[发明专利]一种超大规格石墨制品及其石墨化方法

说明书

本发明涉及石墨制品加工技术领域，具体地说，涉及一种超大规格石墨制品及其石墨化方法，所述超大规格石墨制品的体密度为1.82～1.87g/cm³，电阻率为5～6μΩ·m，气孔率为9～12％；所述石墨化方法在送电起始功率时炉芯电阻率为21～27mΩ·m，优选为25mΩ·m，所述炉芯的电阻在石墨化过程中的波动范围为5～10％。本发明通过调整初始炉芯电阻，改变超大规格石墨制品的装炉方式以及调整送电曲线的功率上升速率，使得石墨化的制品具有良好的致密性能，提高了成品率。

技术领域

本发明属于石墨材料加工技术领域，具体地说，涉及一种超大规格石墨制品及其石墨化方法。

背景技术

在石墨生产流程过程中，石墨化是非常关键的一道工序，经过2300℃以上高温热处理，它决定着石墨制品的物理化学性质。石墨焙烧品中的碳原子由热力学上不稳定的“二维无序重叠”排列受热活化作用转变为“三维有序重叠”排列，使制品的热电传导性能、抗热震性能、化学稳定性能、抗氧化性能、润滑性及抗磨性等得到进一步提高，排除杂质提高纯度，降低硬度便于机械加工。具体过程是在炭化物焙烧品的周围填充填料焦炭，间接通电利用焦炭的电阻发热，最终使被加热物本身也产生电阻发热的石墨化。

艾奇逊石墨化炉(Acheson furnace)以发明者艾奇逊(E.G.Acheson)的名字命名的一种石墨化炉。艾奇逊炉于1895年发明并首先在美国取得专利，它的雏形是：在耐火材料构筑的长形炉体内，装入炭的坯料和颗粒料，组成导电的炉芯，在炉芯的四周是绝热保温料。作为炉头的两上端墙上设置有导电电极，并与电源相连接，构成通电的回路。当电路接通，炉芯由于电阻的作用即发热升温，使炭的坯料在2200～2300℃的温度下，经高温加热处理而转变为人造石墨。艾奇逊炉由炉本体和供电系统的变压器及连接这两部分的短网组成。艾奇逊炉以外加热的方式为主，构成导电炉芯的是作为制品的炭的坯料和作为电阻料的炭的颗粒料。虽然制品既是发热的电阻，也是被加热的对象，但相比之下电阻料的电阻要大得多，因此制品石墨化所需的热量主要靠电阻料的传热。制品的加热是先从表面开始再逐渐向内部渗入的，这种外加热的方式造成温度分布不均和产生热应力，一般炭制品的导热性都比较差，当炉温上升较快时，就可能产生明显的外热内冷的情况，出现裂纹废品，在实际生产中用“开始功率”和“上升功率”来限制送入炉内的电量，达到控制炉温的目的，由于艾奇逊炉的送电功率受到限制，通电时间不能缩得太短，所以产能小，电耗高，同时产品质量因为温度不均而较差。

艾奇逊型石墨化炉炭化物的装入量约为170～230吨，在耐火砖制的长方形炉体内将炭化物纵向或横向并列，周围充满填料焦炭，在其外围再用焦粉、炭黑、石英砂/焦炭混合物等衬料进行热屏蔽以隔热，在炭化物周围充满填料焦炭，对焦炭在炉体的长度方向通以低电压高电流而产生的高温升温至3000℃左右。艾奇逊石墨化炉作为石墨化工序的重要炉窑，其优点在于生产加工产品产量大、节能、效率高，但艾奇逊石墨化炉主要是靠焦炭产生的热量来加热制品，在同一石墨化炉炉芯内，上下、左右、内外的温度梯度相差很大，传热不均的缺点，相对来讲容易造成制品裂纹。因此艾奇逊石墨化炉被普遍的运用于石墨电极等低端产品的石墨加工制造。此类产品在石墨制品领域附加值低，应用范围小。从生产工艺角度来讲，此类产品颗粒粒度较粗，生产工艺简单，在石墨化工序中装炉方案和送电曲线工艺要求较低。

申请号为201510655607.8的中国专利提供了一种采用艾奇逊石墨化炉对细颗粒石墨制品的石墨化方法，其中对于电阻料的选择采用了较高的熟冶金料比例，并在送电第二阶段和第三阶段采用了前慢后快的功率上升速度，以适应细颗粒抗热震性低的特点，提高其石墨化程度。而这种方法由于采用炉阻较低，不适用于超大规格石墨制品的石墨化。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明旨在提供一种超大规格石墨制品及其石墨化方法，在石墨化中通过调整电阻料的粒径比例以及成分比例，以及调整石墨坯的装炉方法和不同层料的铺设方式，使得炉芯电阻升高，以达到适宜对超大规格石墨进行石墨化的目的。