超高功率石墨电极的制造方法及其专用的挤压设备技术

本发明专利技术涉及生产超高功率石墨电极的工艺及设备。本发明专利技术工艺流程如下：原料→预碎→筛选→气浸加浸渍→混捏→二次成型→焙烧→浸渍→石墨化→机械加工，得到产品。其中，对原料进行气浸加浸渍工序，在对原料和对焙烧后电极坯所用浸渍剂是高温煤沥青；在成型工序中采用二次成型法，先用不等距螺旋连续挤压机初次成型，再进行振动成型，从而实现以小设备制造大直径超高功率石墨的目的。本发明专利技术工艺简单，节约成本，产品质量好。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电极领域，特别涉及生产超高功率石墨电极的工艺及其挤压设备。现代炼钢电炉向大容量、高功率迅速发展，最大的电炉每次可熔炼量已达500吨。随着电炉容量的增加，一般石墨电极和高功率石墨电极已不能满足炼钢工业的要求了，因此，大直径超高功率石墨电极的研制和生产就日益显得迫切起来。目前对于超高功率石墨电极的质量要求如下1)电极的比电阻小，在5～7Ω·mm2/m范围内;2)电极使用时允许电流密度大于30A/cm2;3)电极的热膨胀系数小，抗折强度高并且吨钢电极消耗少。普通石墨电极和高功率石墨电极的制法如下原料→预碎→筛选→加入作为粘结剂的中温煤沥青混捏→成型→焙烧→浸渍→再焙烧→再浸渍→石墨化→机械加工→石墨电极成品。其中，所说的浸渍工序是将焙烧过的成型表面清理干净，预热到150～200℃后，在密封抽真空的高压罐内以180～200℃熔化的中温煤沥青加少许煤焦油浸渍，再对浸渍罐加压，使煤沥青渗透制焙烧成型品中去。由于使用中温煤沥青做粘结剂和浸渍剂，结焦残炭值低，软化点低，挥发份含量多，因而电极机械强度低，密度低。在成型工序中，一般有挤压法、模压法、振动成型法和等静压成型法，生产石墨电极以挤压法最好，因为挤压产品质量均匀。然而，在石墨电极成型时，往往由于挤压机设计不合理，因而所得挤压产品的择优取向程度不足，制品各向异性不明显，因而方向导电性不足，密度低;同时，需要大吨位挤压机才能制造大直径电极。在浸渍工序中使用高压是为了减少电极气孔率，提高密度，使煤沥青渗透进去。但由于大规格产品如Φ750mm的电极体积较大，中温沥青的粘度又高，因而不易浸透，所以不得不进行二次浸渍和焙烧工序，中温煤沥青的残炭率低，仅为45-50%，因此，所得电极产品的密度低，质量差。由于以上现有技术的不足，申请人积多年研究和生产石墨电极的丰富经验，经多方实验，终于完成本专利技术。本专利技术目的在于提供一种生产超高功率石墨电极的工艺及其挤压设备，利用该工艺能生产出具有比电阻小、使用时允许电流密度大、热膨胀系数小、抗折强度高的大直径炼钢石墨电极。本专利技术目的是这样达到的采用了新的工艺路线，即原料→预碎→筛选→气浸加浸渍→混捏→二次成型→焙烧→浸渍→石墨化→机械加工→石墨电极成品。其中，在原料预碎和筛选之后和混捏工序之间插入对原料的气浸和浸渍工序;在石墨化工序前的浸渍工序中使用高温煤沥青作粘结剂;在成型工序中采用二次成型法，首先将混捏后的糊料在螺旋连续挤压机内进行初步成型，成型温度为200±20℃，在该螺旋挤压机筒体内设有加热套，其中有240～280℃的导热油通过对糊料进行加热，挤压比为8～16，嘴子顶角α为45°，嘴子成型直线部分h是产品直径d的4倍，得到小于200mm直径的电极坯，将上述一次成型的半成品直接在振动成型机中进行振动成型，振动时间为10分钟，振幅60次/秒，振动完毕脱模冷却，进入下一步熔烧工序。生产大直径超高功率石墨电极的挤压设备是使用不等距螺旋连续挤压机，该机由筒体，加热套、螺旋轴、螺旋、锥头、嘴子组成，带有锥头的不等距螺旋轴总长2000～2100mm，螺旋部分的长度为1100～1200mm，螺旋轴105～115mm，螺旋外径190～200mm，锥头锥度为60°，递减螺距tmax＝130mm;tmin＝92mm，嘴子顶角α＝45°，嘴子成型直线部分h是产品直径d的的4倍，螺旋倾角β为105°，通过以上工艺和设备，本专利技术目的就完全达到了。以下结合附图对本专利技术进行详细说明;附附图说明图1是现有技术工序方框图;附图2是本专利技术的工序方框图;附图3是本专利技术挤压成型设备示意图;附图4是附图3上螺旋体A-A截面图。附图1是现有技术方框图，其流程是原料→预碎→筛选→混捏→成型→焙烧→浸渍→再焙烧→再浸渍→石墨化→机械加工→石墨电极成品。本专利技术工艺流程如附图2所示，其流程是原料→预碎→筛选→气浸加浸渍→混捏→成型→焙烧→浸渍→石墨化→机械加工→石墨电极成品。本专利技术原料采用作为灰分低的石油焦中的日本针状焦和釜式0.5优质油焦，其中，日本针状焦占配料70±5%，釜式0.5优质焦占30±5%或加少量沥青焦，针状焦焦块小，孔度均匀，石墨化时定向程度高，垫膨胀系数小，电阻率较低;釜式0.5优质油焦，所含灰分小于0.5%。