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国外等静压石墨材料生产经营发展趋势探讨
来源:中国粉体技术网    更新时间:2015-11-20 08:29:00    浏览次数:
 
       等静压石墨材料主要应用于:电子及太阳能光伏产业、机械制造、石油化工、金属连铸、硬质合金、玻璃制造、生物医疗、航空航天、以及核能事业、军事工业等行业和领域等。用途广泛,应用领域还处于不断拓展之中,等静压石墨材料是21世纪最有价值的新材料之一。
       出于保密的原因,国内外炭素制造商基本上不开展制造技术方面的交流,因此,无法确切了解和把握国外在等静压石墨材料制造方面的发展方向及产品发展方向,本人仅仅是根据公开的信息,和能了解到的一些现象做出的推论,供大家参考
 
一、技术发展方向
1、产品配方
       采用在制造过程中体积收缩大的材料进行配方生产,减少浸渍和焙烧次数,实现短流程生产,据了解法国美尔森石墨工业(重庆)有限公司的生产工艺较为出色,该公司产品仅经过一次焙烧不经浸渍即进入石墨化工序,制品体积密度可达到1.80g/cm3左右,(大部分接近1.80g/cm3)。
       无粘结剂石墨是选用中间相或生焦为原料制造的,含有高含量的易挥发的碳氢化合物,使其焙烧后形成高密度制品。
       中间相是沥青在约350-450℃热处理形成的,由芳香族分子缩骤形成的高各向异性液晶构成。在沥青形成小球体或炭微球时,中问相形成细粉从沥青中分离,它可以作为自焙、易石墨化原料。
生焦是原油蒸馏得到的重质渣油经延迟焦化过程形成的初级固态炭制品。生焦磨成细粉后,与中间相一样,可以不加粘结剂,直接成型、焙烧(或加压焙烧)、石墨化。这两种原料的易挥发性物质含量大约都在8—15%。的易挥发的碳氢化合物,使其焙烧后形成高密度制品。
       无粘结剂炭石墨制品的制造难度很大,由于在热加工过程中制品体积收缩率非常大,大约在30%,开裂的几率相当大,能查到成功的报道仅局限于实验室小规格制品,有无可能在大规格制品中实现需要更先进的软、硬件支撑,以及大量的生产实践才可能实现。

2、成型用粘结剂及添加剂
       使用高温沥青作为粘结剂是国外炭素生产企业公开的秘密,采用结焦值更高的高温沥青作为粘结剂,可以有效缩短制造周期。采用高温沥青作为粘结剂在国外的石墨电极生产工艺中先行于国内具有成熟的应用高温沥青的经验,此技术在国外特碳制造领域中广泛采用;添加剂的使用属于国外各炭素制造上严格保密范围,在公布的资料中难以查到,添加剂的使用做作各公司的核心机密,难以定性及定量。
 
3、焙烧工序
       采用”加压焙烧”以及”强对流式气氛炉”的方式装置,加压焙烧可以有效地提高焙烧过程坯料的结焦值;”强对流式气氛炉”与传统的环式炉相比由于热传导方式的改变,加热气流直接均匀加热匣钵,热量平衡时问可以大大缩短,从而可以减少加热周期。
 
4、石墨化工序
       采用”内串石墨化炉”以及”电磁感应石墨化炉”,这两种石墨化炉的通电周期均远远低于传统的”艾奇逊炉”,且温度场均匀,从而减少制品开裂率,合格率高。
       串接石墨化(电极纵向排列)是由卡斯特纳首先提出的,特点是待石墨化品首尾直接相连,不用电阻料。待石墨化品固定在炉头电极之间,通过负载直接通电,产生高温,待石墨化品的接触面必须接触良好,因此,需要将制品平端而,并需要可调夹持装置,保证电接触连续、牢靠,接触电阻低。防氧化和防止高热;损失的保温料与爱奇逊石墨化炉相同。这种石墨化方法的优点是薯加热时问短、耗电少、炉体小。
       电感加热炉一般用于小规格制品的石墨化,用炭黑或炭毡作保温料。间接加热炉由卧式或立式的、截面是矩形或圆形的电阻加热石墨管组成。石墨管外面用炭黑保温,炭黑由炭毡包围。待石墨化品在炉内可以是互相连接的,也可以是间断的。可以通过炉尾的冷却水密封或通入惰性气体防止氧化。
       间接加热石墨化炉的主要优点是温度控制精密、升温速率快,约可达每小时1500度,,缺点是处理的制品不能太厚。
 
5、产品制造工艺路线向短流程工艺发展
       短流程生产减少了生产环节、缩短了生产制造周期、降低了资金占用,生产效率大幅度提高,将直接体现在经济利益上,因此,短流程生产是炭素生产行业科研人员永恒的课题,不仅仅是国外炭素生产行业的技术发展方向,也是国内特炭行业的技术发展方向。
 
