石墨碳棒的抗氧化方法技术

本发明专利技术涉及石墨碳棒抗氧化领域，公开了一种石墨碳棒的抗氧化方法，包括如下步骤：S1：将二氧化硅和硅溶胶按质量比为1:6的比例混合均匀制成抗氧化溶胶；S2：将石墨碳棒烘烤至60‑80℃；S3：将所述抗氧化溶胶均匀涂膜在所述石墨碳棒表面形成涂层；S4：待所述涂层自然风干后，对由所述涂层包覆的石墨碳棒进行烧结，烧结后所述涂层即在所述石墨碳棒表面形成抗氧化保护层。本发明专利技术中搞得抗氧化保护层的制备工艺简便、设备简单、涂层均匀、没有环境污染、性能稳定，使用该抗氧化保护层可改善石墨碳棒的高温抗氧化性能，延长石墨碳棒的使用寿命。

Anti-oxidation Method of Graphite Carbon Bar

The invention relates to the field of oxidation resistance of graphite carbon rods, and discloses an oxidation resistance method of graphite carbon rods, including the following steps: S1: mixing silicon dioxide and silica sol at a mass ratio of 1:6 to evenly prepare an oxidation resistant sol; S2: baking graphite carbon rods to 60 80 C; S3: evenly coating the oxidation resistant sol on the surface of the graphite carbon rods; S4: to be described. After the coating is naturally air-dried, the graphite carbon rod coated by the coating is sintered. After sintering, the coating forms an anti-oxidation protective layer on the surface of the graphite carbon rod. The preparation process of the anti-oxidation protective layer is simple, the equipment is simple, the coating is uniform, there is no environmental pollution, and the performance is stable. The use of the anti-oxidation protective layer can improve the high temperature oxidation resistance of graphite carbon rods and prolong the service life of graphite carbon rods.

