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制造硅碳棒所用的原料,除石英砂,天然石墨粉外,其余均是工业产品,一般不自加工。
如因考虑企业的综合效益,需对碳化硅进行自生产加工,其生产的基本工艺,加工方法,所用生产
成型方法,决定着成型坯料的配方和坯料的制备方法。我国广泛采用的是挤压成型法,
除此,尚有震捣成型法和等静压成型法。成型坯料的调配应合理,使之符合生产的基本工艺的要求。
(2)坏料中结合剂用量要适当。用量大,棒体易变形,棒体气孔率大,影响产品寿命;
(3)坯料中不应含有水份,并最好能够降低气泡,有水份,成型时棒表面起泡,甚至无法
结合剂的选择。国内各硅碳棒制造厂大都选用沥青做结合剂。因为:一是沥青中含有较
多的碳,这些碳是生产碳化硅的原料之一;二是沥青具有冷固,热塑性,加热后具有很好的
也是在等直径硅碳棒的生产中,选用树脂做结合剂的,这种方法可省去混料,成型过程
用沥青或树脂做结合剂,对于环境污染非常严重,所以从劳动保护和环境保护的角度出
操作时应注意:先投用量多,比重大,粒度粗的料,后投用量少,比重小,粒度细的料;
干粉混合时间不要太长,否则将更不均匀;加入沥青后的混合过程中不能停止加热,否则设
用沥青做结合剂时,较常用的几种硅碳棒坯料的配方如表7-3-1,表7-3-2所示。
(软化点)(68~75)(62)(64)(68~75)(691)(691)
沥青在用蒸气或煤火加热的罐中进行熬制,罐的容积,形状可根据硅碳棒生产规模和操
熬制好的沥青应以无泡沫为宜,并通过16#筛网放入盘中储存备用。全过程严禁杂质混
沥青软化点的调制:可预先测定出硬沥青,软沥青的软化点,通过调节硬沥青,软沥青
软沥青量=总重量*(硬沥青的软化点—要求的软化点)/(硬沥青的软化点—软沥青的
混料时所需的蒸汽压力:~。相应的温度为143~164摄氏度,约为高调全沥青
先开蒸汽预热混料机,当混料机内温度基本达到工艺要求的温度后,将干粉料依次加入
到混料机内。先加份数多,粒度粗的料,后加入份数少,粒度细的料。开车正反转3~5min,
将料混合均匀。开车时间不宜太长,因为干料的粒度,比重差别较大,开车时间太长,反而
更不均匀。然后按表7-3-3的时间加热20min,目的是蒸发掉料中的水分,同时也是把干料
加热,为沥青的软化渗透奠定基础,缩短沥青的软化时间,保持沥青的粘结力,加入沥青再
加热20min,使沥青完全液化并渗透到颗粒之间,粘附在颗粒表面。再开车混捏40min左右,
热压对辊机辊简外表温度一般应控制在250摄氏度以下。对辊机的两个辊筒一般采用硅
对辊机对压的遍数:混捏好的坯料应立即运转到对辊机上进行对压。发热部坯料,GC
型端部坯料应对压五遍:GD型端部料可对压三遍。目的是使坯料充分混合并增加坯料的密
度,排出坯料中的气体,便于二次预压和成型。对压后料片的厚度应掌握在5~7mm。
国内采用以沥青做结合剂的挤压成型,成型质量的好坏,将直接影响到硅碳棒的外观和
坯料经对辊对压后,运转到液压机处,须经过反复几次的模型挤压,又称二次预压。
二次预压是在200~500t油压机上进行的。其辅助设备有63t油压机,加热保温箱(俗
称),模筒,模嘴,中心针,固定中心针的三角架,电感线圈和单相调压器等。
二次预压的目的是进一步使坯料混合,排出气体,增加密度,这样不但有利于成型,还
由于工厂生产条件,生产规模差异较大,故选用的油压机吨位也不一样,以400t油压
机为例,二次预压的坯料必须是经加热料锅预热的坯料,直径大于8mm的发热体坯料需预
