專利名稱：：一種炭素電極工藝配方及炭素電極生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種炭素電極工藝配方及一種炭素電極生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
：炭素電極是礦熱爐碳熱還原法冶煉工業(yè)硅、鐵合金、黃磷、電石所需的重要原料，還可以用在普通電弧爐冶煉剛玉、稀土金屬的工藝中。炭素電極作為高溫導(dǎo)電材料，是替代石墨電極、電極糊的節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品。目前，在炭素電極生產(chǎn)所采用的工藝配方中，固體材料僅僅包括電煅無煙煤和煅后焦這兩種材料，并且材料的粒級(jí)較小，小于4mm的料通常在60%左右。從而制造出來的電極存在下述問題電阻率高(在4050iiQm之間)、體積密度低，抗折強(qiáng)度小，在使用過程中易開裂、掉塊，并且電極消耗高，電耗高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是減輕現(xiàn)有技術(shù)炭素電極工藝配方導(dǎo)致的上述問題。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)研究與反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)如果在配方中加入石墨質(zhì)材料，有利于減小物料間的接觸電阻，降低炭素電極產(chǎn)品的電阻率，并且可提高產(chǎn)品的熱導(dǎo)率，有利于增加炭素電極產(chǎn)品的抗熱震性。因此，本發(fā)明提供一種炭素電極工藝配方，所述配方包括固體材料和液體材料，其中所述固體材料包括石墨質(zhì)原料、電煅無煙煤以及煅后焦，所述液體材料包括煤瀝青。所述石墨質(zhì)材料有利于減小物料間的接觸電阻，降低炭素電極產(chǎn)品的電阻率，并且可提高產(chǎn)品的熱導(dǎo)率，有利于增加炭素電極產(chǎn)品的抗熱震性。優(yōu)選地，在所述固體材料中，粒度小于0.15毫米的料的重量為所述三種固體材料總重量的20%40%;粒度大于等于16毫米的料的重量占所述三種固體材料總重量的20%40%。需要指出的是，在文中，除非特別指明，否則用語"a^bV的含義是指"大于等于a^且小于等于b%"。例如"20%40%"的含義是指"大于等于20%且小于等于40%"。這樣，在本發(fā)明中通過采用較多的更大顆粒形態(tài)的固體材料(20%以上的料的粒度大于等于16mm)，有利于減小物料間的接觸電阻，有利于增加炭素電極產(chǎn)品的抗熱震性，降低炭素電極產(chǎn)品的電阻率。優(yōu)選地，在所述固體材料中，粒度小于0.15毫米的料的重量為所述三種固體材料總重量的20%40%;粒度大于等于0.15毫米且小于4mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的0%10%;粒度大于等于4毫米且小于8mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的10%20%;粒度大于等于8毫米且小于16mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的10%30%;粒度大于等于16毫米且小于等于32mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的20%40%;粒度大于32毫米的料的重量小于所述三種固體材料總重量的2%。通過上述粒度配比，可以更好地減小物料間的接觸電阻，降低產(chǎn)品的電阻率；此外，對(duì)產(chǎn)品開裂有阻斷作用，可以提高產(chǎn)品的抗熱震性能；并且有利于電極的成型。優(yōu)選地，石墨質(zhì)原料以碎屑粉料形態(tài)加入，且在所述石墨質(zhì)原料中，粒度小于等于0.15毫米的料的重量為所述三種固體材料總重量的20%40%;粒度大于等于0.15毫米且小于4毫米的料的重量小于所述三種固體材料總重量的10%。