石墨的相关知识

1、石墨结构具有完整的六角环形片状体叠合而成的层状晶体结构。石墨可分为天然石墨和人造石墨两大类。在碳素工业中生产量最大的是各种人造石墨制品，一般用易石墨化的石油焦、沥青焦为原料，经过配料、混捏、成型、焙烧、石墨化(高温热处理)和机械加工等一系列工序而制成，生产周期长达数十天。2、石墨分类3、石墨的用途4、石墨的参数4.1公司石墨制品的参数一览部件项目氢化炉石墨热场直拉炉石墨热场内外隔热罩连接螺杆、螺母电极连接件U型加热器隔热底板其他护套类、盖类主要材质C/CC/C高密度等静压石墨C/CC/CIG56/70GSK体积密度(g/cm3)≥1.2(内)≥1.0(外)≥1.6≥1.7≥1.50.8-1.11.72-1.891.72含碳量≥99.99%≤3600≤50≥99.8%≥99.99%----1250℃电阻(Ω)------0.10-0.14--电阻率(8.8-14μΩ·m)电阻率(8.5Ω·m)压缩强度(MPa)≥80----≥100≥1072-13030拉伸强度(MPa)-------≥50------弯曲强度(MPa)≥25----≥60--30-6013.5导热系数(W/m·K)≤29(800℃)------≤15(80℃)104--热膨胀系数(×10-6/K)≤5.5--------4.7--灰分(ppm)≤50------≤50≤2001000尺寸规格(mm)----95×8×1592----平均正常使用寿命≥7200h----≥2500h≥7200h----4.2石墨制品参数的意义1).体积密度与真密度体积密度的是指石墨试样的质量与其体积的比值，真密度指不含孔隙的试样单位体积的质量。体积密度与真密度的差距越小，则表明石墨制品的孔隙率越低、致密度越高。增加体积密度有利于降低孔隙率和提高机械强度，改善抗氧化性能，但如果太大则抗热震性能下降，为此需要采取其他措施弥补这一不足，如提高石墨化温度以增加电极的热导率和采用针状焦为原料降低成品的热膨胀系数。2).含碳量3).电阻率电阻率是电流通过导体时，导体对电流产生阻力的一种性质。电阻率的计算公式为：/UAIL其中，—电阻率U—加载在导体两端的电压A—导体横截面积I—通过导体的电流L—导体长度电阻R与电阻率的换算关系为：R=L/A；在L/A一定(部件尺寸固定)的情况下，-越小，则在相同电压下，其功率越高。(W=I2R).电阻率是石墨电极的一项重要的物理性能指标，电阻率的大小可以衡量石墨电极石墨化度的高低，石墨电极的电阻率越低其热导率越高，抗氧化性能越好。石墨电极使用时的允许电流密度与其电阻率及电子直径有关，石墨电极的电阻率越低，允许电流密度相应提高，单允许电流密度与电极直径的大小成反比，这是因为电极直径越大，电极横截面内中心部位与表层的温差增大，由此产生热应力的提高将引起电极产生裂纹或表面剥落，所以电流密度的增加受到限制。4).机械强度石墨电极的机械强度分为抗压(压缩强度)、抗折(弯曲强度)、抗拉(拉伸强度)3种，主要测定抗折强度(弯曲强度)，抗折强度时石墨电极在使用时与这段有关的性能指标。数根电极串接成电极柱使用时，连接处受到很大的拉力，所以对接头最好规定抗拉强度指标。5).抗热震性表示在温度急剧变化时抵抗热应力破坏的能力，用以下公式表示：()/()RSER—抗热震性；S—抗拉强度；为热导率，W/(m·K)；—线膨胀系数，1/℃；E—弹性模量，MPa。石墨的抗拉强度越高和弹性模量越低，其抗热震性能越好，另一方面石墨电极的热导率越小、热膨胀系数越大则抗震性越差，电极在温度急剧变化时产生龟裂、表面剥落的可能性越多。6).线膨胀系数一般值测定沿电极轴向的线膨胀系数，石墨电极的线膨胀系数与采用原料有关，也与配方的力度组成、石墨化温度等因素有关。线膨胀系数小的石墨电极，抗热震性能比较好，所以生产超高功率的石墨电极应选用线膨胀系数较低的针状焦为原料，并且石墨化温度应达到2800-3000℃。