第二章碳石墨材料工藝原理.ppt

1、第 一 節(jié) 天 然 石 墨,天然石墨主要用于電碳行業(yè)生產(chǎn)電刷， 耐磨材料密封 材料，(柔性石墨)石墨電氣元件，石墨坩堝，耐火材料行業(yè)生產(chǎn)各種含碳耐火材料 ，電池炭棒、石墨潤(rùn)滑劑，鋼鐵行業(yè)等,第 二章 碳 石墨 材 料 工藝原理,一 、天然石墨的分類(lèi)及特點(diǎn),按結(jié)晶狀態(tài)分 晶質(zhì)石墨（石墨晶粒1m） ： 鱗片石墨(我國(guó)屬于鱗片石墨) 致密塊狀石墨，形狀呈顆粒狀，礦床稀少 土狀石墨(隱晶質(zhì)石墨),氣成作用,深度變質(zhì)作用,含碳化合物,天然石墨,1、鱗片石墨,鱗片石墨外觀呈黑色或銀灰色，有金屬光澤，呈魚(yú)鱗狀或葉片狀，具有良好的導(dǎo)電性和潤(rùn)滑性. 粒度一般在3mm以下，通常為(1-2)(0.5-1.0)mm

2、,厚度0.02-0.05mm；最大長(zhǎng)為4-5mm 最小為(0.5-)(0.25-0.5)mm,鱗片石墨是碳?xì)浠衔餁獬勺饔玫慕Y(jié)果,2、土狀石墨,土狀石墨呈黑色，無(wú)金屬光澤，潤(rùn)滑性和導(dǎo)電性較鱗片石墨差。 結(jié)晶很小，平均尺寸在0.010.1mm,在普通顯微鏡下難于辯認(rèn)其結(jié)晶形狀，而稱(chēng)為隱晶質(zhì)石墨。 土狀石墨是煤或?yàn)r青在地殼的高溫高壓作用下發(fā)生熱解而得到 的一種深度變質(zhì)作用的產(chǎn)物 可以將土狀石墨看作是一種無(wú)定碳轉(zhuǎn)化為結(jié)晶碳的過(guò)渡產(chǎn)物， 即煤和石墨的中間產(chǎn)物。,1、鱗片石墨 鱗片石墨常與石英，透輝石等礦物共生，鱗石墨在礦物中其含量都不太高，通常品位在3-10%，個(gè)別富礦可達(dá)20%，須經(jīng)過(guò)選礦才能得到碳

3、含量較高的鱗片石墨 。,二、天然石墨選礦,捕收劑: 一般為輕柴油，雜酚油，每噸加入0.1-0.5Kg起泡劑: 2#浮選劑油(松香油加工而成),2、土狀石墨 土狀石墨礦床： 分散性土狀石墨，品位只有2-3%不具工業(yè)開(kāi)采價(jià)值 致密性土狀石墨礦床，品位達(dá)60%-80%高者達(dá)95%左右 土狀石墨可選性差(含有機(jī)物對(duì)浮選劑起抑制作用) 土狀石墨礦：手選 ，也有為了提高產(chǎn)品品位進(jìn)行浮選,三、天然石墨的性能,天然石墨的組成對(duì)性能影響: 灰份，固定碳： 決定石墨的純度，固定碳含量越高，石墨越純。 灰份中主要含SiO2(60%)，Al2O3，F(xiàn)e2O3，MgO，CaO 鱗片的大小： 決定著石墨的抗氧化能力，鱗片

4、越大，結(jié)晶程度 越高，抗氧化能力越高。,分析石墨的抗氧化性常用差熱分析進(jìn)行判斷，開(kāi)始溫度越高，石墨的抗氧化性越高；峰值溫度越高，石墨的抗氧化性能力越高。 當(dāng)粒度0.125mm 抗氧化性的能力增強(qiáng)； 灰份越多，氧化速度減慢(灰份在石墨表面形成保護(hù)膜)。,抗氧化性,土狀石墨的氧化速度大于鱗片石墨,四、天然石墨的分布,天然石墨主要分布在黑龍江，山東，內(nèi)蒙古，河南等。 以黑龍江的柳毛，內(nèi)蒙古的興和，山東的南墅，平度的鱗片 石墨為優(yōu)，我國(guó)是石墨的主要產(chǎn)地，儲(chǔ)量占世界的 62.5%，是主要的出口國(guó)。,生產(chǎn)炭石墨材料所用的原料都是各種炭質(zhì)或碳?xì)浠衔?含碳的高分子化合物)原料的品種較為單一。,骨料：石油焦、

