企业管理-石墨及碳素制品制造工艺流程 SOP

会计实操文库1/13企业管理-石墨及碳素制品制造工艺流程SOP一、原料准备原料选择主要选用石油焦、针状焦、煤沥青等作为基础原料。石油焦由石油渣油、沥青经焦化形成，色黑多孔，碳含量高，灰分低，通常在0.5%以下，是生产人造石墨制品及电解铝用炭素制品的常用原料。按热处理温度，石油焦分为生焦和煅烧焦，生焦含大量挥发分，机械强度低，多数炼油厂产出的生焦需在炭素厂进一步煅烧处理。针状焦外观具明显纤维状纹理，热膨胀系数低且易石墨化，是优质焦炭。其焦块破裂呈细长条状颗粒（长宽比≥1.75），偏光显微镜下可见各向异性纤维状结构。煤沥青则作为黏结剂使用，在后续工艺中起到固结骨料和粉料的作用。原料检验感官检验：观察原料外观，石油焦和针状焦应色泽正常，无明显杂质、异物混入；煤沥青应无块状物、无刺鼻异味。理化检验：针对石油焦和针状焦，检测其灰分、挥发分、硫含量、真密度等指标。石油焦灰分需严格控制，低灰分有利于提高产品质量；挥发分影响原料稳定性与后续工艺；硫含量过高会对产品性能及环境产生不利影响。煤沥青则检测软化点、甲苯不溶物、喹啉不溶物、结焦值等，软化点决定其在加工过程中的流动性，甲苯不溶物和喹啉不溶物含量影响其黏结性能。质量判定：各项指标符合相应国家标准或企业内部标准的原料判定为合格，准予入库使用；不合格原料需隔离存放，并通知供应商协商处理，严禁投入生产。原料储存将检验合格的原料分别存放于干燥、通风良好的仓库。石油焦和针状焦可堆放存储，但要设置明确标识牌，注明原料名称、批次、入库时间等信息，避免混淆。煤沥青应密封储存，防止其吸收空气中水分、挥发有害成分，影响黏结性能。仓库要配备防火、防潮、防虫、防鼠设施，定期进行检查与清理，确保存储环境符合要求。二、原料预处理煅烧（针对石油焦）将生石油焦置于回转窑或电阻炉内，在隔绝空气条件下，升温至1200-1350℃进行煅烧。煅烧过程中，石油焦内的水分、挥发分逐步排出，结构得以优化，密度增加，导电性提升，为后续工艺奠定基础。煅烧时间依据原料特性和设备参数确定，一般在数小时至十几小时不等。期间需严格监控炉内温度，确保温度均匀、稳定，避免局部过热或欠烧，影响产品质量。破碎采用颚式破碎机、锤式破碎机、对辊破碎机等设备，对煅后石油焦、针状焦进行中碎。将50mm左右的块状原料破碎至0.5-20mm粒度范围，以满足后续配料需求。破碎过程中，及时清理设备内部残留物料，防止不同批次、不同种类原料交叉污染；同时，定期检查设备易损件，如锤头、衬板等，磨损严重时及时更换，确保破碎粒度均匀、稳定。磨粉通过悬辊式环辊磨粉机（雷蒙磨）、球磨机等设备，将中碎后的炭质原料进一步磨细。磨粉目标是使原料粒径达到0.15mm或0.075mm以下，形成粉末状小颗粒。磨粉过程中，调节设备参数，如磨辊转速、进料速度等，保证磨粉效率与产品细度；同时，设置旋风分离器、脉冲布袋除尘器等辅助设备，收集细粉，减少粉尘排放，确保工作环境安全、卫生。筛分利用具有均匀开孔的一系列筛子，对破碎、磨粉后的物料进行筛分。通过筛分，将尺寸范围较宽的物料精准分成4-5个颗粒料粒级和1-2个粉料粒级，满足不同产品配方对原料粒度的严格要求。筛分过程中，定期清理筛网，防止筛孔堵塞影响筛分效果；同时，对筛分后的各粒级物料分别收集、标识，按规定区域存放，避免混淆。三、成型配料混合依据产品设计配方，精确称取不同粒级的炭质原料（如煅后石油焦粉、针状焦粉）和煤沥青等黏结剂。各原料比例对产品性能影响重大，必须严格把控，确保称量误差控制在极小范围内。例如，对于某特定石墨电极产品，炭质原料与黏结剂的比例可能精确至小数点后两位。将称取好的原料投入高效混合设备，如双轴桨叶混合机、V型混合机等。混合过程中，控制好混合时间与转速，一般混合时间在30-60分钟，确保物料均匀分散，无结块、分层现象。混合结束后，随机抽取样品，检测其成分均匀性、粒度分布等指标，合格后方可进入下一步成型工序。压制成型模压成型：将混合好的物料装入特定模具，置于压力机上施加压力。压力范围通常在数十至数百MPa，根据产品形状、尺寸及原料特性确定具体压力值。保压时间一般为几分钟至十几分钟，使物料在模具内压实成型，形成具有一定形状和初始强度的生坯。