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石墨电极的生产工艺流程和质量指标的及消耗原理word版本

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? 挤压的操作

①凉料:圆盘凉料、圆筒凉料、混捏式凉料等方式

排出挥发份、降低至适宜温度(90-120℃)增加 粘结力,使糊料块度均匀利于成型 20-30 min

②装料:压机升挡板----分2-3次下料----4-10MPa压实 ③预压:压力20-25MPa,时间3-5min,同时抽真空

④挤压:压机降挡板----5-15MPa挤压----剪切----翻入冷却 水槽

? 挤压的技术参数:压缩比、压机料室及嘴型温度、凉料温度、预压压力时间、挤压压力、挤压速度、冷却水温度 ? 生坯的检查:体积密度、外观敲击、剖析

? 焙烧:是炭制品生坯在填充料保护下、装入专门设计的加热炉内进行高温热处理, 使生坯中的煤沥青炭化的工艺过程。煤沥青炭化后形成的沥青焦将炭质骨料和粉料颗粒固结在一起, 焙烧后的炭制品具有较高的机械强度、较低的电阻率、较好的热稳定性和化学稳定性。

焙烧是炭素制品生产的主要工序之一, 也是石墨电极生产三大热处理过程中的重要一环, 焙烧生产周期较长(一焙22-30天,二焙依炉型5-20天), 而且能耗较高。生坯焙烧的质量对成品质量和生产成本都有一定影响。

生坯内煤沥青在焙烧过程中焦化,排出10%左右的挥发份,同时体积产生2-3%的收缩,质量损失8-10%。炭坯的理化性能也发生了显著变化,由于气孔率增加体积密度由1.70g/cm3降为1.60g/cm3,电阻率10000μΩ.m左右降至40-50μΩ.m,焙烧坯的机械强度也大为提高。

二次焙烧是焙烧品浸渍后进行再次焙烧,使浸入焙烧品孔隙中的沥青炭化的工艺过程。生产体积密度要求较高的电极(除RP以外的所有品种)和接头坯料需进行二焙,接头坯料还需进行三浸四焙或二浸三焙。

? 焙烧炉主要炉型:

连续作业----环式炉(带盖、不带盖)、隧道窑 间歇作业----倒焰窑、车底式焙烧炉、箱式焙烧炉

? 焙烧曲线及最高温度:

一次焙烧----320、360、422、480小时,1250 ℃ 二次焙烧----125、240 、280 小时,700-800 ℃

? 焙烧品的检查:外观敲击、电阻率、体积密度、抗压强

度、内部结构剖析

? 浸渍是将炭材料置于压力容器中,在一定的温度和压力条件下将液态浸渍剂沥青浸入渗透到制品电极孔隙中的工艺过程。目的是降低制品气孔率,增加制品体积密度和机械强度,改善制品的导电和导热性能。 浸渍的工艺流程及相关技术参数是:焙烧坯——表面清理——预热(260-380 ℃,6-10小时)——装入浸渍罐——抽真空(8-9KPa,40-50min)——注沥青(180-200 ℃)——加压(1.2-1.5MPa,3-4小时)——返沥青——冷却(罐内或罐外)

浸渍品的检查:浸渍增重率G=(W2-W1)/W1×100% 一次浸渍品增重率≥14%

二次浸渍品增重率≥9% 三次浸渍品增重率≥5%

? 石墨化是指在高温电炉内保护介质中把炭制品加热到2300 ℃以上,使无定形乱层结构炭转化成三维有序石墨晶质结构的高温热处理过程。 平面六角网格层状结构 石墨化的目的和作用:

①提高炭材料的导电、导热性(电阻率降低4-5倍,导热性提高约10倍);

②提高炭材料的抗热振性能和化学稳定性(线膨胀系数降低50-80%); ③使炭材料具有润滑性和抗磨性;

④排出杂质,提高炭材料的纯度(制品的灰分由0.5-0.8%降到0.3%左右)。

? 石墨化过程的实现:

炭材料的石墨化是在2300-3000 ℃高温下进行的,故工业上只有通过电加热方式才能实现,即电流直接通过被加热的焙烧品,这时装入炉内的焙烧品既是通过电流产生高温的导体,又是被加热到高温的对象。

目前广泛采用的炉型有艾奇逊(Acheson)石墨化炉和内热串接(LWG)炉。前者产量大、温差大、电耗较高,后者加热时间短、电耗低、电阻率均匀但不好装接头。

石墨化工艺过程的控制是通过测温确定与升温情况相适应的电功率曲线进行控制,通电时间艾奇逊炉50-80小时,LWG炉9-15小时。

石墨化的电耗很大,一般为3200-4800KWh,工序成本约占整个生产成本的20-35%

石墨化品的检查:外观敲击、电阻率测试

? 机械加工:炭石墨材料机械加工的目的是依靠切削加工来到达所需要的尺寸、形状、精度等,制成符合使用要求电极本体和接头。 石墨电极加工分为电极本体和接头两个独立加工过程。

本体加工包括镗孔与粗平端面、车外圆与精平端面和铣螺纹3道工序,圆锥形接头的加工可分为6道工序:切断、平端面、车锥面、铣螺纹、钻孔安栓和开槽。

电极接头连接方式:圆锥形接头连接(一吋三扣和一吋四扣)、圆柱形接头连接、凹凸连接(公母扣连接)

