石墨电极的生产工艺流程是怎样的？

宁夏石墨电极的生产工艺是一个复杂的物理化学转化过程，需经过多道工序将碳素原料（如石油焦、针状焦）转化为具有高导电性、耐高温性的石墨制品。以下是详细的生产工艺流程及各环节核心要点：

一、原料准备阶段

1. 原料选择与检验

• 核心原料：石油焦（普通功率电极）或针状焦（高功率、超高功率电极，纯度更高、结晶性），作为骨料；煤沥青（作为粘结剂，需具备良好的流动性和粘结力）。

• 辅助原料：少量改质沥青、石墨碎（调节性能）等。

• 检验标准：检测原料的灰分（≤0.5%）、硫含量（≤0.5%）、挥发分等指标，确保杂质含量符合电极质量要求。

2. 破碎与筛分

• 将石油焦 / 针状焦破碎至不同粒度（粗颗粒 5-20mm、中颗粒 1-5mm、细粉 < 0.15mm），通过筛分分级，按比例搭配（粗颗粒占比 60%-70%，保证坯体强度；细粉填充间隙，提高致密性）。

二、配料与混捏阶段

1. 配料

• 根据电极型号（普通 / 高功率 / 超高功率）确定骨料与粘结剂的比例（通常骨料：沥青 = 7:3 左右），通过自动配料系统称量，确保混合均匀。

2. 混捏

• 将配好的骨料投入加热式混捏机（如蒸汽加热或电加热），先干混（温度约 100-120℃），使颗粒预热并混合均匀；

• 加入熔融的煤沥青（温度约 130-180℃），继续搅拌（温度升至 160-200℃），使沥青均匀包裹在骨料表面，形成可塑性糊料（类似 “碳素面团”）。

• 关键要求：混捏时间（约 30-60 分钟）和温度需严格控制，确保糊料流动性适中（过稀易导致成型后开裂，过稠则难以成型）。

三、成型阶段

1. 糊料冷却与预压

• 混捏后的热糊料需冷却至 80-100℃（避免温度过高导致成型时沥青提前软化），然后通过螺旋输送机送入预压机，压制成 “料块”（排除部分空气，便于后续挤压）。

2. 挤压成型

• 采用卧式挤压机（大型电极）或立式挤压机（小型电极），将料块送入挤压筒，通过液压装置施加高压（50-100MPa），从模具中挤出特定规格的圆柱状生坯（如直径 300mm、500mm、700mm 等，长度根据需求定）。

• 关键参数：控制挤压速度（避免过快导致坯体出现裂纹）、模具温度（保持 80-100℃，防止沥青凝固影响成型），生坯需保证表面光滑、无气泡、无缺角。

四、焙烧阶段

1. 生坯预处理

• 生坯在室温下自然冷却 24-48 小时，然后进行 “浸涂”（表面刷一层稀沥青，防止焙烧时开裂），再放入焙烧匣钵（隔绝空气，避免氧化）。

2. 焙烧工艺

• 低温阶段（室温至 200℃）：缓慢升温（5-10℃/h），排出沥青中的水分和低沸点挥发分，防止坯体开裂；

• 中温阶段（200-800℃）：沥青软化并逐渐碳化（生成固定碳），升温速度控制在 10-20℃/h，确保粘结剂充分转化；

• 高温阶段（800-1200℃）：保温 20-30 小时，使碳结构稳定，最终得到焙烧坯（固定碳含量约 90%，强度显著提升）。

• 将匣钵送入环式焙烧炉或隧道窑，在隔绝空气的条件下（填充焦粉或氮气保护），按特定升温曲线加热：

• 周期：约 20-30 天（根据炉型和电极规格调整）。

五、浸渍阶段（高功率 / 超高功率电极）

• 目的：焙烧坯存在微孔（约 15%-20% 孔隙率），通过浸渍填充孔隙，提高密度、导电性和强度。

• 工艺：

1. 将焙烧坯放入真空浸渍罐，抽真空（≤5mmHg）1-2 小时，排除微孔内空气；

2. 注入熔融的改质沥青（温度 150-200℃），加压（0.5-1.0MPa）使沥青渗透至微孔中；

3. 取出后进行二次焙烧（800-1000℃），使浸渍的沥青碳化，形成致密结构。

• 次数：超高功率电极需浸渍 2-3 次，普通功率电极可省略此步骤。

六、石墨化阶段

• 目的：将焙烧坯中的无定形碳转化为石墨晶体结构（碳原子有序排列），提升导电性（电阻率从 1500μΩ・m 降至 10-20μΩ・m）和耐高温性。

• 工艺：

1. 将焙烧坯（或浸渍后的坯体）装入石墨化炉（如艾奇逊炉、内串石墨化炉），周围填充石墨颗粒（保温、导电）；

2. 通强电流（几千至几万安培），利用焦耳效应加热至2500-3000℃（超高功率电极需达 3000℃以上），保温 10-20 小时；

3. 在惰性气体（氮气）或真空环境中进行，防止高温下氧化。

• 关键：控制升温速度（避免热应力导致开裂），通过高温去除杂质（如硫、灰分）。

七、机械加工阶段

1. 毛坯修整

• 石墨化后的坯体（石墨毛坯）可能存在弯曲、两端不平整，需通过车床切割两端，校正直线度。

2. 精密加工

• 按图纸要求加工：车外圆（达到规定直径公差）、铣螺纹（电极连接用，如锥形螺纹或圆柱形螺纹）、钻中心孔（大型电极需减重或通水冷却）、加工端面（保证连接密封性）。

• 精度要求：直径公差 ±0.5mm，螺纹配合间隙≤0.1mm，确保电极连接牢固、导电良好。

3. 质量检验

• 检测电阻率、体积密度、抗折强度、灰分等指标，同时检查外观（无裂纹、缺角、螺纹损伤），合格后包装入库。

八、工艺流程总结

原料准备→破碎筛分→配料混捏→挤压成型→焙烧→（浸渍→二次焙烧）→石墨化→机械加工→检验入库

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