【技术实现步骤摘要】
石墨碳棒的抗氧化方法
本专利技术涉及碳棒工业生产领域，特别涉及一种石墨碳棒的抗氧化方法。
技术介绍
石墨是一种具有良好高温性能，气化温度非常高的材料，它在较高温度下线膨胀系数非常低，已成为当前工业领域的重要结构和功能材料，石墨材料具有高温强度高，导电传热，抗热震性，耐腐蚀性，润滑性好等优点，被广泛应用于冶金、化工、航空航天和机械制造行业中。石墨制品在制造过程由于有机碳质原料的热解缩聚，使石墨形成多孔性。其中大部分是开口气孔，从而导致氧化性气体的扩散速度及深度增大，抗氧化性能变差。一般在空气中400℃左右就开始氧化，所以高温情况下易发生氧化的问题也比较突出，结构因而会受到腐蚀、破坏，进一步影响其在高温下的使用；防止其氧化的有效方法之一就是减少石墨材料与氧的接触面积，使石墨碳棒表面不直接暴露在空气中。在电弧炉冶金领域中，石墨电极常在高于550℃和氧化性气氛的环境中工作，导致石墨碳棒尺寸发生变化，表面结构遭受破坏，进一步导致其迅速烧损。国内电弧炉冶金工艺中因氧化引起的消耗占总消耗的一半左右，占电炉冶金总成本的10%以上，因此，石墨材料的抗氧化工艺便显得尤其重要。表面涂层是使石墨碳棒的高温氧化程度减缓从而延长碳棒使用寿命的有效途径，由于表面涂层是一种在石墨碳棒表面和高温环境介质之间形成的隔离层，从而避免了石墨碳棒表面和环境介质直接接触。涂层填充空隙和覆盖石墨材料表面，以形成抗氧化阻挡层，从而减缓氧化速度，达到降低氧化消耗的目的。高温涂层具有不破坏石墨碳棒的内部结构，使碳棒保持足够高的强度，同时又使碳棒表面具有优异的高温抗氧化性能的优点。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种石墨碳棒的抗氧化方法，制备的抗氧化保护层具有在温度变化时不会发生剥落，且操作方便、设备简单、涂层均匀、没有环境污染、性能稳定等优点，应用此方法可改善石墨碳棒的高温抗氧化性能，延长石墨碳棒的使用寿命。技术方案：本专利技术提供了一种石墨碳棒的抗氧化方法，S1：将二氧化硅和硅溶胶按质量比为1:6的比例混合均匀制成抗氧化溶胶；S2：将石墨碳棒烘烤至60-80℃；S3：将所述抗氧化溶胶均匀涂膜在所述石墨碳棒表面形成涂层；S4：待所述涂层自然风干后，对由所述涂层包覆的石墨碳棒进行烧结，烧结后所述涂层即在所述石墨碳棒表面形成抗氧化保护层。优选地，所述涂层厚度为3~5mm。进一步地，在所述涂层自然风干后，还在所述涂层的表面包裹黄板纸，然后再对包裹有所述黄板纸的石墨碳棒进行烧结。黄板纸即马粪纸包裹后，能够有效防止涂层在铸炉时被破坏。优选地，在所述S4中，所述烧结的具体步骤如下：先从室温以200℃/h的升温速率升温至1150~1200℃，保温2h；接着以100℃/h的升温速率升温至1620℃，保温4~8h；最后以100℃/h的升温速率升温至1650℃，保温4h。优选地，在所述S2中，在烘烤所述石墨碳棒时，烘烤功率为20kw，烘烤时间为3h。有益效果：在冶金工艺中，石墨电极的工作环境是极其恶劣的，在温度高于550℃和氧化性占优势的环境中，石墨电极由于氧化外形尺寸发生变化，甚至可能导致其迅速烧损。本专利技术解决的主要问题是石墨电极表面的氧化消耗问题，而石墨电极由石墨碳棒制成，若石墨碳棒具有较高的致密度，较大的颗粒尺寸以及较少的晶界，则会相应地减少石墨碳棒基体与氧气之间的界面，从而使其沿石墨粒子界面氧化的程度降低，则石墨电极的抗氧化能力较高。当前抗氧化保护层的制备面临着诸如如何提高保护层与基体的结合强度、提高保护层致密性、避免保护层开裂、调节保护层与基体之间的热膨胀系数差异等问题。石墨碳棒在450℃左右开始发生氧化反应，当石墨碳棒的石墨化程度愈高，晶体结构愈完整，反应活化愈大时，搭配使用本专利技术制备的抗氧化保护层，可使石墨碳棒取得良好的抗氧化效果。碳与气体之间反应属于气固反应，氧化反应速度不仅取决于表面的化学反应速度，同时也与气体分子向材料内扩散有关。若石墨碳棒的空隙率高，开口气孔多，就意味着参与反应的表面积大，氧化速度就快。同时环境温度低时，氧化反应速度不高，当温度高于800℃时化学反应速率快，而气体分子向材料气孔内扩散却因热运动而减慢，所以氧化反应只在表面进行。石墨碳棒在高温且氧化性气氛中长时间工作的性质决定其表面抗氧化性能成为主要影响因素。本专利技术中，采用二氧化硅和硅溶胶搅拌混合制成的抗氧化溶胶涂层须浸涂致密。