[发明专利]人造碳石墨材料用加压热处理设备

说明书

技术领域

本发明涉及了碳石墨制品压制毛坯热加工用的工业炉设备。用于处理属于国际专利分类号C 01 B31/04的材料或制品。 

背景技术

一般而言，制造人造碳-石墨材料是将煅烧后的焦炭经过细磨，与粘结剂（沥青）混合，制成配合料，再经成型，焙烧及石墨化而成。但是，要求这种材料的各项性能必须适合各种用途的需求（例如，密封环、轴承、电刷、电力机车受电弓滑板、放电加工用电极、连续铸造用结晶器、单晶硅及多晶硅热场材料及核反应堆用材料）必须经过复杂而又繁琐的加工。 

目前，碳素材料制造工业中所应用的原理是将原料碳素粉体作为骨料，加入适量的沥青作为粘结剂，加热到粘结剂炭化并产生一定强度的温度，此时所有的骨料颗粒粘结成块并具有一定的机械强度，而后用反复浸渍沥青及多次焙烧的方法增加制品的密度并不断提高强度。 

在碳素材料制造工业中，用作为骨料的主要有煅烧后的石油焦、沥青焦、天然石墨、炭黑等。这些物料在高温下是不能烧结的，必须加入煤沥青作为粘结剤，在高温的作用下煤沥青在蒸发，热解的同时有一部分发生热聚合，随着温度的持续升高这部分的沥青最终就炭化了，成为另一相的焦炭，保留在碳素压坯中。也是由于这部分焦炭的产生，碳块有了最基本的强度。 

焙烧后的碳制品是多孔的，为了获得较高密度和强度的材料可以用煤沥青浸渍，浸渍的过程也是复杂的，必须将待浸渍的碳制品放入压力釜中加热，抽真空并保持一定的时间，需让制品气孔中的空气释放出来从而被抽出罐外，此时注入煤沥青并淹没制品，然后加压，为了浸透制品压力一般保持在2Mpa上下。所以浸渍过程也是复杂的。 

浸渍后的碳制品需作二次焙烧，又一次在隔绝空气的条件下加热到1000℃。 

按照传统的生产方法，这种碳材料必须符合预期的应用要求，就必须有非常复杂的生产步骤，不仅包括改变填料焦炭的种类或粘结剂的种类（可能是焦炭和粘结剂的混合比）或者是添加添加剂，如天然石墨和类似的物质到焦炭和粘结剂的混合物中去。这样，生产上述碳材料的混合过程就复杂化了。因为作填充料用的焦炭本身是多孔的，同时煤沥青或合成树脂用作粘结剂在焙烧过程中又产生大量的气孔。鉴于这一原因，按上述方法制造体积密度约1.85g/cm³的碳制品往往需要浸渍3到4次沥青及完成相应的4到5次的焙烧过程。 

至今，高密度碳材料仍由冗长的工艺过程生产的，典型步骤如下：将煅烧后的焦炭磨成细粉，与粘结剂沥青混合，沥青的软化点为80～100℃，加入量以炭粉为基准，约为25～33%（wt），在加热的条件下捏合。这一捏合料在模具里压制成型，可以用钢模，橡胶模，剂压，等静压等。将压块在1000℃下焙烧，形成的炭化制品表观密度一般为1.3—1.4g/cm³。这种炭化后的物料在溶化沥青中浸渍，浸渍温度为250℃，为了浸透物料浸渍用的沥青可以用煤焦油稀释，二次焙烧浸渍后的碳制品，升温达1000℃，并重复沥青浸渍及二次焙烧步骤，一次到多次，碳材料此时的表观密度可达1.70～1.75 g/cm³。如果需要可以在2800℃下石墨化上述碳材料，石墨化材料的表观密度可以达到1.8 g/cm³或更高。 

中国专利CN 102249212 A 《碳素加压焙烧方法》公开了一种加压焙烧的方法。用耐高温并又耐压力的匣钵装盛碳制品压坯，置于焙烧炉内焙烧，该发明推荐压力控制在1.5～2.5MPa(G)。由于金属材料的高温强度低下，不能施以较高的压力。该发明还指出匣钵的材料为不锈钢。按压力容器的设计规范选用的匣钵材料无疑是昂贵的，这样显然大大增加了生产成本。 

发明内容

本发明涉及了一种加压的热处理装置，用于碳制品压坯的加压热处理。 

本发明的目的是借助于加压热处理装置，提高粘结剂（沥青或树脂等）的结焦率。这样就减少了碳制品的浸渍次数，从而实现缩短制造流程，减少消耗，降低污染的目的。 

碳素材料的焙烧过程是将热态下为液体状态的沥青转化为焦炭(固体状态)。在加热的条件下沥青在常压下约有60%(wt)能转化为焦炭，剩余部分将随焙烧烟气排出炉外，不仅带来了严重的环境污染而且造成资源的浪费。沥青是一种不同分子量的芳香烃的混合物，在受热状态下会发生分子的热聚合，同时分裂出小分子量的成分，随着温度的升高沥青分子的热聚合加剧，聚合产物的分子量越来越大，以至于在炭化温度（500－600℃）下炭化。