石墨課堂—石墨化操作與控制
碳材料石墨化的實(shí)現(xiàn):碳材料的石墨化是在 2200~3000℃高溫下進(jìn)行的,故工業(yè)上只有通過電加熱才能實(shí)現(xiàn),般采用通電電阻加熱或感應(yīng)加熱。在電阻加熱爐中已實(shí)用化的有艾奇遜石墨化爐、直接通電的內(nèi)熱串接式石墨化爐和管狀電阻爐等。在感應(yīng)加熱爐是通過高頻感應(yīng)電流由石墨加熱臺(tái)加熱或利用被加熱體直接發(fā)熱。

不同石墨電極所需的石墨化溫度:生產(chǎn)普通功率石墨電極時(shí),產(chǎn)品應(yīng)到達(dá)的石墨化溫度為2500℃左右,生產(chǎn)高功率石墨電極(電阻率為6~7 m0m)時(shí),產(chǎn)品應(yīng)到達(dá)的石墨化溫度為 2600~2800℃,而生成超高功率石墨電極(電阻率為4.5~6um)時(shí),產(chǎn)品應(yīng)到達(dá)的石墨化溫度為2800~3000℃。

碳材料的石墨化過程實(shí)際上是一個(gè)溫度控制過程,按溫度特性劃分,大致可以分為3個(gè)階段:重復(fù)焙燒階段。室溫至1250℃為重復(fù)焙燒階段。經(jīng)過1250℃左右焙燒的炭壞具有一定的熱電性能和耐熱沖擊性能,采用較快的升溫速率,使焙燒品在石墨化初期完成預(yù)熱過渡階段,炭壞結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生很大的變化,制品本身也不會(huì)產(chǎn)生裂紋。

嚴(yán)控升溫階段。1250~1800℃為升溫重點(diǎn)控制階段。在此石墨化關(guān)鍵溫度區(qū)間內(nèi),炭坯的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成發(fā)生了很大的變化,無定形碳的亂層結(jié)構(gòu)有逐漸向石晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì),同時(shí)伴隨著無定形碳微晶結(jié)構(gòu)邊緣結(jié)合的不穩(wěn)定低分子烴類和雜質(zhì)元素集團(tuán)不斷地分解逸出,并產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷,也促使熱應(yīng)力相對(duì)集中,極易產(chǎn)生裂紋廢品。為減緩熱應(yīng)力的作用,防止熱應(yīng)力過于集中,避免炭坯產(chǎn)生裂紋,同時(shí)也為了保持一定的保溫時(shí)間,應(yīng)該嚴(yán)格控制此階段的升溫速率。

自由升溫階段。1800℃至石墨化最高溫度為自由升溫階段。在此溫度區(qū)間,碳材料的石晶體結(jié)構(gòu)雛形已經(jīng)基本形成,繼續(xù)升溫,促使其石墨化度進(jìn)一步提高。石墨晶體的完善程度主要取決于最高溫度,保溫時(shí)間的影響已經(jīng)很小,此階段升溫速率可以加快。