加工精度的控制:螺纹锥度偏差、螺纹螺距、接头(孔)大径偏差、接头孔同轴度、接头孔垂直度、电极端面平整度、接头四点偏差等。用专用环规和板规等检查。

成品电极的检查:精度、重量、长度、直径、体积密度、电阻率、预装配合精度等。

石墨电极的质量指标

反映石墨电极质量和使用性能的指标主要有:体积密度db、电阻率ρ、抗折强度σ、弹性模量E、热膨胀系数α和灰分A%。根据这几项指标的差异以及原料和制造工艺的不同,国家标准(YB/T 4088/89/90-2000)中将石墨电极分为普通功率石墨电极(RP)、高功率石墨电极(HP)、超高功率石墨电极

(UHP)三种。后石墨电极生产厂根据用户使用需求增加了高体密石墨电极(HD)和准超高石墨电极(SHP)两种。

在国家标准基础上,各企业有自己的企业标准,客户订货时也会提出自己的质量标准。

下表为方大炭素的RP、HP及UHP电极内控质量标准 规格 电极 接头 电极 接头 电极 接头 普通功率 ≤φ300 8.5 6.5 1.53 1.69 8.5 15.0 9.3 14.0 2.9 2.8 7.0 1.52 ≥φ350 高功率 ≤φ400 6.5 5.5 1.62 1.73 10.5 16.0 12.0 16.0 2.4 2.2 9.8 1.62 ≥φ450 超高功率 ≤φ400 5.5 4.5 1.67 1.75 11.0 20.0 14.0 18.0 1.5 1.4 1.66 ≥φ450 电阻率 μΩ·m不大于 体积密度g/cm3 不小于 抗折强度Mpa 不小于 电弹性摸量Gpa 极 不大于 接头 热膨胀系数 10-61/℃不大于 电极 接头 ? 体积密度是石墨电极试样的质量与其体积的比值,单位g/cm3,体积密度越大说明电极越密实,与强度、抗氧化性能是正相关,一般而言,同品种电极体积密度越大,其电阻率也越低。

提高体积密度的途径是:调整配方、增加小粒级料和粉料用量,用真密度高的焦,使用结焦值高的沥青和增加浸渍次数等。

? 电阻率是来衡量电极的导电能力的参数,是指电流通过导体时,导体对电流阻力的一种性质,数值上等于长度为1m、截面积为1m2的导体在一定温度条件下的电阻值,单位μΩ·m。电阻率越低,电极在使用中导电性越好、消耗就越低。

降低电阻率的途径有:使用优质原料,提高制品体积密度,提高石墨化温度等。

? 抗折强度是表征石墨材料的力学性能的参数,也叫抗弯强度,是指当外力与物体轴线相垂直,物体受外力作用后先呈弯曲到折断瞬间的极限抵抗能力,单位为MPa。石墨材料的强度有个与其他金属非金属显著不同的特点,其强度随温度升高而增大,在2000-2500 ℃达到最高,为常温的1.8-2倍,之后有所下降。强度高的电极、接头,在使用中越不易折断。

提高抗折强度的途径是:减小配方中焦炭的粒度,提高炭质原料强度,提高制品的体积密度,减少制品内部缺陷等。

? 弹性模量是力学性能的一个重要方面,是衡量材料弹性形变能力的指标,指材料在弹性变形范围内,应力和应变的比值,单位为GPa。弹性模量越大,要产生一定弹性变形所需的应力越大,简单讲,弹性模量越大材料越脆,弹性模量越小材料越柔。

弹性模量的高低对电极使用起一个综合性的作用,制品的体积密度越高越密实,弹性模量越大,但制品的抗热振性能越差,越易产生开裂掉块。在生产中,往往通过配方粒级的调整、制品体积密度的高低掌握一个比较适应使用要求的弹性模量值。

? 热膨胀系数是指材料受热后膨胀程度的度量,即当温度升高1℃时,引起单位的固体材料试样在某一特定方向上的膨胀比例常数,称为沿该方向的线膨胀系数,单位1×10-6/℃。在没有特别注明之处,热膨胀系数均指线膨胀系数,石墨电极轴向和径向线膨胀系数差异很大,径向要比轴向大0.8-1倍,石墨电极质量指标中的热膨胀系数是指轴向热膨胀系数。

石墨电极的热膨胀系数是非常重要的热学参数,数值越低,表明制品的热稳定性越强,抗氧化性越高,表现在使用上反映出折断越少,消耗越低。

降低热膨胀系数的途径:主要由原料固有性能决定使用质量好的原料,配方使用粒度较大配方或增加大颗粒用量(但会使制品密度和强度降低)。 ? 灰分是指制品中除碳石墨之外的其他固体元素含量。石墨电极中的灰分主要受所用原料的灰分大小影响,石油焦针状焦灰分较低,所以石墨电极灰分一般不超过0.5%,灰分含量在1%以内对炼钢无明显影响,但灰分中的杂质元素会降低电极的抗氧化性能。

? 抗热振因子是表征抗热振性能的参数,抗热振性能是材料自身的一种特性,它表述的是承受急冷急热的一种性能,换句话说,是材料在一定的

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