碳纳米超微材料大规格炭电极及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于特炭质电极技术领域，尤其涉及碳纳米超微材料大规格炭电极及其制备方法。
【背景技术】
[0002]特大直径炭质电极被列入国家工信部《工业转型升级投资指南》鼓励发展的节能环保产品，应用在工业硅、黄磷、电石、铁合金等埋弧电炉冶炼行业，并快速替代能耗和价格较高的石墨电极和污染严重的电极糊，在同样容量的埋弧电炉上，特大直径炭质电极比石墨电极直径更大，炉内弧带增宽，弧体稳定，保证了冶炼效率，降低了能消耗，保护了环境。
[0003]随着国家节能减排政策的积极推进，国家发改委、工信部出台了一系列埋弧电炉冶炼行业准入政策，电炉炉型规格逐渐加大，对埋弧电炉用大直径炭质电极提出了新的要求。目前，我国特大直径炭质电极存在内部结构差、电阻率高、抗氧化性能力差、消耗高等缺点，与国际优级特大直径炭质电极质量相比还存在一定的差距。为了提升特大直径炭质电极产品质量，适应国内外市场需求，通过深入研究材料性能，改变材料配比，增加石墨碎的含量、调整材料粒度，特别是在配方中加入添加剂(碳酸盐)与碳纳米级粉料等方式，改善其性能，达到增大炭质电极直径，使炭电极的抗氧化性能、抗折断性能、抗拉伸性能都有了明显的提高，确保了炭电极的安全使用性能，降低炭质电极消耗，延长使用寿命，降低埋弧电炉冶炼成本的目的。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的第一个问题就是提供一种高使用性能、低电阻率、抗氧化性强、消耗低的碳纳米超微材料大规格炭电极。
[0005]为解决上述第一个问题，本发明提出的碳纳米超微材料大规格炭电极包括下列重量份的组分:
粒径大于8mm小于等于16mm的石墨碎 8一 16重量份粒径大于4mm小于等于8mm的石墨碎 16—20重量份粒径小于等于4_的石墨碎12 —18重量份
粒径大于8mm小于等于16mm的石油焦 8一 16重量份粒径大于4_小于等于8_的石油焦 12 — 20重量份粒径小于等于4mm的石油焦10 —14重量份
电煅无烟煤4一 12重量份煤沥青18—23重量份
碳纳米级粉料16—28重量份
其附加技术特征为还包括下列重量份的组分:
生碎5一10重量份
焙烧碎4一 1重量份活性添加剂(碳酸盐)0.3 — 1.2重量份
本发明要解决的第二个问题就是提供碳纳米超微材料大规格炭电极的制备方法。
[0006]为解决上述第二个问题，本发明碳纳米超微材料大规格炭电极的制备方法包括下列步骤:
第一步:中碎、筛分、磨粉
将煅后的固体原料电煅无烟煤破碎筛分，将石油焦、石墨碎一部分破碎筛分，一部分用高效能磨粉设备进行超微碳纳米级粉料磨粉；
第二步:配料
按权利要求1所述组分用电子配料系统称出8 —16重量份粒径大于8_小于等于16_石墨碎、16—20重量份粒径大于4_小于等于8_的石墨碎、12—18重量份粒径小于等于4mm的石墨碎、8—16重量份粒径大于8mm小于等于16_的石油焦、12—20重量份粒径大于4_小于等于8_的石油焦、10-14重量份粒径小于等于4_的石油焦、3—12重量份电煅无烟煤、16—28重量份碳纳米级粉料、5 —10重量份生碎、4一 10重量份焙烧碎，配料后进入双速高效节能混捏锅，同时将经过处理的0.3-1.2重量份的活性添加剂(碳酸盐)加入混捏锅；
第三步:干混和湿混
将加入到双速高效节能混捏锅的物料，搅拌、干混30—50分钟，加热到160°C — 180°C，后将温度为170°C — 1850C，18—23重量份煤沥青注入双速高效节能混捏锅，继续搅拌，混捏30— 35分钟后，温度升至165°C — 175°C糊料出锅；
第四步:成型
出锅糊料进入无球团料的卧式电极均温锅，使糊料温度降至135°C — 140°C进入立式振动抽真空成型机上的模具内，上模下压后小幅预振8-10秒抬起上模排气后再抽真空持续4-6分钟，真空度-0.07MPa至-0.09MPa，再振动8—10分钟后，静置保压30— 40分钟后将电极脱模喷淋冷却，并在冷却池里水冷3— 4小时，检查验收，达到验收技术标准要求的标记为合格生制品；
第五步:焙烧
将碳纳米超微材料大规格炭电极生制品运至焙烧车间。首先装炉，生坯采用垂直立装，生还之间的距离10mm—120mm，生还与窖炉墙壁距离150mm—250mm，生还下端铺150mm—250mm厚度的冶金焦粉，生还上端覆盖400mm—600mm厚度的冶金焦粉。然后进行温度控制，将温度由室温逐步升至1150°C，使大直径炭质电极制成品经室温一 230°C低温预热、230 °C — 400 0C挥发份排出、400 °C — 550 °C半焦成型、550 °C — 700 °C高温焦化、700 V 一1150°C性能完善四个阶段后，停火保温，自然冷却，待温度降至300°C以下出炉，冷却至室温后，检查验收，达到验收技术标准要求的标记为合格焙烧品；