5、瀝青焦、冶金焦、無(wú)煙煤,粘結(jié)劑：煤焦油瀝青、煤焦油、蒽油、合成樹(shù)脂,第二節(jié) 人造石墨材料,一、人造石墨所用原料,1 石 油 焦,石油焦是石油渣油經(jīng)高溫焦化處理而得到的固體產(chǎn)物，它是生產(chǎn)炭石墨制品的主要原料之一。,1）特點(diǎn)及用途 特點(diǎn) A、碳含量高；B、灰份含量很低；C、易于石墨化； D、用石油焦為原料的制品具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和化學(xué)穩(wěn) 定性，并具有一定的強(qiáng)度。 用途 石油焦主要用于生產(chǎn)石墨電極，石墨陽(yáng)極，石墨塊，陽(yáng)極糊， 高純石墨等少灰制品的生產(chǎn)。,原料 ：渣油；渣油由烷烴，環(huán)烷烴，芳香烴，瀝青質(zhì)和樹(shù)脂質(zhì)組成。瀝青質(zhì)和樹(shù)脂質(zhì)得到的焦炭無(wú)序且高度交聯(lián)。,石油焦是由渣油經(jīng)過(guò)高溫縮聚而得的產(chǎn)物。

6、焦化工藝有：釜式焦化；平爐焦化；延遲焦化；接觸焦化和流化焦化等 。 目前普遍采用的是延遲焦化法(500左右),2）石油焦的生產(chǎn),石油焦的分類(lèi)： 從外形和特點(diǎn)可將石油焦分為三類(lèi)：海綿狀焦；蜂窩狀焦和針狀焦。 從結(jié)構(gòu)分：玫瑰花形；鑲嵌形；定向纖維狀。,衡量石油焦的質(zhì)量的指標(biāo)主要有： 灰分含量；硫含量；揮發(fā)份含量；1300煅后的真密度。,3）石油焦的分類(lèi)和質(zhì)量,針狀焦是生產(chǎn)超高功率電極的主要原料 針狀焦的性質(zhì)主要取決于選用的原料 ，必須選擇富含芳烴特別是富含高分子芳烴的渣油為原料。 國(guó)產(chǎn)針狀焦提出的指標(biāo)： 灰分 2.12g/cm3 W1% V3PPm S0.2% 導(dǎo)熱系數(shù) 1.010-6/,4）針狀

7、焦的性質(zhì),2 瀝 青 焦,瀝青焦是煤瀝青焦化后所得固體產(chǎn)物 1） 瀝青的特性 灰分和硫含量較低，結(jié)構(gòu)致密(氣孔率低)，耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度高，揮發(fā)份低，一般為3%左右，較易石墨化。與石油焦相比，灰分、含硼量較高，石墨化較難，所得的制品真密度略低，比電阻略高,2） 瀝青焦的用途 瀝青焦主要用于生產(chǎn)石墨電極，石墨陽(yáng)極等少灰制品，一般加入2025%；陽(yáng)極糊或預(yù)焙陽(yáng)極，也用于生產(chǎn)高爐炭塊(部分加入)。 瀝青焦由于成焦溫度高(1300左右)一般不需煅燒，只需烘干，若與石油焦共同使用時(shí)，與石油焦一起煅燒，以防止延遲結(jié)焦，并有利于提高制品的強(qiáng)度。,3）瀝青焦的生產(chǎn) 原料：中溫瀝青；高溫瀝青 煤瀝青的焦化過(guò)程：

8、450前主要發(fā)生蒸餾作用及熱分解； 450-500主要發(fā)生熱分解及熱縮聚； 500以后形成半焦，以熱縮聚為主； 800以后焦化基本完成。,指標(biāo)名稱(chēng) 電極冶煉、電炭制品用 灰分（Ag） 0.5 全硫量（SgQ) 0.5 揮發(fā)分（V r) 1.2,3 無(wú)煙煤及冶金焦,1）無(wú)煙煤 在自然界中金剛石和天然石墨是存在的兩種結(jié)晶形態(tài)的碳，另外大量存在的就是無(wú)定形的碳即煤。 無(wú)煙煤強(qiáng)度高，具有良好的導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性，價(jià)格低，資源豐富，主要用于生產(chǎn)炭塊、炭電極及各種糊類(lèi)(陽(yáng)極糊除外),碳素材料制品用無(wú)煙煤必須具備： A、灰份低10%； B、機(jī)械強(qiáng)度高； C、熱穩(wěn)定性高； D、硫含量低。,目前在碳素工業(yè)中常用的

