一种短流程高功率石墨电极及生产工艺的制作方法

本发明涉及石墨电极生产领域，具体涉及一种短流程高功率石墨电极及生产工艺。

背景技术：

石墨电极是无定型碳经过石墨化炉焙烧而成的石墨制品。从生产工艺上看，石墨电极以石油焦、针状焦和煤沥青为主要原材料，原材料成本占比达51.83%。经统计，1吨超高功率石墨电极需针状焦1.02吨，煤沥青0.29吨，按近期原材料价格计算，超高功率石墨电极的成本达30000元/吨左右。石墨电极的生产工序多达11道工序，生产周期长达65天以上。从发展趋势看，超高功率电弧炉是主导发展方向，电弧炉率提升将驱动500mm以上直径的高功率和超高功率石墨电极的发展，高功率和超高功率石墨电极的市场占比逐年提高，2017年将达到75%左右。

17年国内、海外石墨电极表观消费量分别增长3.06%、10.56%，预计18~20年全球需求年均复合增速达48%，石墨电极是电炉炼钢关键耗材，且是易耗品，根据高占彪等人2009年在《炭素技术》期刊上发表的《对电弧炉冶炼中石墨电极消耗及使用的探讨》一文，钢铁冶炼常用交流三相电弧炉石墨电极消耗量在1.5~2.5kg/t，平均为2.0kg/t；2018~2019年计划新建电弧炉产能为8835.5万吨，国内已官方宣布进行产能置换新建电弧炉设计产能为3118万吨，据测算预计2018~2020年全球将新增石墨电极需求9.27、14.19和4.92万吨，合计28.38万吨。据统计自2016年以来国内各地人民政府官网已公开宣布投产、在建、拟建的石墨电极项目总产能达到52.4万吨，国内年均复合增速或达13.18%。若新增产能能够满产，供需缺口为10万吨，考虑到原有产能和可能通过提高产能利用率实现增产填补供需缺口，近两年石墨电极或处于供需不平衡的状态。

我国电炉炼钢迅猛发展，普通低容量电炉日趋淘汰，大容量超高功率电炉日趋增多，高功率(hp)、超高功率(高功率)电极需求量迅速增大。吉炭、兰炭、南通、扰顺等炭素厂的高功率电极产量迅速增大，但以中500mm以下为主，中500mm以上的高功率电极仍然主要依靠以进口。因目前我国高功率电极与日本、德国、美国相比，还有较大差距。首先是实物质量差距较大，表现在抗热震性能较差，断裂概率较大，消耗较高。其差距主要由三方面造成:①原料质量差距较大。a、接头用高质量的针焦受制于国外，b、用中温沥青做黏结剂结焦率低，c.用中温沥青做接头浸渍剂，喹啉不溶物含量高，没渍效果较差。②生产装备有一定差距。③工艺技术与管理有较大差距。其次生产成本没有优势，国外高功率电极生产本体采用一浸两烧工艺路线，接头采用两浸三烧工艺路线，我国部分企业生产高功率电极采用比国外多一浸-烧的工艺路线，这样不但生产成本增高，生产周期增长，对接头来说，浸渍次数增多，弹性模量升高，cte增大，但强度没有较大提高，抗热震性能相反降低，使用效果变差。因此，根据现有条件，如何提高高功率电极的质量，降低成本，提高产品的竞争力是本项目研究的最终目的。

技术实现要素：

本发明提出了一种短流程高功率石墨电极及生产工艺，通过合理的改进使原需要一浸二焙才能达到要求的工艺变为仅需要一焙就能达到要求，从而使产品的生产周期由原来的90天左右缩短为60天左右，提高生产效益。

实现本发明的技术方案是：

一种短流程高功率石墨电极，包括以下重量份的原料：针状焦70-120份，沥青18-22份，铁粉0.5-3份，硬脂酸0.3-0.8份。

所述针状焦包括：10-20mm针状焦5-12份，6-10mm针状焦10-18份，2-6mm针状焦20-30份，0.5-2mm针状焦5-10份，-0.075mm针状焦30-50份。

本发明铁粉的加入能够排除其中的n和s，减少开裂，硬脂酸的加入能够增加沥青的流动性，减小粘度。

所述的短流程高功率石墨电极的生产工艺，步骤如下：

（1）干混：将除沥青以外的原料加热到165-170℃干混40-50min，之后加入沥青在170-180℃下湿混40-50min，保温冷却到120-130℃进行醒料；醒料处理能够使干料与沥青充分的混合，让烟气充分的排出，有利于电极内部结构均匀；

沥青从开始加入混捏锅到加入结束总时间不得超过10分钟，最后一次加入沥青后混捏交班时间不少于25分钟方可出糊。粘结剂过量严禁用干料处理，粘结剂过量严禁用干料处理，只能做废料处理。

