CN1571593A - 一种含鳞片石墨的炭电极的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含鳞片石墨的炭电极的生产工艺，其原材料采用如下粒度的重量百分比成分：0.075～0.15mm煅后石油焦粉23～28％，0.075～0.15mm鳞片石墨粉2～8％，0.5～4mm煅后石油焦18～23％，4～10mm煅后石油焦11～19％，4～10mm电煅无烟煤6～14％，10～16mm煅后石油焦2～10％，粘结剂中温煤沥青16～20％，将以上原料成份进行混捏、成型、焙烧后，再进行机械加工制成，采用本发明工艺生产的炭电极冶炼工业硅，可有效提高工业硅产量，降低电极消耗和电能消耗，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿热炉用电能载体材料的生产工艺，具体为一种含鳞片石墨的炭电极的生产工艺。
技术背景
目前工业硅冶炼普遍采用的是含人造石墨的普通炭电极，选用石油焦、人造石墨、煤沥青为原料，而人造石墨价格昂贵、资源有限，并且含人造石墨的炭电极电阻较高，允许电流负荷较小，导电、导热性较差，使电能部分损失在电极上，形成热应力，在工业硅冶炼中造成掉块现象，从而电耗、电极消耗较高，导致工业硅生产成本也较高，与国际同行业水平相比差距较大，在与国际同行竞争中处于劣势地位。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效提高工业硅产量，降低工业硅生产成本的含鳞片石墨的炭电极的生产工艺。
本发明的技术方案为：本发明工艺原料采用如下粒度的重量百分比成份：0.075～0.15mm煅后石油焦粉23～28％，0.075～0.15mm鳞片石墨粉2～8％，0.5～4mm煅后石油焦18～23％，4～10mm煅后石油焦11～19％，4～10mm电煅无烟煤6～14％，10～16mm煅后石油焦2～10％，粘结剂中温煤沥青16～20％，将以上原料成份进行混捏、成型、焙烧后，再进行机械加工制成，采用本发明工艺生产的炭电极冶炼工业硅，可有效提高工业硅产量，降低电极消耗和电能消耗，降低生产成本。
本发明工艺流程中的混捏为：①将称量好的原料加入2000L的卧式双轴混捏机中；②进行干混，干混时间为35～40分钟，干混温度为120～125℃；③在干混温度为120～125℃时，加入170～180℃的中温煤沥青进行混捏；④混捏时间在40～45分钟，混捏温度为145～150℃。
本发明工艺流程中的成型为：①将混捏后的糊料在凉料机上进行凉料，当糊料温度降至120～125℃时，即可放入模具中；②采用液压立式振动成型技术，主要工艺参数为：液压压力5～8Mpa，振幅1.0～3.0mm，振动频率18～25Hz，振动时间为6～8分钟；③振动完成后，保持压力静置2分钟；④静置完成后，打开模具，拉出生坯喷水冷却3～4小时，要求冷却水温为30～40℃；⑤冷却完成后，即生产出含鳞片石墨的炭电极生坯。
本发明工艺流程中的焙烧为：①装炉制度：要求生坯垂直立装，生坯与生坯距离100～120mm，生坯与窑炉墙壁距离200～250mm，生坯下端铺150mm厚度的冶金焦粉，生坯上端覆盖300～500mm厚度的冶金焦粉；②升温制度：从室温至230℃温度区间平均升温速度每小时2.5～3℃，在230℃至460℃温度区间平均升温速度为每小时1.0～1.5℃，在460℃到600℃温度区间平均升温速度为每小时2.5～3℃，在600℃至1000℃温度区间平均升温速度为每小时3.5～4℃；③最终焙烧温度为980～1000℃，焙烧总时间为370～479小时；④降温制度：采用自然冷却方式，每小时降温5～8℃。⑤产品冷却到350～400℃时，即可出炉，焙烧成含鳞片石墨的炭电极焙烧品。
本发明工艺流程中的机械加工为：①将电极焙烧品用手电钻打一个中心孔，作为车外圆的顶尖中心位置；②用气动顶尖顶住中心孔，启动车床；③车外圆：车床主轴转速每分钟180转，走刀量3mm/r；④平端面与镗孔：车床主轴转速每分钟290转，走刀量2mm/r；⑤铣螺纹：车床主轴转速每分钟36转，铣刀转速每分钟960转；⑥铣螺纹完成后，即生产出含鳞片石墨的炭电极成品。
