專(zhuān)利名稱(chēng)：模壓細(xì)結(jié)構(gòu)石墨陽(yáng)極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨陽(yáng)極的制備方法，特別指稀土金屬電解爐中使用的 石墨陽(yáng)極的制備方法。
背景技術(shù)：
冶煉稀土專(zhuān)用石墨陽(yáng)極屬于非金屬領(lǐng)域新型工具材料，主要用于電解稀 土金屬的電解爐中作陽(yáng)極使用。稀土金屬電解爐是由 一個(gè)石墨柑堝外加鐵套 制成，坩堝內(nèi)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(yáng)極起導(dǎo)電及還原作用，它使稀 土金屬氧化物中的氧原子與石墨陽(yáng)極中碳原子發(fā)生反應(yīng)，置換出稀土金屬單 質(zhì)或合金。所以，冶煉稀土專(zhuān)用石墨陽(yáng)極屬于一種連續(xù)消耗性材料。在冶煉 中要求石墨陽(yáng)極雜質(zhì)少、使用壽命長(zhǎng)、單位消耗少、產(chǎn)出大，以便用較低的 成本產(chǎn)出高質(zhì)量的稀土金屬。這樣，對(duì)于石墨陽(yáng)極來(lái)說(shuō)就要求有較高的密度、 較低的比電阻、各向異性比小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)密均勻、氣孔率小、灰分少、具 有一定機(jī)械強(qiáng)度和抗熱震性等特性。
目前市場(chǎng)上出售的冶煉稀土專(zhuān)用石墨陽(yáng)極大多為廢舊電極經(jīng)機(jī)械切削 加工而成，其質(zhì)量不穩(wěn)定、骨料顆粒大、氧化還原反應(yīng)不完全、消耗大、產(chǎn) 成品殘?zhí)亢客瑯?biāo)，而且其他雜質(zhì)也可能超標(biāo)。另一部分石墨陽(yáng)極為擠 壓成型產(chǎn)品，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻、各向異形比大，而且容易扭曲變形、不耐 耗，也需機(jī)械加工而導(dǎo)致成本加大。另外，用上述辦法制成的弧形石墨陽(yáng)極 兩端厚度相同，嵌入懸掛裝置一端，在電解液中會(huì)過(guò)早使其中鐵具暴露，使 整塊陽(yáng)極的下端因來(lái)不及發(fā)生氧化還原反應(yīng)而無(wú)法再使用，造成浪費(fèi)，增大 了消耗。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種模壓細(xì)結(jié)構(gòu)石墨陽(yáng)極的制備方法，這種制備方法根據(jù)冶煉稀土電解爐的爐型及陽(yáng)極氧牝消耗特點(diǎn)設(shè)計(jì)模具，使 產(chǎn)品鑲嵌懸掛裝置一端在不影響內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下作適當(dāng)加厚，采用超細(xì)磨 粉、細(xì)顆粒配方、雙面模壓成型法壓制成型并加浸一次、再經(jīng)石墨化和提純 工藝，使產(chǎn)品達(dá)到高純、高密、細(xì)結(jié)構(gòu)、低比電阻、低消耗的目標(biāo)。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題由如下方案來(lái)實(shí)現(xiàn)模壓細(xì)結(jié)構(gòu)石墨陽(yáng)極的制 備方法，其特征是將真密度2. 08g/cm3以上、灰分0.5%以下的煅后石油焦 經(jīng)中碎、超細(xì)磨粉后制成0, 8 mm-0. 5mm、 0. 5mm -0. 15mm、 0. 15,-0. 075ram 三個(gè)粒級(jí)的粒料和0.075mm以下的超細(xì)粉料，使其純度達(dá)65%-80%，將上述 煅后石油焦四個(gè)粒級(jí)的重量比按O. 8咖-0. 5mm占13%-15%、 0. 5mm-0. 15mm 占9%-11%、0. 15 mm-0. 075mm占18%-20%、0. 075mm以下的超細(xì)粉料占54%-60% 配比，與石墨碎經(jīng)20分鐘一30分鐘干混，加熱到100°C-12(TC成為干料， 干料中石墨碎重量占10%-20%、煅后石油焦重量占80%-90%，再加入干料重 量30%-40%、軟化點(diǎn)在80。C-90。C的中溫煤瀝青，在160°C-180。C下進(jìn)行20 分鐘一30分鐘加壓混捏，然后迸行二次軋片、再磨粉成0. 