压3遍,直径小于8mm的发热体坯料和端部料需预压2遍。第一遍预压时,由于坯料松散,
挤压困难,故应选择出口直径大点的嘴子,一般为50mm左右。其后几遍可选用出口直径
小一点的嘴子,一般都会采用38mm左右的嘴子。同时配用的中心针直径应为13~15mm。每次
从模嘴挤出的料应马上运到63t油压机上压成坯块,然后投放到暖料锅中保温,准备成型。
成型就是把硅碳棒的坯料置于特制的模具中加压,以获得需要的截面形状,长度和合理
成型所需的设备基本上同于二次预压所需的设备,不同之处,只是模筒的出口之处换以
由于模筒各部位的受力情况,坯料在模具不一样的部位对温度的要求都不一样,正常的情况下:
模筒温度:150~170摄氏度,工频线摄氏度,~。如果是用导热油加热,
因挤出时出口截面(直径)大小,配方中材料粒度粗细,结合剂的用量,添加剂的用量
多少及成型时温度的高低,对成型压力均有较大影响,故很难确定一个准确的压力。一般情
况下:18~40mm的大棒在4Mpa左右,10~16mm的中棒在5~6Mpa左右,8mm以下的小棒
由于上述诸因素的影响,对挤出不同直径规格的制品,其挤出速度也不同。但在挤出同
一直径规格的制品时的挤出速度应尽量均匀。一般小棒为200~240mm/s,中棒为160~190
mm/s,大棒为40~65mm/s,中,小管为50~80mm/s,大管为30~35mm/s。
(4)温度,压力,挤出速度之间的关系及添加物碳黑,石墨粉对制品密度的影响
使压力增大的因素有:成型系统的温度低,模具锥度大,结合剂软化点高,结合剂或石
正常的温度,压力下,挤出速度快,制品的密度就代。所以应根据真实的情况,适当调节
制品的挤出速度,有利于稳定制品的密度。表7-3-4是不同直径规格的素制品的气孔率,密
度。由此能够看出,在坯料制备,成型条件完全相同的情况下,大直径的制品比小直径的制
模嘴,中心针安放要牢固,配合要严密。生产的全部过程中要不断地检查制品的外观,几何尺
坯料制备和成型的过程中,应保持场地整洁,严禁杂质,硬料混入,防止和不同类别的坯
成横裂纹。有时是一种因素所致,有时则是几种因素共同所致。出现这类废品,应首先从成
裂纹。当出现这类废品时,应尽量高速模筒内各部位的温度,使它均匀,同时应降低成型压
机的压力,减慢生坯出嘴速度。如果是因坯料中的硬料堵在模嘴或锥形部位造成的纵裂纹,
每当这类废品出现时,可延长暖料时间,将水分或低温挥发物排除,然后成型。
造成这类废品的根本原因是模嘴温度太低,或模嘴出口处表面不光滑所致。解决的办法
造成这类废品的原因是:结合剂用量多,成型时温度太高而生坯出嘴时又没有正真获得及时
沥青作为硅碳棒生产用的结合剂,给成型工艺提供了诸多方便,但产出的生制品遇
低温后的蠕变性和自身的机械强度达不到烧成工序的要求。所以,对生制品中的沥青要焦化
处理后方能转入到烧成工序。这个焦化过程,行业上叫做素烧。选用的设备一般为倒焰窑。
经素烧后的制品,我们称它为素制品。由于沥青焦的作用,素制品的机械强度已有明显
提高。为防止生制品在素烧过程中弯曲,变形,粘连和氧化,故在素烧时需加入充填料。
化反应。由于充填料在制品周围,充填料的碳素首先与氧气反应,阻止了氧化反应的深入,
行业中大都选用石英砂和冶金焦配制的混合物做为充填料。基本配方,技术方面的要求如表
使用过程中,少量冶金焦在高温下被空气中的氧气氧化,颗粒变小并残留下极少量灰分。
故在每次使用前,需对充填料筛分,筛除细粉和杂质,并同时定量地补充新的冶金焦,
