專利名稱:一種石墨碳素材料的生產方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種石墨碳素材料的生產方法,特別是涉及一種屬于一種抗氧化、耐高溫、耐腐蝕、機械強度高、導電性強和抗熱震性能好的碳素材料的生產方法。
背景技術:
冶煉稀土專用高純石墨陽極屬于非金屬領域新型工具材料,廣泛應用于電解稀土金屬的電解爐中作陽極使用。稀土金屬電解爐是用高純石墨板加工制造一個長方形石墨池外加鐵套制成,爐內放入稀土金屬氧化物,上面插入鎢棒通電作陰極,坩堝四壁懸掛四塊四分之一圓筒圍成的弧形石墨制品作陽極起導電及還原作用,它使稀土金屬氧化物中的氧原子與石墨陽極中碳原子發(fā)生反應,置換出稀土金屬單質或合金。所以,冶煉稀土專用石墨陽極屬于一種連續(xù)消耗性材料,石墨陽極只有具備抗氧化、耐高溫、耐腐蝕、導電性和抗熱震性能好、使用壽命長、單位消耗少、產出大等特性,才能用較低的成本產出高質量的稀土金 jM ο目前市場上出售的冶煉稀土專用石墨陽極大多為廢舊電極經機械切削加工而成, 其質量不穩(wěn)定、骨料顆粒大、氧化還原反應不完全、消耗大、產成品殘?zhí)亢客瑯?,而且其他雜質也可能超標。另外,市場上的細結構石墨陽極,雖然使用壽命長,耐消耗,但生產成本高,工藝復雜。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于為冶煉稀土金屬提供高密度、高純度、耐氧化、導電性強、抗熱震性能好和使用壽命長等優(yōu)點的理想高新技術產品,以滿足稀土工業(yè)碳素材料發(fā)展要求。本發(fā)明的目的由如下技術方案實施其按重量份所述,將每99-101份煅燒石油焦干料,加入溶化浙青20-25份,經配料、混捏、抽真空擠壓成型、一次焙燒、一次浸漬、二次焙燒、二次浸漬、三次焙燒和石墨化工藝制成,其具體制作步驟如下(1)、干料與粘結劑混捏、涼料、成型a.煅燒石油焦干料的配制煅燒石油焦干料由3個粒度級的煅燒石油焦粉配制而成,包括1. 5mm粒度級,其中粒度為1.5mm的煅燒石油焦粉占95% ;0. 5mm粒度級,其中粒度為0. 5mm的煅燒石油焦粉占95%,和0. 074mm粒度級,其中粒度為0. 074mm的煅燒石油焦粉占85%,3個粒度級的煅燒石油焦粉按重量百分比,1.5mm粒度級的煅燒石油焦粉為10-12% ;0.5mm粒度級的煅燒石油焦粉為48-50% ;0. 074mm粒度級的煅燒石油焦粉為 38-40%;上述各粒度級的煅燒石油焦粉的百分含量為100%;b.干料與粘結劑混捏將上述 a步驟所配制的干料和粘結劑即軟化點在85-90°C的中溫煤浙青,在雙攪刀混捏機內加熱至180-190°C,混捏2. 5-3小時,其中按重量計,每99份-101份煅燒石油焦干料加入20-25 份的粘結劑,通過涼料,抽真空為0. 076mpa時擠壓成型;O)、一次焙燒將壓制成型的生坯按一次焙燒工藝進行焙燒,焙燒工藝為爐溫用12小時從室溫升到350°C,在12-60小時,平均每小時升溫5°C,在60-276小時,平均每小時升溫1_2°C,在276-432小時,平均每小時升溫2-3°C第一次焙燒最高火焰溫度 1250-1260°C,制品溫度810-890°C,經過432-440小時的加熱得到焙燒制品;(3)、一次浸漬將得到的焙燒品預熱到300-320°C,預熱時間11-12小時,將預熱的產品放入高壓浸漬罐內密閉,并注入溶化后經沉淀的中溫煤浙青,用中溫煤浙青淹沒預熱的產品,抽真空30-40分鐘,真空度0. 08mpa,加壓時間為4. 5-5小時,一次浸漬后增重不低于焙燒品的 20% ;0)、二次焙燒將浸漬過的制品進行二次焙燒,二次焙燒工藝為爐溫用12小時從室溫升到 350°C,在12-60小時,平均每小時升溫5°C,在60-2 小時,平均每小時升溫1 -2°C,在 228-276小時,平均每小時升溫2-3°C,在276-312小時,平均每小時升溫5_6°C,在312-324 小時保持恒溫,在324-336小時,平均每小時升溫10-11°C,在336-360小時保持恒溫,第二次焙燒最高火焰溫度1250-U60°C,制品溫度為800-810°C,,經過360小時的加熱得到焙燒
