碳納米超微材料大規(guī)格炭電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于特炭質(zhì)電極技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及碳納米超微材料大規(guī)格炭電極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]特大直徑炭質(zhì)電極被列入國家工信部《工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)投資指南》鼓勵(lì)發(fā)展的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，應(yīng)用在工業(yè)硅、黃磷、電石、鐵合金等埋弧電爐冶煉行業(yè)，并快速替代能耗和價(jià)格較高的石墨電極和污染嚴(yán)重的電極糊，在同樣容量的埋弧電爐上，特大直徑炭質(zhì)電極比石墨電極直徑更大，爐內(nèi)弧帶增寬，弧體穩(wěn)定，保證了冶煉效率，降低了能消耗，保護(hù)了環(huán)境。
[0003]隨著國家節(jié)能減排政策的積極推進(jìn)，國家發(fā)改委、工信部出臺(tái)了一系列埋弧電爐冶煉行業(yè)準(zhǔn)入政策，電爐爐型規(guī)格逐漸加大，對(duì)埋弧電爐用大直徑炭質(zhì)電極提出了新的要求。目前，我國特大直徑炭質(zhì)電極存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)差、電阻率高、抗氧化性能力差、消耗高等缺點(diǎn)，與國際優(yōu)級(jí)特大直徑炭質(zhì)電極質(zhì)量相比還存在一定的差距。為了提升特大直徑炭質(zhì)電極產(chǎn)品質(zhì)量，適應(yīng)國內(nèi)外市場(chǎng)需求，通過深入研究材料性能，改變材料配比，增加石墨碎的含量、調(diào)整材料粒度，特別是在配方中加入添加劑(碳酸鹽)與碳納米級(jí)粉料等方式，改善其性能，達(dá)到增大炭質(zhì)電極直徑，使炭電極的抗氧化性能、抗折斷性能、抗拉伸性能都有了明顯的提高，確保了炭電極的安全使用性能，降低炭質(zhì)電極消耗，延長使用壽命，降低埋弧電爐冶煉成本的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的第一個(gè)問題就是提供一種高使用性能、低電阻率、抗氧化性強(qiáng)、消耗低的碳納米超微材料大規(guī)格炭電極。
[0005]為解決上述第一個(gè)問題，本發(fā)明提出的碳納米超微材料大規(guī)格炭電極包括下列重量份的組分:
粒徑大于8mm小于等于16mm的石墨碎 8一 16重量份粒徑大于4mm小于等于8mm的石墨碎 16—20重量份粒徑小于等于4_的石墨碎12 —18重量份
粒徑大于8mm小于等于16mm的石油焦 8一 16重量份粒徑大于4_小于等于8_的石油焦 12 — 20重量份粒徑小于等于4mm的石油焦10 —14重量份
電煅無煙煤4一 12重量份煤瀝青18—23重量份
碳納米級(jí)粉料16—28重量份
其附加技術(shù)特征為還包括下列重量份的組分:
生碎5一10重量份
焙燒碎4一 1重量份活性添加劑(碳酸鹽)0.3 — 1.2重量份
本發(fā)明要解決的第二個(gè)問題就是提供碳納米超微材料大規(guī)格炭電極的制備方法。
[0006]為解決上述第二個(gè)問題，本發(fā)明碳納米超微材料大規(guī)格炭電極的制備方法包括下列步驟:
第一步:中碎、篩分、磨粉
將煅后的固體原料電煅無煙煤破碎篩分，將石油焦、石墨碎一部分破碎篩分，一部分用高效能磨粉設(shè)備進(jìn)行超微碳納米級(jí)粉料磨粉；
第二步:配料
按權(quán)利要求1所述組分用電子配料系統(tǒng)稱出8 —16重量份粒徑大于8_小于等于16_石墨碎、16—20重量份粒徑大于4_小于等于8_的石墨碎、12—18重量份粒徑小于等于4mm的石墨碎、8—16重量份粒徑大于8mm小于等于16_的石油焦、12—20重量份粒徑大于4_小于等于8_的石油焦、10-14重量份粒徑小于等于4_的石油焦、3—12重量份電煅無煙煤、16—28重量份碳納米級(jí)粉料、5 —10重量份生碎、4一 10重量份焙燒碎，配料后進(jìn)入雙速高效節(jié)能混捏鍋，同時(shí)將經(jīng)過處理的0.3-1.2重量份的活性添加劑(碳酸鹽)加入混捏鍋；