二、产品发展方向
1、大规格产品及超细结构产品
       国外各大炭素生产商竞相试制大规格产品及超细结构产品,开发抗氧化能力强、结构细腻、耐磨性强的高端石墨材料,争锋于日益发展的光伏市场、机械制造、冶金、化工、高速列车等市场。
2、根据不同的应用领域针对性的开发产品,产品系列齐全
       除圆形柱状产品、方形产品外还开发异型件:碗状料、筒状料二等:生产经营异形件的优点是:
       ①制品几何尺寸缩小后,坯料生产过程中,不易产生致命的应力差,产品不易开裂,制造难度降低,可保持较高成品率,有效地控制制造成本;
       ②采用增强增密手段时沥青浸得透,使材料内在质量更均,能有效提高材料性能:
       ③由于针对性的地制造了异性坯料,用户加工时切削量少,剩料少,材料利用率高;
       ④  由于等静压石墨(各向同性石墨)是受西方输出管制机构控制的重要限制材料,而制作成碗状或筒状的制品其坯料只能制作成特定几何尺寸的石墨部件,而不能挪为他用。可以避免撞上受控红线避开西方有关组织机构制约。
缺点是:
       ① 与实心物料相比,坯料的空心部分占据了坯料加工空间,物料的单位重量轻,加工效率降低;
       ②另外,大型异形件在普通艾奇逊石墨化炉内无法均匀加热,需配置特殊的石墨化炉(如:电磁感应石墨炉)。

3、重视产品的后续加工处理
       根据不同用户的实际使用情况,将制品提纯、表面渗硅、硅涂层、碳涂层、渗树脂、浸金属等,满足不同的工况条件要求。
       如:用于换热器用的石墨材料浸树脂生成不透性石墨;表面沉积炭或沉积硅解决石墨易氧化的问题:浸金属提高材料耐磨性能等。后续处理的基材不局限于石墨材料,可根据用户的不同工况使用条件分别,提供碳制品、碳一石墨制品、石墨制品,满足用户的特殊需求,选材上不搞一刀切,完全根据用户需求选择,然后根据需求再进行材料的后续处理。

4、针对中国核能市场
        针对中国核能市场,研发适用于中国高温气冷堆用核石墨材料,挤入潜在的巨大的中国核能市场。如:德国西格里、日本东洋、揖菲电等公司,均积极参与有关材料供应招标。
 
三、外国特炭公司对中国的经营策略
1、拉长产业链,不单纯销售毛坯,尽量向中国用户提供精加工后的石墨制品:
       减少毛坯的供应量,大幅度提高经过精加工的石墨制品比例,提高利润率,实现利润最大化。国内厂家一般以每年生产销售吨位以石墨材料毛坯的销售额来进行描述、评价企业的生产经营规模,而国外同行则多以销售额来评价,包括毛坯、制品(石墨部件)、综合服务等所有项目。德国西格里公司、日本东洋炭素等均采用这种模式,即将坯料直接精加工成石墨制品提供给用户。
       以利于充分提高利润率,实现利润最大化;同时由于制造成制品的石墨部件不可能再用于核领域或其他军事用途,可减少“核查限制麻烦”,有效提高合同履约效率,缩短交货周期,从而提高在中因石墨市场上的竞争能力。
 
2、向中国提供升级换代产品,替代低端产品
       随国内用户的消费要求的提高以及中国国内生产的等静压石墨材料制造水平的提高,国外炭素制造商增加向中国提供更高档次高强高密石墨材料比例,以逐步替代低端产品,如:日本东洋减少体积密度低于1.80g/CrT13牌号为IG11材料的比例,增加体积密度为1 .82g/cm3牌号为IG43材料,后者由于体积高,相应的强度也更高,在相同的工况条件下,使用寿命也将更长,国外其他公司的策略大同小异,目的是为保持材料质量上领先优势。
 
3、为降低制造成本,在中国建立生产基地
       由于中国劳动力成本大大低于国外,因此在中国国内建立生产地可以大幅度降低产品制造成本,国外等静压石墨材料生产商纷纷将部分加工工序移到中国国内:如:德国西格里、日本东洋、法国美尔森、分别在山西、山东和重庆建立了合资或独资厂。国外公司在中国国内建厂除可以降低制造成本以外的另一个好处是,可以减少授控材料的相关申报手续,缩短申报时间,达到提高其产品在中国市场的竞争能力,继续保持在该领域中的领先优势目的。
 
4、技术保密成国外厂商的共识
 
       国外厂商在中国生产经营等静压石墨材料意在”欲授之于鱼’ -绝非“授之于渔”,故将核心工序置于中国大陆之外,大多是将焙烧坯运到中国在合资或独资厂完成石墨化加工以及机加工,其中仅法国美尔森在重庆的公司在中国配置了成型工序,但其成型用的物料”压粉”是从国外直接进口的,即:在国外实现原料采购、磨粉、配方、混捏、二次磨粉等工序作业。目的只有一个:防止泄密,配方属于核心机密)。
 
四、服务理念
       采用系统解决方案,为用户提供的服务内容不仅仅销售毛坯或石墨部件,还包括从方案设计到实际应用指导、技术培训等整套服务。这方面有关专家多有感慨和论述、评论在此不重复,但值得中国同行学习、品味、借鉴。

来源:
成都碳素有限责任公司

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