黏度是影響浸漬效果的主要因素之一。浸漬劑在一定溫度下能夠進(jìn)人炭素制品的氣孔中,主要靠黏滯流動(dòng)。所以,使用低黏度的浸潰劑在達(dá)到同樣增重時(shí),所需浸漬壓力及時(shí)間可適當(dāng)減少。對(duì)煤瀝青,采用一定溫度下浸潰,也可降低其黏度。有時(shí)也可加人蔥油或煤焦油等稀釋劑來(lái)降低其黏度。
表面張力及接觸角對(duì)浸漬過(guò)程有一定作用。一般浸潰劑潤(rùn)濕炭和石墨的接觸角小于90°,在 200℃時(shí),煤瀝青與石墨接觸角為72~80°。降低黏度,使接觸角變小,表面張力增大,有利于浸潰。浸漬劑中的雜質(zhì)及懸浮物容易堵塞氣孔,使浸漬難以進(jìn)行,因此浸漬用瀝青的不溶物要比較低。
對(duì)于多次使用過(guò)的浸潰劑需經(jīng)過(guò)清除雜質(zhì)處理再使用,或更換新的浸潰劑。浸漬劑焦化后的析焦率應(yīng)該愈高愈好。析焦率高,浸后產(chǎn)品體積密度大、強(qiáng)度高、氣孔率低、導(dǎo)電性好。一般都用中溫瀝青浸漬,其析焦率高于50%。
]]>促進(jìn)成分均勻化。作用:鋁合金熔煉時(shí),需添加多種合金元素(如硅、鎂、銅等),但這些元素易因密度差異或反應(yīng)活性不同而分層或偏析。石墨轉(zhuǎn)子通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)攪拌,使鋁液形成強(qiáng)制對(duì)流,加速合金元素的擴(kuò)散和混合。
優(yōu)化溫度分布。作用:鋁液在熔爐中可能因加熱不均或熱量損失出現(xiàn)溫度梯度。攪拌棒通過(guò)打破熱邊界層,促進(jìn)熱量傳遞,使鋁液溫度趨于一致。效果:減少因溫度差異導(dǎo)致的凝固速度不均,避免縮孔、裂紋等缺陷。為后續(xù)鑄造工藝(如壓鑄、連鑄)提供穩(wěn)定的溫度條件,提升成品率。
去除氣體和夾雜物。作用:除氣:鋁液中溶解的氫氣是主要缺陷源。攪拌棒與旋轉(zhuǎn)噴頭配合,向鋁液中吹入惰性氣體(如氬氣、氮?dú)猓?,形成微小氣泡。氫氣通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入氣泡并被帶出液面(浮游除氣法)。除雜:攪拌產(chǎn)生的剪切力使非金屬夾雜物(如氧化鋁、碳化物)聚集并上浮至液面,便于后續(xù)撈渣。
]]>浸漬罐浸漬罐是浸漬過(guò)程中的主體設(shè)備。它是一個(gè)帶有加熱夾套的耐真空、耐壓力容器。形狀為圓筒形,由鋼板制成,根據(jù)浸潰制品的尺寸、加熱方式和浸漬方式的不同,浸漬罐有多種規(guī)格。從結(jié)構(gòu)上分,有立式和臥式浸潰罐兩種。浸漬罐的加熱方式有蒸氣加熱、電加熱、燃料燃燒直接加熱、廢氣加熱及有機(jī)熱載體加熱等多種。浸漬罐內(nèi)加壓可以使用壓縮空氣或高壓氮?dú)獾取?/p>
瀝青熔化槽與貯罐。炭素廠購(gòu)人的瀝青都是固體,在使用前必須在熔化槽中熔化為液體,經(jīng)過(guò)脫水,加焦油或蒽油調(diào)整黏度后,保存在貯罐中。瀝青熔化槽實(shí)質(zhì)上是一個(gè)鋼質(zhì)換熱器,形狀為圓筒形或立方形,內(nèi)設(shè)加熱排管或螺旋管,外壁襯有保溫層。工作時(shí),固體瀝青從槽頂加料口加人,蒸氣或其他載熱體流過(guò)加熱管時(shí),通過(guò)管壁間接給熱,使固體瀝青受熱而熔化。瀝青貯罐又稱為攪拌罐,外形有圓筒形和立方形兩種。貯罐內(nèi)攪拌裝置可以用機(jī)械攪拌,也可以用壓縮空氣攪拌,但壓縮空氣攪拌易導(dǎo)致瀝青氧化。
]]>化工行業(yè):耐腐蝕反應(yīng)與傳輸。腐蝕性介質(zhì)處理:在鹽酸、硫酸等強(qiáng)腐蝕性化學(xué)品的生產(chǎn)或輸送過(guò)程中,石墨轉(zhuǎn)子作為泵、攪拌器或閥門的旋轉(zhuǎn)部件,利用石墨的化學(xué)惰性抵抗腐蝕,延長(zhǎng)設(shè)備壽命。高溫反應(yīng)釜:在高溫高壓的化學(xué)反應(yīng)中(如聚合反應(yīng)),石墨轉(zhuǎn)子作為攪拌器,確保反應(yīng)物充分混合,同時(shí)耐受高溫和化學(xué)侵蝕。
