炭_石墨制品常见焙烧裂纹分析.docx

炭-石墨制品常见焙烧裂纹分析廖勋鸿,周成学3,孙琼(哈尔滨电炭研究所,哈尔滨150030)(3哈尔滨电炭厂,哈尔滨1590030)〔摘要〕列举了炭-石墨制品常见的焙烧裂纹形状,分析了各种裂纹产生的原因,提出了生产过程减少焙烧开裂废品的一些工艺措施。〔关键词〕炭-石墨制品;焙烧;裂纹〔中图分类号〕TQ165程度的抑制。因而,分析制品焙烧开裂原因,采取减少裂纹废品的工艺措施是至关重要的。1前言炭-石墨制品的焙烧是其生产过程的重要工序2常见裂纹形状焙烧制品的裂纹因其成因不一而有不同的表观之一。这不仅是因为焙烧工序给予制品性能以重要影响,而且焙烧过程往往是炭-石墨制品生产中废品率最高的工序。焙烧废品的类别主要是制品开裂产生的裂纹废品,特别是细颗粒结构的大规格制品裂纹废品率更为突出。当然,制品焙烧裂纹并不能一概而论地说都是焙烧工序本身的问题,有些裂纹的成因是前面工序留下的潜在因素所至。但是,一般情况下焙烧工序本身的确是制品开裂与否的关键之一。适当调整好装炉制度和控温制度也可以在焙烧过程中使前面工序潜在的一些开裂因素得到一定形状,同一种形状的裂纹也可能存在多种诱发因素。结合工艺过程实际情况,观察、分析裂纹形状,对查找裂纹形成原因和探索减少裂纹废品的措施是很重要的。本文主要以模压成型制品来分析焙烧制品常见的裂纹。常见焙烧裂纹形状主要有如图1～图7所示几种类型。AB图1〔作者简介〕廖勋鸿,男,1942年生,1967年毕业于湖南大学炭素专业。现任哈尔滨电炭研究所副所长。〔收稿日期〕1999-06-1719991№3廖勋鸿等炭-石墨制品常见焙烧裂纹分析·21·图2图3图4图53焙烧制品裂纹形成原因分析造成焙烧制品开裂的因素很多,分析起来比较复杂,且因焙烧过程的特殊工艺环境使试验、观察焙烧过程制品的变化情况受到限制,对裂纹的形成原因下肯定的结论是十分复杂和困难的,现仅结合生产实践遇到的常见情况作一些分析。图1A所示裂纹为装炉时制品距离炉室上火墙或回火墙太近所产生的典型裂纹形状。在靠近火墙的一侧,热量以辐射和传导两种方式同时加热填充料和制品。离火墙越远热辐射越弱,热量通过填充料和制品传导,在低温阶段填充料和制品的传热性能较差。制品靠近火墙部位首先受到火墙辐射热和传导热的加热,温度迅速上升,制品内的粘结剂在短时间内软化直至焦化并形成孔隙。炉温继续升高过程中,制品离火墙较远部位中粘结剂软化并沿孔隙扩散到靠近火墙已焦化的部位继续产生部分粘结剂图6图719991№3炭素·22·焦炭,从而使制品靠近火墙部位得到较多的粘结剂焦炭而形成密实,坚硬的壳层。反之,制品远离火墙部位则得到较少的粘结剂焦炭而比较疏松。在制品收缩时,近火墙部位因密度较大而体积收缩率较小,远离火墙部位则因密度小而体积收缩率较大,对于规格较大配料颗粒较细的制品这种收缩率的差异较明显。导致如图1A所示裂纹的产生。从靠近炉墙装炉的小规格制品出现如图1B所示的明显变形现象,可以进一步说明靠炉墙太近是炭-石墨制品焙烧裂纹废品的重要产生原因。图2所示裂纹形状与图1A类似,但其形成原因有别于图1裂纹成因。这种裂纹主要产生于焙烧过程低温至中温阶段制品受热状态存在问题。在炉室被加热初期,沙焦填充料的导热明显高于制品本身的导热,在低温时填充料的温度高于制品的温度,热量通过填充料给制品加热,制品外围部份粘结剂先受热软化直至焦化,在这一部分的粘结剂已基本焦化而内部的粘结剂尚处于未焦化的状态时如果炉内温度不能保证制品内部的粘结剂连续地产生软化直至焦化作用。则因为这时制品外围部分和内部存在较大的差异而有不同的膨胀、收缩特征,随着制品内部的粘结剂继续软化分解作用,部分粘结剂及分解物沿孔隙从制品内部扩散到制品已焦化的外围,并有部分在此焦化,再加上低温阶段制品表面层接触填充料中的氧而提高了表层粘结剂的结焦率。从而使制品外围部分得到较多的粘结剂焦炭,形成密度较高,较硬的壳层。制品内部则残留粘结剂焦炭较少,制品较疏松。在制品收缩时,外围部分收缩率小,内部收缩率大,在炉内立装的较大规格园柱形制品往往出现两端面中间凹陷、开裂。严重时产生制品外围与中间部分脱壳。测试壳层和中间部分制品的体积密度和孔隙率可发现明显的差异。图3显示的裂纹主要是制品压坯高度尺寸与直径尺寸之比太大,沿高度方向密度不均。作者曾对在浮动模具中成型的Φ58×158压坯焙烧过程出现如图3所示裂纹进行分析时,将压坯按高度方向分段测试体积密度,结果上端密度1148g/cm3,中间段密度1135g/cm3,下端密度1142g/cm3。可见高度与直径之比太大的模压坯各段的密度差异较大,中间部分密度最低,机械强度最低的部位也在中间部分。制品焙烧过程容易出现中间横向裂纹甚至断裂也就不奇怪了。在压制过程中,压坯本身有时也存在中间裂纹,这就更增加了焙烧开裂的潜在因素。图4示意无规则的裂