本发明工艺的积极效果为：本发明工艺中的炭电极经过原料优选、科学配方、振动成型、高温焙烧、高精度机械加工工艺生产，省掉了昂贵的人造石墨，采用了廉价且性能优良的鳞片石墨，大幅度降低了电极电阻，其均匀性及导电性好，允许电流密度较大，在工业硅冶炼中电极的抗热震性提高，冶炼过程平稳，各项技术指标满足工业硅冶炼行业技术要求。
本发明电极理化指标
a、电阻率：35～40μΩm
b、抗折强度：≥6MPa
c、灰份：≤1％
d、硫含量：≤0.5％
e、热膨胀系数：[3.5～4.5]×10-6/℃
f、体积密度：≥1.56g/cm3
在工业硅冶炼过程中，采用本发明工艺生产的电极和普通炭电极相比有以下优点：
a、日产量：使用本发明炭电极后与普通炭电极相比日产量从11.5t提高到13.2t
b、电极消耗：普通炭电极(φ650mm)吨工业硅消耗102kg，本发明电极(φ650mm)吨工业硅消耗89kg
c、吨工业硅耗电：普通炭电极电耗12600KWh，本发明电极电耗11900KWh，节省700KWh/t
d、采用本发明电极与普通炭电极相比吨工业硅成本降低460元，成本降低主要因素是耗电降低、电极消耗降低、日产量提高所致。
具体实施方式：
下面结合实施例将本发明工艺作详细介绍：
本发明工艺流程为为配料、混捏、成型、焙烧、机械加工。
实施例1：配料：本工艺配料组成的重量百分比为：0.075mm煅后石油焦粉23％，0.075mm鳞片石墨粉8％，0.5mm煅后石油焦18％，4mm煅后石油焦19％，4mm电煅无烟煤6％，10mm煅后石油焦10％，粘结剂中温煤沥青16％。
混捏：①将称量好的原料加入2000L的卧式双轴混捏机中；②进行干混，干混时间为35分钟，干混温度为120℃；③在干混温度为120℃时，加入170℃的中温煤沥青进行混捏；④混捏时间在40分钟，混捏温度为145℃。
成型：①将混捏后的糊料在凉料机上进行凉料，当糊料温度降至120℃时放入模具中；②采用液压立式振动成型技术，主要工艺参数为：液压压力5Mpa，振幅1.0mm，振动频率18Hz，振动时间为6分钟；③振动完成后，保持压力静置2分钟；④静置完成后，打开模具，拉出生坯喷水冷却3小时，要求冷却水温为30℃；⑤冷却完成后，即生产出含鳞片石墨的炭电极生坯。
焙烧：①装炉制度：要求生坯垂直立装，生坯与生坯距离100mm，生坯与窑炉墙壁距离200mm，生坯下端铺150mm厚度的冶金焦粉，生坯上端覆盖300mm厚度的冶金焦粉；②升温制度：从室温至230 ℃温度区间平均升温速度每小时2.5℃，在230℃至460℃温度区间平均升温速度为每小时1.0℃，在460℃到600℃温度区间平均升温速度为每小时2.5℃，在600℃至980℃温度区间平均升温速度为每小时3.5℃；③最终焙烧温度为980℃，焙烧总时间为479小时；④降温制度：采用自然冷却方式，每小时降温5℃。⑤产品冷却到350℃时出炉，焙烧成含鳞片石墨的炭电极焙烧品。
机械加工：①将电极焙烧品用手电钻打一个中心孔，作为车外圆的顶尖中心位置；②用气动顶尖顶住中心孔，启动车床；③车外圆：车床主轴转速每分钟180转，走刀量3mm/r；④平端面与镗孔：车床主轴转速每分钟290转，走刀量2mm/r；⑤铣螺纹：车床主轴转速每分钟36转，铣刀转速每分钟960转；⑥铣螺纹完成后，即生产出含鳞片石墨的炭电极成品。
实施例2：配料：本工艺配料组成的重量百分比为：0.15mm煅后石油焦粉28％，0.15mm鳞片石墨粉2％，4mm煅后石油焦23％，10mm煅后石油焦11％，10mm电煅无烟煤14％，16mm煅后石油焦2％，粘结剂中温煤沥青20％，
混捏：①将称量好的原料加入2000L的卧式双轴混捏机中；②进行干混，干混时间为40分钟，干混温度为125℃；③在干混温度为125℃时，加入180℃的中温煤沥青进行混捏；④混捏时间在45分钟，混捏温度为150℃。
成型：①将混捏后的糊料在凉料机上进行凉料，当糊料温度降至125℃时放入模具中；②采用液压立式振动成型技术，主要工艺参数为：液压压力8Mpa，振幅3.0mm，振动频率25Hz，振动时间为8分钟；③振动完成后，保持压力静置2分钟；④静置完成后，打开模具，拉出生坯喷水冷却4小时，要求冷却水温为40℃；⑤冷却完成后，即生产出含鳞片石墨的炭电极生坯。
