石墨制品生產(chǎn)新工藝新技術(shù)概述

石墨制品生產(chǎn)新工藝新技術(shù)概述碳的存在形式和一般性質(zhì)人們從礦物中開采得到的碳有三種形態(tài)：金剛石、石墨好各種煤炭。金剛石和石墨是結(jié)晶形碳，各種煤炭為無定形碳。金剛石純金剛石的外觀無色透明，通常由于夾雜的雜質(zhì)元素不同而呈現(xiàn)淡黃色、天藍(lán)色、藍(lán)色或紅色，有強(qiáng)烈的光澤。金剛石屬于等軸系，常成八面體，也有其他形狀，晶格外形十分規(guī)整。在鉆石晶體中，碳原子按四面體成鍵方式互相連接，組成無限的三維骨架，是典型的原子晶體。每個(gè)碳原子都以SP3雜化軌道與另外4個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，構(gòu)成正四面體。由于鉆石中的C-C鍵很強(qiáng)，所以所有的價(jià)電子都參與了共價(jià)鍵的形成，沒有自由電子，所以鉆石不僅硬度大，熔點(diǎn)極高，而且不導(dǎo)電。在工業(yè)上，鉆石主要用于制造鉆探用的探頭和磨削工具，形狀完整的還用于制造手飾等高檔裝飾品，其價(jià)格十分昂貴。鉆石的摩氏硬度為10;由于在自然界物質(zhì)中硬度最高，鉆石的切削和加工必須使用鉆石粉來進(jìn)行。鉆石的密度為3.52g/cm，折射率為2.417，色散率為0.044。石墨六角環(huán)形片狀體的多層疊合晶體鱗片狀石墨顆粒外形為鱗片狀，外觀呈銀灰色，有閃閃金屬光澤，手摸有滑膩感并留有深灰色痕跡。土狀石墨顆粒外形為土粒狀，呈深灰色，手摸較少滑膩感。煤炭和焦炭煤炭是泥煤、褐煤、煙煤和無煙煤等的通稱。各種不同品種的煤炭的炭化程度相差很大。焦炭是用煙煤或某些含碳量高的物質(zhì)（石油瀝青或渣油、煤瀝青）在高溫下隔絕空氣加熱使之焦化的產(chǎn)物。焦炭強(qiáng)度大、耐磨、抗壓、含碳量高。多數(shù)焦炭在經(jīng)過2000℃以上的高溫處理后都能轉(zhuǎn)化成石墨。炭和石墨制品生產(chǎn)發(fā)展概況炭和石墨具有一系列可貴的物理化學(xué)性質(zhì)，如較好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、耐腐蝕、耐高溫等。在各種工業(yè)部門應(yīng)用很廣。最早的炭制品，是以天然石墨與粘土混合后制成的熔煉金屬用的坩堝和松煙制墨。1800年用碳電極制造了一組實(shí)驗(yàn)室的電池，這是最早的碳質(zhì)導(dǎo)電材料。1810年用木炭制成用于產(chǎn)生電弧的碳棒，1842年實(shí)現(xiàn)了用焦炭粉及結(jié)焦性煤生產(chǎn)碳電極的方法。1860年開始了用天然石墨制造煉鐵高爐用的內(nèi)襯碳?jí)K代替過去常用的耐火磚，這是近代碳質(zhì)耐火材料使用的開始。1876年以后，支撐了電爐煉鋼用的天然石墨電極和炭素電極，，并在生產(chǎn)實(shí)踐中逐漸形成了一套比較完整的炭制品制造工藝：原料→破碎和磨粉→配料→與粘結(jié)劑混合成可塑性的糊狀→加壓成型→生制品的焙燒→機(jī)械加工。十九世紀(jì)末發(fā)明了人造石墨電極的生產(chǎn)方法。石墨化電極與天然石墨電極或炭素電極相比，質(zhì)量大大提高，如含雜質(zhì)少、導(dǎo)電性能好、耐熱性與耐急冷急熱性高、化學(xué)穩(wěn)定性好和熱膨脹系數(shù)低等。二十世紀(jì)三十年代，在化學(xué)工業(yè)中采用經(jīng)過樹脂浸漬的石墨化產(chǎn)品作為耐腐蝕的結(jié)構(gòu)材料，開辟了炭和石墨產(chǎn)品又一新用途。第二次世界大戰(zhàn)期間和1945年以后，炭和石墨制品和原子能工業(yè)和導(dǎo)彈、火箭等軍事工業(yè)直接聯(lián)系在一起的。