石墨课堂—石墨化操作与控制
碳材料石墨化的实现:碳材料的石墨化是在 2200~3000℃高温下进行的,故工业上只有通过电加热才能实现,般采用通电电阻加热或感应加热。在电阻加热炉中已实用化的有艾奇逊石墨化炉、直接通电的内热串接式石墨化炉和管状电阻炉等。在感应加热炉是通过高频感应电流由石墨加热台加热或利用被加热体直接发热。

不同石墨电极所需的石墨化温度:生产普通功率石墨电极时,产品应到达的石墨化温度为2500℃左右,生产高功率石墨电极(电阻率为6~7 m0m)时,产品应到达的石墨化温度为 2600~2800℃,而生成超高功率石墨电极(电阻率为4.5~6um)时,产品应到达的石墨化温度为2800~3000℃。

碳材料的石墨化过程实际上是一个温度控制过程,按温度特性划分,大致可以分为3个阶段:重复焙烧阶段。室温至1250℃为重复焙烧阶段。经过1250℃左右焙烧的炭坏具有一定的热电性能和耐热冲击性能,采用较快的升温速率,使焙烧品在石墨化初期完成预热过渡阶段,炭坏结构不会发生很大的变化,制品本身也不会产生裂纹。

严控升温阶段。1250~1800℃为升温重点控制阶段。在此石墨化关键温度区间内,炭坯的物理结构和化学组成发生了很大的变化,无定形碳的乱层结构有逐渐向石晶体结构转变的趋势,同时伴随着无定形碳微晶结构边缘结合的不稳定低分子烃类和杂质元素集团不断地分解逸出,并产生结构缺陷,也促使热应力相对集中,极易产生裂纹废品。为减缓热应力的作用,防止热应力过于集中,避免炭坯产生裂纹,同时也为了保持一定的保温时间,应该严格控制此阶段的升温速率。

自由升温阶段。1800℃至石墨化最高温度为自由升温阶段。在此温度区间,碳材料的石晶体结构雏形已经基本形成,继续升温,促使其石墨化度进一步提高。石墨晶体的完善程度主要取决于最高温度,保温时间的影响已经很小,此阶段升温速率可以加快。