石墨質(zhì)原料以碎屑粉料形態(tài)加入可以起到以下作用1)潤滑作用，利于原料相互插入，提高產(chǎn)品強(qiáng)度；2)阻斷粘結(jié)劑的流動(dòng)，產(chǎn)品品質(zhì)均勻；3)提高產(chǎn)品的導(dǎo)熱性能，減少熱開裂；以及4)降低產(chǎn)品熱膨脹系數(shù)，減少熱開裂。優(yōu)選地，所述石墨質(zhì)原料的重量為所述三種固體材料總重量的2050%;電煅無煙煤的重量為所述三種固體材料總重量的2540%;以及煅后焦的重量為所述三種固體材料總重量的2540%。以此比例配比，能較好地實(shí)現(xiàn)三種材料的混合。優(yōu)選地，所述煤瀝青的重量為所述石墨質(zhì)原料、電煅無煙煤、煅后焦和煤瀝青這四種材料的總重量的17%19%。從而減少了煤瀝青的使用量，有利于減少電極產(chǎn)品中的孔隙。本發(fā)明還提供一種制造炭素電極的方法，該方法包括配料工序，在所述配料工序中，將石墨質(zhì)原料、電煅無煙煤以及煅后焦這三種固體材料與液態(tài)的煤瀝青混合在一起，述配料工序?qū)⒐腆w材料和液體材料混合在一起，其中，在所述固體材料中，粒度小于O.15毫米的料的重量小于所述三種固體材料總重量的40%;粒度大于等于16毫米的料的重量大于所述三種固體材料總重量的20%。圖1為示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的炭素電極生產(chǎn)工藝的示例性流程圖。具體實(shí)施例方式下面，通過與現(xiàn)有技術(shù)的炭素電極配方對(duì)比來說明本發(fā)明的炭素電極配方的實(shí)施例。首先，參見表1和表2，了解現(xiàn)有技術(shù)炭素電極工藝配方中的固體材料組成及粒度分布比例。需要指出的是，如果沒有特別地指明，那么文中的比例均是指重量百分比。表1是現(xiàn)有技術(shù)炭素電極工藝某配方中固體材料的原料比例。如表1所列出的，在現(xiàn)有技術(shù)的配方中，固體材料由電煅無煙煤和煅后焦組成，并且兩者分別占固體材料的1030%和7090%。表2為現(xiàn)有技術(shù)炭素電極工藝某配方中固體材料粒度分布。如表2所列出的，固體材料的粒級(jí)主要分布在0mm至16mm的范圍內(nèi)。表1現(xiàn)有技術(shù)炭素電極工藝某配方中固體材料組成<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2現(xiàn)有技術(shù)炭素電極工藝某配方中固體材料粒度分布比例<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>接下來，參考表3和表4來說明本發(fā)明一實(shí)施例中炭素電極工藝配方中的固體材料組成及粒度分布比例。表3是本發(fā)明一實(shí)施例的炭素電極工藝配方中固體材料的原料比例。如表3所列出的，在本發(fā)明該實(shí)施例的配方中，固體材料由石墨質(zhì)原料、電煅無煙煤和煅后焦組成，并且三者占固體材料的重量百分比依次為2050%、2540%以及2540%。需要指出的是，文中的術(shù)語"石墨質(zhì)原料"包括人造石墨和天然石墨，以及這兩者的混合物。與上述由一定比例的石墨質(zhì)原料、電煅無煙煤和煅后焦所組成的固體材料相配合，可以添加液體材料用于將所述固體材料粘接在一起。例如，可以添加的煤瀝青作為液體粘接材料。煤瀝青的重量百分比可以為固體材料和液體材料這兩者的總重量的1719%。表3本發(fā)明一實(shí)施例的炭素電極示例工藝配方中原料比例<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表4本發(fā)明一實(shí)施例的配方中固體材料的粒度分布<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表4為本發(fā)明一實(shí)施例的炭素電極工藝配方中固體材料的粒度分布。如表4所列出的，固體材料的粒級(jí)主要分布在0mm至32mm的范圍內(nèi)。且大顆粒的固體材料(粒級(jí)在1632mm)的比例最少為20%，優(yōu)選地在20%40%之間。從而可以減小物料間的接觸電阻，降低產(chǎn)品的電阻率；此外，對(duì)產(chǎn)品開裂有阻斷作用，可以提高產(chǎn)品的抗熱震性能。