这是因为，一方面，如果涂层疏松多孔，抗氧化保护层的空隙和裂纹会为氧气提供通道，氧气则会通过疏松多孔的涂层扩散到石墨碳棒基体，直接与石墨碳棒基体反应，释放出气态二氧化碳形成气孔，引起体积变化而产生裂痕，从而降低石墨碳棒的抗氧化能力，缩短了使用寿命；另一方面，由于石墨碳棒基体和涂层材料的热膨胀系数不同会导致产生裂纹，若有氧气穿过涂层，将基体氧化刻蚀，则会降低涂层的氧化防护能力，不致密的涂层会为氧气提供通道，导致石墨碳棒基体被氧气消耗，最终促使涂层剥落。而本专利技术中的涂层中含有二氧化硅成分，在高温下，二氧化硅的氧渗透率较低，能阻挡氧气向涂层内部渗透；同时，由于本专利技术中的抗氧化溶胶涂层具有良好的高温流动性，能有效填补涂层中的微裂纹等缺陷，涂层经过氧化试验后仍致密连续。所述涂层可以在氧化过程中填补微裂纹，提高涂层的抗氧化性能，涂层中的二氧化硅在1600℃变化时无明显变化，可以隔离氧与高纯石墨表面，使其无法直接接触，本专利技术中的涂层的配比可以同时保证抗剥落及填补微裂纹的性能。本专利技术中，石墨碳棒约含16%的气孔，将抗氧化溶胶涂抹在石墨碳棒表面形成涂层，也可在其内孔表面形成涂层。石墨碳棒被二氧化硅和硅溶胶制成的抗氧化保护层包覆后，表面与空气隔离，石墨碳棒的空隙率降低，从而减缓了石墨粒子界面的氧化程度，提高了抗氧化能力。由于上述抗氧化保护层的化学成分主要是碳，碳在一定条件下与空气、水蒸气、二氧化碳会发生氧化反应，氧化消耗加上电极的碳粒剥落将会占总消耗的50%左右。在高温氧化时，保护层中的二氧化硅成分在1600℃变化时无明显变化，隔离了氧与高纯石墨表面，使其无法直接接触，从而使石墨碳棒表面依然比较光滑，没有裂痕和剥落现象；且理论上二氧化硅的存在能够在氧化过程中填补微裂纹，提高抗氧化保护层的抗氧化性能，在循环氧化时没有出现剥落现象，显著提高了石墨碳棒的抗氧化能力，且随着抗氧化保护层厚度的增加，抗氧化能力得到进一步增强。综上，本专利技术中的抗氧化保护层具有以下特点：（1）高温下不融化，分解温度在1850℃以上；（2）与电极表面结合良好，并有相似的热膨胀系数；（3）有一定的机械强度；（4）对冶金操作及钢水质量无不利影响。包覆有本专利技术中的抗氧化保护层的石墨碳棒与同质量没有包覆抗氧化保护层的石墨碳棒（石墨电极）相比较，可使每吨钢的石墨电极消耗量降低20%~30%，并可降低炼钢电耗5%左右，而且由于抗氧化溶胶涂层的电阻小，可以提高石墨电极（石墨碳棒）的电流密度，降低石墨电极的直径。采用本专利技术的工艺制备的石墨碳棒的抗氧化保护层，具有在温度变化时不会发生剥落，且操作方便、设备简单、涂层均匀、没有环境污染、性能稳定等优点，应用此方法可改善石墨碳棒的高温抗氧化性能，延长石墨碳棒的使用寿命。附图说明图1为石墨芯烧结工艺示意图；图2为石墨碳棒外圈表面氧化消耗示意图。具体实施方式下面结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨碳棒的抗氧化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将二氧化硅和硅溶胶按质量比为1:6的比例混合均匀制成抗氧化溶胶；S2：将石墨碳棒烘烤至60‑80℃；S3：将所述抗氧化溶胶均匀涂膜在所述石墨碳棒表面形成涂层；S4：待所述涂层自然风干后，对由所述涂层包覆的石墨碳棒进行烧结，烧结后所述涂层即在所述石墨碳棒表面形成抗氧化保护层。

【技术特征摘要】
1.一种石墨碳棒的抗氧化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将二氧化硅和硅溶胶按质量比为1:6的比例混合均匀制成抗氧化溶胶；S2：将石墨碳棒烘烤至60-80℃；S3：将所述抗氧化溶胶均匀涂膜在所述石墨碳棒表面形成涂层；S4：待所述涂层自然风干后，对由所述涂层包覆的石墨碳棒进行烧结，烧结后所述涂层即在所述石墨碳棒表面形成抗氧化保护层。2.根据权利要求1所述的石墨碳棒的抗氧化方法，其特征在于，在所述S3中，所述涂层厚度为3~5mm。3.根据权利要求1所述的石墨碳棒的抗氧化方法，其特征在于，在所述S4中，在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志坚，杨华兴，彭伟平，金开锋，
申请(专利权)人：江苏奇纳新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32