9、無(wú)煙煤為山西陽(yáng)泉、晉城，河南焦作， 寧夏汝箕溝；湖南金竹山等產(chǎn)地。,冶金焦是由含不同揮發(fā)份和不同結(jié)焦性能的幾種煙煤按一定的比例配合起來(lái)在焦?fàn)t內(nèi)進(jìn)行高溫干餾而得到的一種固體殘留物。,2） 冶金焦,冶金焦灰分高，一般在10%以上，不易石墨化，導(dǎo)電性差。冶金焦用于生產(chǎn)炭電極，電極糊，焙燒填充料，石墨化保溫料，電阻料。,冶金焦質(zhì)量指標(biāo) 灰 份：10.5%以下?lián)]發(fā)份：1.5%以下硫含量：0.6%以下磷含量：0.02%以下發(fā)熱量：大于7100大卡抗碎強(qiáng)度85%以上 耐磨強(qiáng)度：8%以下反應(yīng)性： 23%以下反應(yīng)后強(qiáng)度： 65% 以上水 分：5%以下,炭黑主要用于生產(chǎn)機(jī)械用炭，電刷，保溫料，橡膠制品的填充料，油

10、墨的原料，油漆著色劑等。 1）炭黑的分類(lèi) 炭黑由烴類(lèi)經(jīng)熱解而得，按生產(chǎn)方法分： 槽法（燃燒-氧化） 爐法（部分燃燒） 熱法（無(wú)氧熱裂） 燈黑法（部分燃燒-氧化） 乙炔法（局部放熱裂化-無(wú)氧）,4 炭 黑,2）炭黑的特征 A、高純度(灰份含量 0.3%)； B、粒度極細(xì)(0.1m)； C、碳原子排列極為不規(guī)則； D、所得制品各向同性，電阻系數(shù)大，硬度大； E、 表面積極大；F、難石墨化。,5、煤焦油瀝青,煤焦油瀝青是焦油在360以下的所有餾分餾出后而得的一種質(zhì)地較硬又具有彈性的可熔性殘?jiān)?，它是高度縮合的碳-雜環(huán)化合物及其縮合后的產(chǎn)物復(fù)雜多相系統(tǒng)，即是多種高分子化合物的混合體。 煤瀝青廣泛用作炭石

11、墨材料的結(jié)合劑及含碳耐火材料的結(jié)合劑。,1）煤瀝青的組成 煤焦油瀝青是由多種碳?xì)浠衔锝M成，據(jù)研究組成： 瀝青的化合物在5000種以上； 它不完全溶解于目前所知的任何一種溶劑； 很難從煤瀝青中分離出單一的化合物； 瀝青中的化合物對(duì)熱極其不穩(wěn)定，分離出的物質(zhì)也不是原來(lái)的化合物.,據(jù)凝膠滲透色譜分析瀝青的分子量在2000-3000. 對(duì)瀝青的組分析方法主要有： A）石油醚，苯，吡啶分組法；將瀝青分為C1，C2四個(gè)組分； B）正已烷，丙酮，苯，喹啉 分為1 、2 3、QI， C） 苯，喹啉分為QI，-樹(shù)脂，BS。 目前普遍采用苯喹啉分組法這個(gè)系統(tǒng),喹啉不溶物稱(chēng)為樹(shù)脂或喹啉不溶物(QI); 不溶于甲苯

12、而溶于喹啉的組分稱(chēng)樹(shù)脂或甲苯不溶物喹啉可溶物（TI-QS）; 可溶于甲苯的組分稱(chēng)為樹(shù)脂或甲苯可溶物(TS)。,Coal tar pitch,quinolin,Quinolin soluble,Quinolin insoluble,toluene,Toluene soluble,Toluene insoluble,樹(shù)脂是煤瀝青中的重組分，分子量為18002600, 樹(shù)脂的粒徑、結(jié)構(gòu)、含量等對(duì)煤瀝青的粘度、殘?zhí)柯室约白罱K炭材料的性能等均有不同程度的影響。,樹(shù)脂是煤瀝青中的中組分，分子量為10001800。樹(shù)脂是煤瀝青中起粘結(jié)作用的主要成份，常溫時(shí)呈固態(tài)，加熱時(shí)熔融，焙燒后大部分形成焦炭。對(duì)炭糊的塑