模压过程中，对模具进行预热，温度控制在50-80℃，有助于物料流动与成型，提高生坯质量；同时，在模具表面涂抹适量脱模剂，方便生坯脱模，避免损伤生坯表面。挤压成型（适用于部分产品，如长条状石墨电极）：将混合物料送入挤压机料筒，通过螺杆或柱塞施加压力，使物料通过特定形状的模头挤出，形成所需形状的生坯。挤压过程中，控制好物料温度、挤压速度与压力。物料温度一般维持在120-150℃，确保煤沥青软化，物料具有良好流动性；挤压速度根据产品规格和设备性能调整，一般在每分钟数厘米至数十厘米；压力则需根据物料特性和模头阻力进行调节，保证生坯挤出顺畅且密实。生坯检查外观检查：逐一生坯进行外观检查，观察表面是否光滑，有无裂缝、气泡、缺料等缺陷。对于表面存在轻微缺陷的生坯，及时进行修补；严重缺陷的生坯则予以报废处理，避免影响后续产品质量。尺寸测量：使用卡尺、千分尺等量具，对生坯关键尺寸进行测量，如长度、直径、厚度等，确保尺寸偏差在设计允许范围内。尺寸超差的生坯，分析原因后进行返工或报废处理。密度检测：采用排水法或其他合适方法，检测生坯的体积密度。生坯体积密度需符合工艺要求，密度过低可能导致产品强度不足，过高则可能影响后续焙烧等工艺。对于密度不合格的生坯，追溯配料、成型过程，查找原因并进行整改。四、焙烧一次焙烧将检查合格的生坯装入专门设计的焙烧炉，如环式炉、隧道窑等。在生坯周围填充保护填充料，如冶金焦粒，保护生坯在焙烧过程中免受氧化，并使热量均匀传递。以环式炉为例，采用天然气等燃料进行加热，升温过程遵循严格的升温曲线。初始阶段缓慢升温，避免生坯因温度急剧变化产生开裂，升温速率一般控制在每小时5-10℃；当温度升至一定阶段（如300-500℃），煤沥青开始分解、挥发，此时适当调整升温速率与炉内气氛，确保挥发分顺利排出且不发生燃烧、爆炸等危险；最终将温度升至900-1200℃，并在此温度下保温一定时间，使生坯中的煤沥青充分炭化，形成沥青焦，将炭质骨料和粉料颗粒牢固固结在一起。整个一次焙烧周期较长，通常为22-30天。焙烧过程中，实时监控炉内温度、压力、气氛等参数，确保各项参数稳定在工艺要求范围内。定期对炉体进行检查，查看炉衬是否有损坏、漏气等情况，及时发现并处理问题，保证焙烧过程顺利进行。二次焙烧（针对部分产品，如要求更高体积密度的石墨制品、接头坯料等）一次焙烧后的焙烧品经过浸渍处理后，再次装入焙烧炉进行二次焙烧。二次焙烧目的是使浸入焙烧品孔隙中的沥青进一步炭化，提高产品的体积密度、机械强度等性能。二次焙烧温度一般低于一次焙烧，在700-900℃，采用天然气或其他清洁能源加热，升温速率、保温时间等工艺参数根据产品特性和炉型进行调整。二次焙烧周期相对较短，依炉型不同，一般在5-20天。同样，在二次焙烧过程中，严格监控各项工艺参数，确保产品质量。五、浸渍浸渍前准备对一次焙烧后的焙烧品进行外观检查与尺寸测量，剔除表面有裂缝、孔洞过大等缺陷的产品，避免影响浸渍效果。将合格焙烧品装入特制吊篮或工装，便于搬运与浸渍操作。准备好浸渍剂，通常选用煤焦油沥青等。对浸渍剂进行质量检测，确保其软化点、结焦值等指标符合工艺要求。将浸渍剂加热至一定温度，使其具有良好流动性，一般加热温度在150-180℃。浸渍操作将装有焙烧品的吊篮缓慢放入浸渍罐内，关闭浸渍罐密封门。对浸渍罐进行抽真空处理，真空度一般控制在-0.09--0.1MPa，维持一段时间（如1-2小时），排除焙烧品孔隙内的空气。保持真空状态下，将加热好的浸渍剂通过管道输送至浸渍罐内，使浸渍剂完全浸没焙烧品。随后，向浸渍罐内充入压缩空气或惰性气体（如氮气），施加压力，压力范围一般在0.5-1.5MPa，维持数小时（如3-5小时），确保浸渍剂充分渗入焙烧品孔隙中。浸渍结束后，缓慢释放浸渍罐内压力，将多余浸渍剂排出回收。打开浸渍罐，取出浸渍后的产品，沥干表面多余浸渍剂。六、石墨化装炉准备将浸渍、二次焙烧后的产品（此时称为炭坯）按一定方式排列、组装，形成电极串或其他特定结构。在产品周围填充电阻料，如冶金焦粒，电阻料在通电过程中产生热量，实现产品的石墨化。同时，设置好测温元件，用于实时监测炉内温度。对石墨化炉进行全面检查，包括炉体结构、电极系统、冷却系统、电气控制系统等，确保设备处于良好运行状态。