一種采用艾奇遜石墨化爐對細顆粒石墨制品的石墨化方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于石墨材料的制造加工領域，具體設及一種細顆粒結構石墨制品艾奇遜 爐石墨化的方法。
【背景技術】
[0002] 在石墨生產流程過程中，石墨化是非常關鍵的一道工序，經過2300°CW上高溫熱 處理，它決定著石墨制品的物理化學性質。石墨賠燒品中的碳原子由熱力學上不穩定的"二 維無序重疊"排列受熱活化作用轉變為維有序重疊"排列，使制品的熱電傳導性能、抗熱 震性能、化學穩定性能、抗氧化性能、潤滑性及抗磨性等得到進一步提高，排除雜質提高純 度，降低硬度便于機械加工。具體過程是在炭化物賠燒品的周圍填充填料焦炭，間接通電利 用焦炭的電阻發熱，最終使被加熱物本身也產生電阻發熱的石墨化。
[0003] 艾奇遜石墨化爐（Achesonfurnace)W發明者艾奇遜化G.Acheson)的名字命名 的一種石墨化爐。艾奇遜爐于1895年發明并首先在美國取得專利，它的維形是：在耐火材 料構筑的長形爐體內，裝入炭的巧料和顆粒料，組成導電的爐忍，在爐忍的四周是絕熱保溫 料。作為爐頭的兩上端墻上設置有導電電極，并與電源相連接，構成通電的回路。當電路接 通，爐忍由于電阻的作用即發熱升溫，使炭的巧料在2200~2300°C的溫度下，經高溫加熱 處理而轉變為人造石墨。艾奇遜爐由爐本體和供電系統的變壓器及連接運兩部分的短網組 成。艾奇遜爐W外加熱的方式為主，構成導電爐忍的是作為制品的炭的巧料和作為電阻料 的炭的顆粒料。雖然制品既是發熱的電阻，也是被加熱的對象，但相比之下電阻料的電阻要 大得多，因此制品石墨化所需的熱量主要靠電阻料的傳熱。制品的加熱是先從表面開始再 逐漸向內部滲入的，運種外加熱的方式造成溫度分布不均和產生熱應力，一般炭制品的導 熱性都比較差，當爐溫上升較快時，就可能產生明顯的外熱內冷的情況，出現裂紋廢品，在 實際生產中用"開始功率"和"上升功率"來限制送入爐內的電量，達到控制爐溫的目的，由 于艾奇遜爐的送電功率受到限制，通電時間不能縮得太短，所W產能小，電耗高，同時產品 質量因為溫度不均而較差。
[0004] 艾奇遜型石墨化爐炭化物的裝入量約為170~230噸，在耐火磚制的長方形爐體 內將炭化物縱向或橫向并列，周圍充滿填料焦炭，在其外圍再用焦粉、炭黑、石英砂/焦炭 混合物等襯料進行熱屏蔽W隔熱，在炭化物周圍充滿填料焦炭，對焦炭在爐體的長度方向 通W低電壓高電流而產生的高溫升溫至3000°C左右。艾奇遜石墨化爐作為石墨化工序的重 要爐害，其優點在于生產加工產品產量大、節能、效率高，但艾奇遜石墨化爐主要是靠焦炭 產生的熱量來加熱制品，在同一石墨化爐爐忍內，上下、左右、內外的溫度梯度相差很大，傳 熱不均的缺點，相對來講容易造成制品裂紋。因此艾奇遜石墨化爐被普遍的運用于石墨電 極等低端產品的石墨加工制造。此類產品在石墨制品領域附加值低，應用范圍小。從生產 工藝角度來講，此類產品顆粒粒度較粗，生產工藝簡單，在石墨化工序中裝爐方案和送電曲 線工藝要求較低。
[0005] 普通石墨電極制品能在最短的時間內最小的單耗電量下完成石墨化，使制品性能 達到石墨理化指標的要求，同時也有很高的成品率。粗顆粒結構石墨制品石墨化不易開裂， 粗顆粒結構石墨制品石墨化工藝技術也比較成熟，成品率較高，一般可達92%W上。但細顆 粒結構石墨制品抗熱震性不如粗顆粒結構制品，石墨化工藝難度高，較易產生開裂。石墨化 爐徑向與軸向上的溫度分布不均勻，其溫度梯度大，隨著細顆粒結構、大制品、大截面的爐 忍的出現，溫度梯度更大，因此使得制品的質量不穩定，波動性大。
[0006]細顆粒結構石墨制品在產品的性能、性價比均比常規產品優越，所W細顆粒石墨 制品應用范圍廣，被廣泛應用于冶金、機械、環保、化工、軍工和航空航天領域。但細顆粒結 構石墨制品作為一種被廣泛運用的新型碳質材料在實際生產過程中由于顆粒粒度相比常 規石墨的粒度較小，所W在常規的石墨化工序中利用艾奇遜石墨化爐加工細顆粒石墨制 品，雖然生產操作過程中貫徹執行工藝已經非常嚴格，但仍具有產品容易開裂、成品率低的 問題。 陽007]針對現有技術中存在的缺陷，特提出本發明。
【發明內容】
[0008]本發明的發明目的在于提出了一種細顆粒結構石墨制品艾奇遜爐石墨化的方法。
[0009]為解決現有技術中使用艾奇遜石墨化爐加工細顆粒結構石墨制品容易開裂而導 致成品率低的問題，本發明提供一種細顆粒結構石墨制品艾奇遜爐石墨化的方法，使用本 發明所述的石墨化方法不但可W提高成品率還可W保證產品具有很好的電阻率等特性。
[0010] 為了實現本發明的目的，采用的技術方案為：
[0011] 本發明設及一種采用艾奇遜石墨化爐對細顆粒石墨制品的石墨化方法，所述的細 顆粒的粒徑為0. 5~1. 0mm，優選為0. 75~0. 85mm;石墨化方法包括準備爐體、鋪爐底、圍 爐忍、墊底部墊層、裝產品、填充電阻料，蓋頂層墊層、反應料和保溫料、送電、冷卻；