13、性起主要作用，并且對(duì)焙燒品的物理、化學(xué)性能如電阻率、熱導(dǎo)率、機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕、抗氧化性等有明顯影響。,樹(shù)脂是煤瀝青中的輕組分，分子量為2001000，呈帶粘性的深黃色半流體 ,在煤瀝青中的功能是降低煤瀝青的粘度，增加糊料的塑性，有利于成型，另外，樹(shù)脂的存在有利于煤瀝青體系保持良好的高溫流動(dòng)性,2） 煤瀝青的性質(zhì),A) 軟化點(diǎn) 瀝青是非晶狀態(tài)的固體，沒(méi)有固定的溶化溫度，只存在著 從固態(tài)到液態(tài)的逐步轉(zhuǎn)化的過(guò)程。軟化點(diǎn)是瀝青失去原有的 脆性轉(zhuǎn)化為液態(tài)的過(guò)程中的某個(gè)溫度點(diǎn)。 軟化點(diǎn)是劃分瀝青的標(biāo)準(zhǔn)， 軟化點(diǎn)的測(cè)定方法有多種：環(huán)球法、立方空氣法、水銀法。 目前采用的方法多為環(huán)球法,根據(jù)軟化點(diǎn)，瀝青可分為

14、：軟瀝青 140。 煤瀝青的軟化點(diǎn)也是工業(yè)生產(chǎn)控制生產(chǎn)過(guò)程的一個(gè)重要參數(shù)， 煤瀝青的軟化點(diǎn)也與其組分有直接的關(guān)系，軟化點(diǎn)增加BI含 量增加，BS含量減小。,B）瀝青的殘?zhí)?瀝青的殘?zhí)坑绊懙街破返男阅?，殘?zhí)吭蕉啵破肪驮侥?形成牢固的碳網(wǎng)絡(luò)，希望殘?zhí)吭蕉嘣胶?，瀝青的殘?zhí)咳Q 于瀝青的組成、炭化過(guò)程中的升溫速度和環(huán)境壓力的影響， BI越多，殘?zhí)吭黾?；升溫速度越快；殘?zhí)肯陆?，壓力增加?殘?zhí)吭黾印?質(zhì)量指標(biāo) 指標(biāo)名稱(chēng)： 一級(jí) 二級(jí)軟化點(diǎn)（環(huán)球法） 100115 100120甲苯不溶物（抽提法）% 2834 26喹啉不溶物含量% 814 615B樹(shù)脂含量 % 18 16結(jié)焦值% 54 50灰 份 %

15、0.3 0.3水 份 % 5.0 5.0,3） 煤瀝青的改性處理,A、在適當(dāng)?shù)膲毫ο聦?duì)煤瀝青加壓熱處理并蒸餾(熱聚法)， B、用壓縮空氣吹煉加熱熔化的瀝青(氧化法) ， C、添加化學(xué)品(催化法)，主要有AlCl3、炭黑、S及其 化合物、硼酸及其鹽、過(guò)二硫酸銨、硝基化合物等，增 加殘?zhí)亢涂刂平Y(jié)構(gòu)。 D、添加表面活性劑 主要有油酸、硬酯酸、苯烯等。,4）煤瀝青的炭化及炭化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu),煤瀝青的炭化歷程：(在無(wú)氧條件下) 室溫-200 瀝青軟化，處于流動(dòng)狀態(tài)， 200-300 排出水份、氧化碳、輕油，并且部分進(jìn)行縮聚， 300-500 瀝青發(fā)生熱分解和脫氫縮聚等一系列反應(yīng)， 最后固化成半焦。 500-

16、800 芳香烴系的周邊大部分氫和碳?xì)浠衔飻噫I放 出氣體，小的微晶長(zhǎng)大而完成瀝青的炭化。,炭化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu),煤瀝青的炭化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)受到原料瀝青的種類(lèi)、組成、 熱處理?xiàng)l件及外加物的影響。炭化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)有流動(dòng)狀、 粗鑲狀和細(xì)鑲狀。從組成來(lái)看QI越多，中間相小球體難 于融并而直接固化形成細(xì)鑲結(jié)構(gòu),6 酚醛樹(shù)脂,酚醛樹(shù)脂是第一個(gè)人工合成的高分子化合物，1905年得到 實(shí)際應(yīng)用，它廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于不同的領(lǐng)域有不同 的要求，酚醛樹(shù)脂殘?zhí)颗c瀝青相近，但能在常溫下混合成 型，無(wú)公害污染。 酚醛樹(shù)脂：酚類(lèi)(主要是苯酚或甲酚)和醛類(lèi)(主要是甲 醛或糠醛)在催化劑(堿類(lèi)或酸)存在的條件下進(jìn)行縮聚反 應(yīng)的生成物。