第六步:机加工
检验合格的碳纳米超微材料大规格炭电极焙烧品经镗孔、镗头、车外圆、铣公头螺纹、铣母头螺纹工序，检查验收，合格的即碳纳米超微材料大规格炭电极成品，根据客户具体要求进行标记、包装、即为合格成品。
[0007]本发明所提供的碳纳米超微材料大规格炭电极，将煅后的固体原料电煅无烟煤、石油焦、石墨碎，经振动筛筛分与高效能磨粉设备进行超微碳纳米级粉料磨粉、电子配料系统配料后进入一种双速高效节能混捏锅同时加入经过处理的添加剂(碳酸盐)搅拌、干混后，加入煤沥青。由于超微碳纳米级粉料非常细小具有增加原料之间的接触面积，提高材料间的吸附性能，形成超薄的粘结薄膜和更具活性的焦粒，使骨料与焦粒间充分的结合，此结合力远远大于骨料直接跟粘结剂的结合力，从而形成更牢固的炭结构链，形成更强的结合体。改善电极的性能，完善了电极的内部结构，确保了炭电极的安全使用性能，达到降低电极电阻率，提高了抗氧化性能，抗折断性能，抗拉伸性能；延长电极使用周期寿命、降低埋弧电炉生产成本的目的。碳纳米超微材料大规格炭电极直径可达1400mm，长度达2500mm一一3300_，适应了冶炼行业大型埋弧电炉的要求，达到甚至超过了国际同类产品的使用性能，降低了冶炼行业的制造成本，同时提高了炭电极制造业和冶炼行业的经济效益。另外，在煅后的固体原料中可加入生碎、焙烧碎，生碎及糊料成型后检查出的不合格生制品，成型过程中剩余或掉落的糊渣，焙烧碎是焙烧后得到的不合格废品和机加工时的切削碎，从而，有利于原料的充分再利用，降低生产成本，保护环境。
【附图说明】
[0008]图1为本发明碳纳米超微材料大规格炭电极的结构示意图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图和具体实施例对本发明所提供的制备碳纳米超微材料大规格炭电极的工序进程及其结构做进一步的详细说明。
[0010]如图1所示，碳纳米超微材料大规格炭电极包括电极本体1，电极本体I两端分别设置有相匹配的公扣2、母扣3，公扣2、母扣3带有相匹配的外螺纹4、内螺纹5。
[0011]实施例1:
第一步:中碎、筛分、磨粉
将煅后的固体原料电煅无烟煤破碎筛分，将石油焦、石墨碎一部分破碎筛分，一部分用高效能磨粉设备进行超微碳纳米级粉料磨粉；
第二步:配料
按权利要求1所述组分用电子配料系统称出8重量份粒径大于8mm小于等于16mm石墨碎、16重量份粒径大于4_小于等于8_的石墨碎、12重量份粒径小于等于4_的石墨碎、8重量份粒径大于8mm小于等于16mm的石油焦、12重量份粒径大于4mm小于等于8mm的石油焦、10重量份粒径小于等于4_的石油焦、3重量份电煅无烟煤、16重量份碳纳米级粉料、5重量份生碎、4重量份焙烧碎，配料后进入双速高效节能混捏锅，同时将经过处理的0.3重量份的活性添加剂(碳酸盐)加入混捏锅；
第三步:干混和湿混
将加入到双速高效节能混捏锅的物料，搅拌、干混30分钟，加热到160°C，后将温度为170°C，18重量份煤沥青注入双速高效节能混捏锅，继续搅拌，混捏30分钟后，温度升至165°C糊料出锅；
第四步:成型
出锅糊料进入无球团料的卧式电极均温锅，使糊料温度降至135°C进入立式振动抽真空成型机上的t旲具内，上t旲下压后小幅预振8秒抬起上t旲排气后再抽真空持续4分钟，真空度-0.07MPa至-0.09MPa，再振动8分钟后，静置保压30分钟后将电极脱模喷淋冷却，并在冷却池里水冷3小时；检查验收，达到验收技术标准要求的标记为合格生制品；
第五步:焙烧
将碳纳米超微材料大规格炭电极制品运至焙烧车间。首先装炉，生坯采用垂直立装，生坯之间的距离100mm，生坯与窑炉墙壁距离150mm，生坯下端铺150mm厚度的冶金焦粉，生坯上端覆盖400mm厚度的冶金焦粉。然后进行温度控制，将温度由室温逐步升至1150°C，使大直径炭质电极制成品经室温一2300C低温预热、2300C-400V挥发份排出、400°C —550V半焦成型、550 °C — 700 0C高温焦化、700 °C — 1150 °C性能完善四个阶段后，停火保温，自然冷却，待温度降至300°C以下出炉；冷却至室温后，检查验收，达到验收技术标准要求的标记为合格焙烧品；
第六步:机加工
检验合格的碳纳米超微材料大规格炭电极焙烧品经镗孔、镗头、车外圆、铣公头螺纹、铣母头螺纹工序，检查验收，合格的即碳纳米超微材料大规格炭电极成品，根据客户具体要求进