碳納米超微材料大規格炭電極及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于特炭質電極技術領域，尤其涉及碳納米超微材料大規格炭電極及其制備方法。
【背景技術】
[0002]特大直徑炭質電極被列入國家工信部《工業轉型升級投資指南》鼓勵發展的節能環保產品，應用在工業硅、黃磷、電石、鐵合金等埋弧電爐冶煉行業，并快速替代能耗和價格較高的石墨電極和污染嚴重的電極糊，在同樣容量的埋弧電爐上，特大直徑炭質電極比石墨電極直徑更大，爐內弧帶增寬，弧體穩定，保證了冶煉效率，降低了能消耗，保護了環境。
[0003]隨著國家節能減排政策的積極推進，國家發改委、工信部出臺了一系列埋弧電爐冶煉行業準入政策，電爐爐型規格逐漸加大，對埋弧電爐用大直徑炭質電極提出了新的要求。目前，我國特大直徑炭質電極存在內部結構差、電阻率高、抗氧化性能力差、消耗高等缺點，與國際優級特大直徑炭質電極質量相比還存在一定的差距。為了提升特大直徑炭質電極產品質量，適應國內外市場需求，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)與碳納米級粉料等方式，改善其性能，達到增大炭質電極直徑，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，降低炭質電極消耗，延長使用壽命，降低埋弧電爐冶煉成本的目的。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的第一個問題就是提供一種高使用性能、低電阻率、抗氧化性強、消耗低的碳納米超微材料大規格炭電極。
[0005]為解決上述第一個問題，本發明提出的碳納米超微材料大規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
碳納米級粉料16—28重量份
其附加技術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
本發明要解決的第二個問題就是提供碳納米超微材料大規格炭電極的制備方法。
[0006]為解決上述第二個問題，本發明碳納米超微材料大規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備進行超微碳納米級粉料磨粉；
第二步:配料
按權利要求1所述組分用電子配料系統稱出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重量份碳納米級粉料、5 —10重量份生碎、4一 10重量份焙燒碎，配料后進入雙速高效節能混捏鍋，同時將經過處理的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能混捏鍋，繼續攪拌，混捏30— 35分鐘后，溫度升至165°C — 175°C糊料出鍋；
第四步:成型
出鍋糊料進入無球團料的臥式電極均溫鍋，使糊料溫度降至135°C — 140°C進入立式振動抽真空成型機上的模具內，上模下壓后小幅預振8-10秒抬起上模排氣后再抽真空持續4-6分鐘，真空度-0.07MPa至-0.09MPa，再振動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，檢查驗收，達到驗收技術標準要求的標記為合格生制品；
第五步:焙燒
將碳納米超微材料大規格炭電極生制品運至焙燒車間。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。然后進行溫度控制，將溫度由室溫逐步升至1150°C，使大直徑炭質電極制成品經室溫一 230°C低溫預熱、230 °C — 400 0C揮發份排出、400 °C — 550 °C半焦成型、550 °C — 700 °C高溫焦化、700 V 一1150°C性能完善四個階段后，停火保溫，自然冷卻，待溫度降至300°C以下出爐，冷卻至室溫后，檢查驗收，達到驗收技術標準要求的標記為合格焙燒品；
第六步:機加工
檢驗合格的碳納米超微材料大規格炭電極焙燒品經鏜孔、鏜頭、車外圓、銑公頭螺紋、銑母頭螺紋工序，檢查驗收，合格的即碳納米超微材料大規格炭電極成品，根據客戶具體要求進行標記、包裝、即為合格成品。
[0007]本發明所提供的碳納米超微材料大規格炭電極，將煅后的固體原料電煅無煙煤、石油焦、石墨碎，經振動篩篩分與高效能磨粉設備進行超微碳納米級粉料磨粉、電子配料系統配料后進入一種雙速高效節能混捏鍋同時加入經過處理的添加劑(碳酸鹽)攪拌、干混后，加入煤瀝青。由于超微碳納米級粉料非常細小具有增加原料之間的接觸面積，提高材料間的吸附性能，形成超薄的粘結薄膜和更具活性的焦粒，使骨料與焦粒間充分的結合，此結合力遠遠大于骨料直接跟粘結劑的結合力，從而形成更牢固的炭結構鏈，形成更強的結合體。改善電極的性能，完善了電極的內部結構，確保了炭電極的安全使用性能，達到降低電極電阻率，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、降低埋弧電爐生產成本的目的。碳納米超微材料大規格炭電極直徑可達1400mm，長度達2500mm一一3300_，適應了冶煉行業大型埋弧電爐的要求，達到甚至超過了國際同類產品的使用性能，降低了冶煉行業的制造成本，同時提高了炭電極制造業和冶煉行業的經濟效益。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加工時的切削碎，從而，有利于原料的充分再利用，降低生產成本，保護環境。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明碳納米超微材料大規格炭電極的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖和具體實施例對本發明所提供的制備碳納米超微材料大規格炭電極的工序進程及其結構做進一步的詳細說明。
[0010]如圖1所示，碳納米超微材料大規格炭電極包括電極本體1，電極本體I兩端分別設置有相匹配的公扣2、母扣3，公扣2、母扣3帶有相匹配的外螺紋4、內螺紋5。
[0011]實施例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備進行超微碳納米級粉料磨粉；
第二步:配料
按權利要求1所述組分用電子配料系統稱出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重量份碳納米級粉料、5重量份生碎、4重量份焙燒碎，配料后進入雙速高效節能混捏鍋，同時將經過處理的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能混捏鍋，繼續攪拌，混捏30分鐘后，溫度升至165°C糊料出鍋；
第四步:成型
出鍋糊料進入無球團料的臥式電極均溫鍋，使糊料溫度降至135°C進入立式振動抽真空成型機上的t旲具內，上t旲下壓后小幅預振8秒抬起上t旲排氣后再抽真空持續4分鐘，真空度-0.07MPa至-0.09MPa，再振動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；檢查驗收，達到驗收技術標準要求的標記為合格生制品；
第五步:焙燒
將碳納米超微材料大規格炭電極制品運至焙燒車間。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。然后進行溫度控制，將溫度由室溫逐步升至1150°C，使大直徑炭質電極制成品經室溫一2300C低溫預熱、2300C-400V揮發份排出、400°C —550V半焦成型、550 °C — 700 0C高溫焦化、700 °C — 1150 °C性能完善四個階段后，停火保溫，自然冷卻，待溫度降至300°C以下出爐；冷卻至室溫后，檢查驗收，達到驗收技術標準要求的標記為合格焙燒品；
第六步:機加工
檢驗合格的碳納米超微材料大規格炭電極焙燒品經鏜孔、鏜頭、車外圓、銑公頭螺紋、銑母頭螺紋工序，檢查驗收，合格的即碳納米超微材料大規格炭電極成品，根據客戶具體要求進