17、,酚醛樹(shù)脂礦棉半硬板,1 ）酚醛樹(shù)脂的類(lèi)別,A)熱固性酚醛樹(shù)脂(甲階酚醛樹(shù)脂) 醛/酚=1-3(摩爾比)，醛過(guò)量 用堿催化，常用催化劑有： 無(wú)機(jī)堿:NaOH,Ba(OH)2,Ca(OH)2,Zn(OH)2,NH4OH等， 有機(jī)堿:乙胺。 分子量為150-400，較低 直鏈型和支鏈型的混合物 溶于酒精、丙酮等有機(jī)溶劑中,在常溫下，甲階酚醛樹(shù)硬化較慢，一般半年到一年， 在加熱時(shí)很容易硬化，加酸在常溫下很容易硬化(PH2時(shí)較快)， 生產(chǎn)耐火材料用酚醛樹(shù)脂的醛/酚=1.2左右，常用氨水作為催化劑,B)熱塑性酚醛樹(shù)脂(線性酚醛樹(shù)脂，酚醛清漆) 醛/酚=0.6-0.9，酚過(guò)量 酸性催化劑，常用鹽酸，硫酸，

18、草酸，氯代醋酸和苯磺酸， 溶于甲醇、乙醇、乙二醇等醇類(lèi)及丙酮等溶劑， 需加硬化劑(六次甲基四胺)或甲階酚醛樹(shù)脂，在加熱狀態(tài) 下才能固化。,2 ）酚醛樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝 苯酚+甲醛 真空泵吸入 反應(yīng)釜 攪拌 催化劑 通入 蒸氣加熱 5060 自動(dòng)升溫沸騰反應(yīng)一小時(shí),降溫（靜置） 分離浮水脫水釜（加熱攪拌）,真空脫水,冷卻（加入溶劑成為 液體熱固或熱塑性樹(shù)脂，不加入溶劑則成為固體熱固性樹(shù)脂）,1)熱塑性酚醛樹(shù)脂需加入六胺（六次甲基四胺，商品名烏洛 托品，（CH2）6N4）才能硬化， 2)熱固性酚醛樹(shù)脂受熱進(jìn)一步發(fā)生縮合或在PH2時(shí)進(jìn)一步縮合 形成體型大分子，同時(shí)放出縮合水而硬化。,3 ）酚醛樹(shù)脂的硬化

19、,A)酚醛樹(shù)脂的炭化率 按理論計(jì)算，熱固性64.28%，熱塑為68%，實(shí)際上含有 游離酚，甲醛，水等實(shí)際為50%左右；若加入溶劑還要低 些，酚醛樹(shù)脂的炭化率與醛/酚比，催化劑種類(lèi)，反應(yīng)時(shí)間， 溫度有關(guān)，熱塑樹(shù)脂還與加入的六胺的量有關(guān)(一般加入樹(shù) 脂量的68%)。,4 ） 酚醛樹(shù)脂的炭化,B)酚醛樹(shù)脂的炭化過(guò)程 酚醛樹(shù)脂的炭化過(guò)程是一個(gè)熱分解和熱縮聚的過(guò)程， 室溫300放出H2O、酚、甲醛；300600縮聚、熱解， 放出熱解水，CO，CO2，CH4，酚，甲酚二甲酚；600 以上產(chǎn)生H2，CO2，CH4，苯甲酚等，炭化物發(fā)生收縮而致密。 C)炭化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu) 酚醛樹(shù)脂先硬化后炭化，屬于固相炭化炭化后

20、的產(chǎn)物為各向同性的玻璃炭，難于石墨化，氣孔多，活性點(diǎn)多，易于氧化。,熱塑性粉狀酚醛樹(shù)脂 項(xiàng)目 指標(biāo) 外觀 淡黃色粉狀 軟化點(diǎn) 95-110 游離酚 3.5% 聚速（150.S） 100120,熱塑性液態(tài)樹(shù)脂 項(xiàng)目 指標(biāo) 外觀 淺黃色透明液體 粘度 （25） 3040Pa.s 游離酚 6% 固含量 （180） 76% 殘?zhí)剂?（900,7min) 45%,熱固性液體酚醛樹(shù)脂 項(xiàng)目 指標(biāo) 外觀 棕紅色透明液體 粘度 3050Pa.s（25） 游離酚 5% 固含量 79%（180） 殘?zhí)剂?46%（900,7min),二 碳素材料的生產(chǎn)工藝過(guò)程,人造石墨生產(chǎn)過(guò)程流程圖,1 炭質(zhì)原料的煅燒,煅燒是炭質(zhì)