新能源領(lǐng)域:電池材料生產(chǎn)。鋰離子電池負(fù)極材料:在石墨負(fù)極材料的制備過(guò)程中,石墨轉(zhuǎn)子用于混合、研磨原料,確保材料均勻性,提升電池性能。燃料電池雙極板:石墨轉(zhuǎn)子可能用于加工燃料電池的雙極板,利用石墨的導(dǎo)電性和耐腐蝕性,優(yōu)化電池效率。
]]>金屬壓力鑄造應(yīng)用場(chǎng)景:用于鋁合金、鋅合金、銅合金等有色金屬的壓鑄成型,如汽車零部件(發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、輪轂)、電子設(shè)備外殼等。優(yōu)勢(shì):石墨模具能耐受高溫金屬液的沖擊,且導(dǎo)熱性好,可縮短冷卻時(shí)間,提高生產(chǎn)效率。玻璃制品成型應(yīng)用場(chǎng)景:制造玻璃瓶、玻璃管、光學(xué)鏡片等,通過(guò)石墨模具的精確形狀實(shí)現(xiàn)玻璃液的定型。優(yōu)勢(shì):石墨表面光滑,不易與玻璃粘連,且耐高溫,可重復(fù)使用。
燒結(jié)工藝應(yīng)用場(chǎng)景:在粉末冶金、陶瓷燒結(jié)中,石墨模具作為容器或壓模,用于高溫下壓制和燒結(jié)粉末材料。優(yōu)勢(shì):石墨在高溫下化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng),不會(huì)與粉末材料反應(yīng),且能均勻傳遞熱量。半導(dǎo)體與電子行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景:用于單晶硅、碳化硅等半導(dǎo)體材料的生長(zhǎng)(如直拉法、區(qū)熔法),或作為熱場(chǎng)部件(加熱器、隔熱屏)。優(yōu)勢(shì):石墨純度高,導(dǎo)電導(dǎo)熱性好,且能耐受極端高溫(可達(dá)3000℃以上)。
]]>浸漬罐為臥式或立式,浸潰罐容積為5.8m,一般用壓縮空氣加壓加壓壓力為0.45~0.5 Pa,真空度為15 Pa左右,每次浸漬炭坯量為2t左右,第一次浸潰增重率為12%~15%,年生產(chǎn)能力為3000t。此生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)密度較低的中小直徑炭坯可以滲透,但對(duì)中等密度的中直徑或大直徑炭坯一般只能達(dá)到30%~70%的浸人深度。
臥式高真空、高壓浸漬系統(tǒng)(間歇生產(chǎn))此系統(tǒng)增加了副罐,采用高真空泵抽氣和高壓氮?dú)饧訅?。副罐所起的作用包?控制主罐內(nèi)的壓力,補(bǔ)充瀝青的消耗,在向主罐注人瀝青時(shí)可不停止真空排氣,對(duì)主罐的壓力起平衡和穩(wěn)定作用,以及避免液體瀝青誤抽至真空系統(tǒng)內(nèi)。浸漬罐容量為26或36m,加壓壓力為1.2MPa,真空度為8.7kPa或8.9kPa,每次浸漬炭壞量為12t或15t,第一次浸漬增重率為12%~18%,年生產(chǎn)能力為8000t或12000t。
半連續(xù)高真空、高壓浸漬生產(chǎn)系統(tǒng):所謂半連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng),是將預(yù)熱爐、浸漬罐及浸漬產(chǎn)品的冷卻室等設(shè)備水平地布置在一條直線上,加上換托架機(jī)構(gòu),形成“單回路”或“雙回路”工藝流程。此系統(tǒng)采用氮?dú)饣驗(yàn)r青泵加壓和冷卻時(shí)淋水冷卻,加壓壓力為1.5 MPa,真空度為1.5~2.7kPa,每次浸漬炭壞量為12~16t,第一次浸漬增重率為12%~18%,年生產(chǎn)能力為18000t。