检查炉衬是否有损坏、脱落现象，如有问题及时修复或更换；检查电极连接是否牢固，冷却水路是否畅通，电气线路是否绝缘良好等。石墨化过程采用艾奇逊炉等常见石墨化炉型，通过电极向炉内通入强大电流。电流通过电阻料产生焦耳热，使炉内温度迅速升高。升温过程遵循特定的升温曲线，初期升温速度相对较慢，控制在每小时数十至一百多摄氏度，防止产品因温度变化过快产生开裂；随着温度升高，逐渐加快升温速度，最终将炉内温度升至2800-3000℃。在高温下，炭坯中的无定形碳逐渐转化为石墨晶体结构，实现石墨化过程。石墨化时间根据产品规格、炉型等因素确定，一般在数小时至数十小时不等。在整个石墨化过程中，持续监测炉内温度、电流、电压等参数，确保各项参数稳定，如有异常及时调整。冷却出炉石墨化结束后，停止通电，炉内产品开始自然冷却。冷却过程中，密切关注炉内温度变化，防止冷却速度过快导致产品产生裂纹。当炉内温度降至一定程度（如500-600℃），可采用强制风冷或水冷等辅助冷却方式，加快冷却速度。待炉内温度降至常温后，打开炉门，取出石墨化后的产品。对产品进行外观检查，查看表面是否有裂缝、变形等缺陷；同时，进行尺寸测量，确保产品尺寸符合要求。对合格产品进行标识、分类存放，准备进入下一道工序。七、机加工加工前准备根据产品图纸要求，选择合适的机加工设备，如车床、铣床、磨床、钻床等，并配备相应刀具、夹具。对设备进行调试，确保设备精度、运行状态良好；对刀具进行检查、刃磨，保证刀具锋利，加工质量稳定。将石墨化后的产品吊运至机加工车间，再次进行外观检查与尺寸复核，确保产品符合加工要求。根据产品形状、尺寸及加工工艺，制定详细的加工工艺路线和操作规范，明确各工序的加工余量、切削参数等。机加工操作切割：使用切割设备，如锯床、激光切割机等，将产品切割至所需长度或形状。切割过程中，控制好切割速度、进给量，防止切割面出现崩边、毛刺等缺陷。对于切割精度要求较高的产品，可采用多次切割、逐步修整的方式，确保尺寸精度符合图纸要求。车削：在车床上对产品进行外圆、内孔、螺纹等加工。根据产品材质和加工要求，选择合适的切削刀具和切削参数，如切削速度、进给量、切削深度等。车削过程中，注意观察加工表面质量，及时调整切削参数，保证加工表面粗糙度、尺寸精度等符合要求。铣削：利用铣床对产品进行平面、沟槽、台阶等加工。通过合理选择铣刀类型、铣削方式（顺铣或逆铣）及切削参数，保证铣削精度和表面质量。在铣削复杂形状时，可采用数控铣床进行编程加工，提高加工效率与精度。磨削：对于表面粗糙度要求较高的产品，采用磨床进行磨削加工。选择合适的砂轮（如碳化硅砂轮、金刚石砂轮等），根据产品材质和加工要求调整磨削参数，如砂轮转速、工作台进给速度、磨削深度等。磨削过程中，注意冷却润滑，防止产品因磨削热产生烧伤、变形等缺陷。加工后检验每完成一道机加工工序，都需对产品进行尺寸测量、外观检查。使用卡尺、千分尺、粗糙度仪等量具，检测产品关键尺寸、表面粗糙度等指标，确保符合图纸及工艺要求。对于尺寸超差、表面有缺陷的产品，及时进行返工处理；无法返工的产品，按不合格品进行标识、隔离存放，并分析原因，采取相应纠正预防措施。机加工完成后，对产品进行全面检验，包括尺寸精度、形状位置精度、表面质量等。对合格产品进行清洗、防锈处理，然后转入成品检验环节。八、成品检验与包装成品检验外观检查：逐一对成品进行外观检查，观察表面是否光滑，有无裂缝、气孔、砂眼、划痕等缺陷。产品表面应色泽均匀，无明显杂质、异物附着。尺寸测量：使用高精度量具，对成品关键尺寸进行全面测量，确保尺寸偏差在设计公差范围内。对于尺寸精度要求极高的产品，可采用三坐标测量仪等先进测量设备进行测量，保证测量准确性。理化性能检测：依据产品标准和客户要求，对成品进行理化性能检测。检测项目通常包括密度、硬度、电阻率、抗压强度、抗折强度、热膨胀系数、抗氧化性能等。例如，对于石墨电极产品，电阻率需控制在特定范围内，以保证其导电性能；抗压强度、抗折强度等指标则影响其在使用过程中的机械性能。通过专业检测设备，如万能材料试验机、电阻率测试仪、热膨胀仪等，对各项性能指标进行准确检测。质量判定：综合外观检查、尺寸测量、理化性能检测结果，对成品进行质量判定。各项指标均符合产品标准和客户要求的判定为合格产品，准予包装入库；存在任何一项不合格的判定为不合格产品，按不合格品控