1942年首先用高純石墨塊砌筑原子反應(yīng)堆，并用石墨材料制成了一些耐超高溫的導(dǎo)彈與火箭零件。炭和石墨制品的主要用途一、作為導(dǎo)電材料使用二、作為耐火材料使用三、作為耐腐蝕的結(jié)構(gòu)材料使用四、作為耐磨和潤滑材料使用五、作為高溫冶金及超純材料生產(chǎn)用的結(jié)構(gòu)材料六、作為鑄模、壓模使用七、在原子能工業(yè)及軍事工業(yè)中的使用炭和石墨制品的生產(chǎn)工藝流程石墨制品生產(chǎn)原材料生產(chǎn)各種碳和石墨制品的主要原料有：石油焦、瀝青焦、冶金焦、無煙煤、煤瀝青、煤焦油、蒽油、天然石墨。其他輔助材料有焦粉及石英砂等?，F(xiàn)將這些原材料及輔助材料的來源和質(zhì)量指標(biāo)介紹于后。石油焦石油焦是生產(chǎn)各種石墨化電極、石墨化陽極、石墨化塊等石墨化制品的主要原料，也是生產(chǎn)預(yù)焙陽極、陽極糊等產(chǎn)品的主要原料。石油焦的特點(diǎn)是灰份雜質(zhì)特別低（一般小于1%），并且在高溫下容易石墨化，生成的石墨質(zhì)量較好。石油焦的產(chǎn)率一般只有焦化原料的10~20%。焦化方法一般有五種：（1）釜式焦化；（2）平爐焦化；（3）延遲焦化；（4）接觸焦化；（5）流化焦化。瀝青焦石油焦容易石墨化，但機(jī)械強(qiáng)度較低。瀝青焦在同樣的石墨化溫度下得到的石墨，其比電阻較大，但機(jī)械強(qiáng)度較高。因此，一般生產(chǎn)石墨化產(chǎn)品時(shí)，除石油焦外還采用一定比例的瀝青焦。瀝青焦是一種低硫、低灰份焦。冶金焦冶金焦是生產(chǎn)各種炭塊、碳素電極以及各種電極糊、底部糊、粗縫糊、細(xì)縫糊的主要原料。冶金焦是幾種煉焦煤按照一定配比在煉焦?fàn)t中高溫焦化煉成的。冶金焦的灰份含量較高，一般均在10%以上，比較不容易石墨化，煅燒或石墨化后的導(dǎo)電性能比較石油焦或?yàn)r青焦差一些。由于冶金焦的成焦溫度在1200℃以上，因此在碳素制品廠冶金焦不經(jīng)煅燒即可使用，但為了易于磨粉應(yīng)烘干其水份。無煙煤無煙煤也是生產(chǎn)各種炭塊、碳素電極以及各種電極糊、底部糊、粗縫糊等制品的主要原料。有時(shí)，也可以使用低灰份的無煙煤取代部分石油焦來配制石墨化電極。無煙煤是變質(zhì)作用程度較高的一種煤，含碳量一般在80%以上，揮發(fā)物含量在10%以下。無煙煤結(jié)構(gòu)比較致密，比重達(dá)到1.50左右，有較高的機(jī)械強(qiáng)度，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒峒庸ず髮?dǎo)電性能良好。有些產(chǎn)地的無煙煤還比較容易石墨化。煤瀝青煤瀝青是生產(chǎn)各種石墨和炭素制品的粘結(jié)劑。煤瀝青能很好的浸潤和滲透各種焦炭及無煙煤的表面和孔隙，并使各種配料單顆粒成分能互相粘結(jié)及形成具有良好塑性狀態(tài)的糊料。煤焦油煤焦油是煉焦時(shí)的副產(chǎn)品，它是黑色粘稠液體。煤焦油是多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔铩拿航褂椭锌梢蕴釤挸錾习俜N有機(jī)化合物。經(jīng)過脫水后的煤焦油在炭素制品工廠中主要用來調(diào)整煤瀝青的軟化點(diǎn)。如要求粘結(jié)劑的軟化點(diǎn)為55℃，而煤瀝青的軟化點(diǎn)為65~75℃時(shí)，只要往煤瀝青內(nèi)加入15~20%的煤焦油即可使粘結(jié)劑的軟化點(diǎn)降低到55℃左右。石墨化制品需要浸漬時(shí)，有時(shí)為了降低瀝青的粘度也加入適量煤焦油或蒽油。這種魚煤焦油或蒽油混合的瀝青降低粘度后能提高流動(dòng)性，易于浸入焙燒半成品的氣孔中。