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??? 2、作耐火材料: 石墨及其制品具有耐高溫、高強(qiáng)度的性質(zhì),在冶金工業(yè)中主要用來(lái)制造石墨坩堝,在煉鋼中常用石墨作鋼錠之保護(hù)劑,冶金爐的內(nèi)襯。
3、作導(dǎo)電材料: 在電氣工業(yè)上用作制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流器的正極,石墨墊圈、電話零件,電視機(jī)顯像管的涂層等。
4、作耐磨潤(rùn)滑材料: 石墨在機(jī)械工業(yè)中常作為潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用,而石墨耐磨材料可以在(一) 200~2000 ℃溫度中在很高的滑動(dòng)速度下,不用潤(rùn)滑油工作。許多輸送腐蝕介質(zhì)的設(shè)備,廣泛采用石墨材料制成活塞杯,密封圈和軸承,它們運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)勿需加入潤(rùn)滑油。石墨乳也是許多金屬加工(拔絲、拉管)時(shí)的良好的潤(rùn)滑劑。
5、用于原子能工業(yè)和國(guó)防工業(yè): 微粉石墨具有良好的中子減速劑用于原子反應(yīng)堆中,鈾一石墨反應(yīng)堆是應(yīng)用較多的一種原子反應(yīng)堆。作為動(dòng)力用的原子能反應(yīng)堆中的減速材料應(yīng)當(dāng)具有高熔點(diǎn),穩(wěn)定,耐腐蝕的性能,石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應(yīng)堆用的石墨純度要求很高,雜質(zhì)含量不應(yīng)超過(guò)幾十個(gè)PPM 。特別是其中硼含量應(yīng)少于0.5PPM 。在國(guó)防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴,導(dǎo)彈的鼻錐,宇宙航行設(shè)備的零件,隔熱材料和防射線材料。
6、微粉石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)特殊加工的石墨,具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好,滲透率低等特點(diǎn),就大量用于制作熱交換器,反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過(guò)濾器、泵設(shè)備。廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門,可節(jié)省大量的金屬材料。
7、作鑄造、翻砂、壓模及高溫冶金材料: 由于石墨的熱膨脹系數(shù)小,而且能耐急冷急熱的變化,可作為玻璃器的鑄模,使用石墨后黑色金屬得到鑄件尺寸精確,表面光潔成品率高,不經(jīng)加工或稍作加工就可使用,因而節(jié)省了大量金屬。生產(chǎn)硬質(zhì)合金等粉末冶金工藝,通常用石墨材料制成壓模和燒結(jié)用的瓷舟。單晶硅的晶體生長(zhǎng)坩堝,區(qū)域精煉容器,支架夾具,感應(yīng)加熱器等都是用高純石墨加工而成的。此外石墨還可作真空冶煉的石墨隔熱板和底座,高溫電阻爐爐管,棒、板、格棚等元件。
8、石墨還能防止鍋爐結(jié)垢,有關(guān)單位試驗(yàn)表明,在水中加入一定量的石墨粉(每噸水大約用4~5 克)能防止鍋爐表面結(jié)垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防腐防銹。