更具體地，在表4列出的配方中，固體材料粒度小于0.15毫米的料的重量為所述三種固體材料總重量的20%40%;粒度大于等于O.15毫米且小于4mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的0%10%;粒度大于等于4毫米且小于8mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的10%20%;粒度大于等于8毫米且小于16mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的10%30%;粒度大于等于16毫米且小于等于32mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的20%40%;粒度大于32毫米的料的重量小于所述三種固體材料總重量的2%。通過上述粒度配比，可以更好地減小物料間的接觸電阻，降低產(chǎn)品的電阻率；此外，對(duì)產(chǎn)品開裂有阻斷作用，可以提高產(chǎn)品的抗熱震性能；并且有利于電極的成型。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，石墨質(zhì)原料以碎屑粉料形態(tài)加入。石墨質(zhì)原料以碎屑粉料形態(tài)加入可以起到以下作用1)潤滑作用，利于原料相互插入，提高產(chǎn)品強(qiáng)度；2)阻斷粘結(jié)劑的流動(dòng)，產(chǎn)品品質(zhì)均勻；3)提高產(chǎn)品的導(dǎo)熱性能，減少熱開裂；以及4)降低產(chǎn)品熱膨脹系數(shù)，減少熱開裂。在所述石墨質(zhì)原料中，粒度小于0.15毫米的料的重量為所述三種固體材料總重量的20%40%;粒度大于等于0.15毫米且小于4毫米的料的重量小于所述三種固體材料總重量的10%。表5本發(fā)明一實(shí)施例的炭素電極配方中石墨質(zhì)原料粒度分布<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>*以所有固體材料為100%。下面以表格示出新舊配方的對(duì)比性能表6炭素電極新舊工藝配方指標(biāo)對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表7對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)(用于工業(yè)硅生產(chǎn))<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>圖1是生產(chǎn)炭素電極的一種示例生產(chǎn)工藝的流程流程圖。下面結(jié)合圖1對(duì)相關(guān)生產(chǎn)過程作簡(jiǎn)要說明。下面的描述僅僅是示例性的，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。按配方配料如圖1中所示，生產(chǎn)炭素電極需要配料。配料就是根據(jù)一定配方(成分及比例)，將各種原料混合在一起。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述配方包括固體材料石墨質(zhì)原料的重量百分比為40%;電煅無煙煤的重量百分比為30%、煅后焦(煅燒石油焦)的重量百分比為30%。還包括液體材料，液體材料(煤瀝青)的重量百分比為四種材料總重量的18%。在石墨質(zhì)原料中，大于等于0.15毫米且小于4毫米的料的重量百分比為三種固體材料總重量的10±2%;并且小于0.15毫米的料的重量百分比為三種固體材料總重量的30±2%。生電極制造生電極制造包括中碎篩分、磨粉、配料、混捏和成型等生產(chǎn)工序。按配方配料工序可以包含在該工序中。a.中碎篩分根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以設(shè)二個(gè)中碎、篩分系統(tǒng)，用于分別處理石墨塊和無煙煤。經(jīng)斗式提升機(jī)送入二臺(tái)雙層水平振動(dòng)篩篩分處理，粒度大于32mm的料返回雙輥破碎機(jī)中碎后再重新篩分。3216mm、168mm、84mm的粒度料直接進(jìn)入相應(yīng)配料倉，也可返回雙輥破碎機(jī)重新中細(xì)碎至4mm以下，便于生產(chǎn)靈活調(diào)節(jié)。