075mm以下顆粒重 量占60%-80%的均勻超細(xì)粉料，由雙面模壓成型機(jī)壓制成型，保證壓制品的 體積密度達(dá)1.55g/cm3以上，焙燒時(shí)在關(guān)鍵溫區(qū)每小時(shí)升溫2t:-3t:，最高 火焰溫度焙燒到1250'C,保證焙燒品不變形、不開(kāi)裂，并使體積密度達(dá) 1.52g/cm3以上、比電阻控制在40u Qm以下，再用煤瀝青浸漬，保證浸漬 品增重18%以上，再焙燒到125CTC,保證二次焙燒品體積密達(dá)1. 70g/cm3以 上，經(jīng)石墨化爐在250(TC溫度下，使碳制品石墨化和提純，制成石墨陽(yáng)極產(chǎn) 品。產(chǎn)品體積密度達(dá)1.68g/cm3以上、比電阻控制在7u Qm以下。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1、本制備方法工藝路徑的設(shè)計(jì)過(guò)程中，選用優(yōu)質(zhì)煅后石油焦和中溫煤瀝青 灰分小、密度高、石墨化性能好，生產(chǎn)出的產(chǎn)品純度高，各項(xiàng)理化性能好。 采用超細(xì)磨粉、小顆粒配方，使最大顆粒不超0. 8ram，最小顆粒在0. 075mm 以下，并與煤瀝青經(jīng)加壓充分均勻混捏，可以使制品內(nèi)部結(jié)構(gòu)均一、致密， 缺陷小，粒間隙氣孔少，氣體滲透率低，各向異性比小，密度高、耐消耗。2、 采用雙面模壓成型法，保證—f制'品內(nèi)部密度均"；根據(jù)爐型設(shè)計(jì)模具， 使產(chǎn)成品不需機(jī)械加工工序，節(jié)省了成本；在設(shè)計(jì)模具時(shí)，使懸掛端加厚， 防止了因懸掛裝置過(guò)早暴露于電解液面而使產(chǎn)品下端無(wú)法完全利用，造成浪 費(fèi)和成本增加。
3、 制定焙燒曲線時(shí)，在揮發(fā)份排放階段，每小時(shí)升溫不超2-3°C，使煤瀝青 在制品內(nèi)均勻炭化為網(wǎng)狀分布，并與煅后石油焦結(jié)合為化學(xué)健，使石墨微晶 發(fā)育良好，同時(shí)抑制內(nèi)部熱應(yīng)力，防止裂紋產(chǎn)生。
4、 進(jìn)行浸漬和再焙處理，可以進(jìn)一步降低氣孔率，提高制品體積密度，降 低比電阻，增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度。
5、 進(jìn)行石墨化處理，改變制品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，促進(jìn)石墨微晶成長(zhǎng)，提升產(chǎn)品理 化性能，降低比電阻，實(shí)現(xiàn)氧化還原反應(yīng)均勻充分，降低消耗，并可使產(chǎn)品 得到提純，增加炭含量。
本石墨陽(yáng)極產(chǎn)品經(jīng)過(guò)石墨化工序后即可使用，不需機(jī)械加工，降低了成本。 本制備方法的創(chuàng)新點(diǎn)在于采用超細(xì)磨粉，細(xì)顆粒配方，在特制的模具中進(jìn)行 冷模壓成型；難點(diǎn)在于保證煅后石油焦粒料，粉料和煤瀝青充分混捏均勻， 保證壓制品，焙燒品不開(kāi)裂，成品率高。
本制備方法生產(chǎn)的石墨陽(yáng)極產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)可達(dá)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，經(jīng)査新國(guó)
內(nèi)無(wú)先例，現(xiàn)將產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)與國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)比較如下-
本石墨陽(yáng)極產(chǎn)品指標(biāo)國(guó)內(nèi)同類(lèi)先進(jìn)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)
純度》99%》97%
體積密度>1.68g/cm3》1.58g/cm3
比電阻《7y Qm《8. 5y Qm
單套消耗時(shí)間72小時(shí)一80小時(shí)40小時(shí)一50小時(shí)
圖1是本制備方法的工藝流程圖具體實(shí)施方式
