碳素质量控制技术_精品文档.doc

1、混捏糊料的质量控制技术山东八三炭素厂 张毅峰 混捏糊料工序在炭素生产诸多工序环节中是相当关键的一个工序，混捏糊料的质量好坏直接影响到炭素制品的使用效果。混捏工序包括原料粘结剂熔化保温制备，添加剂应用，干料加热混合，加粘结剂沥青湿混均匀等单元操作。长期以来由于混捏工序岗位操作条件差，粉尘、沥青烟气浓度高，环境恶劣，往往容易被企业所忽视，只注重于干料自动称量配料，粘结剂沥青自动称量计量，保证沥青熔化保温和混捏锅作业加热温度就可以了。偏重工艺配方执行准确性，工艺温度范围控制来达到保证混捏糊料的质量，但对混捏糊料质量如何评判并采取相应的工艺装备去保证，往往重视不够。 一、长期以来对混捏糊料的观念是建立

2、在粘结剂沥青在颗粒表面形成包覆膜，再靠混捏机搅刀（拌浆）作用力将沥青扩散分布并渗透吸附进颗粒孔隙中去。糊料的粘结力主要靠颗粒外层包覆膜沥青的粘结力，而颗粒孔隙特别是微孔中渗透吸附的沥青量很少，糊料中沥青粘结形成的沥青桥架网格不均匀，有断裂层，这样会导致最终产品在使用中往往容易出现不规则掉粒、掉块、剥落现象。制品整体性能因沥青分布不均匀，粘结强度分布不均匀而出现差异。过去相当长的历史时期由于受传统混捏糊料观念影响，许多企业至今仍保持传统生产作业方式，单机作业即一台混捏机进行干料加热干混，加沥青湿混，而且沥青是单管注入。加热源改进了，从过去蒸汽加热逐步改为导热油加热、电加热，作业时间上一般干混30

3、60分钟，让干料加热的温度尽可能高些，加沥青后湿混3045分钟，出糊温度140160，有的稍高些。对以-0.075粉料颗粒为主的特炭生产,由于粉料传热慢，干料加热时间很长，加热温度也高，加沥青后湿混时间也长。现在有的企业正改进为双机作业，即一台混捏机用于干料加热混合，另一台用于加沥青后湿混。有的企业采用电阻热干料加热器加热干料，用混捏机混捏糊料，包括用艾立许强力混捏机，集干混、混捏、凉料作业一体化。尽管较过去的干料加热、混捏出糊料质量有了较大提高，但要生产优质UHP电极，特别是细结构、超细结构特种炭材料其混捏糊料质量仍然达不到预期理想效果，对采用中温改质沥青，改质沥青作粘结剂仍很困难，干料温度

4、很难超过粘结剂沥青熔化温度4060以上。电阻热干料加热器属于电极静态加热装置，被加热的干料颗粒包括-0.075粉料靠自身电阻产生热量，由于单靠热传导所以粉料难以被加热到很高温度，而且静态加热方式造成被加热的干料温差大，加热后干料进入艾立许或混捏机干混作业后温度迅速下降，仍低于被加入的沥青熔化温度，混捏时沥青仍包覆在颗粒表面形成包覆膜，粘度迅速增加，阻碍了沥青向颗粒孔隙的渗透吸附作用，即使采用加压混捏机强制将沥青压入到颗粒孔隙中去，但效果并不十分理想。这种糊料压制的粗结构电极、予焙阳极生制品剪切端面，断面上目视仍有相当多的大颗粒呈银灰色，粘结剂沥青仍未渗透吸附到颗粒孔隙中去，另由于细粉及1以下颗

5、粒均被沥青包覆形成沥青膜压制时粘结一体所以看不出，往往会误以为沥青渗透吸附效果“很好”。二、混捏的工艺重点应研究粘结剂沥青的性能并掌握运用好。如沥青的运动粘度、流变性能、相态变化、组分变化、渗透吸附作用力随温度变化等等。沥青的这些性能都与温度有关，即粘结剂沥青被加热的温度，而不同性能的沥青被加热的温度是不同的。粘结剂沥青的粘度趋向稳定时的加热温度一般比其软化点高出90-100，此时沥青粘度最小，流动性较好。混捏糊料质量控制的关键就在于干料被加热的温度应比沥青熔化加入时温度高出4060以上，保证混捏作业时沥青加入后迅速渗透吸附到干料颗粒孔隙特别是微孔的孔隙中去，而颗粒表面应以较少均匀的沥青包覆膜