P
m ;(5)、二次浸漬用與一次浸漬同樣的方法進行二次浸漬,二次浸漬后增重不低于焙燒品的12% ;(6)三次焙燒用與二次焙燒同樣的工藝進行三次焙燒,得到焙燒品;(7)、石墨化工藝將經過兩次浸漬、三次焙燒后的制品裝入石墨化爐內,按爐芯截面積擺放好制品,在密閉的情況下通電,按照裝爐量送電,進行高溫處理,要求石墨化爐的爐芯溫度在 2400-25000C,即得該石墨碳素材料,其正面成瓦狀。本發(fā)明的優(yōu)點在于1、在干料與粘結劑混捏、涼料、成型過程中采用抽真空擠壓成型的方法,可以使制品內部結構均勻致密,內部顆粒間隙氣孔減小,氣體滲透率降低,提高體積密度。2、制定焙燒曲線時,在揮發(fā)份排放階段,嚴格控制制品溫度,使制品每小時升溫不超過0. 5°C,使粘結劑在制品內均勻炭化為網(wǎng)狀分布,生成良好的石墨微晶,防止裂紋產生,提高成品率;3、再經浸漬、焙燒和石墨化工藝提升產品各項理化性能指標。經抽真空熱擠壓成型制得的高純石墨陽極產品在國內都未見報道,屬于國內領先,且各項理化指標都優(yōu)于檢出產品報道的理化指標;4、本發(fā)明工藝簡單,便于操作,生產成本低。
具體實施例方式實施例1 規(guī)格為 G3OmmXg5OmmX7Omm)(1)、干料與粘結劑混捏、涼料、成型將真密度在2. 08%以上、灰分0. 3以下(包括0. 3)的優(yōu)質煅燒石油焦經磨粉、篩分后得到的1. 5mm、0. 5mm、0. 074mm三個粒度級的粉料按照74kg、350kg和276kg配比,經 45分鐘干混,加熱到180°C后即為700kg干料;再加入軟化點在85°C _90°C的中溫煤浙青 lWkg,在185°C下進行混捏2. 5小時后裝入壓機,抽真空0. 076mpa擠壓成型。O)、一次焙燒將壓制成型的生坯按一次焙燒工藝進行焙燒,焙燒工藝為爐溫用12小時從室溫升到350°C,在12-60小時,平均每小時升溫5°C,在60-276小時,平均每小時升溫1-2°C, 在276-432小時,平均每小時升溫2-3°C第一次焙燒最高火焰溫度1250_U60°C,制品溫度 810°C,經過432小時的加熱得到焙燒制品;(3)、一次浸漬將得到的焙燒品預熱到300°C,預熱時間11小時,將預熱的產品放入高壓浸漬罐內密閉,并注入溶化后經沉淀的中溫煤浙青,用中溫煤浙青淹沒預熱的產品,抽真空30分鐘,真空度0. 08mpa,加壓時間為5小時,一次浸漬后增重不低于焙燒品的20% ;0)、二次焙燒將浸漬過的制品進行二次焙燒,二次焙燒工藝為爐溫用12小時從室溫升到 350°C,在12-60小時,平均每小時升溫5°C,在60-2 小時,平均每小時升溫1 -2°C,在 228-276小時,平均每小時升溫2-3°C,在276-312小時,平均每小時升溫5_6°C,在312-324 小時保持恒溫,在324-336小時,平均每小時升溫10-11°C,在336-360小時保持恒溫,第二次焙燒最高火焰溫度1250°C,制品溫度為800°C,經過360小時的加熱得到焙燒品;(5)、二次浸漬將得到的二次焙燒品預熱到300°C,預熱時間11小時,將預熱的產品放入高壓浸漬罐內密閉,并注入溶化后經沉淀的中溫煤浙青,用中溫煤浙青淹沒預熱的產品,抽真空30 分鐘,真空度0. 