蒽油蒽油是煤焦油加熱蒸餾時(shí)在270~360℃間蒸發(fā)出來并冷凝以后得到的褐色粘稠液體，產(chǎn)量占煤焦油量的20%左右。使用蒽油的目的與使用煤焦油相同，也是為了降低煤瀝青的軟化點(diǎn)或粘度。天然石墨生產(chǎn)石墨化制品以及多數(shù)炭制品一般不使用天然石墨。但是天然石墨可以用來生產(chǎn)天然石墨電極、電池炭棒和電刷、坩堝等多種產(chǎn)品。天然石墨有兩種形態(tài)：一種是鱗片狀石墨，顏色深灰、有金屬光澤、具有較高的導(dǎo)電性及潤滑性；另一種為土狀石墨，顏色更深、無金屬光澤、潤滑性與導(dǎo)電性均較鱗片狀石墨稍差，這是非晶形碳的過渡階段的產(chǎn)品。石墨化碎石墨化碎石炭素制品工廠生產(chǎn)各種石墨化制品時(shí)在石墨化后或加工后的廢品及加工時(shí)的切削碎屑。石墨化碎的物理化學(xué)性質(zhì)與成品石墨化電極一樣，主要是灰份低、導(dǎo)電性能好。在炭素制品工廠將回收的石墨化碎以10~20%的比例加入一些產(chǎn)品的配料中，也可用作煉鋼時(shí)的增碳劑或生產(chǎn)石墨塑料管的原料。目前有些小型炭素制品工廠用石墨化碎為主要原料生產(chǎn)石墨碎電極。這種電極雖然比電阻較石墨化電極稍大一些（比石墨化電極大一倍左右），但是灰份較低，使用效果比天然石墨電極好。其他輔助材料包括生制品的填充料、石墨化爐用的電阻料及保溫料。輔助材料有焦粉、膠粒、石英砂等。物料破碎的一般概念物料破碎是炭和石墨制品生產(chǎn)過程中不可缺少的一道工序。把大塊物料變小的過程稱為破碎。一般是施加機(jī)械外力克服物料分子間的內(nèi)聚力而使物料破碎。根據(jù)被破碎物料的大小及破碎后物料顆粒不同，可以把物料的破碎作業(yè)分為幾個(gè)級(jí)別，如粗碎、中碎、細(xì)碎、粗磨、細(xì)磨，但它們之間并沒有嚴(yán)格的劃分，不同的工業(yè)有不同的破碎級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)。物料破碎是一個(gè)物理機(jī)械過程。與破碎有重大關(guān)系的物料的硬度和強(qiáng)度。硬度和強(qiáng)度又是互相依賴的，在一般情況下物料越硬其強(qiáng)度也越大，也越難破碎。強(qiáng)度又可分抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度等。破碎時(shí)對(duì)物料施加的外力超過物料的強(qiáng)度即發(fā)生破裂。有些物料抗壓強(qiáng)度較大，但是抗折強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度不一定大。因此，針對(duì)物料不同的特性可以用不同的破碎方法。經(jīng)常采用的破碎方法有下列幾種：（1）壓碎：它是利用兩破碎工作面逼近時(shí)的壓力使物料破碎。壓碎的特點(diǎn)是作用力逐漸加大，力的逐漸加大，力的作用范圍較大，適用于破碎較硬的物料。（2）劈碎：破碎工作是由尖齒壓入物料時(shí)產(chǎn)生的劈力完成的，其特點(diǎn)是力的作用范圍較為集中，發(fā)生局部碎裂。此法適用于破碎脆性物料。（3）磨碎：破碎工作面在物料上面相對(duì)移動(dòng)，對(duì)物料施加剪切力，這種力是作用于表面部分，適合于細(xì)顆粒物料的磨碎。（4）擊碎：與上述數(shù)種的破碎方法的區(qū)別是破碎力瞬間作用于物料上。目前采用的許多破碎設(shè)備，往往同時(shí)兼有上述幾種作用中的2~3種。破碎設(shè)備一、顎式破碎機(jī)顎式破碎機(jī)的工作部件是兩塊顎板。一塊顎板固定不動(dòng)，另一塊顎板在一端繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)而他端則連在心軸上作周期擺動(dòng)或平行移動(dòng)，而且根據(jù)物料特性不同兩顎板構(gòu)成一定的夾角。