石墨的生產(chǎn)主要依賴于石油焦、針狀焦和煤焦油瀝青等原料。這些原料經(jīng)過一系列復(fù)雜的工藝處理，最終轉(zhuǎn)化為我們所使用的石墨產(chǎn)品。

焙燒工藝：是將生炭制品放入特制的加熱爐中，在特定的填料保護(hù)下，進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚股恐破分械拿簽r青碳化的過程。此過程能使制品的機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)，電阻率降低，并提高其熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。焙燒是石墨電極生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟，其生產(chǎn)周期長，能耗高，對成品質(zhì)量和生產(chǎn)成本有著直接影響。

二次焙燒：是對焙燒產(chǎn)物進(jìn)行再次處理的過程，包括浸漬和再次焙燒，旨在使浸漬在焙燒產(chǎn)物孔隙中的瀝青進(jìn)一步碳化。這一步驟對于生產(chǎn)體積密度大的石墨產(chǎn)品尤為關(guān)鍵。

浸漬工藝：是將碳材料置于特定條件下，使液態(tài)浸漬劑瀝青滲入制品的電極孔隙中，以降低氣孔率，增加體積密度和機(jī)械強(qiáng)度，提高產(chǎn)品的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。

石墨化過程：是將碳制品在高溫電爐中加熱至2300℃以上，使非晶態(tài)無序碳轉(zhuǎn)化為三維有序石墨晶體結(jié)構(gòu)的高溫?zé)崽幚磉^程。

原料特性：石油焦和煤焦油瀝青是石墨生產(chǎn)中的重要原料。石油焦是一種易于石墨化的碳，廣泛應(yīng)用于化工、冶金等行業(yè)。煤焦油瀝青則是煤焦油深加工的主要產(chǎn)品之一，用作炭素制品的粘結(jié)劑和浸漬劑。

煅燒過程：對炭素原料進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚耘懦乃趾蛽]發(fā)性成分，改善原料的理化性能。這一過程為后續(xù)工藝奠定了基礎(chǔ)。

原料處理：在配料前，需要對原料進(jìn)行粉碎和研磨，以達(dá)到所需的粒度和細(xì)度，確保生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行。

篩分過程簡述

篩分，是通過一系列設(shè)計均勻的篩子，將寬范圍尺寸的粉碎材料細(xì)化為若干窄尺寸顆粒的過程。在電極生產(chǎn)中，常需要4-5種不同顆粒尺寸和1-2種粉末尺寸來滿足工藝要求。

石油焦的熱處理分類

石油焦根據(jù)熱處理溫度，可分為生焦和煅焦兩種。生焦是延遲焦化工藝所得，含有較多揮發(fā)物，機(jī)械強(qiáng)度較低；而煅焦則是通過進(jìn)一步煅燒生焦得到的，具有更高的穩(wěn)定性。在我國，多數(shù)煉油廠以生焦為主，而煅燒過程多在炭素廠完成。

石油焦的含硫量分類

根據(jù)含硫量，石油焦可分為高硫焦（含硫1.5%以上）、中硫焦（含硫0.5%-1.5%）和低硫焦（含硫0.5%以下）。低硫焦因其優(yōu)良性質(zhì)，常用于生產(chǎn)人造石墨產(chǎn)品。

針狀焦的特性

針狀焦是一種具有顯著纖維狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)焦炭，其熱膨脹系數(shù)極低，易于石墨化。破碎時，它能分裂成細(xì)長的條狀顆粒，這種特性使其在偏光顯微鏡下展現(xiàn)出各向異性的纖維狀結(jié)構(gòu)。針狀焦在平行于顆粒長軸方向展現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和低的熱膨脹系數(shù)，是制造石墨的理想原料，具有低電阻率、良好抗熱震性等特點(diǎn)。

針狀焦分為油基針狀焦和煤基針狀焦，前者以石油殘渣為原料，后者以精制煤焦油瀝青為原料。

配料工序的重要性

配料是根據(jù)特定配方，對各種大小骨料、粉料和粘合劑進(jìn)行精確計算、稱重和混合的生產(chǎn)過程。配方的科學(xué)性和配料操作的穩(wěn)定性對產(chǎn)品質(zhì)量和性能有著至關(guān)重要的影響。