原料经预碎筛选，配料成分为大粒子干料占30±5%，中间料干料占30±5%。粉料40±5%，对此料进行气浸。所说的气浸是在220～250℃的高温条件下，以混合油高温油枪喷雾，该混合油的用量和配比量每100份料，其中包括上述比例的大粒子干料，中间料干料和粉料，用3份煤油、1份煤焦油和1份蒽油，气浸能提高原料的亲油性使焦碳原料易于进行下步的浸渍处理和取得良好浸渍效果。所谓浸渍剂是能填满原料或焙烧半成品中气孔的煤沥青。气孔的存在对产品性能影响较大，当产品的气孔率增加时体积密度则下降，电阻率上升，机械强度减小，在一定温度下的氧化速度加快，耐蚀性也变坏，浸渍能使原料或产品的气孔率减少，从而改善产品质量，一般浸渍工序只在焙烧工序之后，而本专利技术则将浸渍工序实施于经气浸后的占总料量30±5%的大粒子干料和占总料量30±5%的中间粒子干料，然后在焙烧后再进行一次浸渍。本浸渍工序与现有技术相同，但用高温煤沥青作为浸渍剂，其中，将欲浸渍的粒子干料加网带放入浸渍罐中，抽真空，然后注入加热到250℃的浸渍煤沥青，在浸渍罐中加压8～10kg/cm2，加压保持5～10分钟，处理完毕后用压缩空气吹洗，冷后取出称重，增重率为9～13%。现有技术用中温煤沥青，软化点65～90℃，而本专利技术采用高温煤沥青，其软化点100～145℃。经焙烧后以中温煤沥青做浸渍剂者残碳率为45～50%，而高温煤沥青作浸渍剂者，经焙烧后的残碳率则提高到50～70%，从而提高产品密度，提高产品质量。浸渍沥青用量一般是干料的17±3%。经过上述气渗加浸渍的大粒子干料，中间料干料和经气浸的粉料在混捏机中进行混捏，使煤沥青对炭素颗粒进一步浸润，搅拌，混合后得到塑性糊料，经过混捏工序，煤沥青渗透到原料颗粒孔隙中，提高其粘结性和密实程度。这样生产的糊料的比重可达到1.65～1.70克/立方厘米，塑料好，便于成型，成型制品的成品率高，而未经过如本专利技术处理的糊料，其假比重仅为1.45～1.55克/立方厘米。混捏后将糊料进行成型，本专利技术成型特征在于采用二次成型法，先用螺旋连续挤压机初步成型为小直径电极坯，然后进行振动成型，将小直径电极坯成型为大规格Φ350～Φ750mm电极成品。挤压成型过程是为了将碳素材料的分子长轴调整到一个方向，提高产品各向异性。本专利技术挤压成形后的特征是连续性和提高产品各向异性。一般压型设备有水压机、油压机等，但挤压工序不连续，产品各向异性较差。本专利技术采用不等距螺旋连续挤压机，在加温200±20℃下进行挤压，以导热油在加热套中加热。为了得到优良各向异性，改进了挤压机的工作参数，其中，挤压比为8～16，嘴子顶角α为45°，嘴子成型直线部分h是产品直径的4倍，如附图3所示，当糊料在喇叭嘴子向外被挤出时，因直挤部分未受到侧向力，而两边糊料受侧向力，从而迫使受力的分子的长轴顺着纵向力的方向被挤出，所以整个产品的表面分子排列有序，表面的方向导电性增加。如挤压比小于8，则电极强度不够，如挤压比大于16，本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产超高功率石墨电极的工艺，具有下列按顺序的步骤：原料→预碎→筛选→混捏→成型→焙烧→浸渍→石墨化→机械加工→石墨电极成品，其特征在于：ａ）在原料破碎和筛选工序和混捏工序之间加入对原料的气浸加浸渍工序，其中所说的气浸是对原料中占３０±５％的大粒子干料、占３０±５％的中间粒子干料和占４０±５％的粉料、在２２０～２５０℃条件下分别以混合油高温油枪喷雾，该混合油的用量和配比是：每１００份料用３份煤油、１份煤焦油和１份蒽油；然后将气浸后按配比的大粒子料和中间粒子料放入料网内在浸渍罐内浸渍，所用浸渍剂是软化点为１００～１４５℃的高温煤沥青，然后将三种原料按配比再进行混捏工序；ｂ）在成型步骤中采用二步成型法，首先将混捏后的糊料在不等距螺旋连续挤压机内进行初步成型，即在２００±２０℃下进行挤压成型，在该螺旋挤压机筒体设有加热套，在该加热套中有２４０～２８０℃的导热油通过，对糊料进行加热，挤压比为８～１６，嘴子顶角α＝４５°，嘴子成型直线部分ｈ是产品直径ｄ的４倍，得到小于２００ｍｍ直径的电极坯；将上述一次成型的半成品直接在振动成型机中进行振动成型，振动时间１０分钟，振幅在６０次／秒，振动完毕脱模冷却，得到直径３５０～７５０ｍｍ的电极坯进入下一步焙烧工序；ｃ）对焙烧后的电极坯进行浸渍工序中所用浸渍剂是软化点为１００～１４５℃的高温煤沥青。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘英旺，
申请(专利权)人：刘英旺，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]