生产原料和成型工艺对炭素材料抗氧化性的影响

1、生产原料和成型工艺对炭素材料抗氧化性的影响生产炭素材料的原材料和成型丁艺决定了境素制品的组织和性能*研究不同原料和成型工艺对廣素材料抗氧化性的影响*町从源头I:就提岛其抗氧化性捉出改进措施.4.2实验方案本实验选用某炭素金司生产的石墨电极和高炉炭砖作为实验原料，通过TG-DSC5>析仪分析各个样品在空气中的氧化尖匝规象以材料的起始氧化醍度利氧化峰值溫度的鬲低农征It抗氧化能力的强弱.试样样胡按成型I：艺分为两种，一种是挤斥成艰的右躍电极，一种是振动成型的高炉炭砖*鼻个样品的生产感料和直他性能指数也不相hb以示廿比.衣41列出牛4申P右嵬电极的件能数据表4.】石墨电极的性能数据Table.

2、41Pei'fomianeedataofth亡graphit亡electtLode样品标号样品霁称主耍原料休枳密®Cg/cm3)灰分(w)%表42列出个4种高炉就砖的性龍数据3普通见极沥青住154105b高功率电极it状焦1.6790.5C超高功率电极针状焦178505d高功率接头普通石汕焦16160542窩炉炎砖的性能數撫Table4.2Performancedataoftheblastfurnacecarbonbrick样品标样品名称五要底料体积幣度(g/cma)显气孔率(%)平均孔昶(um)%e石黑砖针状焦175020120.2f徹孔块砖无烟煤160150401g超微孔

3、炭砖无烟煤16201400801h高导热妮砖针状焦1720180602将上述试样在放入TSDSC仪器进仃分析.实验中*不通入保护气体从0匸幵始加热，以20eC/min的升温速率加热至1000'C。观察样品的TGDSC曲线图并分析。43实验结果与分析20-20-(dulMfosa200400600Temperature/'C8001000105-10080-<75-200400000Temperature/"800100098800V图4.14种挤压成型的石機电极的TGOSC分析曲线a腔通电极b.高功率电极c.超高功率电极dg高功率接头Fig41TG-DSCcur

4、vesoffourextrudedgraphiteelectrodesa.CommonelectrodebHighpowerelectrodecUltra-highelectrodedHighpoweconnector图41为4种挤压成型的石舉电极的TG-DSC分析曲线.由图谱可以看出,普通电极的起始氧化温度和氧化*Hit温度分别为670°C和816°C,高功率电极的起始氣化温度和置化*Hit温度分别为745°C和857C.超高功率电极的起始氣化温度和氧化即值温度分别为800r和861r,髙功率接头的起始氧化温度和氧化峰值温度分别为730-C和848C。即4种石蚩

5、材料的抗氧化性由强到弱的顺序为超高功率电极、高功率电极、高功率接头和普通电极。由生产原料来看,针状焦生产的高功率电极和超高功率电极明显比由沥青焦和普通石油焦生产的髙功率接头和普通电极的抗氧化性好。针状焦是由梢制的石油焦和煤焦油沥冇（脱除杂质和原牛喘I林不溶物）经延迟焦化以及高温锻烧而制的。针状焦层状结构明显,纹理为流线状,破碎后颗粒呈细长针状。针状焦从宏观形态到微观结构都具有显著的各向异性,其分子结构已H有+11为程度的有序推列，具有良好的叮石舉化性阿在偏光显微镜卜观察针状焦，平行与纤维方向的任断而人部分结构呈冬向并性的流线状，（见图42）R：针状流线型结构宽度一般小J'-10pm此外

6、也17小部分各向并性很強的区域空片状结构W图4.2针状焦的显微结构Fig42Themicrostiuctureoftheneedlecoke相比与针状焦,普通石油焦和沥青範没仃细的纤维结构，颗粒较为粗大，气孔也较大（最大孔径町达5mm以上）,孔樂较厚,壁上有人最的细裂纹和微孔原料的这些微观结构决定了各自生产出的制品微观结构的不同针状焦生产的成品结构紧密,气孔少,结构缺陷也少，且易石舉化，而普通石油焦和沥靑焦生产的制品则空隙大，气孔人且多,相对的结构缺陷也明显增赛。所以针状焦的制品抗氧化性优J-普通石油焦和沥青您的制品。图43为4种振动成熨的炭砖的TG-DSC分析曲线.由图谱可以看出,石舉砖的起

7、始氧化温度和氧化峰值温度分别为700"C和811-C,微几炭砖的起始氧化温度和氧化峰值温度分别为554°C利6£9°C,超微孔炭砖的起始氣化温度和氣化蜂值温度分别为610V和746C,高导热炭砖的超始氧化温度和氧化峰值温度分别为604C和692'Co即4沖炭砖的抗氧化性由强到弱的顺序为微孔炭砖、超微孔炭砖、高导热炭砖和石眾砖。200400600Tempe“ture/'C8001000oo9590858075200400600Tempeiature/'C8001000图4.34种振动成型的炭砖的TG-DSC分析曲线eHi墨砖f微孔炭

8、砖g超微孔炭砖h高导热炭砖Fig4.3TG-DSCcuivesoffourvibrationfoiiningcaibonbrickseGraphitebricksfMicroporousbricksgSuoer-mici-oporousbrickshHighthermalconductivitybricks从炭砖的生产原料上看某木与石眾电极的结论一致，即以针状焦为原料的制品抗氧化性优丁以无烟煤为原料的制品。在'丹通显微镜卜观察无烟煤，反光色为门色，无突起且相当均-。半无烟煤中仃明显町以辨认的丝炭（丝质体）时，町观察到匚|色到黄色的不同形状突起、稍亮的斑状物及残留的腔孔（经常仃矿物充填）

9、或空隙°現可见以无烟煤为原料的制品Jt微观结构也没仃以针状焦为原料的制h的微观结构致密（由其密度可以看出），结构缺陷也较多，故其抗氧化性也校差。另外,由表4.2可知,微孔炭砖和超微孔炭砖的灰分、显气孔率、平均孔径均比石墨砖和高导热炭砖的低,但其抗氧化性并非优丁后者。这是由丁微孔炭砖和超微孔炭砖中加入r大然右墨、三氧化.铝、金属硅或磯化硅等原料，其I的是为了减少铁水及熔渣对炭砖的侵蚀和渗透,延长高炉的使用寿命.这些原料的加入,増加了微孔炭砖和超微孔炭砖的杂质,降低了其石舉化度,增加了其晶体缺陷，尽管小的孔径可减少加热过程中的通氧速度和通氧最,但仍降低了制品的抗氣化能力。炖比两种不同成世

10、工艺的炭索材料，挤压成型的电极抗氧化性优丁模压成熨的炭砖。从这点并不能说明挤用成型制品就比振动成型制品的柚:氧化件好.二者只是按不同产貼的需耍做出选择。挤斥成型主耍死依靠“压力致密”，而振动成型主耍是依靠“振动致密”挤压成型时骨料颗粒的长轴方向大部分沿挤压方向排列，因而表现出挤压成型制品的一些物理机械指标（如电阻率、热导率、线膨胀系数）存在明显的各向异性:而振动成型不会引起骨料颗粒的定向排列，且其制品粘结制含敏较少,有利于提高制品的体积密度，但振动成空仃谱存在沿高度方向密度的不均匀性（立振）或沿半径方向密度的不均匀性（卧振）（呵。（1）针状焦生产的炭素制胡优卜其他普通焦牛产的制品抗氧化性.这是由针状焦的微观组织决定的。其细长的纤维结