炭素材料焙烧曲线的制定一定要遵循“两头快,中间慢”的原则。这是因为焙烧各个阶段的加热速度决定着炭坯所发生的物理化学变化过程,应保证炭坯中的反应进程按黏结剂煤沥青的热解缩聚规律进行,即在煤沥青软化阶段不使炭坯变形,在煤沥青热解缩聚生成黏结焦阶段不使炭坯弯曲、变形和开裂,并且应得到最大的结焦残炭量和整体烧结强度。
生坯温度在200℃以前,生坯没有明显的物理化学变化,可适当加快加热速度,否则,低黏度的煤沥青发生物理迁移,就会产生空头变形废品;炭坯温度达到700℃以后,煤沥青黏结剂的焦化过程基本结束,升温速率可以加快;而焙烧的关键阶段,特别是炭坯温度在200-500℃之间时,煤沥青剧烈分解,导致挥发分大量逸出,升温速率应特别予以控制,缓慢升温,否则容易产生大量废品。
当生坯实际受热温度达到100-250℃时,煤沥青处于熔融软化状态,煤沥青产生迁移而扩散和流动,炭坯开始变软并且体积膨胀。若此阶段时间短,则炭坯产生变形就少;反之,炭坯在软化阶段停留时间长,产生变形废品就多。故此阶段升温速度要快,升温速率应高于4℃/h。
焙烧温度升高至250℃以后,煤沥青开始热解逸出挥发分并发生热解缩聚反应,在此阶段升温必须缓慢,同时缓慢升温也有利于煤沥青结焦值的提高。否则,升温过快,会造成挥发分急剧排出,使炭坯产生裂纹,并导致炭坯体积密度偏低。为了提高煤沥青的结焦值和保证炭制品质量,在生坯实际受热温度为300-500℃温度区间内,焙烧升温速率应低于2℃/h。
当炭坯实际受热温度达到500-700℃时,进入煤沥青高温焦化阶段,炭制品结构已经形成并逐渐稳定,此阶段升温速率可以适当加快,升温速率为4℃/h左右。
当炭坯实际受热温度达到700-1000℃时,目的是使焦化程度更加完善且进一步提高焙烧品的性能指标,此阶段升温速率可明显加快,达到6-12℃/h。
—般来说,焙烧生坯实际温度在230-450℃温区时最关键,这一温区的升温速率必须放慢;20-230℃温区的升温速率可比230-450℃温区快1倍,既不会增加废品,又可降低生坯膨胀量,使生坯变形减少,同时减轻填充料在生坯表面的焦结程度;450-650℃温区的升温速率可比230-450℃温区快2倍;650-850℃温区的升温速率可比450-650℃温区再增加1倍。
例如,直径为500mm的电极生坯,焙烧过程中,230-450℃温区的升温速率为1.3-1.5℃/h,450-650℃温区的升温速率为2.3-2.8℃/h,650-850℃温区的升温速率为4.8-5.6℃/h。
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