等静压石墨原料、工艺与设备浅说马历乔

等静压石墨—原料、工艺与设备浅说马历乔中冶南方邯郸武彭炉衬新材料有限公司二零一七年六月宜宾目录一、关于名称二、原料三、一次粉粒度和磨粉设备四、混捏与扎片五、二次粉粒度和磨粉设备六、等静压成型七、一次焙烧八、浸渍九、二次焙烧十、石墨化和提纯一、关于名称•“特炭”——特种炭素、特种石墨（Specialgraphite），所指范围太广，含义不明确•细结构石墨——含义不明确•三高石墨、高纯石墨——以前对模压石墨的叫法，过时了，含义也不明确•各向同性石墨（IsotropicGraphite）——限定太窄，不是所有的等静压石墨都是各向同性石墨，按照美国核石墨的标准，各向同性石墨各向同性度要求小于1.10•精细石墨——来源于日本“finecarbon”•等静压石墨（IsostaticGraphite）——简洁、明了，最能代表产品特征的名称二、原料•骨料•粘结剂•添加剂二、原料骨料：•抚顺焦和大庆焦（抚大焦）——用于石墨电极较多，也有用来做等静压石墨的；强度低•葫芦岛焦——强度高于抚大焦，其他没有优势•宝钢沥青焦——电碳行业应用多，也是目前国内生产等静压石墨的主要原料；强度较高；各向同性度大于1.10•各向同性焦——日本在生产针状焦的装置上生产各向同性焦，生产各向同性焦的成本和针状焦一样；强度高；各向同性度小于1.10二、原料骨料：•“二次焦”——国内某科研单位在研制航空航天用特种石墨时用的原料；性能介于宝钢沥青焦和日本各向同性焦之间；来源于英国原子能研究所的专利（GB1098882），在GrafTech被称为“BAN”技术•中国有各向同性焦吗？——•在国内，有人拿在电煅炉中处理过的预焙阳极碎块冒充各向同性焦•宝钢研究院在研制各向同性焦，样品经我们实验室做成等静压石墨产品，比宝钢沥青焦强，但是远不如日本的各向同性焦，主要是强度低、CTE小、各向同性度大于1.10；宝钢研究院还在继续研制各向同性焦二、原料骨料：•国内已经有企业生产出一种沥青焦，不叫各向同性焦；但是，在我们的实验室里，用这种沥青焦制备的等静压石墨，性能指标可以与日本新日化的各向同性焦等静压石墨样品相媲美；一次粉d50=10μm时，抗折强度达到67MPa，各向同性度小于1.05；以这种沥青焦为原料，已经批量生产一次粉粒度d50=10μm，规格为620×300×1300mm的方形等静压石墨产品二、原料粘结剂：•中温沥青——结焦值低，挥发份高•中温改质沥青——粘度大，混捏工艺不好掌握•改质沥青——热解挥发的温度阶段与中温沥青和中温改质沥青不一样，需要考虑焙烧曲线的调整•日本沥青只进行了混捏实验，做成了糊料，没有做成产品二、原料添加剂：•添加原则：根据需要添加；遇到工艺瓶颈时为解决实际问题而添加二、原料•人造石墨•炭黑•中间相炭微球：台湾中钢、贝特瑞天津三、一次粉粒度和磨粉设备一次粉粒度：•D50=15μm——大生产产品•D50=10μm——大生产产品•D50=7μm——实验室产品•D50=5μm——实验室产品•D50=3μm——实验室产品大生产产品尺寸：Ø620×650mm；Ø650×700mm；Ø700×750mm；400×400×600mm；300×620×1300mm实验室产品尺寸：Ø200×250mm三、一次粉粒度和磨粉设备一次粉粒度：•原料硬度对磨粉产量影响极大——比如用实验室气流粉碎机磨抚大焦每小时出料3kg，而磨日本各向同性焦每小时出料