6、为好，沥青渗透吸附到干料颗粒孔隙中分布均匀。干料颗粒被加热的温度应达到230280较好，而且温差要小，不大于10。随着干料被加热温度的提高，其孔隙中的空气比重降低，在搅动加热状态下被逸出，这就为沥青加入后极易渗透吸附到颗粒孔隙中去创造了有利条件。颗粒孔隙特别是微孔的毛细管吸附作用是与温度成正比的，温度越高则毛细管吸附作用越强，混捏糊料的干料加热与浸渍工序焙烧坯预热要求坯品中心温度达到280所运用的原理是一致的。下表列举在常压下不同温度时干空气的物理参数温度2090100120140160180200250300重度kg/m31.1640.9420.9160.8700.8270.7890.755

7、0.7230.6530.596导热系数kcal/m.h.2.172.582.642.752.862.963.073.183.423.69导温系数m3/h7.6611.2511.8012.9014.1015.2516.5017.8021.2024.80混捏过程中温度对粘结剂沥青性能的影响，干料被加热的温度又直接影响到粘结剂沥青对干料颗粒孔隙特别是微孔的渗透吸附的完善程度，不同性能的粘结剂沥青其熔化保温的温度要求是不一样的，针对使用不同性能的粘结剂沥青干料被加热的温度要求也不一样。粘结剂沥青对颗粒孔隙特别是微孔的毛细管吸附渗透完善程度将影响到生制品焙烧后的结焦强度，沥青焦化后结构的均匀性及气孔率、

8、密度、热性能、抗氧化性能等，这点对细结构超细结构特炭制品生产尤为重要。用MCMB沥青粉末研制出的特炭材料为什么不经过浸渍工序就具有很高的密度、强度及其它性能？就因为这种MCMB粉末充分用自身颗粒孔隙中含有的挥发份包括表面挥发份膜层不需添加粘结剂就可压制成型，这种粉末的表面活性能很大，能够在焙烧、石墨化热处理中充分利用自身挥发份自行烧结成型。国外采用的电阻热干料加热器配加压混捏机要解决的也是粘结剂沥青对干料颗粒孔隙的渗透吸附，由于电阻热干料加热器存在干料是静态加热而且温差很大，温度分布不均匀，加入混捏机干混后，温度下降幅度较大，往往都低于被加入的沥青熔化温度，为使沥青渗透吸附到颗粒孔隙中去，不得

9、不采取外部加压的方式，这就是加压混捏机。为使沥青加入混捏机分布均匀，目前绝大多数企业的混捏机均为沥青单管注入，这样湿混时间很长，时间短了沥青分布扩散不均匀，因沥青铺展不均匀造成糊料性能差异大，对制品结构的均匀性带来很大不利影响。对沥青的加入应采用喷淋法，没条件的也应采用多管加入法。三、混捏糊料的质量控制关键是温度控制。针对强化粘结剂沥青对颗粒孔隙特别是微孔的渗透吸附作用为目的，突破传统的混捏观念思维方式，运用渗透吸附的理念来解决工艺设备配套改进是十分必要的。现在研发的搅拌式电加热器能很好解决干料加热的难题，对电极，予焙阳极生产，特别细结构特炭材料生产是一大突破。这种加热器能够将-0.075mm

10、粉末颗粒在15-20分钟内按产品工艺要求加热到230-280，所使用功率150-200kw,加热器加热干料粉量为2000-2200kg，温差小于10。这种加热干料的方式目前是所有加热装备都难以达到的，对电极、阳极、阴极粗颗粒配方则更易加热干料。由于干料被加热的温度高于粘结剂沥青熔化加入温度，所以对混捏机装备的工艺要求就相对简单些了，特别是混捏机的供热温度只需保证工艺要求的最佳出糊温度即可。采用这种搅拌式电加热器由于温差小，出料后加入混捏机干混时间大为缩短，而且加入粘结剂沥青只要采用多管加入湿混时间也大为缩短，沥青能够在较短时间内渗透吸附到干料颗粒孔隙特别是微孔中去，生产效率大大提高。根据生制品

11、成型生产能力可采用一台搅拌式电加热器配置2-4台混捏机，2-4台混捏式凉料机生产粗结构,对特炭生产可采用一台加热器配一台艾立许强力混捏机生产糊料，因为艾许强力混捏机特别适用于细结构特炭生产，对粗结构配方不太适用，它在干混中由于搅刀高速旋转容易造成大颗粒机械破碎，整体糊料结构偏细。对特炭生产也可配1-2台混捏机生产糊料，但生碎应先在混捏机内搅拌加热后方加入干料干混作业。综上所述，混捏糊料的质量取决于干料被加热的温度，干料被加热的温度决定了粘结剂沥青对干料颗粒孔隙特别是微孔的渗透吸附作用的充分完善程度，决定了沥青铺展分布的均匀性，直接影响到炭素制品的使用性能。不同性能的粘结剂沥青的熔化加热温度是不同的，针对不同性能的粘结剂沥青，干料被加热的温度控制要求也不一样。工艺装备配置的合理科学对混捏糊料质量也是相当重要的。混捏糊料质量是炭素生产极为关键的一个控制环节，没有高质量的混捏糊料是生产不出高质量炭素制品的。5