CN203715283U - 一种生产石墨电极的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型所述的一种生产石墨电极的系统，包括顺次连接设置的原料预制设备、压型设备、焙烧设备、石墨化设备以及机加工设备，以煤系针状焦为原料生产石墨电极时，石墨生制品先后通过环式焙烧炉、预热窑和车底窑，分步对石墨生制品进行加热处理；不但成品率高、强度大，而且所用窑炉保温效果好、能源利用率高、能耗低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种石墨电极领域，具体是涉及一种生产石墨电极的系统。
背景技术
石墨电极是冶炼电炉中重要的高温导电材料，通过石墨电极向电炉输入电能，利用电极端部和炉料之间引发电弧产生的高温为电炉提供热源。随着我国冶金产业结构的优化升级，被列入落后生产装备的小电炉逐步退出，高功率和超高功率电炉迅速发展，这就对电炉中的石墨电极的生产提出了更高的要求。
根据石墨电极质量指标高低，可分为普通功率石墨电极（RP）、高功率石墨电极(HP)和超高功率石墨电极(UHP)；其中，普通功率中小规格石墨电极市场需求大大萎缩，产品严重过剩，高功率石墨电极供需基本平衡，而超高功率大规格石墨电极需求量却呈逐年递增趋势。
超高功率石墨电极的主要原料为针状焦，针状焦分为煤系针状焦和油系针状焦；与油系针状焦相比，煤系针状焦中氮、硫含量较高，在后期高温处理过程中容易产生气体，产生裂纹废品。另外，由于煤系针状焦颗粒强度低，在混合以及成型过程中各粒级配比容易遭到破坏，从而对最终产品的强度产生影响。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中煤系针状焦生产的石墨电极废品率高，产品强度低的问题，从而提供一种以煤系针状焦为原料，废品率低、产品强度高的生产石墨电极的系统。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型所述的一种生产石墨电极的系统，包括顺次连接设置的原料预制设备、压型设备、焙烧设备、石墨化设备以及机加工设备；所述焙烧设备进一步包括顺次连接设置的
用于成型后的石墨电极生制品焙烧的环式焙烧炉、抛丸清理机、预热窑、
浸渍罐以及车底窑。
所述生产石墨电极的系统还包括顺次与所述浸渍罐连接的第二沥青高位槽和第二沥青槽，所述第二沥青槽与所述第二沥青高位槽之间还连接设置有沥青输送泵，所述第二沥青高位槽通过沥青输送泵连接至所述浸渍罐，所述第二沥青高位槽为密闭承压式容器。
所述生产石墨电极的系统还包括连接设置在浸渍罐中的油冷却系统和水冷却系统。
所述车底窑包括用于加快窑车冷却的喷雾水管，所述喷雾水管设置在所述车底窑内部的顶端。
所述石墨化设备为石墨化炉。
所述压型设备包括顺次连接设置的第一沥青槽、第一沥青高位槽、计量槽、混捏锅、凉料机、大压机以及冷却水槽。
所述原料预制设备包括顺次连接的用于将针状焦原料筛分为多个粒级的第一双层振动筛和第二双层振动筛、若干配料仓、雷蒙磨给料仓以及干料加热器。
所述干料加热器与所述混捏锅之间设置有输送装置。
所述生产石墨电极的系统还包括顺次与所述大压机连接的残极破碎机、反击式破碎机和生碎储槽；所述生碎储槽通过输送带与所述混捏锅相连。
所述生产石墨电极的系统还包括与所述环式焙烧炉连接的电除尘器。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本实用新型所述的一种生产石墨电极的系统，以煤系针状焦为原料生产石墨电极时，在焙烧过程中，石墨生制品先后通过环式焙烧炉、预热窑和车底窑，分步对石墨生制品进行加热处理；不但成品率高、强度大，设备所需维护少，安全生产时间长；而且所用窑炉保温效果好、能源利用率高、能耗低。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
图1是本实用新型所述的一种生产石墨电极的系统示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。