下面詳述一實(shí)施例規(guī)格為1/4 ( 4>: 50mm-(H80ta) X400咖。將真密 度達(dá)2.08g/cii^以上、灰分0.5%以下的優(yōu)質(zhì)煅后石油焦經(jīng)中碎、超細(xì)磨粉后 制成O. 8mm-0. 5mm、0. 5咖-0. 15腿、0. 15mm-0. 075 mm三個(gè)粒級(jí)的粒料和0. 075 mm以下的超細(xì)粉料，使其純度均達(dá)到70%。按照0.8mm以下石墨碎130kg、 煅后石油焦600 kg配比。其中煅后石油焦各粒級(jí)按0. 8mm-0. 5mm 78 kg、 0. 5mm-0. 15咖60 kg、 0. 15咖-0. 075腿114 kg、 0. 075mm以下的超細(xì)粉料348 kg配比。各煅后石油焦和石墨碎經(jīng)30分鐘干混，加熱到12(TC成為干料。 再加入軟化點(diǎn)在80°C-9(TC的中溫煤瀝青270 kg，在17(TC下進(jìn)行20分鐘加 壓混捏，然后進(jìn)行二次軋片、再磨粉成0. 075mm以下顆粒占70%的均勻超細(xì) 粉料，由雙面模壓成型機(jī)壓制成型。保證壓制品的體積密度達(dá)1.55g/cm3以 上，焙燒時(shí)在關(guān)鍵溫區(qū)每小時(shí)升溫2。C，最高火焰溫度焙燒到125(TC,保證 焙燒品不變形、不開(kāi)裂，并使體積密度達(dá)1.53g/cm3以上、比電阻控制在 40y Qm以下。再用煤瀝青浸漬，保證浸漬品增重18%以上，再焙燒到1250°C， 保證二次焙燒品體積密達(dá)1.70g/cms以上，經(jīng)石墨化爐在250(TC溫度下，使 碳制品石墨化和提純，制成石墨陽(yáng)極產(chǎn)品。產(chǎn)品體積密度達(dá)1. 68g/cm3以上、 比電阻控制在7 u Q m以下。模具設(shè)計(jì)上一端外徑350mm，內(nèi)徑160mrn，在110mm 長(zhǎng)度內(nèi)均勻過(guò)渡為外徑350mm，內(nèi)徑180mm直至另一端。
權(quán)利要求
1、模壓細(xì)結(jié)構(gòu)石墨陽(yáng)極的制備方法，其特征是將真密度2.08g/cm3以上、灰分0.5％以下的煅后石油焦經(jīng)中碎、超細(xì)磨粉后制成0.8mm-0.5mm、0.5mm-0.15mm、0.15mm-0.075mm三個(gè)粒級(jí)的粒料和0.075mm以下的超細(xì)粉料，使其純度達(dá)65％-80％，將上述煅后石油焦四個(gè)粒級(jí)的重量比按0.8mm-0.5mm占13％-15％、0.5mm-0.15mm占9％-11％、0.15mm-0.075mm占18％-20％、0.075mm以下的超細(xì)粉料占54％-60％配比，與石墨碎經(jīng)20分鐘-30分鐘干混，加熱到100℃-120℃成為干料，干料中石墨碎重量占10％-20％、煅后石油焦重量占80％-90％，再加入干料重量30％-40％、軟化點(diǎn)在80℃-90℃的中溫煤瀝青，在160℃-180℃下進(jìn)行20分鐘-30分鐘加壓混捏，然后進(jìn)行二次軋片、再磨粉成0.075mm以下顆粒重量占60％-80％的均勻超細(xì)粉料，由雙面模壓成型機(jī)壓制成型，保證壓制品的體積密度達(dá)1.55g/cm3以上，焙燒時(shí)在關(guān)鍵溫區(qū)每小時(shí)升溫2℃-3℃，最高火焰溫度焙燒到1250℃，保證焙燒品不變形、不開(kāi)裂，并使體積密度達(dá)1.52g/cm3以上、比電阻控制在40μΩm以下，再用煤瀝青浸漬，保證浸漬品增重18％以上，再焙燒到1250℃，保證二次焙燒品體積密達(dá)1.70g/cm3以上，經(jīng)石墨化爐在2500℃溫度下，使碳制品石墨化和提純，制成石墨陽(yáng)極產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種模壓細(xì)結(jié)構(gòu)石墨陽(yáng)極的制備方法，主要工藝過(guò)程是選用優(yōu)質(zhì)煅后石油焦，采用超細(xì)磨粉、小顆粒配方，用石墨碎和煅后石油焦干混后，加入優(yōu)質(zhì)中溫煤瀝青在一定的溫度、壓力下，經(jīng)混捏、軋片、再次磨粉，用雙面壓機(jī)在特制模具中進(jìn)行冷模壓成型，然后焙燒，確保制品不裂，經(jīng)浸漬煤瀝青處理提高產(chǎn)品密度，再經(jīng)石墨化過(guò)程中降低電阻率并進(jìn)行純化處理即為成品。本制備方法生產(chǎn)的石墨陽(yáng)極有較高的密度、較低的比電阻、各向異性比小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)密均勻、氣孔率小、灰分少，具有一定機(jī)械強(qiáng)度和抗熱震性特性。
文檔編號(hào)C25C7/02GK101285202SQ200710090789
公開(kāi)日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2007年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月9日
發(fā)明者郭長(zhǎng)勝 申請(qǐng)人:興和縣木子炭素有限責(zé)任公司