粒度料有5種為3216mm、168mm、84mm、40.15mm、0-0.15mm的料分別直接進(jìn)入配料倉，也可進(jìn)入磨粉機(jī)給料倉。生碎料經(jīng)破碎到50mm以下粒度后，經(jīng)斗式提升機(jī)直接運(yùn)入生碎配料倉使用。b.磨粉磨粉采用二臺(tái)5R擺式磨粉機(jī)。磨粉料主要來源為石墨碎屑。由電磁振動(dòng)給料機(jī)定量喂入擺式磨粉機(jī)內(nèi)，從磨粉機(jī)出來的含塵氣體經(jīng)風(fēng)選器分選后，粗粒子料被分離后返回磨粉機(jī)再磨，合格細(xì)粉經(jīng)旋風(fēng)收料器收集后送入配料倉，循環(huán)風(fēng)經(jīng)通風(fēng)機(jī)進(jìn)入磨粉機(jī)用于循環(huán)生產(chǎn)。磨粉過程中產(chǎn)生的多余風(fēng)經(jīng)凈化處理后排入大氣。c.配料、混捏、均溫、成型生碎、粒子料、粉料分別由各自配料倉底部的給料機(jī)及漏斗秤按配方要求稱量，再匯入集合料斗。由配料小車將配好的料運(yùn)往混捏機(jī)。進(jìn)行干混，液體粘結(jié)劑瀝青隨后加入混捏機(jī)中，液體瀝青用電子秤計(jì)量，采用減量法。配料全過程采用微機(jī)自動(dòng)控制。混捏選用5000升混捏鍋。每次可裝糊料4.24.8噸，混捏周期為80分鐘，其中干混25分鐘，加瀝青后濕混55分鐘?；旌玫暮闲度牖畹缀舷?，經(jīng)電動(dòng)平板小車、橋式起重機(jī)送入糊料均溫箱均溫處理。成型采用固定臺(tái)式振動(dòng)成型機(jī)。用料時(shí)，將均溫箱內(nèi)糊料直接送入成型機(jī)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)成型。成型電極出模冷卻后，經(jīng)檢測(cè)合格后叉車運(yùn)輸?shù)奖簾囬g。不合格的生電極返回配料系統(tǒng)處理。焙燒炭素電極焙燒是成型后的生制品在專用加熱爐內(nèi)保溫介質(zhì)的保護(hù)中，在隔絕空氣的條件下，按一定的升溫速度進(jìn)行加熱的熱處理過程。電極焙燒的目的在于(l)排除揮發(fā)分，使用瀝青作粘結(jié)劑的制品，經(jīng)焙燒后一般排出約10%的揮發(fā)分。(2)粘結(jié)劑焦化，生制品按一定的工藝條件進(jìn)行焙燒，使粘結(jié)劑焦化，在骨料顆粒間形成焦炭網(wǎng)絡(luò)，把所有不同粒度的骨料牢固地連結(jié)在一起，使制品具有一定的理化性能。在相同條件下，焦化率越高，其質(zhì)量越好。一般中溫瀝青的結(jié)焦殘?zhí)柯蕿?0%左右。(3)固定幾何形式，生制品在焙燒過程中，發(fā)生軟化，粘結(jié)劑遷移現(xiàn)象。隨著溫度的升高，形成焦化網(wǎng)，使制品焦化。因此，溫度再升高，其形狀也不改變。(4)降低電阻率在焙燒過程中，由于揮發(fā)分的排除，瀝青焦化形成焦炭網(wǎng)格，瀝青發(fā)生分解和聚合反應(yīng)，生成大的六角炭環(huán)平面網(wǎng)等原因，電阻率大幅度下降。(5)體積進(jìn)一步收縮，焙燒后制品直徑收縮1%左右，長度收縮2%左右，體積收縮為2_3%。電極機(jī)械加工(1)炭素電極整形的需要具有一定的尺寸和形狀的壓型后的炭素生制品，在焙燒過程中發(fā)生不同程度的變形、碰損，同時(shí)其表面還粘結(jié)著一些填充料，如果不經(jīng)過機(jī)械加工就不能使用，因此必須對(duì)產(chǎn)品整形，加工成規(guī)定的幾何形狀。(2)炭素電極使用的需要按照用戶的使用要求進(jìn)行加工。炭素電極在使用時(shí)要求連接起來，形成一個(gè)串接柱伸入冶煉爐內(nèi)，所以一頭必須車制成帶螺紋的公頭，另一端必須車制成帶螺紋的母孔，然后將兩根電極連接起來使用。權(quán)利要求一種炭素電極工藝配方，其特征在于，包括固體材料和液體材料，其中所述固體材料包括電煅無煙煤以及煅后焦，所述液體材料包括煤瀝青，其特征在于，所述固體材料進(jìn)一步包括石墨質(zhì)原料。2.如權(quán)利要求1所述的炭素電極工藝配方，其特征在于，在所述固體材料中，粒度小于0.15毫米的料的重量占所述三種固體材料總重量的20%40%;粒度大于等于16毫米且小于32mm的料的重量占所述三種固體材料總重量的20%40%。3.