（2）将醒料后的物料进行预压，预压后抽真空处理；

（3）将步骤（2）真空处理后的物料送入挤压机，进行挤压处理；

（4）将挤压处理后的物料进行加压焙烧，得到焙烧坯。

所述步骤（2）中预压压力为30-35kg/cm²；真空度为0.09mpa，抽真空时间为2-3min。

所述步骤（3）中挤压速度为1m/120-180s。

所述步骤（4）中焙烧温度为从室温升温至1150-1200℃，升温时间为520-550h，焙烧时间为47天。

所述步骤（3）中挤压后的物料体积密度为1.78g/cm³。

所述步骤（4）中的焙烧坯进行石墨化处理得到石墨电极。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过合理的配方设计，适当增加针状焦大颗粒尺寸，确保制品有较高的体积密度和良好的抗热震性能。同时高功率石墨电极应采用上下温差小，径向温差小的炉型进行一次焙烧，以减小制品上下端性能差异，进而减少石墨电极使用时的脱落与断裂。

（2）产品质量在达到标准，满足客户需求的前提，缩短生产周期，将现有的90天左右生产周期降到60天左右，降低原材料的使用节约生产成本。

（3）短流程的生产能够降低so2、nox排放，减少脱硫、脱硝装置的运行，高效除尘器特别是袋式除尘器可明显减少短流程主要污染物等，通过短流程的设计，对环境更友好减少大气污染物的排放数量。

（4）本发明通过工艺的改进，将预压时间由原来的3-5min，改进为5-8min，预压压力有原来的20-25kg/cm²，改进为30-35kg/cm²；同时抽真空处理的真空度由常规的0.075mpa提高为0.09mpa，挤压速度由原来的1m/60-100s提高为1m/120-180s，通过上述工艺的改进，使得挤压后的物料体积密度从1.72提高到1.78g/cm³；

（5）本发明焙烧由原来的敞开式焙烧改为密封加压焙烧，并对焙烧曲线进行优化，焙烧后的电极体积密度在原基础上提高0.02-0.03g/cm³；强度提高20%以上，一次焙烧达到两次焙烧的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明工艺流程图。

图2为石墨化曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种短流程高功率石墨电极，包括以下重量份的原料：10-20mm针状焦5份，6-10mm针状焦10份，2-6mm针状焦20份，0.5-2mm针状焦5份，-0.075mm针状焦30份，沥青18份，铁粉0.5份，硬脂酸0.3份。

所述的短流程高功率石墨电极的生产工艺，步骤如下：

（1）干混：将除沥青以外的原料加热到165℃干混40min，之后加入沥青在170℃下湿混40min，保温冷却到120℃进行醒料；醒料处理能够使干料与沥青充分的混合，让烟气充分的排出，有利于电极内部结构均匀；

（2）将醒料后的物料进行预压，预压压力为30kg/cm²，预压后抽真空处理，真空度为0.09mpa，抽真空时间为2min；

（3）将步骤（2）真空处理后的物料送入挤压机，挤压速度为1m/120s，进行挤压处理；

（4）将挤压处理后的物料进行加压焙烧（表1焙烧曲线），焙烧温度为从室温升温至1150℃，升温时间为520h，焙烧时间为47天，得到焙烧坯。

表1焙烧曲线

所述步骤（4）中的焙烧坯进行常规石墨化处理得到石墨电极，按照图2中石墨化曲线进行处理。

实施例2

一种短流程高功率石墨电极，包括以下重量份的原料：10-20mm针状焦8份，6-10mm针状焦15份，2-6mm针状焦25份，0.5-2mm针状焦8份，-0.075mm针状焦40份，沥青20份，铁粉2份，硬脂酸0.5份。

所述的短流程高功率石墨电极的生产工艺，步骤如下：

（1）干混：将除沥青以外的原料加热到170℃干混45min，之后加入沥青在175℃下湿混45min，保温冷却到125℃进行醒料；醒料处理能够使干料与沥青充分的混合，让烟气充分的排出，有利于电极内部结构均匀；

（2）将醒料后的物料进行预压，预压压力为33kg/cm²，预压后抽真空处理，真空度为0.09mpa，抽真空时间为2min；

（3）将步骤（2）真空处理后的物料送入挤压机，挤压速度为1m/150s，进行挤压处理；

（4）将挤压处理后的物料进行加压焙烧（焙烧曲线），焙烧温度为从室温升温至1180℃，升温时间为530h，焙烧时间为47天，得到焙烧坯。

所述步骤（4）中的焙烧坯进行石墨化处理得到石墨电极。

实施例3

一种短流程高功率石墨电极，包括以下重量份的原料：10-20mm针状焦12份，6-10mm针状焦18份，2-6mm针状焦30份，0.5-2mm针状焦10份，-0.075mm针状焦50份，沥青22份，铁粉3份，硬脂酸0.8份。

所述的短流程高功率石墨电极的生产工艺，步骤如下：

（1）干混：将除沥青以外原料加热到170℃干混50min，之后加入沥青在180℃下湿混50min，保温冷却到130℃进行醒料；醒料处理能够使干料与沥青充分的混合，让烟气充分的排出，有利于电极内部结构均匀；

（2）将醒料后的物料进行预压，预压压力为35kg/cm²，预压后抽真空处理，真空度为0.09mpa，抽真空时间为3min；

（3）将步骤（2）真空处理后的物料送入挤压机，挤压速度为1m/180s，进行挤压处理；

（4）将挤压处理后的物料进行加压焙烧，焙烧温度为从室温升温至1200℃，升温时间为550h，焙烧时间为47天，得到焙烧坯。

所述步骤（4）中的焙烧坯进行石墨化处理得到石墨电极。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。