焙烧：①装炉制度：要求生坯垂直立装，生坯与生坯距离120mm，生坯与窑炉墙壁距离250mm，生坯下端铺150mm厚度的冶金焦粉，生坯上端覆盖500mm厚度的冶金焦粉；②升温制度：从室温至230℃温度区间平均升温速度每小时3℃，在230℃至460℃温度区间平均升温速度为每小时1.5℃，在460℃到600℃温度区间平均升温速度为每小时3℃，在600℃至1000℃温度区间平均升温速度为每小时4℃；③最终焙烧温度为1000℃，焙烧总时间为370小时；④降温制度：采用自然冷却方式，每小时降温8℃。⑤产品冷却到400℃时出炉，焙烧成含鳞片石墨的炭电极焙烧品。
机械加工：①将电极焙烧品用手电钻打一个中心孔，作为车外圆的顶尖中心位置；②用气动顶尖顶住中心孔，启动车床；③车外圆：车床主轴转速每分钟180转，走刀量3mm/r；④平端面与镗孔：车床主轴转速每分钟290转，走刀量2mm/r；⑤铣螺纹：车床主轴转速每分钟36转，铣刀转速每分钟960转；⑥铣螺纹完成后，即生产出含鳞片石墨的炭电极成品。
实施例3：配料：本工艺配料组成的重量百分比为：0.10mm煅后石油焦粉26％，0.10mm鳞片石墨粉5％，2.5mm煅后石油焦21％，7mm煅后石油焦15％，7mm电煅无烟煤10％，13mm煅后石油焦5％，粘结剂中温煤沥青18％。
混捏：①将称量好的原料加入2000L的卧式双轴混捏机中；②进行干混，干混时间为38分钟，干混温度为122℃；③在干混温度为122℃时，加入175℃的中温煤沥青进行混捏；④混捏时间在42分钟，混捏温度为148℃。
成型：①将混捏后的糊料在凉料机上进行凉料，当糊料温度降至122℃时放入模具中；②采用液压立式振动成型技术，主要工艺参数为：液压压力6Mpa，振幅2.0mm，振动频率20Hz，振动时间为7分钟；③振动完成后，保持压力静置2分钟；④静置完成后，打开模具，拉出生坯喷水冷却3.5小时，要求冷却水温为35℃；⑤冷却完成后，即生产出含鳞片石墨的炭电极生坯。
焙烧：①装炉制度：要求生坯垂直立装，生坯与生坯距离110mm，生坯与窑炉墙壁距离220mm，生坯下端铺150mm厚度的冶金焦粉，生坯上端覆盖400mm厚度的冶金焦粉；②升温制度：从室温至230℃温度区间平均升温速度每小时2.8℃，在230℃至460℃温度区间平均升温速度为每小时1.2℃，在460℃到600℃温度区间平均升温速度为每小时2.6℃，在600℃至990℃温度区间平均升温速度为每小时3.8℃；③最终焙烧温度为990℃，焙烧总时间为423小时；④降温制度：采用自然冷却方式，每小时降温6.5℃。⑤产品冷却到375℃时出炉，即可出炉，焙烧成含鳞片石墨的炭电极焙烧品。
机械加工：①将电极焙烧品用手电钻打一个中心孔，作为车外圆的顶尖中心位置；②用气动顶尖顶住中心孔，启动车床；③车外圆：车床主轴转速每分钟180转，走刀量3mm/r；④平端面与镗孔：车床主轴转速每分钟290转，走刀量2mm/r；⑤铣螺纹：车床主轴转速每分钟36转，铣刀转速每分钟960转；⑥铣螺纹完成后，即生产出含鳞片石墨的炭电极成品。
Claims (9)
1、一种含鳞片石墨的炭电极的生产工艺，其特征在于原材料采用如下粒度的重量百分比成分：
0.075～0.15mm煅后石油焦粉23～28％，0.075～0.15mm鳞片石墨粉2～8％，0.5～4mm煅后石油焦18～23％，4～10mm煅后石油焦11～19％，4～10mm电煅无烟煤6～14％，10～16mm煅后石油焦2～10％，粘结剂中温煤沥青16～20％，将以上原料成份进行混捏、成型、焙烧后，再进行机械加工制成。
2、根据权利要求1所述的一种含鳞片石墨的炭电极的生产工艺，其特征在于所述的混捏为：①将称量好的原料加入2000L的卧式双轴混捏机中；②进行干混，干混时间为35～40分钟，干混温度为120～125℃；③在干混温度为120～125℃时，加入170～180℃的中温煤沥青进行混捏；④混捏时间在40～45分钟，混捏温度为145～150℃。