顎式破碎機(jī)按其動(dòng)顎板周期擺動(dòng)的特點(diǎn)不同，可以分為簡單擺動(dòng)型、復(fù)雜擺動(dòng)型及混合擺動(dòng)型三種。雙齒輥破碎機(jī)雙齒輥破碎機(jī)的工作部件是兩個(gè)相對(duì)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的輥輪，輥輪表面是由鑲有若干塊錳鋼鑄成的齒板所構(gòu)成。當(dāng)大塊原料從兩輥間通過時(shí)，受輥輪齒板的擠壓及劈裂作用而破碎，破碎后小于兩輥間隙的料塊靠其自重而排出。連個(gè)輥輪的轉(zhuǎn)速相同，兩個(gè)輥輪中的一個(gè)用固定軸安裝，另一個(gè)裝在可前后滑動(dòng)的軸承上。滑動(dòng)軸承用彈簧頂住，以便碰到過硬物料而破碎不了時(shí)，滑動(dòng)軸承可借很大的反作用力而壓縮彈簧向后滑動(dòng)，使過硬物料通過，這樣可保護(hù)輥輪及齒板。雙齒輥破碎機(jī)可以破碎各種炭素原料，而且生產(chǎn)效率很高。對(duì)輥破碎機(jī)對(duì)輥破碎機(jī)和前面介紹過的齒式對(duì)輥破碎機(jī)基本上是一樣的，其工作部件也是兩個(gè)大小相同、相對(duì)方向旋轉(zhuǎn)的輥輪。輥輪的表面是由錳鋼鑄成的可以更換的輥皮。為了提高破碎效率，輥皮表面加工成波浪紋或者直紋，有時(shí)也用焊條點(diǎn)焊成較密集的突起物。錘式破碎機(jī)錘式破碎機(jī)的主要部件是一個(gè)掛有若干個(gè)活動(dòng)錘頭的高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，圍繞旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子安裝著帶有篩孔的篩板或篩條。當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)后，因離心力的作用錘頭成放射狀。加入的原料塊直接受到作高速圓周運(yùn)動(dòng)的錘頭的打擊，并且被錘頭撞擊到篩板或篩條上撞碎。為了使破碎后的顆粒能順利的排出而不致將篩孔或篩條堵住，實(shí)際上篩孔或篩條間隙的大小要比破碎后所需的最大顆粒大1.5~3倍。反擊式破碎機(jī)反擊式破碎機(jī)的工作原理與錘式破碎機(jī)一樣，也是利用在高速下的沖擊作用使物料破碎，但反擊式破碎機(jī)的構(gòu)造與錘式破碎有所不同。反擊式破碎機(jī)的主要部件為固定在旋轉(zhuǎn)主軸上的工作轉(zhuǎn)子。工作轉(zhuǎn)子的圓柱面上裝有三個(gè)堅(jiān)硬的板錘。在轉(zhuǎn)子的上方機(jī)殼內(nèi)壁上吊有前后兩塊反擊板，從而形成兩個(gè)破碎腔。反擊板與進(jìn)料口之間吊有許多鏈條所組成的鏈幕一直垂到給料篩板上，這樣就可防止物料被反擊板碰回而飛出給料口。石墨混捏工藝石墨混捏工藝混捏是指將各種顆粒的粉粒干料與黏結(jié)劑經(jīng)過某種操作使其達(dá)到均勻、密實(shí)且具有一定可塑性的糊料的工藝過程?；炷蟮哪康氖牵?、使各種不同粒徑的骨料均勻分布，使顆粒之間的空隙用更小的顆粒充填，以提高糊料的密實(shí)程度；2、使黏結(jié)劑均勻地包裹在干料顆粒的表面，并部分地滲透到顆粒的孔隙中去，由黏結(jié)劑的粘結(jié)力把所有顆?；ハ嘟Y(jié)合起來；3、使干料與黏結(jié)劑分布均勻，結(jié)構(gòu)均一，并使糊料具有良好的塑性，以利于成形。為完成上述工藝要求所使用的機(jī)械稱為混捏機(jī)。石墨混捏工藝混捏機(jī)由一對(duì)互相配合和旋轉(zhuǎn)的葉片(通常呈Z形)所產(chǎn)生強(qiáng)烈剪切作用而使半干狀態(tài)的或橡膠狀粘稠塑