第三步:干混和濕混
將加入到雙速高效節(jié)能混捏鍋的物料，攪拌、干混30—50分鐘，加熱到160°C — 180°C，后將溫度為170°C — 1850C，18—23重量份煤瀝青注入雙速高效節(jié)能混捏鍋，繼續(xù)攪拌，混捏30— 35分鐘后，溫度升至165°C — 175°C糊料出鍋；
第四步:成型
出鍋糊料進(jìn)入無球團(tuán)料的臥式電極均溫鍋，使糊料溫度降至135°C — 140°C進(jìn)入立式振動(dòng)抽真空成型機(jī)上的模具內(nèi)，上模下壓后小幅預(yù)振8-10秒抬起上模排氣后再抽真空持續(xù)4-6分鐘，真空度-0.07MPa至-0.09MPa，再振動(dòng)8—10分鐘后，靜置保壓30— 40分鐘后將電極脫模噴淋冷卻，并在冷卻池里水冷3— 4小時(shí)，檢查驗(yàn)收，達(dá)到驗(yàn)收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的標(biāo)記為合格生制品；
第五步:焙燒
將碳納米超微材料大規(guī)格炭電極生制品運(yùn)至焙燒車間。首先裝爐，生坯采用垂直立裝，生還之間的距離10mm—120mm，生還與窖爐墻壁距離150mm—250mm，生還下端鋪150mm—250mm厚度的冶金焦粉，生還上端覆蓋400mm—600mm厚度的冶金焦粉。然后進(jìn)行溫度控制，將溫度由室溫逐步升至1150°C，使大直徑炭質(zhì)電極制成品經(jīng)室溫一 230°C低溫預(yù)熱、230 °C — 400 0C揮發(fā)份排出、400 °C — 550 °C半焦成型、550 °C — 700 °C高溫焦化、700 V 一1150°C性能完善四個(gè)階段后，?；鸨?，自然冷卻，待溫度降至300°C以下出爐，冷卻至室溫后，檢查驗(yàn)收，達(dá)到驗(yàn)收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的標(biāo)記為合格焙燒品；
第六步:機(jī)加工
檢驗(yàn)合格的碳納米超微材料大規(guī)格炭電極焙燒品經(jīng)鏜孔、鏜頭、車外圓、銑公頭螺紋、銑母頭螺紋工序，檢查驗(yàn)收，合格的即碳納米超微材料大規(guī)格炭電極成品，根據(jù)客戶具體要求進(jìn)行標(biāo)記、包裝、即為合格成品。
[0007]本發(fā)明所提供的碳納米超微材料大規(guī)格炭電極，將煅后的固體原料電煅無煙煤、石油焦、石墨碎，經(jīng)振動(dòng)篩篩分與高效能磨粉設(shè)備進(jìn)行超微碳納米級(jí)粉料磨粉、電子配料系統(tǒng)配料后進(jìn)入一種雙速高效節(jié)能混捏鍋同時(shí)加入經(jīng)過處理的添加劑(碳酸鹽)攪拌、干混后，加入煤瀝青。由于超微碳納米級(jí)粉料非常細(xì)小具有增加原料之間的接觸面積，提高材料間的吸附性能，形成超薄的粘結(jié)薄膜和更具活性的焦粒，使骨料與焦粒間充分的結(jié)合，此結(jié)合力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于骨料直接跟粘結(jié)劑的結(jié)合力，從而形成更牢固的炭結(jié)構(gòu)鏈，形成更強(qiáng)的結(jié)合體。改善電極的性能，完善了電極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確保了炭電極的安全使用性能，達(dá)到降低電極電阻率，提高了抗氧化性能，抗折斷性能，抗拉伸性能；延長電極使用周期壽命、降低埋弧電爐生產(chǎn)成本的目的。碳納米超微材料大規(guī)格炭電極直徑可達(dá)1400mm，長度達(dá)2500mm一一3300_，適應(yīng)了冶煉行業(yè)大型埋弧電爐的要求，達(dá)到甚至超過了國際同類產(chǎn)品的使用性能，降低了冶煉行業(yè)的制造成本，同時(shí)提高了炭電極制造業(yè)和冶煉行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。