此外,石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑,是制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石、鉆石不可缺少的原料。它是一種很好的節(jié)能環(huán)保材料,美國(guó)已用它做為汽車電池。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展,石墨的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓寬,已成為高科技領(lǐng)域中新型復(fù)合材料的重要原料,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的作用。
實(shí)際應(yīng)用中的耐溫表現(xiàn):常規(guī)工業(yè)場(chǎng)景:在冶金、化工、航天等領(lǐng)域,石墨模具通常在3000℃以下環(huán)境中長(zhǎng)期使用。例如,煉鋼工業(yè)中的鎂碳磚(含石墨12%-20%)可耐受電弧爐內(nèi)襯的高溫環(huán)境。保護(hù)氣氛條件:在抽真空或充入氮?dú)?、惰性氣體等保護(hù)氣氛時(shí),石墨模具的耐溫能力可進(jìn)一步提升至接近3000℃,甚至更高。極端條件測(cè)試:部分實(shí)驗(yàn)表明,在特定工藝控制下,石墨模具能短暫承受3500℃以上的高溫,但需嚴(yán)格避免氧化反應(yīng)。
高溫下的性能穩(wěn)定性:強(qiáng)度增強(qiáng):石墨的強(qiáng)度隨溫度升高而增強(qiáng),在2000℃時(shí)強(qiáng)度可提升一倍,使其能承受高壓工作環(huán)境??篃嵴鹦裕菏臒崤蛎浵禂?shù)極?。?lt;0.8×10??/℃),在溫度劇烈變化時(shí)不易開裂,適合反復(fù)熱震的場(chǎng)景。石墨在400℃以上會(huì)與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng),1700℃時(shí)氧化加劇。因此,實(shí)際應(yīng)用中需通過(guò)抽真空、充入保護(hù)氣體或涂覆抗氧化涂層等方式,抑制氧化反應(yīng)以維持耐溫性能。
]]>浸漬前在預(yù)熱爐中對(duì)待浸潰炭壞進(jìn)行預(yù)熱處理,排出炭坯氣孔中吸附的氣體和水分是為了浸漬劑瀝青順利進(jìn)人炭坯氣孔內(nèi)部創(chuàng)造條件,充分地對(duì)炭坯進(jìn)行預(yù)熱處理,使炭坯本體溫度高于浸潰劑瀝青溫度,才能保證浸漬時(shí)煤瀝青保持很好的流變狀態(tài),有利于浸潰效果的提高。否則,當(dāng)液態(tài)浸潰劑瀝青遇到較低溫度的炭坯時(shí),煤瀝青的溫度就會(huì)相應(yīng)的下降,導(dǎo)致浸漬劑瀝青的黏度變高,從而使其流變性能變差而降低浸潰效果。
浸漬劑瀝青可以反復(fù)使用數(shù)次,每次需補(bǔ)充減少的量。若浸潰劑瀝青使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng),那么瀝青在浸漬過(guò)程中不斷受到升溫、加壓抽真空的反復(fù)作用而發(fā)生縮合反應(yīng)和氧化,輕質(zhì)組分不斷減少,重質(zhì)組分不斷增多,瀝青軟化溫度不斷升高;另外,被浸焙燒炭壞上未清除盡的保溫料、炭坯碰撞產(chǎn)生的炭渣也不斷融入浸潰劑瀝青中,使浸潰劑瀝青質(zhì)量逐漸變差,這時(shí)需要更換浸漬劑瀝青。如果浸漬劑瀝青更換不及時(shí)就會(huì)造成大量殘?jiān)媪?,影響煤瀝青的浸漬效果。通常在浸漬前的工序中降低碳材料的氣孔率,可以減少浸漬和二次焙燒的次數(shù),從而為降低生產(chǎn)成本的實(shí)現(xiàn)短工藝流程創(chuàng)造條件。
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