08mpa,加壓時間為5小時,二次浸漬后增重不低于焙燒品的12% ;(6)三次焙燒將浸漬過的制品進行三次焙燒,三次焙燒工藝為爐溫用12小時從室溫升到 350°C,在12-60小時,平均每小時升溫5°C,在60-2 小時,平均每小時升溫1 -2°C,在 228-276小時,平均每小時升溫2-3°C,在276-312小時,平均每小時升溫5_6°C,在312-324 小時保持恒溫,在324-336小時,平均每小時升溫10-11°C,在336-360小時保持恒溫,三次焙燒最高火焰溫度1250°C,制品溫度為800°C,經過360小時的加熱得到三次焙燒品(7)、石墨化工藝將經過兩次浸漬、三次焙燒后的制品裝入石墨化爐內,按爐芯截面積擺放好制品,在密閉的情況下通電,按照裝爐量送電,進行高溫處理,要求石墨化爐的爐芯溫度在 M00°C,即得該石墨碳素材料。實施例2 規(guī)格為 G3OmmXg5OmmX7Omm)(1)、干料與粘結劑混捏、涼料、成型將真密度在2. 08%以上、灰分0.3以下(包括0. 3)的優(yōu)質煅燒石油焦經磨粉、篩分后得到的1. 5mm、0. 5mm、0. 074mm三個粒度級的粉料按照84kg、336kg和280kg配比,經 45分鐘干混,加熱到180°C后即為700kg干料;再加入軟化點在85°C _90°C的中溫煤浙青 lWkg,在185°C下進行混捏3小時后裝入壓機,抽真空0. 076mpa擠壓成型。O)、一次焙燒將壓制成型的生坯按一次焙燒工藝進行焙燒,焙燒工藝為爐溫用12小時從室溫升到350°C,在12-60小時,平均每小時升溫5°C,在60-276小時,平均每小時升溫1_2°C,在 276-432小時,平均每小時升溫2-3°C第一次焙燒最高火焰溫度1260°C,制品溫度890°C,經過432小時的加熱得到焙燒制品;(3)、一次浸漬
將得到的焙燒品預熱到320°C,預熱時間11小時,將預熱的產品放入高壓浸漬罐內密閉,并注入溶化后經沉淀的中溫煤浙青,用中溫煤浙青淹沒預熱的產品,抽真空40分鐘,真空度0. 08mpa,加壓時間為4. 5小時,一次浸漬后增重不低于焙燒品的20% ;0)、二次焙燒將浸漬過的制品進行二次焙燒,二次焙燒工藝為爐溫用12小時從室溫升到 350°C,在12-60小時,平均每小時升溫5°C,在60-2 小時,平均每小時升溫1 -2°C,在 228-276小時,平均每小時升溫2-3°C,在276-312小時,平均每小時升溫5_6°C,在312-324 小時保持恒溫,在324-336小時,平均每小時升溫10-11°C,在336-360小時保持恒溫,第二次焙燒最高火焰溫度1260°C,制品溫度為810°C,經過360小時的加熱得到焙燒品;(5)、二次浸漬將得到的二次焙燒品預熱到320°C,預熱時間12小時,將預熱的產品放入高壓浸漬罐內密閉,并注入溶化后經沉淀的中溫煤浙青,用中溫煤浙青淹沒預熱的產品,抽真空40 分鐘,真空度0. 08mpa,加壓時間為4. 5小時,二次浸漬后增重不低于焙燒品的12% ;(6)三次焙燒將浸漬過的制品進行三次焙燒,三次焙燒工藝為爐溫用12小時從室溫升到 350°C,在12-60小時,平均每小時升溫5°C,在60-2 小時,平均每小時升溫1 -2°C,在 228-276小時,平均每小時升溫2-3°C,在276-312小時,平均每小時升溫5_6°C,在312-324 小時保持恒溫,在324-336小時,平均每小時升溫10-11°C,在336-360小時保持恒溫,三次焙燒最高火焰溫度1260°C,制品溫度為810°C,經過360小時的加熱得到三次焙燒品(7)、石墨化工藝將經過兩次浸漬、三次焙燒后的制品裝入石墨化爐內,按爐芯截面積擺放好制品,在密閉的情況下通電,按照裝爐量送電,進行高溫處理,要求石墨化爐的爐芯溫度在 2500°C,即得該石墨碳素材料。實施例3 規(guī)格為 G3OmmXg5OmmX7Omm)(1)、干料與粘結劑混捏、涼料、成型將真密度在2. 