本实用新型提供一种生产石墨电极的系统，如图1所示，包括顺次连接设置的原料预制设备、压型设备、焙烧设备、石墨化设备以及机加工设备。
所述石墨电极的生产原料包括针状焦、粘结剂沥青、浸渍沥青以及石墨电极生制品碎料。
其中，针状焦为购自山西宏特煤化工有限公司的优质煤系针状焦，针状焦规格和主要技术指标如下表所示。
粘结剂沥青和浸渍沥青购自山西宏特煤化工有限公司，具体技术指标如下表所示：
| 指标名称 | 单位 | 浸渍剂沥青 | 粘结剂沥青 |
| 软化点 | ℃ | 85±5 | 110+3 |
| 甲苯不溶物含量 | ％ | 15～25 | 28～32 |
| 灰分 | ％ | ≤0.3 | ≤0.3 |
| 水分 | ％ | ≤0.3 | ≤0.3 |
| 挥发分 | ％ | 58～68 | —— |
| 喹啉不溶物 | ％ | ≤1.0 | 8～12 |
| β-树脂含量 | ％ | —— | ≥18 |
| 结焦值 | ％ | ≥48 | ≥60 |
其中，针状焦原料需分级配料。所述原料预制设备包括顺次连接的第一双层振动筛,筛板孔径为18～8mm；第二双层振动筛的筛板孔径4～0.5mm；将针状焦原料筛分为4～5个粒级，本实施例优选5个粒级，通过输送装置分别输送到第一配料仓、第二配料仓、第三配料仓、第四配料仓以及第五配料仓中；筛上料可输送到二次对辊破碎机进行粉碎，再进行筛分分级。
各配料仓分别通过输送装置与雷蒙磨给料仓相连，用于将不同粒级的针状焦根据工艺配方进行精确的配料并混合均匀，
针状焦粒级的比例表
| 粒径(mm) | -0.5 | 0.5-2 | 2-4 | 4-8 | 8-12 |
| 比例(wt％) | 50 | 10 | 8 | 8 | 14 |
所述雷蒙磨的出口还连接设置有干料加热器，用于针状焦原料的预热，干料预热时间15～17分钟，预热后干料温度需达到140-150℃。
所述压型设备包括顺次连接设置的第一沥青槽、第一高位沥青槽、计量槽、混捏锅、凉料机、大压机以及冷却水槽。所述原料预制设备中的所述干料加热器通过输送带与所述压型设备中的所述混捏锅连接。
所述大压机用于石墨电极生制品的挤压成型，所述大压机还顺次连接设置有残极破碎机、反击式破碎机和生碎储槽；大压机压出的不合格品依次输送到所述残极破碎机和所述反击式破碎机中进行粉碎，并存储于所述生碎储槽中待用；在所述残极破碎机中不合格的石墨电极生制品被破碎到150mm及以下粒度，再由连接设置的所述反击式破碎机粉碎至20mm及以下粒度；所述生碎储槽通过输送带与所述混捏锅相连。
由所述第一沥青槽输送到第一沥青高位槽，再经所述计量槽称量后的粘结剂沥青，与所述干料加热器中预加热后的不同粒级的针状焦，以及所述生碎储槽中的石墨电极生制品碎料在所述混捏锅中进行混捏处理，具体为：先将干料90秒混合均匀，再加入粘结剂沥青480秒混合均匀，混捏糊料时最高温度设置为170℃，粘结剂沥青、针状焦以及石墨电极生制品碎料的质量比为75:20:5。
从所述混捏锅中排出的糊料先通过皮带机输送至凉料机进行凉料，待所述糊料温度降至120℃时，通过皮带机输送至大压机，进行石墨电极生制品的压制。根据电极的规格调整大压机的挤压速度和压力，并采用同步切割的方式，对大压机挤出的石墨电极生制品进行切割。
对切割好的石墨电极生制品进行检验，检验合格的石墨电极生制品制作完成后滚入冷却水槽中进行冷却，所述冷却水的温度同室温，20～50摄氏度均可。
所述焙烧设备进一步包括顺次连接设置的环式焙烧炉、抛丸清理机、预热窑、浸渍罐以及车底窑。
使用天车将冷却水槽中冷却后的的石墨电极生制品调出，运送到环式焙烧炉中，进行第一次焙烧，所述的环式焙烧炉，用于成型后的石墨电极生制品的焙烧，使得所述生制品中的粘结剂结焦炭化，使得产品具有足够的强度，得到焙烧品。
所述的环式焙烧炉具有两个火焰系统，每个火焰系统采用9室运转，石墨电极生制品装入焙烧炉中，隔绝空气加热，粘结剂沥青一边挥发一边炭化收缩为碳质材料。在400-600℃升温区段，石墨电极生制品体积收缩和挥发分逸出同时剧烈发生，容易产生裂纹等缺陷，因此，此区间的升温速度应进行严格的控制。所述换式焙烧炉焙烧过程中各区段的升温速度如下表所示：