如權(quán)利要求1所述的炭素電極工藝配方，其特征在于，在所述固體材料中，粒度小于0.15毫米的料的重量為所述三種固體材料總重量的20%40%;粒度大于等于0.15毫米且小于4mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的0%10%;粒度大于等于4毫米且小于8mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的10%20%;粒度大于等于8毫米且小于16mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的10%30%;粒度大于等于16毫米且小于等于32mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的20%40%;粒度大于32毫米的料的重量小于所述三種固體材料總重量的2%。4.如權(quán)利要求1所述的炭素電極工藝配方，其特征在于，石墨質(zhì)原料以碎屑粉料形態(tài)加入，且在所述石墨質(zhì)原料中，粒度小于等于0.15毫米的料的重量為所述三種固體材料總重量的20%40%;粒度大于等于0.15毫米且小于4毫米的料的重量為所述三種固體材料總重量的0%10%。5.如權(quán)利要求1所述的炭素電極工藝配方，其特征在于，所述石墨質(zhì)原料的重量為所述三種固體材料總重量的2050%;電煅無煙煤的重量為所述三種固體材料總重量的2540%;以及煅后焦的重量為所述三種固體材料總重量的2540%。6.如權(quán)利要求1所述的炭素電極工藝配方，其特征在于，所述煤瀝青的重量為所述石墨質(zhì)原料、電煅無煙煤、煅后焦和煤瀝青這四種材料的總重量的17%19%。7.—種制造炭素電極的方法，包括配料工序，其特征在于，所述配料工序?qū)⒐腆w材料和液體材料混合在一起，其中所述固體材料包括石墨質(zhì)原料、電煅無煙煤以及煅后焦，所述液體材料包括煤瀝青，在所述固體材料中，粒度小于0.15毫米的料的重量不大于所述三種固體材料總重量的40%;粒度大于等于16毫米的料的重量大于所述三種固體材料總重量的20%。8.如權(quán)利要求7所述的制造炭素電極的方法，其特征在于，在所述固體材料中，粒度小于0.15毫米的料的重量為所述三種固體材料總重量的20%40%;粒度大于等于0.15毫米且小于4mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的0%10%;粒度大于等于4毫米且小于8mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的10%20%;粒度大于等于8毫米且小于16mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的10%30%;粒度大于等于16毫米且小于等于32mm的料的重量為所述三種固體材料總重量的20%40%;粒度大于32毫米的料的重量小于所述三種固體材料總重量的2%。9.如權(quán)利要求7所述的制造炭素電極的方法，其特征在于石墨質(zhì)原料以碎屑粉料形態(tài)加入，且在所述石墨質(zhì)原料中，粒度小于等于0.15毫米的料的重量為所述三種固體材料總重量的20%40%;粒度大于等于0.15毫米且小于4毫米的料的重量小于所述三種固體材料總重量的10%。10.如權(quán)利要求7所述的制造炭素電極的方法，其特征在于，所述石墨質(zhì)原料的重量為所述三種固體材料總重量的2050%;電煅無煙煤的重量為所述三種固體材料總重量的2540%;以及煅后焦的重量為所述三種固體材料總重量的2540%。全文摘要一種炭素電極工藝配方，包括固體材料和液體材料，其中所述固體材料包括石墨質(zhì)原料、電煅無煙煤以及煅后焦，所述液體材料包括煤瀝青。所述石墨質(zhì)原料有利于減小物料間的接觸電阻，降低炭素電極產(chǎn)品的電阻率，并且可提高產(chǎn)品的熱導(dǎo)率，有利于增加炭素電極產(chǎn)品的抗熱震性。文檔編號(hào)C01B31/02GK101774566SQ200910244629公開日2010年7月14日申請(qǐng)日期2009年12月31日優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日發(fā)明者武建國申請(qǐng)人:武建國