高纯石墨化炉用石墨炉衬及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高纯石墨化炉用石墨炉衬及其制备方法，属于石墨加工技术领域。所述的制备方法包括步骤：破碎、筛分、配料、干混、湿混、成型、一次焙烧、一次浸渍、二次焙烧、二次浸渍、三次焙烧、以及石墨化。在组成石墨炉衬的原料中，骨料由煅烧焦、沥青焦和针状焦组成，且煅烧焦、沥青焦及针状焦的质量比为80-82:10-15:5-8，其中，所述煅烧焦是由规格为0.5mm≤粒径＜0.8mm、0.335mm≤粒径＜0.5mm、0.075mm≤粒径＜0.335mm及粒径＜0.075mm的四种粒径范围的颗粒组成，上述四种粒径煅烧焦的重量百分含量分别为1％-2％，35％-40％，27％-31％及27％-37％。用本发明专利技术所述制备方法得到的石墨炉衬纯度高、体密度大、孔隙率低，灰分低，具有非常好的抗氧化性、抗压强度和抗折强度，满足高纯石墨炉用炉衬的使用要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种石墨材料及其制备方法，具体涉及一种高纯石墨化炉用石墨炉衬及其制备方法。
技术介绍
高纯石墨是指含碳量大于99.99％的石墨，高纯石墨具有耐高温，耐腐蚀，抗热震，热膨胀系数小，自润滑，电阻系数小及易于机械加工等优点。被广泛应用于冶金、机械、环保、化工、电子、医药、军工和航空航天领域，在国民经济中的地位越来越重要。目前我国石墨工业技术还处于世界中低水平，产品多以原料和初加工产品为主，产品中的高杂质使其应用范围受限。因此，一方面国产石墨产品在国际市场价格低廉，导致大量石墨资源外流；另一方面本国市场需要的高纯超细石墨制品则多依赖进口。综上所述，开展高纯石墨生产工艺研究，提高产品质量，对我国高纯石墨产业的发展意义深远。高纯石墨化炉是一种对石墨材料提纯加工的炉，大型提纯炉有艾奇逊石墨化炉和内窜石墨化炉，小型的有感应石墨化炉，其中，感应石墨化炉利用炉衬和产品自身电阻发热，在大电流和保护气氛的情况下产生高温使材料进一步石墨化。石墨炉衬温度高达3000-3300℃，因此要求炉衬材料必须耐高温、抗氧化、灰分低且抗热震，此外，炉衬用石墨材料的纯度对石墨化产品的性能有直接的影响，若石墨炉衬中杂质含量过高，会将杂质引入到石墨化产品中，从而影响产品高纯石墨的性能，常规的石墨材料无法满足高纯石墨化炉的炉衬要求。现阶段，高纯石墨化炉的炉衬多用碳碳复合材料，纯度低，强度小，并且价格昂贵，此外炉衬还是磨损件，大大提高了生产成本。
技术实现思路
为满足高纯石墨炉用炉衬的使用要求，本专利技术提供一种高纯石墨化炉用石墨炉衬及其制备方法，由该方法制备的石墨炉衬纯度在99.99％以上，体密度大，强度大，性价比高，满足高纯石墨化炉对炉衬材料的要求。为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种高纯石墨化炉用石墨炉衬的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：破碎、筛分、配料、干混、湿混、成型、一次焙烧、一次浸渍、二次焙烧、二次浸渍、三次焙烧、以及石墨化得到成品，其中，配料步骤中的骨料是由煅烧焦、沥青焦和针状焦组成，且所述煅烧焦、沥青焦、针状焦的重量比为80-82:10-15:5-8；按重量百分含量计，所述煅烧焦的粒径范围与含量为：所述沥青焦的粒径范围：0.335mm≤粒径＜0.5mm；所述针状焦的粒径范围：0.335mm≤粒径＜0.075mm。