21、原料在隔絕空氣的條件或空氣很少的條件下經(jīng)過(guò) 1300左右的熱處理過(guò)程。無(wú)煙煤，石油焦在生產(chǎn)炭石墨材 料時(shí)需經(jīng)過(guò)煅燒。,（1） 煅燒的目的 1)排除原料中的水份； 2)排中的揮發(fā)份； 3)提高原料的機(jī)械強(qiáng)度和密度； 4)提高原料的導(dǎo)電性； 5)提高原料的抗氧化性。,回轉(zhuǎn)煅燒窯,罐式煅燒爐,（2） 煅燒工藝與設(shè)備,碳質(zhì)原料的煅燒采用煅燒爐來(lái)進(jìn)行。國(guó)內(nèi)外通常采用的煅燒爐 有： 回轉(zhuǎn)式煅燒爐；罐式煅燒爐；電熱煅燒爐。 原料加熱到13001500左右而過(guò)到煅燒的目的,2 混料及混合,配料：把各種不同材料或各種不同粒度按一定比例混合 起來(lái)的過(guò)程。配料包括配料方的編制，計(jì)算及配料。 配料方的編制包括： 1

22、選擇炭素原料的種類(lèi) 2 確定不同種類(lèi)原料的比例 3 確定固體原料的粒度組成 4確定結(jié)合劑的比例。,1）炭素原料的選擇及各種原料的比例 選擇原料的原則： A原料本身的性能； B產(chǎn)品的技術(shù)要求及使用條件。,2）骨料最大粒度及各種粒度比例的確定 對(duì)于一種制品，究竟粒度選擇多大應(yīng)考慮如下因素(在不妨 礙制品性能的前提下，一般應(yīng)力求盡可能大的顆粒) 1)原料的性質(zhì) 2)產(chǎn)品的截面大小 一般說(shuō)來(lái)，制品尺寸越大，配料成份中的顆粒尺寸應(yīng)相應(yīng)增大 3）具體使用條件,電機(jī)用電刷 A對(duì)于高壓(500V以上)高速(變速)負(fù)荷不均的電刷； 一般采用炭黑或炭黑加上瀝青焦， B對(duì)于中等電壓(200500V)電刷 一般選用石

23、油焦主要原料，為了調(diào)整電阻系數(shù)，摩擦系數(shù)， 提高機(jī)械強(qiáng)度和沖擊韌性，加入一部分土狀石墨。 C 對(duì)于低電壓(200V以下)速度較慢的電刷 選用鱗片石墨為主要原料，為了調(diào)整電阻系數(shù)和接觸 最壓降，可適當(dāng)加入一些石油焦、炭黑等。,煉鋼用石墨電極 A、石油焦+瀝青焦(2030%)； B 、無(wú)煙煤：冶金焦=45：55，結(jié)合劑的量為20%； C 、天然石墨 不經(jīng)石墨化處理 D、 石墨化碎 電解食鹽用陽(yáng)極板 石油焦+瀝青焦(20%)+石墨化碎(10%)；結(jié)合劑27%；,碳質(zhì)耐火材料 無(wú)煙煤：冶金焦=55：45 可加1015%石墨化碎， 冶金焦中加入30%石墨化冶金焦，結(jié)合劑20%； 電極糊 無(wú)煙煤：冶金焦=

24、60：40 結(jié)合劑20% ；加入少量石油焦， 石墨化碎以提高燒結(jié)速度。,3） 混捏 目前所用的混捏設(shè)備有： 雙軸攪拌混捏鍋，單軸攪拌混捏鍋，雙軸攪拌連續(xù)混捏鍋。 混捏溫度： 加熱方式常用的是電熱和蒸汽，混捏溫度應(yīng)高于瀝青 軟化點(diǎn)5080。,成型,焙燒是碳素制品生產(chǎn)的主要熱處理過(guò)程之一； 焙燒是將壓制后的生坯在隔絕空氣的條件下加熱處理， 使結(jié)合劑轉(zhuǎn)化為焦炭的過(guò)程。 隔絕空氣通常采用焦粉或石英砂覆蓋生制品， 溫度在10001250左右，升溫速度很慢， 焙燒周期長(zhǎng)達(dá)1530天。,3 焙 燒,1 排出揮發(fā)份而使制品理化性能得到大大地改善 2 降低比電阻：生制品的比電阻約1000010-6.m， 焙燒后