3、根据权利要求1或2所述的一种含鳞片石墨的炭电极的生产工艺，其特征在于所述的成型为：①将混捏后的糊料在凉料机上进行凉料，当糊料温度降至120～125℃时，即可放入模具中；②采用液压立式振动成型技术，主要工艺参数为：液压压力5～8Mpa，振幅1.0～3.0mm，振动频率18～25Hz，振动时间为6～8分钟；③振动完成后，保持压力静置2分钟；④静置完成后，打开模具，拉出生坯喷水冷却3～4小时，要求冷却水温为30～40℃；⑤冷却完成后，即生产出该炭电极生坯。
4、根据权利要求1或2所述的一种含鳞片石墨的炭电极的生产工艺，其特征在于所述的焙烧为：①装炉制度：要求生坯垂直立装，生坯与生坯距离100～120mm，生坯与窑炉墙壁距离200～250mm，生坯下端铺150mm厚度的冶金焦粉，生坯上端覆盖300～500mm厚度的冶金焦粉；②升温制度：从室温至230℃温度区间平均升温速度每小时2.5～3℃，在230℃至460℃温度区间平均升温速度为每小时1.0～1.5℃，在460℃到600℃温度区间平均升温速度为每小时2.5～3℃，在600℃至1000℃温度区间平均升温速度为每小时3.5～4℃；③最终焙烧温度为980～1000℃，焙烧总时间为370～479小时；④降温制度：采用自然冷却方式，每小时降温5～8℃。⑤产品冷却到350～400℃时，即可出炉，焙烧成该炭电极焙烧品。
5、根据权利要求3所述的一种含鳞片石墨的炭电极的生产工艺，其特征在于所述的焙烧为：①装炉制度：要求生坯垂直立装，生坯与生坯距离100～120mm，生坯与窑炉墙壁距离200～250mm，生坯下端铺150mm厚度的冶金焦粉，生坯上端覆盖300～500mm厚度的冶金焦粉；②升温制度：从室温至230℃温度区间平均升温速度每小时2.5～3℃，在230℃至460℃温度区间平均升温速度为每小时1.0～1.5℃，在460℃到600℃温度区间平均升温速度为每小时2.5～3℃，在600℃至1000℃温度区间平均升温速度为每小时3.5～4℃；③最终焙烧温度为980～1000℃，焙烧总时间为370～479小时；④降温制度：采用自然冷却方式，每小时降温5～8℃。⑤产品冷却到350～400℃时，即可出炉，焙烧成该炭电极焙烧品。
6、根据权利要求1或2所述的一种含鳞片石墨的炭电极的生产工艺，其特征在于所述的机械加工为：①将电极焙烧品用手电钻打一个中心孔，作为车外圆的顶尖中心位置；②用气动顶尖顶住中心孔，启动车床；③车外圆：车床主轴转速每分钟180转，走刀量3mm/r；④平端面与镗孔：车床主轴转速每分钟290转，走刀量2mm/r；⑤铣螺纹：车床主轴转速每分钟36转，铣刀转速每分钟960转；⑥铣螺纹完成后，即生产出该炭电极成品。
7、根据权利要求3所述的一种含鳞片石墨的炭电极的生产工艺，其特征在于所述的机械加工为：①将电极焙烧品用手电钻打一个中心孔，作为车外圆的顶尖中心位置；②用气动顶尖顶住中心孔，启动车床；③车外圆：车床主轴转速每分钟180转，走刀量3mm/r；④平端面与镗孔：车床主轴转速每分钟290转，走刀量2mm/r；⑤铣螺纹：车床主轴转速每分钟36转，铣刀转速每分钟960转；⑥铣螺纹完成后，即生产出该炭电极成品。
8、根据权利要求4所述的一种含鳞片石墨的炭电极的生产工艺，其特征在于所述的机械加工为：①将电极焙烧品用手电钻打一个中心孔，作为车外圆的顶尖中心位置；②用气动顶尖顶住中心孔，启动车床；③车外圆：车床主轴转速每分钟180转，走刀量3mm/r；④平端面与镗孔：车床主轴转速每分钟290转，走刀量2mm/r；⑤铣螺纹：车床主轴转速每分钟36转，铣刀转速每分钟960转；⑥铣螺纹完成后，即生产出该炭电极成品。
9、根据权利要求5所述的一种含鳞片石墨的炭电极的生产工艺，其特征在于所述的机械加工为：①将电极焙烧品用手电钻打一个中心孔，作为车外圆的顶尖中心位置；②用气动顶尖顶住中心孔，启动车床；③车外圆：车床主轴转速每分钟180转，走刀量3mm/r；④平端面与镗孔：车床主轴转速每分钟290转，走刀量2mm/r；⑤铣螺纹：车床主轴转速每分钟36转，铣刀转速每分钟960转；⑥铣螺纹完成后，即生产出该炭电极成品。
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