高温下收缩困难而造成开裂,可在充填料中适量加入部分木粉。根据制品的孔径大小和生产
对制品而言,目前的装窑基本有两种形式:即竖装法(筒装法)和横装法(池装法)。
为防止制品粘连,起泡,氧化,变形,制品间要留有缝隙,制品表面不准沾有水珠,制
品与筒,池内壁要有一定距离,中孔及制品四周要用充填料填满震实,并要求密度均匀。竖
装时,制品要尽量垂直。为减少冶金焦的氧化,外露部位的充填料上面要盖一层石英砂,表
科学地制定烧成(素烧)制度,并予以严格的控制,是烧窑工序的关键。所谓烧成制度
(2)制品在类别(发热体与端部),长短,以及充填料,筒,池的温度传导系数;
各阶段的升温速率:通常是前期和后期升温速率快,中期慢(后期保温除外)。具体讲,
各阶段时间长短又与窑的容积大小,坯料的物理性质,坯料的规格长短,厚度以及燃料的质
量好坏等有密切的关系。例如:低温阶段,实则为快速预热阶段。由于筒,池,充填料的隔
热影响及沥青已经过100℃以上的熬制,一般在小型倒焰窑中温升可达100℃/h左右。软化
分解阶段,25~200℃,毛坯软化,处于塑性状态,体积稍有膨胀,液化的粘合剂的扩散,流
动,重新分布得更均匀;~300℃,随着温升排出水分,氧化碳,轻油等,并部分地进行脱氧
缩聚反应,沥青中的石油质和沥青质量也逐渐缩聚成分子量更高的苯不溶物;从大约300℃
开始,粘合剂的分解,产物的再聚合一起进行,形成中间相;400~450℃形成半结焦;
700~750℃形成焦碳。此阶段主要是沥青在焙烧进程中的软化,缩聚,焦化过程,温升一
般可控制在30℃/h左右;高温阶段,即高温焦化阶段,沥青中的碳基本上已完全焦化,产
品已基本定形,体积已基本稳定,为进一步提升其机械强度,需再升高一些温度,这时升温
以上所指温度是指制品的实际温度,这个温度往往要比实际控制的窑内温度滞后
需要指出的是:根据生产的基本工艺,操控方法,装窑方法(筒装或池装),窑容积,装窑密
时间(h)速率(℃/h)时间(h)速率(℃/h)时间(h)速率(℃/h)
时间(h)速率(℃/h)时间(h)速率(℃/h)时间(h)速率(℃/h)
止火温度的高低决定于坯体的组成,坯体所要求达到的物理性能指标。例如:对于含有
一般至将近止火时须进行一次保温。保温的目的是拉平窑内温差,使全窑产品经受的温
度趋于一致。保温时间的长短决定于窑炉结构,大小,窑内温差情况,坯料的厚度及长度,
冷却是把制品从高温降至常温的过程。冷却制度是不是正确,对制品正量,冶金焦的氧化,
窑体的寿命均有影响。正常的情况下,停窑12h可扒开窑门上部砖,18h扒开窑门中部砖,24h
全部扒掉窑门砖,提起烟道闸板,打开后天窗。自然冷却一段时间后即可出窑。
前面四个过程按理论进行时,称之为中性焰,此时导入的空气正好能烧尽所提供的燃料。
与前面四个过程是在导入过量空气的情况下进行,经转化后还存在氧气时,便得到氧化焰。
与前四个过程是在空气不足的情况下进行,在转化后还有未燃尽的可燃物(CO,H2)存在
氧化焰是在空气供给充分,燃烧完全的情况下所产生的一种无烟而透明的火焰,那时烟
囱不冒黑烟,燃烧产物的主要成分是CO2与剩余空气,不含有可燃物质。氧含量在弱氧化
焰时为2%~5%,强氧化焰大于5%;空气过剩系数α值为:烧煤在弱氧化焰时,α=~,
在充分供给空气时,如过剩空气过多,会使温度停滞或温度下降,浪费燃料,在关键温
区(400~700℃)时还会制品断裂,理想的方法应该使燃料能得到完全燃烧,而又尽可能地
限制导入过剩空气,但不容易做到。在使用固体燃料时,如不供给过剩空气,就很难充分燃