25、降到5010-6.m 3 固定幾何形狀： 焦炭網(wǎng)絡(luò)的形成和硬化將顆粒緊密地結(jié)合在一起。 4 結(jié)合劑焦化：一般焙燒后，焦化率為50% 5 體積得到充分收縮：直徑收縮1%左右，長(zhǎng)度方向收縮2%左右 真密度提高，抗氧化性，耐腐蝕，導(dǎo)熱性能等大大提高了， 也可降低石墨化爐阻和石墨化工序的廢品。,焙燒目的,焙燒爐： 例焰式焙燒爐 隧道窯 電氣焙燒爐 環(huán)式焙燒爐,環(huán)式焙燒爐,石墨化：使六角碳原子平面網(wǎng)絡(luò)，從二維空間的無(wú)序重疊轉(zhuǎn)化為 三維空間的有序重疊，具有石墨晶體結(jié)構(gòu)的高溫?zé)崽幚磉^(guò)程。 石墨化的任務(wù)是在高溫下完成焙燒品向石墨化品的轉(zhuǎn)化。,4 石墨化,石墨化的目的： A）提高產(chǎn)品的熱電傳導(dǎo)性； B）提高產(chǎn)品

26、的耐熱沖擊性和化學(xué)穩(wěn)定性； C）提高產(chǎn)品的潤(rùn)滑性和抗磨性； D）排出雜質(zhì)，提高純度； E）降低硬度，便于作精密加工。,石墨化轉(zhuǎn)化機(jī)理 石墨是含碳物質(zhì)在常壓下熱處理的最終產(chǎn)物，是一種結(jié)晶 狀態(tài)的碳，是由非晶體狀態(tài)的碳素集合體在高溫下結(jié)晶而成。 關(guān)于結(jié)晶的機(jī)理，主要有微晶成長(zhǎng)理論、碳化物轉(zhuǎn)化理論 再結(jié)晶理論等等。 目前，大多數(shù)接受的是微晶成長(zhǎng)理論。,A、原料的影響 B、溫度的影響 石墨化溫度為23002500。 C、在高溫下的保溫時(shí)間的影響 生產(chǎn)中必須對(duì)制品保溫。 D、壓力對(duì)石墨化的影響 提高壓力能促進(jìn)石墨化進(jìn)行 E、催化劑對(duì)石墨化的影響 采用催化劑降低活化能。以加入TiO2為最好，實(shí)際中主要是加

27、 入Fe另外還有硼及其化合物，加入0.11%,影響石墨化過(guò)程的因素,利用內(nèi)熱源加熱，即利用本身的電阻發(fā)熱而加熱制品。 石墨化爐有：艾契生爐， 斯特納爐，間熱式石墨化爐。 對(duì)石墨化爐供電有交流和直流兩種，以直流為好， 供電特點(diǎn)為高電流低電壓，電流可高達(dá)10萬(wàn)A以上， 石墨化過(guò)程耗電相當(dāng)高一般為45005000度/噸， 高的達(dá)60008000度/噸。,石墨化工藝,電極加工,第三節(jié) 普通碳石墨材料簡(jiǎn)介,在碳素制品生產(chǎn)中，主要生產(chǎn)的是常規(guī)制品，常規(guī)制品是指 用各種原料經(jīng)過(guò)粉碎，塑化，成形，焙燒等工藝而生產(chǎn)的具 有一定形狀和機(jī)械、電氣物理性能的工程材料，有些要經(jīng)過(guò) 高溫石墨化處理。,按其用途碳素制品可分

28、為六大類(lèi)： 1電工用碳素制品：主要利用炭石墨材料的導(dǎo)電性，自潤(rùn)滑 性兼?zhèn)涓呷埸c(diǎn)等功能，如電機(jī)用電刷 ，滑塊，電觸點(diǎn)，電真 空器件，碳電阻等。,2 冶金用碳素制品：利用碳素材料的熔點(diǎn)高，高溫強(qiáng)度好， 良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能。如電極，冶金爐用耐火材料內(nèi)襯， 石墨坩堝等。 3機(jī)械用碳素制品：利用碳素材料的自潤(rùn)滑性，高溫密封性， 耐腐蝕和熱膨脹系數(shù)低等功能，如高壓泵軸封，氣體壓縮機(jī) 的活塞環(huán)，汽輪機(jī)軸封等。,4化工用碳素制品：利用碳素材料的耐腐蝕，導(dǎo)熱，高溫密 封性或多孔性等功能，如化工用耐酸，鹽腐蝕的容 器，熱交 換器，管道，閥門(mén)，過(guò)濾器等。 5各種碳棒：利用碳素材料 耐高溫耐腐蝕和導(dǎo)電等性能， 如