08%以上、灰分0. 3以下(包括0. 3)的優(yōu)質煅燒石油焦經磨粉、篩分后得到的1. 5mm、0. 5mm、0. 074mm三個粒度級的粉料按照84kg、343kg和273kg配比,經 45分鐘干混,加熱到180°C后即為700kg干料;再加入軟化點在85°C _90°C的中溫煤浙青 lWkg,在185°C下進行混捏3小時后裝入壓機,抽真空0. 076mpa擠壓成型。O)、一次焙燒將壓制成型的生坯按一次焙燒工藝進行焙燒,焙燒工藝為爐溫用12小時從室溫升到350°C,在12-60小時,平均每小時升溫5°C,在60-276小時,平均每小時升溫1_2°C,在 276-432小時,平均每小時升溫2-3°C第一次焙燒最高火焰溫度1255°C,制品溫度860°C,經過432小時的加熱得到焙燒制品;(3)、一次浸漬將得到的焙燒品預熱到320°C,預熱時間11小時,將預熱的產品放入高壓浸漬罐內密閉,并注入溶化后經沉淀的中溫煤浙青,用中溫煤浙青淹沒預熱的產品,抽真空36分鐘,真空度0. 08mpa,加壓時間為4. 7小時,一次浸漬后增重不低于焙燒品的20% ;0)、二次焙燒
將浸漬過的制品進行二次焙燒,二次焙燒工藝為爐溫用12小時從室溫升到 350°C,在12-60小時,平均每小時升溫5°C,在60-2 小時,平均每小時升溫1 -2°C,在 228-276小時,平均每小時升溫2-3°C,在276-312小時,平均每小時升溫5_6°C,在312-324 小時保持恒溫,在324-336小時,平均每小時升溫10-11°C,在336-360小時保持恒溫,第二次焙燒最高火焰溫度1256°C,制品溫度為807°C,經過360小時的加熱得到焙燒品;(5)、二次浸漬將得到的二次焙燒品預熱到312°C,預熱時間11小時,將預熱的產品放入高壓浸漬罐內密閉,并注入溶化后經沉淀的中溫煤浙青,用中溫煤浙青淹沒預熱的產品,抽真空37 分鐘,真空度0. 08mpa,加壓時間為4. 5小時,二次浸漬后增重不低于焙燒品的12% ;(6)三次焙燒將浸漬過的制品進行三次焙燒,三次焙燒工藝為爐溫用12小時從室溫升到 350°C,在12-60小時,平均每小時升溫5°C,在60-2 小時,平均每小時升溫1 -2°C,在 228-276小時,平均每小時升溫2-3°C,在276-312小時,平均每小時升溫5_6°C,在312-324 小時保持恒溫,在324-336小時,平均每小時升溫10-11°C,在336-360小時保持恒溫,三次焙燒最高火焰溫度1256°C,制品溫度為806°C,經過360小時的加熱得到三次焙燒品(7)、石墨化工藝將經過兩次浸漬、三次焙燒后的制品裝入石墨化爐內,按爐芯截面積擺放好制品,在密閉的情況下通電,按照裝爐量送電,進行高溫處理,要求石墨化爐的爐芯溫度在 M60°C,即得該石墨碳素材料。實施例4 實施例1-3制得的石墨碳素材料,經檢測其含碳量分別為99.6^^99.58%, 99. 8%,均大于 99. 5% ;體積密度分別為:1. 77g/cm3、l. 79g/cm3、l. 76g/cm3,均大于 1. 75g/ cm3;比電阻分別為6.8μ Ωπι、6.9μ Ωπι、6.4μ Ωπι,均小于7μ Ωπι;抗折強度分別為 41MPa、40. 7MPa、42MPa,均大于40MPa ;單耗時間分別為:83小時、81小時、84小時,分別大于80小時。本石墨碳素材料技術指標與國內同行業(yè)先進指標對比情況如下表所示
權利要求