配方的確定因素

確定一個合適的配方需要考慮以下五個方面：

1. 選擇合適的原料類型；
2. 確定不同種類原料的比例；
3. 確定固體原料的粒度組成；
4. 確定粘結(jié)劑的用量；
5. 確定添加劑的種類和用量。

捏合工序

捏合是將定量的碳粒、粉末與定量的粘結(jié)劑在特定溫度下混合均勻，形成塑料糊狀物的過程。捏合過程包括干混（20-35分鐘）和濕混（40-55分鐘）兩個階段。干混時，各種原料混合均勻，固體碳質(zhì)材料填充緊密；濕混時，煤焦油瀝青均勻涂浸在顆粒表面，形成粘結(jié)層，進(jìn)一步提高糊的密度和粘結(jié)性。

成型工序

成型是在成型設(shè)備施加的外力作用下，使捏合后的碳糊發(fā)生塑性變形，形成具有特定形狀、尺寸、密度和強(qiáng)度的生坯的過程。成型過程中需要注意模塑類型、設(shè)備選擇和產(chǎn)品質(zhì)量控制等因素。

擠壓操作與參數(shù)

擠壓操作包括冷卻、加載、預(yù)壓和擠壓等步驟，需要控制的技術(shù)參數(shù)有壓縮比、壓室和噴嘴溫度、冷卻溫度、預(yù)壓時間、擠壓壓力和速度以及冷卻水溫度等。

生坯檢驗(yàn)

生坯檢驗(yàn)是對成型后的生坯進(jìn)行體積密度、外觀檢查和分析等步驟，以確保產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。

二、石墨化的目的與效果

石墨化過程旨在優(yōu)化碳材料的多種性能：

• 導(dǎo)電與導(dǎo)熱性能的大幅提升：經(jīng)過石墨化處理，碳材料的電阻率可降低4-5倍，而導(dǎo)熱性能則能提升約10倍。
• 增強(qiáng)的抗熱震性和化學(xué)穩(wěn)定性：石墨化使得碳材料的線膨脹系數(shù)降低50-80%，顯著提高了其在高溫和惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性。
• 優(yōu)越的潤滑與耐磨特性：石墨化后的碳材料展現(xiàn)出優(yōu)異的潤滑和耐磨性能。
• 提高純度：通過石墨化過程，可以排出雜質(zhì)，使碳素材料的純度得到顯著提升，產(chǎn)品灰分從0.5-0.8%降低到0.3%左右。

三、石墨化過程的實(shí)現(xiàn)方法

石墨化是一個需要在極高溫度（2300-3000℃）下進(jìn)行的過程，因此在工業(yè)實(shí)踐中主要通過電加熱來完成。在這個過程中，電流直接通過已經(jīng)加熱的焙燒品，這些焙燒品既是電流通過時產(chǎn)生高溫的導(dǎo)體，同時也是被加熱的對象。

目前，工業(yè)界廣泛應(yīng)用的石墨化爐主要有Acheson石墨化爐和LWG爐。Acheson爐的特點(diǎn)是產(chǎn)量大、溫差范圍寬但功耗較高，而LWG爐則以其較短的加熱時間和較低的功耗，以及更為均勻的電阻率受到青睞，盡管其安裝連接器相對較為困難。

為確保石墨化過程的順利進(jìn)行，通常會通過測量溫度來確定與溫度升高相對應(yīng)的電功率曲線。Acheson爐的通電時間通常在50-80小時之間，而LWG爐的通電時間則為9-15小時。

需要注意的是，石墨化的電耗相對較高，通常在3200-4800KWh之間，這也使得工藝成本占據(jù)了整個生產(chǎn)成本的20-35%。

最后，為確保石墨制品的質(zhì)量，會進(jìn)行外觀敲擊和電阻率測試等檢驗(yàn)步驟。而在完成石墨化后，還需要對碳石墨材料進(jìn)行機(jī)加工，以滿足特定的尺寸、形狀和精度要求，從而生產(chǎn)出符合使用標(biāo)準(zhǔn)的石墨制品。

綜上所述，石墨的生產(chǎn)是一個復(fù)雜而精細(xì)的過程，涉及多個工藝步驟和原料處理。這些步驟和原料的選擇對于最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能有著至關(guān)重要的影響。