300g•D50小于10μm时，就不能选用雷蒙磨、万能粉碎机和日本VX型磨粉机，只能用气流粉碎机三、一次粉粒度和磨粉设备磨粉设备：•国内多用雷蒙磨（闭路循环式）和万能粉碎机（开放式）•日本VX型磨粉机（开放式）：立式磙磨机•优点：控制精度高，d50在±1μm范围内波动，粒度分布范围窄；•缺点：价格高，产量低，d50=10μm的一次粉产量每小时只有十几到几十公斤四、混捏与扎片•混捏工艺非常复杂，包括焦粉的干混和加沥青后的湿混，焦粉的预热温度、湿混的时间和温度的选择和控制，非常难以掌握，混捏工艺掌握不好会导致成型生坯内部有缺陷或焙烧时出现裂纹•扎片是混捏工艺的继续•混捏和扎片工艺直接影响随后的二次粉粒度分布、等静压成型和一次焙烧四、混捏与扎片•混捏温度：160～230℃•混捏时间：3～6小时•进口混捏锅：•两铰刀同步相交•铰刀横截面椭圆形五、二次粉粒度和磨粉设备•二次粉粒度：二次粉d50是一次粉d50的2.5～3倍•二次粉粒度分布受沥青用量和混捏工艺的影响很大；二次粉粒度分布不能太宽，否则等静压成型后制品内部会有缺陷•可以通过磨粉后续处理，改善二次粉粒度分布五、二次粉粒度和磨粉设备磨粉设备：以下两种磨粉机都有用，建议采用开放式的，可避免磨腔内热量积蓄，温度升高而粘料•雷蒙磨•万能粉碎机六、等静压成型•先模压再等静压——国内等静压石墨生产厂家多采用此工艺。我们的对比试验表明，先模压再等静压工艺的优点是：可以实现用较小的等静压机生产较大规格的产品；产品的形状规整。缺点：多了一道模压工序，成本提高，难度增大；模压产生的缺陷会带到等静压工序；产品的各向同性度值大•直接等静压——优点：产品各向同性度值小，内部密度均匀；少一道工序。缺点：产品形状不规整。六、等静压成型•二次粉输送——输送过程中要避免粒度偏析，这一点很重要，否则成型后产品内部会有缺陷；输送过程中要避免产生结块和结片——各家有各家的经验•装胶套：一定要保证装料均匀，否则成型后产品内部会出现缺陷——各家有各家的经验六、等静压成型•抽真空方式•胶套材质、胶套形状•支撑桶——目的是装料均匀、密实六、等静压成型•等静压成型机：•单介质和双介质•Ø1250mm；Ø2150mm•压力曲线六、等静压成型技术密集区：混捏——二次磨粉——装胶套七、一次焙烧环式炉：•以前国内多采用，我们的经验是一次粉粒度d50大于15μm，产品尺寸小于Ø600mm，可以使用环式炉，但是曲线要长，在生坯无缺陷的前提下，合格率可以达到70～80%七、一次焙烧车底式炉：•国内已有中钢浙江、四川士达、江苏宏基使用进口车底式炉焙烧等静压石墨•（内蒙有一家也引进了车底式炉，但因项目停滞，目前没有安装）七、一次焙烧车底式炉：优点：•温度分布均匀，炉内温差可控制在±7.5℃•升温控制精度高，可控制到0.5℃/小时缺点：•投资大•能耗高，天然气吨耗超过800立方米七、一次焙烧车底式炉：•对车底式炉焙烧后的缺陷产品进行解剖发现，其缺陷总是前工序造成的，因此，只要毛坯没有问题，车底式炉都能烧好七、一次焙烧车底式炉：•焙烧曲线•填充料，石英砂或焦粒•装炉方式•烧罐材质和形式八、浸渍•浸渍压力•浸渍温度•浸渍剂：中温沥青或浸渍沥青九、二次焙烧环式炉国外不用浸渍和二烧，产品密度可以达到1.78g/cm3十、石墨化和提纯艾奇逊炉：•装炉方式•送电曲线十、石墨化和提纯串接石墨化炉：•重庆Mersen十、石墨化和提纯提纯：•50ppm•20ppm谢谢！