| 温度区段(℃) | 100-400 | 400-600 | 600-800 | 800-1000 | 1000- |
| 升温速度(℃/h) | 3.5～5.0 | 1.2～1.6 | 3.0～4.5 | 5.5～8.0 | 8.0～12 |
本实施例中优选的区段升温速度为：
| 温度区段(℃) | 100-400 | 400-600 | 600-800 | 800-1000 | 1000-1200 |
| 升温速度(℃/h) | 4.0 | 1.2 | 3.5 | 6.0 | 10.0 |
使用环式焙烧炉作为一次焙烧设备，火焰及烟气能同时给多个串联炉室加热或保温，能源能够得到充分利用，能耗小。
所述环式焙烧炉，还连接设置有电除尘器，用于粉尘的清除。
焙烧后的石墨电极产品因在焙烧过程中沥青挥发、结焦产生大量的粘结料和致密层，堵塞了电极表面的孔洞，会影响后续浸渍的效果，因此，在浸渍工序前，需要使用抛丸清理机对所述焙烧品表面的粘结料和致密层进行清理。
清理后的焙烧品用天车吊运到置于纵动车上的电极筐内，移动横动车使置于其上的纵动车与预热窑对位，将电极筐送入预热窑，对所述焙烧品进行预热，视产品规格不同，通常在320～360℃条件下预热6～10小时，本实施例优选320℃预热6小时。
使用天车（横向车运输机构）将预热完成的焙烧品从预热窑中取出，并送入浸渍罐中。浸渍罐门封闭后，进行抽真空，同时对浸渍罐体加热，加热至100℃，当真空度达到0.86MPa后，向浸渍罐中注入浸渍沥青，加压至1.5MPa，并保持3小时，在所述焙烧品表面的孔隙中浸充浸渍沥青。
所述浸渍罐顺次连接设置有第二沥青高位槽和第二沥青槽，沥青从所述第二沥青槽中泵入所述第二沥青高位槽中，再通过沥青输送泵将所述第二沥青高位槽中的浸渍沥青输送到所述浸渍罐中，所述第二沥青高位槽为密闭承压式容器。
所述浸渍罐、所述第二沥青高位槽以及沥青泵均用导热油系统进行加热，相对独立的导热油循环系统，使得各设备加热温控准确，安全可靠，并消除了所述浸渍罐的应力，减少设备的维护量，提高了设备的使用年限。
所述浸渍罐采用液体加压，压力稳定，不需要副罐，沥青的加压、输送均采用沥青泵完成，而且所述第二沥青高位槽为密闭承压式容器，用氮气密封，能保证所述浸渍沥青不氧化、变性，烟气不泄露，安全无污染。
浸渍工序完成后，使用沥青输送泵将所述浸渍罐中的浸渍沥青泵送至所述第二沥青高位槽中。
所述浸渍罐还连接设置有油冷却系统和水冷却系统，当所述浸渍罐中浸渍沥青排尽后，所述油冷却系统对为所述浸渍罐加热的导热油系统进行冷却，使得油温下降至80℃以下，然后使用所述水冷却系统向所述浸渍罐内注入冷水，使得浸渍后的石墨电极制品温度下降至80℃以下，然后打开浸渍罐，使用天车将浸渍后的石墨电极制品取出。
所述水冷却系统向所述浸渍罐内注入的冷水可以经过沉淀、除油、降温后循环使用，符合节能环保的要求。
将浸渍后的石墨电极制品装入窑车上的钢制匣钵内，电牵引车推动窑车经转运托车送入车底窑内，设定升温曲线，关闭窑门，进行第二次焙烧，用于将焙烧品中的沥青炭化，从而增加焙烧品的密度。
升温至800℃时，保温10小时，由所述车底窑顶连接设置的喷雾水管，喷出水雾，加快窑车冷却。待窑车表面温度降至200℃以下时，打开所述车底窑的窑门，取出窑车，由转运托车运至露天冷场进行冷却，冷却完成后进行石墨电极制品的卸车。
所述浸渍和所述第二次焙烧工序可根据石墨电极成品强度需要多次进行，本实用新型优选1次。
将经过第二次焙烧后的石墨电极制品置于石墨化设备中进行石墨化处理，石墨化是石墨电极生产的关键工序，因为焙烧品中碳分子结构是随机的，碳原子呈无序排列，经过高温加热，无序排列的碳原子开始形成晶体结构，然后晶体成长至整个电极。本实用新型中，经石墨化的电极具有低电阻、耐高温、强度大、高导热，能经受热冲击和易加工等特点。
本实用新型中所述石墨化设备优选石墨化炉，将经过第二次焙烧后的石墨电极制品置于石墨化炉炉芯范围内，间隙用冶金焦粒和石墨化焦粒组成的电阻率加以填充。装好炉后，开始送电加热，送电53小时后设置不少于120小时的冷却时间，用于将所述焙烧品内的碳分子石墨化。
从石墨化炉出炉后的石墨电极制品还需要数控机床进行机加工，提高加工精度，以避免由低加工精度造成石墨电极成品在使用过程中的事故发生。