所述湿混步骤中的粘结剂是软化点为85-90℃、结焦值≥51％、喹啉不融物≤0.2％、硫含量≤0.2％的低硫沥青，且粘结剂与骨料的重量比为25-35:70-75；浸渍步骤中的浸渍沥青为软化点为80-84℃、结焦值≥48％、喹啉不融物≤0.2％的中温煤沥青。在所述石墨炉衬的制备方法中，湿混步骤是将低硫沥青先加热至180-230℃，保温并搅拌30-60min，当温度降至再140～150℃时，将该低硫沥青分两次加入，第一次加入低硫沥青的质量占总的低硫沥青质量的70-80％，第一次湿混的时间为25～30分钟；第二次加入低硫沥青的质量为总低硫沥青质量的20-30％，第二次湿混的时间为15～20分钟。所述一次焙烧为：在150-350℃时，升温速率为1.2-1.5℃/h；在350-600℃时，升温速率为0.6-0.8℃/h；在600-750℃时，升温速率为0.8-1.0℃/h；在750-1050时，升温速率为2.1-2.3℃/h。所述一次浸渍为：将浸渍沥青加热到210～250℃，保温并搅拌1～2小时，再将浸渍沥青回温到180～200℃，进行浸渍；一次浸渍时浸渍品的预热温度为360-380℃；所述二次浸渍为：将浸渍沥青加热到180～200℃，进行浸渍。所述二次焙烧的时间为490-510h，二次焙烧的最高温度达800-850℃。所述三次焙烧的时间为600-620h，最高温度达750-800℃。所述一次焙烧、二次焙烧和三次焙烧的填充料的粒径为0-5mm。所述石墨化的时间为160-180h，石墨化的最高温度为3000-3200℃。由所述制备方法得到的石墨炉衬，其性能参数满足：纯度≥99.99％，体积密度≥1.75g/cm3，电阻率≤8.0μΩm，抗压强度≥38Mpa，气孔率≤10％，孔洞的最大直径≤0.8mm，灰分≤0.2％，热膨胀系数≤2*10-6/℃。优选的，该石墨炉衬的纯度≥99.99％，体积密度≥1.78g/cm3，电阻率≤7.0μΩm，抗压强度≥39Mpa，气孔率≤8％，孔洞的最大直径≤0.8mm，灰分≤0.17％，热膨胀系数≤2*10-6/℃。下面是对本专利技术技术方案的详细描述：本专利技术通过对原料、配方、以及制备工艺进行了详细研究，制备出了一种炉衬专用石墨材料，其纯度≥99.99％，体积密度≥1.75g/cm3，电阻率≤8.0μΩm，抗压强度≥38Mpa，气孔率≤10％，孔洞的最大直径≤0.8mm，灰分≤0.2％，热膨胀系数≤2*10-6/℃，本专利技术石墨材料满足高纯石墨炉用炉衬的使用要求。石墨制品的制备工艺中，骨料和配方对石墨制品的性能参数影响较大，特别是对产品纯度、体积密度、空隙数量和热膨胀系数的影响。骨料的材料本身性能是决定产品本身性能的直接因素，沥青焦能够增加制品的强度，针状焦灰分低(一般小于1％)，在高温下容易石墨化，导电和导热性好，能够利于制品的石墨化、加快其它杂质的排出以及产品纯度的提高，因此以煅烧焦、沥青焦和针状焦作为骨料的组成。从配方的工艺来说，细颗粒配方的骨料经振动成型得到产品的体积密度大、空隙率低、电阻率低、热膨胀系数低，但颗粒越细小，石墨的强度会下降，因此本专利技术在配料时，出于对石墨制品的体积密度、空隙率、产品强度等指标的综合考虑，最终采用不同粒度梯度的颗粒配料。本专利技术经反复研究和实验，最终使用如下骨料配方：煅烧焦、沥青焦、针状焦的质量比为80-82:15-10:5-8，其中，煅烧焦的粒径范围与含量为：沥青焦的粒径范围：0.335mm≤粒径＜0.5mm；针状焦的粒径范围：0.335mm≤粒径＜0.075mm。