焙烧品，待用；
步骤七，加工、成品：将上述待用的焙烧品按照规定的技术要求进行测试，加工成规定规格的再生石墨电极产品，经严格的指标和尺寸检测，按照要求进行包装、入库。
实施例6
一种再生石墨电极的制备方法，具体包括如下工艺步骤：
步骤一，预碎及中碎磨粉：将废旧石墨化焦、废旧石墨碎等大块原料经机械破碎和研磨为颗粒料或粉料：
步骤二，配料：将各种破碎好的颗粒料和粉料按照废旧石墨化焦25％、石墨碎57％、改质煤沥青18％的重量比称重配比；
步骤三，加温混捏：将混捏锅预热至180℃，常压下将废旧石墨化焦、废旧石墨碎加入混捏锅中加热至200℃，干混30分钟，排出物料中的水分，然后加入已完全融化并经充分静置且温度在190℃的21％改质煤沥青，湿混45分钟呈糊料状出锅，排入料斗中；
步骤四，晾料：把料斗内的糊料放入经过预热且温度稳定在140℃的晾料拌筒中，经过15分钟的搅拌晾料，糊料中的沥青烟气大部分排出，糊料温度达到160℃时，放入称量装置中称重；
步骤五，成型：称取规定重量，放入模具，上部采用液压缸加压，下部采用偏心块震动装置保持高速振动，使体积密度≥1.70g/cm3，制得生制品；
步骤六，焙烧：采用环式焙烧炉，在环式焙烧炉底部铺设冶金焦粒，将再生石墨电极生坯装入环式焙烧炉，用冶金焦粒填充空隙，并捣实，在隔绝空气条件下，按曲线升温速度进行加热处理成合格焙烧品，待用；
步骤七，加工、成品：将上述待用的焙烧品按照规定的技术要求进行测试，加工成规定规格的再生石墨电极产品，经严格的指标和尺寸检测，按照要求进行包装、入库。
上述实施例1-6的再生石墨电极的电电极检测理化指标如以下表1。
表1
| 电阻率(μΩ·m) | 抗折强度(MPa) | 灰分(％) | 硫含量(％) | |
| 实施例1 | 27.5 | 9.1 | 0.31 | 0.38 |
| 实施例2 | 29.2 | 8.4 | 0.43 | 0.39 |
| 实施例3 | 30.1 | 9.5 | 0.39 | 0.37 |
| 实施例4 | 27.4 | 8.6 | 0.27 | 0.31 |
| 实施例5 | 28.1 | 8.1 | 0.33 | 0.32 |
| 实施例6 | 30.6 | 8.9 | 0.40 | 0.31 |
由上表可知，本发明加工的再生石墨电极的机械强度高，导电性能高，本发明电极的理化指标为：电阻率27-31μΩ·m、抗折强度≥8MPa、灰分≤0.5％，硫含量≤0.5％。本发明的废旧石墨化焦、废旧石墨材料均匀分布在改质煤沥青粘结介质内：其中石墨材料为石墨碎，该石墨碎的来源于石墨电极机加工时的废料或是石墨化时所用的填充料等，原料易取得，该再生石墨电极材料中的沥青采用改质煤沥青，改质煤沥青的残炭量高，粘结性好，能够很好地将均匀分布在煤沥青介质内的废旧石墨化焦、石墨材料固定在电极内，因此，该再生石墨电极的机械强度高。
另外，本发明的加工方法流程短、效率高、能耗低，加工的再生石墨电极质量稳定性高，均质性好。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种再生石墨电极，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：废旧石墨碎40～60％、废旧石墨化焦18-25％和煤沥青18～25％。
2.如权利要求1所述一种再生石墨电极，其特征在于：废旧石墨碎包括粒径范围2-35mm的废旧石墨碎25～35％和粒径范围0.075-2mm的废旧石墨碎15～25％。
3.如权利要求2所述一种再生石墨电极，其特征在于：废旧石墨化焦粒径为-0.075mm，煤沥青为改质煤沥青。
4.如权利要求3所述一种再生石墨电极，其特征在于：包括以下重量百分比的组分：粒径范围2-35mm的废旧石墨碎34％、粒径范围0.075-2mm的废旧石墨碎23％、粒径为-0.075mm的废旧石墨化焦22％和改质煤沥青21％。
5.如权利要求1所述一种再生石墨电极，其特征在于：废旧石墨化焦、废旧石墨碎均匀分布在与改质煤沥青混捏形成的胶料中。
6.如权利要求1-5任一项所述一种再生石墨电极的制备方法，其特征在于：包括如下工艺步骤：
步骤一，预碎及中碎磨粉：将废旧石墨化焦大块原料经机械破碎和研磨为粉料、废旧石墨碎大块原料经机械破碎和研磨为颗粒料：
步骤二，配料：将各破碎好的颗粒料和粉料按配比称重备用；
步骤三，加温混捏：将称重好的颗粒料和粉料加入混捏锅中，加热干混，然后加入改质煤沥青，进行湿混；
步骤四，晾料：对步骤三的糊料搅拌晾料；
步骤五，成型：称取规定重量，放入模具，振动成型制得生制品；
步骤六，焙烧：将步骤五的生制品用冶金焦粒填充空隙，并捣实，加热处理成合格焙烧品，待用；
步骤七，加工、成品：将步骤六待用的焙烧品测试加工成成品。
7.如权利要求6所述一种再生石墨电极的制备方法，其特征在于：步骤三中常压下加入废旧石墨化焦、废旧石墨碎前，先将混捏锅预热至180℃，加入后加热至200～220℃，干混30分钟，排出物料中的水分，然后加入已完全融化并经充分静置，且温度在190℃的改质煤沥青，湿混45分钟呈糊料状出锅，排入料斗中。
8.如权利要求6所述一种再生石墨电极的制备方法，其特征在于：步骤四中把料斗内的糊料放入经过预热且温度稳定在140℃的晾料拌筒中，经过15分钟的搅拌晾料，糊料温度达到140-160℃时，放入称量装置中称重。
9.如权利要求6所述一种再生石墨电极的制备方法，其特征在于：步骤五振动成型包括上部采用液压缸加压，下部采用偏心块震动装置保持高速振动，使体积密度≥1.70g/cm3。
10.如权利要求6所述一种再生石墨电极的制备方法，其特征在于：步骤六还包括在环式焙烧炉底部铺设冶金焦粒，将生制品装入环式焙烧炉，用冶金焦粒填充空隙，并捣实，在隔绝空气条件下，按曲线升温速度进行加热处理成合格焙烧品。
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