上述生产石墨电极的系统所生产的石墨电极成品率高，高达97%；而且体积密度为大于等于1.70g，抗折强度为大于等于11MPa，弹性模量为小于等于14GPa，电阻率为小于等于6.0μΩ.m，热膨胀系数为小于等于1.5×10-6/℃，产品加工后外观尺寸及精度要求均达到国际标准—国际电工委员会IEC60239-1997《电弧炉用石墨电极及接头尺寸》，可实现高品质超高功率石墨电极的大规模生产。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种生产石墨电极的系统，包括顺次连接设置的原料预制设备、压型设备、焙烧设备、石墨化设备以及机加工设备；其特征在于，所述焙烧设备进一步包括顺次连接设置的
用于成型后的石墨电极生制品焙烧的环式焙烧炉、抛丸清理机、预热窑、
浸渍罐以及车底窑。
2.根据权利要求1所述的生产石墨电极的系统，其特征在于，所述生产石墨电极的系统还包括顺次与所述浸渍罐连接的第二沥青高位槽和第二沥青槽，所述第二沥青槽与所述第二沥青高位槽之间还连接设置有沥青输送泵，所述第二沥青高位槽通过沥青输送泵连接至所述浸渍罐，所述第二沥青高位槽为密闭承压式容器。
3.根据权利要求1或2所述的生产石墨电极的系统，其特征在于，所述生产石墨电极的系统还包括连接设置在浸渍罐中的油冷却系统和水冷却系统。
4.根据权利要求3所述的生产石墨电极的系统，其特征在于，所述车底窑包括用于加快窑车冷却的喷雾水管，所述喷雾水管设置在所述车底窑内部的顶端。
5.根据权利要求4所述的生产石墨电极的系统，其特征在于，所述石墨化设备为石墨化炉。
6.根据权利要求5所述的生产石墨电极的系统，其特征在于，所述压型设备包括顺次连接设置的第一沥青槽、第一沥青高位槽、计量槽、混捏锅、凉料机、大压机以及冷却水槽。
7.根据权利要求6所述的生产石墨电极的系统，其特征在于，所述原料预制设备包括顺次连接的用于将针状焦原料筛分为多个粒级的第一双层振动筛和第二双层振动筛、若干配料仓、雷蒙磨给料仓以及干料加热器。
8.根据权利要求7所述的生产石墨电极的系统，其特征在于，所述干料加热器与所述混捏锅之间设置有输送装置。
9.根据权利要求8所述的生产石墨电极的系统，其特征在于，所述生产石墨电极的系统还包括顺次与所述大压机连接的残极破碎机、反击式破碎机和生碎储槽；所述生碎储槽通过输送带与所述混捏锅相连。
10.根据权利要求8所述的生产石墨电极的系统，其特征在于，所述生产石墨电极的系统还包括与所述环式焙烧炉连接的电除尘器。
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| CN107381564A (zh) * | 2017-08-25 | 2017-11-24 | 南通德诺尔石墨设备有限公司 | 一种可循环利用的呋喃树脂浸渍工艺 |
| CN109809386A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-05-28 | 四川启明星铝业有限责任公司 | 环式焙烧炉用于锂电池负极材料碳化工序的方法 |
| CN111001954A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-14 | 浙江威克特广告有限公司 | 激光切割机 |
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2013
- 2013-10-30 CN CN201320681044.6U patent/CN203715283U/zh not_active Expired - Lifetime
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| CN104495786B (zh) * | 2014-12-11 | 2016-09-28 | 平顶山市石鑫碳素制品销售有限公司 | 一种石墨碳块的生产系统 |
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