[0012] 在準備爐體后，先在爐底鋪一層500mm~800mm的石英砂層，然后再石英砂上鋪 一層300mm~500mm的爐底料，然后采用具有夾層的裝爐板圍爐忍，在圍好的爐忍中鋪一 層厚度為IOOmm~180mm的底部墊層；然后裝產品，在產品之間、產品的縫隙之間和產品表 面上填充、鋪灑電阻料，在裝爐板的夾屯、中填充反應料，然后在反應料頂部鋪一層IOOmm~ 180mm頂層墊層，然后在頂層墊層上鋪灑反應料，在裝爐板外側與艾奇遜石墨化爐之間填充 保溫料；撤去裝爐板，最后在反應料表面鋪灑一層保溫料；
[0013]其中，爐底料為新焦粉和石英砂按6.6~7. 3:2. 7~3. 4體積比混合，體積比優選 7 ：3 ；
[0014] 電阻料為熟冶金焦與生冶金焦按7. 5~8.5 :1. 5~2. 5體積比混合，體積比優選 8 ：2 ；
[0015]底部墊層為冶金焦粒或賠燒碎；
[0016] 頂層墊層為石墨焦；
[0017]反應料為新焦粉和石英砂按6~6.5 :3. 5~4體積比混合，體積比優選6.5 :3. 5。
[0018]本發明中的爐底料主要起到保溫和電絕緣雙重作用，電阻料起到"電阻發熱"的作 用，底部墊層起到引導電流和調整爐溫的作用，頂層墊層起到防止氧化、引導電流和調整爐 溫的作用，反應料起到避免產品與保溫料相接觸的作用，保溫料主要起到保溫的作用。
[0019]本發明的第一優選技術方案為：細顆粒石墨制品的體積密度為1.68g/cm3~ I. 72g/cm3。
[0020] 本發明的第二優選技術方案為：準備爐體的方法為：清除爐忍電阻料，再清理爐 側保溫料，最后清理爐底；清理側墻保溫料，清理將爐底的硬質黃料層，清理爐頭爐尾的粘 結物；檢查爐體并進行維修；清除結晶體。
[0021] 本發明的第S優選技術方案為：圍爐忍時使用的裝爐板的夾層厚度為350mm~ 450mm，優選400mm;反應料的厚度為350mm~450mm，優選400mm。
[0022] 本發明的第四優選技術方案為：裝產品的方法為：爐忍板與產品間距80~100mm， 爐頭板與爐頭間距250~300mm，縱排產品間距為：
[0023] 產品的厚度為50mm~350mm時，間距為55~60mm，優選60mm；
[0024] 產品的厚度為350mm~450mm，間距為75~85mm，優選80mm;
[00巧]產品的厚度為45Omm~600mm，間距為95~105mm，優選10Omm；
[0026] 產品的厚度為600mm~800mm，間距為110~130mm，優選120mm，
[0027] 橫排產品間距為50~60mm，優選60mm;
[002引產品分層放置時，產品層與層的間距為40~50mm，優選50mm。
[0029] 本發明的第五優選技術方案為：石英砂層中石英砂的粒徑為1~8mm;爐底料中 新焦粉的粒徑為0. 5~10mm，水分含量為小于10% ;電阻料中熟冶金焦的粒徑為IOmm~ 35mm，其中粒徑10~2Omm的占15~20%，20~3Omm的占65~75%，30~35mm的占10~ 20 %;優選為：粒徑10~20mm的占15%，20~30mm的占70%，30~35mm的占15 %;生冶 金焦的粒徑為20~45mm;生冶金焦的粒徑為20~45mm;底部墊層中冶金焦粒或賠燒碎的 粒徑為15~40mm;頂層墊層的石墨焦的粒徑為15~35mm;反應料中新焦粉的粒徑為1~ 10mm〇
[0030] 石英砂粒徑選擇為1~8mm可W很好地密實和隔絕熱量。電阻料中熟冶金焦的粒 徑為IOmm~35mm、生冶金焦的粒徑為20~45mm從而可W更好地混合均勻，并起到良好的 電阻發熱的作用。底部墊層中冶金焦粒或賠燒碎粒徑為15~40mm可W更好的引導電流和 調整爐溫。
[0031] 本發明的第六優選技術方案為：石英砂層的厚度為600mm~750mm，優選700~ 720mm;爐底料的厚度為350mm~450mm，優選390~410mm;底部墊層和頂層墊層的厚度為 125~165mm，優選140~150mm;保溫料的厚度為700~900mm，優選700~800mm。
[0032] 本發明的第屯優選技術方案為：送電時的送電曲線為：開始功率1500~leookw， 1600~2800kw功率，上升功率是90~1lOkw/h，保持10~14h;
[0033] 2800~4000kw功率，上升功率是45~60kw/h，保持20~24h;
[0034] 4000~6400kw功率，上升功率是32~43kw/h，保持56~62h;
[0035] 6400~8200kw功率，上升功率是110~125kw/h，保持12~16h;
[0036] 8200~11700kw功率，上升功率是675~TlOkw/h，保持4~化；
[0037] 11700kw功率W后，升峰至最大功率leOOOkw，保持10~12h; 陽0測優選的：
[0039] 開始功率leOOkw，1600~2800kw功率，上升功率是lOOkw/h，保持12h;
[0040] 2800~4000kw功率，上升功率