29、弧光碳棒電解碳棒，干電池炭棒，光譜碳棒。 6原子能及其它特殊技術(shù)用碳素材料 ：利用碳素材料的耐熱、 導(dǎo)熱，導(dǎo)電、強(qiáng)度高，中子吸收截面小等特點(diǎn)，如原子能反應(yīng) 堆用石墨，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)耐熱部件等。,1、電機(jī)用電刷 電刷是電機(jī)換向器或集電環(huán)上傳導(dǎo)電流的滑動(dòng)接觸體。 按材質(zhì)分有：天然石墨質(zhì)，人造石墨(也稱(chēng)電化石墨質(zhì)) 和金屬-石墨質(zhì)。 從電刷質(zhì)量方面，制造工藝要保證各項(xiàng)性能指標(biāo)的均一性， 如電阻系數(shù)硬度等。,一 電工用碳素制品,汽車(chē)、摩托車(chē)專(zhuān)用碳刷,交直流電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)用,2、滑動(dòng)電觸點(diǎn) 用途：電力機(jī)車(chē)，無(wú)軌電車(chē)，天車(chē)從架空的電線取用電流 以及電力開(kāi)關(guān)，自動(dòng)儀表中的電觸點(diǎn)。 電車(chē)用滑塊由焦炭和適量的石墨為

30、原料，用擠壓成型， 焙燒后由石蠟的煤油溶液浸漬。開(kāi)關(guān)用電觸點(diǎn)，由適當(dāng)?shù)?電刷加工而成，在某些重要場(chǎng)合，采用銀石墨觸點(diǎn)。,3、電真空器件用高純石墨 用途：高溫電爐、大功率電子管、單晶爐的發(fā)熱體，高純 金屬熔煉坩堝等耐熱，導(dǎo)電零件。 要求雜質(zhì)不大于0.002%，抗壓大于23MPa， 原料用少灰石油焦，瀝青焦，冷壓成型 ，多次瀝青浸漬,單晶爐用加熱器、隔熱屏、坩堝、舟皿,4、碳電阻片柱 用途：自動(dòng)電壓調(diào)整器，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，各種 變阻器。由許多碳片或碳圈疊合而成，電阻隨施加壓力而 大幅度地改變。 要求很好的平整度，由超細(xì)粒的瀝青焦，天然石墨， 炭黑制成，后兩種調(diào)整電阻，焙燒時(shí)要夾緊，以保證平整

31、度。,二 冶金用碳素制品,冶金用碳素制品主要有兩種功能： A）作為電冶金用的導(dǎo)電電極； B）作為耐火材料。 冶金用碳素制品尺寸較大，生產(chǎn)多采用較粗的焦炭 顆粒，用熱擠壓成型。,1、石墨化電極 以石油焦為主要原料的少灰產(chǎn)品，主要用于電爐煉鋼， 其直徑： 75mm起：每25mm為一級(jí)到300mm， 50mm為一級(jí)到500mm， 100mm一級(jí)直到1100mm。 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)高功率電極和超高功率電極，由針狀石油焦 為原料，為了降低電極的氧化損失，對(duì)電極的表面進(jìn)行涂層。,2、炭塊和石墨化塊 有少灰和多灰兩種，少灰用于電解爐耐火內(nèi)襯以及化工 用防腐內(nèi)襯，多灰用于高爐耐火內(nèi)襯和其它耐熱材料。 少灰產(chǎn)品以石油焦為原料；多灰產(chǎn)品以無(wú)煙煤，冶金焦為 原料用熱擠壓或振動(dòng)成型。,石墨塊,炭塊,3、糊類(lèi)制品 電極糊由于鐵合金爐及電石爐；它是以無(wú)煙煤為主要原料， 適量加入石墨化碎及石油焦，煤瀝青為結(jié)合劑(軟化點(diǎn)7590)， 加入煤焦油降低瀝青軟化點(diǎn)以提高燒結(jié)速度。 陽(yáng)極糊用于鋁電解槽作為導(dǎo)電材料，由石油焦等少灰原料生產(chǎn)。 底部糊用于搗結(jié)煉鋁用電解槽的爐底； 粗縫糊用于炭磚間較粗的縫，由無(wú)煙煤，冶金焦生產(chǎn)； 細(xì)縫糊由冶金焦，瀝青及焦油的混合物生產(chǎn)。,電極糊,陽(yáng)極糊,三 碳素機(jī)械零件,碳素機(jī)械零件包