还原焰是在空气供给不充分,燃烧不完全的情况下所产生的一种有烟而混浊的火焰,此
时过剩空气系数α值小于1,~,燃烧产物内含有的CO和H2为2%~7%(弱
还原焰取下限,强还原焰取上限),且无游离O2存在。事实上纯碎的中性焰很难获得。因
因硅碳棒素烧目的是使沥青焦化,提高制品机械强度,而对产品色泽并无要求,故一般
素烧中期(400~700℃),沥青中的低温挥发物大量逸出,与过剩空气中的氧反应,提高
氧化焰的操作方法,在倒焰窑中不外乎加大抽力,减少阻力,使燃烧充分。要加抽力一
般采取提高闸板,堵塞漏洞等措施;减少阻力一般都会采用减薄煤层,勤添少加,火净加煤,勤
拉火,选取用较大煤块,平铺煤层等措施。判断氧化焰的方法:一是测定烟气内过剩氧气量,
二是每次加煤后看烟囱口的冒烟时间,一般不超过2~4min,此时窑内火焰清澈透明,保持
窑内烟气的温度越高,重度(r烟)越小,在烟囱内造成的相对几何压H烟(r空—r
烟)即抽力就越大。随着热烟气的上升排入高空,引起窑外冷空气的吸入补充,吸入的冷空
气又被加热上升排空,如此连续不断的气体流动,形成与外界大气的压力差,有负压,有正
压力的正确分布,是实现合理的温度制度和气氛制度的重要保证。在通常情况下,负压
有利于氧化气氛的形成,正压有利于还原气氛的形成。负压过大时,大量热量被烟气带走,
温度波动大,控制困难,易引起局部过烧,同时热效率降低,燃耗增大,且在窑的不严密
理想的操作方法是在烟道内有不大的负压,窑底处于零压,窑内处于不大的正压,但很
素烧过程中,制品常见的废品类型有:起泡,氧化,裂纹,断棒,扁圆和变形等。
制品外围与上顶充填料的厚度不够,或匣钵有裂缝,充填料中冶金焦太少及放冷速度太
所致。可在填入坯体中孔的填料中增加木粉,降低充填料的容重,这样虽然操作麻烦,但效
果比较显著。木粉的添加量视制品的孔径大小定,木粉与填充料的体积比一般掌握在1:4~6
间停滞或下降太大。制品上部结焦体积收缩,下部软化膨胀,上下部衔接处强度差,遇拉力
这类废品的产生主要是操作不细造成。如:整形后的漏检,大孔径制品装窑时充填料密
硅碳棒是以碳化硅为主要的组成原材料制成的高温电热元件。在19世纪末合成了碳化硅以后,
硅碳棒由德国人于1905年用合成法制成。1908年西门子公司制成了具有工业价植的硅碳棒,
商品名称叫“西利特”。我国在1955年由沈阳铸造研究所、北京钢铁研究院、张店砂轮厂(第
四砂轮厂前身),苏家屯砂轮厂(第一砂轮厂前身)、机电部电器研究院、冶金部洛阳耐火材
料研究院等单位联合组成试验组,于1957年在第四砂轮厂研制成功了硅碳棒,并进行工业
硅碳棒是由高纯度绿碳化硅、碳等经高温硅化再结晶制成的高温电热元件,其碳化硅含
量在98%以上,所以它具有与碳化硅基本相同的物理化学性质,与其他金属电热元件相比,
由于其独特的优异性能,硅碳棒大范围的应用于炉温在600—1500℃的各种电气窑中,为冶
金、电子工业、窑业、化学工业、金属热处理、粉末冶金的烧结、陶瓷、科学试验等领域采
作为硅碳棒配料用的绿碳化硅及烧成时用的黑碳化硅,本质上与磨料用的碳化硅完全一
样,国内未另立牌号,通常以经过酸碱洗处理的80#以细的绿碳化硅和24—60#的黑碳化硅
进厂,使用时再按照特殊的比例配制成需要的粒度组成,有的厂家则是选用合格的碳化硅块,
自行控制破碎方法和破碎程度,以获得最大的充填密度进行粒度级配。回收碳化硅是工厂为
了降低生产所带来的成本,将硅碳棒烧成时炉内生成的碳化硅回收后破碎加工、水洗、磁选,以代替