1. 一種石墨碳素材料的生產方法,其特征在于,按重量份所述,將每99-101份煅燒石油焦干料,加入溶化浙青20-25份,經配料、混捏、抽真空擠壓成型、一次焙燒、一次浸漬、二次焙燒、二次浸漬、三次焙燒和石墨化工藝制成,其具體制作步驟如下(1)、干料與粘結劑混捏、涼料、成型a.煅燒石油焦干料的配制煅燒石油焦干料由3個粒度級的煅燒石油焦粉配制而成, 包括1. 5mm粒度級,其中粒度為1. 5mm的煅燒石油焦粉占95%;0. 5mm粒度級,其中粒度為 0. 5mm的煅燒石油焦粉占95%和0. 074mm粒度級,其中粒度為0. 074mm的煅燒石油焦粉占 85%,3個粒度級的煅燒石油焦粉按重量百分比1. 5mm粒度級的煅燒石油焦粉為10-12% ; 0. 5mm粒度級的煅燒石油焦粉為48-50074mm粒度級的煅燒石油焦粉為38-40%;上述各粒度級的煅燒石油焦粉的百分含量為100% ;b.干料與粘結劑混捏將上述a步驟所配制的干料和粘結劑即軟化點在85-90°C的中溫煤浙青,在雙攪刀混捏機內加熱至180-190°C,混捏2. 5-3小時,其中按重量計,每99 份-101份的煅燒石油焦干料加入20-25份的粘結劑,通過涼料,抽真空為0. 076mpa時擠壓成型;O)、一次焙燒將壓制成型的生坯按一次焙燒工藝進行焙燒,焙燒工藝為爐溫用12小時從室溫升到350°C,在12-60小時,平均每小時升溫5°C,在60-276小時,平均每小時升溫1-2°C, 在276-432小時,平均每小時升溫2-3°C第一次焙燒最高火焰溫度1250-U60°C,制品溫度 890-900°C,經過432-440小時的加熱得到一次焙燒制品;(3)、一次浸漬將得到的一次焙燒制品預熱到300°C-320°C,預熱時間11-12小時,將預熱的產品放入高壓浸漬罐內密閉,并注入溶化后經沉淀的中溫煤浙青,用中溫煤浙青淹沒預熱的產品,抽真空30-40分鐘,真空度達0. 08mpa時,加壓時間為4. 5-5小時,一次浸漬后增重不低于焙燒品的20% ;G)、二次焙燒將浸漬過的制品進行二次焙燒,二次焙燒工藝為爐溫用12小時從室溫升到350°C, 在12-60小時,平均每小時升溫5°C,在60-2 小時,平均每小時升溫1_2°C,在2觀_276小時,平均每小時升溫2-3°C,在276-312小時,平均每小時升溫5_6°C,在312-3 小時保持恒溫,在324-336小時,平均每小時升溫10-11°C,在336-360小時保持恒溫,第二次焙燒最高火焰溫度1250-U60°C,制品溫度為800-810°C,經過360-365小時的加熱得到二次焙燒Pm ;(5)、二次浸漬用與一次浸漬同樣的方法對二次焙燒品進行二次浸漬,二次浸漬后增重不低于次二次焙燒品的12% ;(6)三次焙燒用與二次焙燒同樣的工藝對二次浸漬的二次焙燒品進行三次焙燒,得到三次焙燒品;(7)、石墨化工藝將經過兩次浸漬、三次焙燒后的三次焙燒品裝入石墨化爐內,按爐芯截面積擺放好制品,在密閉的情況下通電,按照裝爐量送電,進行高溫處理,要求石墨化爐的爐芯溫度在M00-2500°C,即得該石墨碳素材料。
2.由權利要求1所述的生產方法制得的高純石墨陽極瓦,其特征在于其正面成瓦狀。
全文摘要
本發(fā)明為一種石墨碳素材料的生產方法,其中石墨碳素材料所需成分配比按重量份所述,將每99-101份煅燒石油焦干料,加入溶化瀝青20-25份,其包括有如下步驟(1)、干料與粘結劑混捏、涼料、成型;(2)、一次焙燒;(3)、一次浸漬;(4)、二次焙燒;(5)、二次浸漬;(6)三次焙燒;(7)、石墨化工藝。用該工藝生產的新型石墨碳素材料,其具有抗氧化,耐高溫,耐腐蝕,導電性強和抗熱震性能好的特點,產品使用壽命是普通石墨陽極的三倍以上。
文檔編號C01B31/02GK102173409SQ20111000545
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權日2011年1月4日
發(fā)明者孔向民, 孔繁凱, 張存祿, 張峰, 梁行方, 王 義, 郭海濤 申請人:興和縣鑫源碳素有限公司, 包頭瑞鑫稀土金屬材料股份有限公司