另外，在煅后的固體原料中可加入生碎、焙燒碎，生碎及糊料成型后檢查出的不合格生制品，成型過程中剩余或掉落的糊渣，焙燒碎是焙燒后得到的不合格廢品和機(jī)加工時(shí)的切削碎，從而，有利于原料的充分再利用，降低生產(chǎn)成本，保護(hù)環(huán)境。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明碳納米超微材料大規(guī)格炭電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所提供的制備碳納米超微材料大規(guī)格炭電極的工序進(jìn)程及其結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0010]如圖1所示，碳納米超微材料大規(guī)格炭電極包括電極本體1，電極本體I兩端分別設(shè)置有相匹配的公扣2、母扣3，公扣2、母扣3帶有相匹配的外螺紋4、內(nèi)螺紋5。
[0011]實(shí)施例1:
第一步:中碎、篩分、磨粉
將煅后的固體原料電煅無煙煤破碎篩分，將石油焦、石墨碎一部分破碎篩分，一部分用高效能磨粉設(shè)備進(jìn)行超微碳納米級(jí)粉料磨粉；
第二步:配料
按權(quán)利要求1所述組分用電子配料系統(tǒng)稱出8重量份粒徑大于8mm小于等于16mm石墨碎、16重量份粒徑大于4_小于等于8_的石墨碎、12重量份粒徑小于等于4_的石墨碎、8重量份粒徑大于8mm小于等于16mm的石油焦、12重量份粒徑大于4mm小于等于8mm的石油焦、10重量份粒徑小于等于4_的石油焦、3重量份電煅無煙煤、16重量份碳納米級(jí)粉料、5重量份生碎、4重量份焙燒碎，配料后進(jìn)入雙速高效節(jié)能混捏鍋，同時(shí)將經(jīng)過處理的0.3重量份的活性添加劑(碳酸鹽)加入混捏鍋；
第三步:干混和濕混
將加入到雙速高效節(jié)能混捏鍋的物料，攪拌、干混30分鐘，加熱到160°C，后將溫度為170°C，18重量份煤瀝青注入雙速高效節(jié)能混捏鍋，繼續(xù)攪拌，混捏30分鐘后，溫度升至165°C糊料出鍋；
第四步:成型
出鍋糊料進(jìn)入無球團(tuán)料的臥式電極均溫鍋，使糊料溫度降至135°C進(jìn)入立式振動(dòng)抽真空成型機(jī)上的t旲具內(nèi)，上t旲下壓后小幅預(yù)振8秒抬起上t旲排氣后再抽真空持續(xù)4分鐘，真空度-0.07MPa至-0.09MPa，再振動(dòng)8分鐘后，靜置保壓30分鐘后將電極脫模噴淋冷卻，并在冷卻池里水冷3小時(shí)；檢查驗(yàn)收，達(dá)到驗(yàn)收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的標(biāo)記為合格生制品；
第五步:焙燒
將碳納米超微材料大規(guī)格炭電極制品運(yùn)至焙燒車間。首先裝爐，生坯采用垂直立裝，生坯之間的距離100mm，生坯與窯爐墻壁距離150mm，生坯下端鋪150mm厚度的冶金焦粉，生坯上端覆蓋400mm厚度的冶金焦粉。然后進(jìn)行溫度控制，將溫度由室溫逐步升至1150°C，使大直徑炭質(zhì)電極制成品經(jīng)室溫一2300C低溫預(yù)熱、2300C-400V揮發(fā)份排出、400°C —550V半焦成型、550 °C — 700 0C高溫焦化、700 °C — 1150 °C性能完善四個(gè)階段后，?；鸨?，自然冷卻，待溫度降至300°C以下出爐；冷卻至室溫后，檢查驗(yàn)收，達(dá)到驗(yàn)收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的標(biāo)記為合格焙燒品；
第六步:機(jī)加工
檢驗(yàn)合格的碳納米超微材料大規(guī)格炭電極焙燒品經(jīng)鏜孔、鏜頭、車外圓、銑公頭螺紋、銑母頭螺紋工序，檢查驗(yàn)收，合格的即碳納米超微材料大規(guī)格炭電極成品，根據(jù)客戶具體要求進(jìn)