石墨电极的线膨胀系数与测定温度范围有关，同样产品在不同温度范围内测定的线膨胀系数不能直接比较。7).灰分石油焦灰分中主要元素为铁、硅、钙、铝、钠、镁，还有少量的钒、钛、铬等。4.3石墨的蠕变蠕变(creep，缓慢变形)：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。蠕变机制有扩散和滑移两种。4.4石墨电极的消耗石墨电极的消耗量主要与电极本身质量有关，也与操作关系很大。石墨电极在电炉炼钢中的消耗可分解为4部分：1).电极端部升华电极端部消耗包括电弧高温引起的升华以及电极端部与钢水及炉渣化学反应的损失，电极端部的高温升华速率(kg/h)主要取决于通过电极的电流密度，其次与电极端部氧化后的直径大小(形成锥体)有关。2).电极外圆表面的氧化损失3).电极或接头的残体损失电极连续使用到上下两根电极连接处的一小段电极或接头(即残体)容易掉落而增加消耗，这种残体损失与接头形状有关。4).电极这段、表面剥落及掉块的损失这一部分损失统称为机械损失。机械损失的主要内容及产生原因如下：4.5石墨发热体半导体工业发展，提炼单晶硅、单晶锗等材料的加热炉选择高纯细结构石墨和各向同性石墨做发热体。用于但精致凿的石墨发热体，要求石墨特别结晶，以避免杂质元素影响但精纯度，其总会分含量应小于20×10-6，有的要求达到5×10-6。常用单晶炉发热体石墨性能如下：体积密度(g/cm3)气孔率(%)抗压强度(MPa)比电阻(Ω·cm)灰分(10-6)1.70-1.7615-2035-60(7-15)×10-45-204.6石墨化保温罩炉芯两侧及顶部这几处热量损失比较大，在正常情况下炉芯两侧及顶部的温度低于路新中间的温度，如果保温效果不好则炉温差异更大。对保温材料的要求是：1).热导率较低(即保温性能好)；2).电阻率大、通电过程中电损失少；3).使用中虽有一定的化学变化，但形成的是多孔材料，不妨碍炉内气体的排除；4).在高温下一般不与炉内产品起反应；5).价格便宜并易于大量采购。目前生产石墨电极都采用石英砂加胶粉作为石墨化路的保温材料。如条件允许可酌量加入一些木屑效果更好。6、石墨热交换器(graphiteheatexchanger)是以不透性石墨为基材制造的换热设备。按结构形式分，可以分为列管式、块孔式、喷淋式、沉浸式等。应用最广的是列管式和块孔式。列管式热交换器：通常由圆筒形金属外壳和装于外壳内的不透性石墨管道与管板粘接而成的管束及安于两端的不透性石墨封头构成。缺点是抗热震性及水锤冲击性能差，允许使用压力一般不超过1MPa。块孔式热交换器：有圆孔式和矩形块孔式两种型式。都是由石墨热交换块叠装而成，两端有导流腐蚀性介质的石墨封头，一般配有金属外壳(圆块孔式)或两侧平板(矩形块孔式)，以集流载热体。石墨热交换块是在不透性石墨块上加工有互不相通的两种通道的标准零件，流过两种通道的物料通过通道间余留的石墨块体上的间壁进行间壁式传热，两种通道绝大多数为空间互相垂直，但也有互相平行或空间斜交的。块孔式热交换器的有点事结构强度高，耐用性好，缺点是流体阻力较大，并且不适用于膜式蒸发和处理以结垢堵塞的介质，其使用压力一般也不超过1MPa。7、石墨合成炉由燃烧器、炉筒、冷却装置及安全防爆装置组成。燃烧器位于设备下部，由氯气、氢气输入管和灯头组成。灯头有长焰式、短焰式两种。长焰式火焰瘦长，炉筒受热较少，因而温度低、寿命长，生产能力的调节范围也较大，为常用型式。短焰式火焰离筒壁较近，容易烧坏筒壁，但原料气混合均匀，合成反应较完全。灯头材质以石墨材料为佳。生产无水氯化氢时，要求用不透性石墨材料制作。冷却装置有喷淋式和水夹套式两种型式。喷淋式冷却水沿炉顶布水器周边淋下，冷却效果较好。水夹套式又称浸没式，冷却水在炉筒外水夹套中循环，操作时无喷淋式存在的水雾、潮湿等缺陷，且更安全可靠，安全防爆装置常用的是石墨防爆膜。