上述配方能使不同粒径的颗粒紧密地、有规律地堆积在一起，有利于得到结构致密均匀、空隙率低的压制品，从而提高石墨成品的各项理化性能。混合时，湿混后糊料的均匀性对最终的石墨制品的理化性能有着非常大的影响，如果糊料中不同粒度的骨料颗粒分布均匀，既有利于提高石墨制品的体积密度，降低其电阻率，又有利于获得结构更均匀的石墨，表现在晶粒的大小、形状和分布都较为均匀。进一步地，根据前述骨料颗粒的粒度大小及分布情况，专利技术人对湿混操作中粘结剂的种类、用量、加料温度及加料方式进行了优化，优选结焦值较高、喹啉不融物含量低、硫含量低的低硫沥青为黏结剂，同时采用两步加料的方式进行混捏，得到了塑性很好的糊料，极大地提升了混合效果。本专利技术在湿混时，使用软化点为85-90℃、结焦值≥51％、喹啉不融物≤0.2％、硫含量≤0.2％的低硫沥青作粘结剂，且所述低硫沥青与骨料的重量比为25-30:70-75，通过两次加料的方式将低硫沥青加入干混后的骨料中进行混捏。具体地，本专利技术在湿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯石墨化炉用石墨炉衬的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：破碎、筛分、配料、干混、湿混、成型、一次焙烧、一次浸渍、二次焙烧、二次浸渍、三次焙烧、以及石墨化得到成品，其中，配料步骤中的骨料是由煅烧焦、沥青焦和针状焦组成，且所述煅烧焦、沥青焦、针状焦的重量比为80‑82:10‑15:5‑8；按重量百分含量计，所述煅烧焦的粒径范围与含量为：所述沥青焦的粒径范围：0.335mm≤粒径＜0.5mm；所述针状焦的粒径范围：0.335mm≤粒径＜0.075mm。

【技术特征摘要】
1.一种高纯石墨化炉用石墨炉衬的制备方法，其特征在于，包括以
下步骤：破碎、筛分、配料、干混、湿混、成型、一次焙烧、一次浸渍、
二次焙烧、二次浸渍、三次焙烧、以及石墨化得到成品，其中，配料步骤
中的骨料是由煅烧焦、沥青焦和针状焦组成，且所述煅烧焦、沥青焦、针
状焦的重量比为80-82:10-15:5-8；
按重量百分含量计，所述煅烧焦的粒径范围与含量为：
所述沥青焦的粒径范围：0.335mm≤粒径＜0.5mm；
所述针状焦的粒径范围：0.335mm≤粒径＜0.075mm。
2.根据权利要求1所述的石墨炉衬的制备方法，其特征在于，湿混
步骤中的粘结剂是软化点为85-90℃、结焦值≥51％、喹啉不融物≤0.2％、
硫含量≤0.2％的低硫沥青，且所述低硫沥青与骨料的重量比为
25-35:70-75；浸渍步骤中的浸渍沥青为软化点为80-84℃、结焦值≥48％、
喹啉不融物≤0.2％的中温煤沥青。
3.根据权利要求1所述的石墨炉衬的制备方法，其特征在于，湿混
步骤是先将低硫沥青先加热至180-230℃，保温并搅拌30-60min，当温度
降至140～150℃时，将该低硫沥青分两次加入，第一次加入的低硫沥青的
重量为总的低硫沥青的70-80％，第一次湿混的时间为25～30分钟；第二
次加入的低硫沥青的重量为总的低硫沥青的20-30％，第二次湿混的时间
为15～20分钟。
4.根据权利要求1所述的石墨炉衬的制备方法，其特征在于，所述
一次焙烧为：在150-350℃时，升温速率为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪永良，张培林，赤九林，张培模，张日清，钱晶荣，
申请(专利权)人：大同新成新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14