硅碳棒工艺

硅碳棒----生产工艺成型坯料的制备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，其生产工艺，加工方法，所用生产设备可查阅第二篇《碳化硅》部分。

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，使之符合生产工艺的要求。

如果调配方法不当或工艺控制不严，不仅降低生产效率，还会影响产品质量。

成型坯料应达到以下几个要求：（1）坯料中各组分应充分混合均匀，颗粒级配达到尽量大的堆积密度。

（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；用量小，压型困难，或造成素烧起层或断棒。

（3）坯料中不应含有水份，并尽量减少气泡，有水份，成型时棒表面起泡，甚至无法成型。

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，加热后具有很好的可塑性，冷却时棒坯容易定形；三是材料来源广泛，经济。

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，成型过程中的加热装置，但成型后需增加烘干装置，且树脂价格较贵。

用沥青或树脂做结合剂，对于环境污染比较严重，所以从劳动保护和环境保护的角度出发，有人也做过选用其它材料做结合剂的尝试，尚有待于研究。

常见的坯料制备流程举例如图7-3-3所示。

此流程的特点是：干法重量配料比较准确，混料时一次投料，操作简化。

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，否则设备将开动不起来，造成材料和时间的浪费。

一．成型坯料的配方用沥青做结合剂时，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。

表7-3-1 产品配方（发热体）单位：%材料名称粒度# 1号2号3号4号5号6号绿碳化硅80 20 20 20 20120 30 10 10150 50180 70<180 100240 70100~180 2180~320 20<320 78120球磨80外加天然<150 3 3 4 3 3.5 3石墨粉0.5 1.5 2碳黑沥青19 23.5 24.5 22 21 22（软化点）(68~75) (62) (64) (68~75) (69±1) (69±1)表7-3-2 产品配方（端部）单位：%材料名称粒度# 1号2号3号4号5号碳化硅80 20 88.6 28120 40 80150 30180 30 11.4100~180 46180~320 24<320 30120球磨72外加金属硅<150 25 50 35电极粉<150 50天然石墨粉<120 7 5 8 4沥青33.5 21.5 68 24.8 26.5（软化点）(68~75) (62) (69) (64) (68~75)二．成型坯料的工艺参数（1）结合剂结合剂——沥青的软化占为68~75摄氏度（环球法测定）。

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作方便，满足生产需要而定，可一个或几个，蒸气压力在0.4~0.7Mpa。

如果用煤火熬制，罐内温度最高不得超过200摄氏度。

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。

全过程严禁杂质混入。

沥青软化点的测定是根据国家标准GB2290-2295-80进行。

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，软沥青的加入量控制调合沥青的软化点。

其经验公式：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—软沥青的软化点）（2）混料混料时所需的蒸汽压力：0.4~0.7Mpa。

相应的温度为143~164摄氏度，约为高调全沥青软化点两倍的温区。

温料所需的时间如表7-3-3所示。

表7-3-3 混料所需的时间单位：min操作步骤占用时间累计时间干粉混合3~5 3~5加热料20 23~25加沥青后加热20 43~45开车混合40 83~85（3）更换新料更换新料时，应清理机斗，严禁其他料，硬料混入新料之中。

（4）混料的操作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，将料取出运转到对辊机处，准备对辊对压。

（5）对辊对压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碳棒加热。

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。

成型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内在质量，是硅碳棒制造过程中的一道重要工序。

一. 预压坯料经对辊对压后，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200~500 t 油压机上进行的。

其辅助设备有63 t 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，还可以提高产品质量。

实际上，二次预压过程就是一种预成型。

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400 t 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，一般选用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63 t 油压机上压成坯块，然后投放到暖料锅中保温，准备成型。

二. 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，长度和合理的技术指标的制品。

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要求的模嘴和中心针，以满足对制品的截面要求。

（1）成型时的温度由于模筒各部位的受力情况，坯料在模具不同部位对温度的要求都不一样，一般情况下：模筒温度：150~170摄氏度，工频线圈加热。

暖箱温度：138~140摄氏度，相应的蒸汽压力为0.35~0.4Mpa。

如果是用导热油加热，油液温度约为160摄氏度。

（2）成型时的压力因挤出时出口截面（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以下的小棒可达7Mpa左右。

（3）挤出速度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40~65 mm/s，中，小管为50~80 mm/s，大管为30~35 mm/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一般讲，温度高，压力大，挤出速度就快；反之，挤出速度就是慢。

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，结合剂或石墨粉用量少，制品的截面小，以及模具结构不合理等因素。

正常的温度，压力下，挤出速度快，制品的密度就代。

所以应根据实际情况，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。

由此可以看出，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品疏松。

（5）模嘴，中心针安放要求模嘴，中心针安放要牢固，配合要严密。

生产过程中要不断地检查制品的外观，几何尺寸及壁厚是否均匀。

发现异常应立即采取措施或更换模嘴及中心针。

坯料制备和成型过程中，应保持场地整洁，严禁杂质，硬料混入，防止和不同类别的坯料混杂。

三. 成型的废品类型及产生的原因（一）裂纹主要有横裂和纵裂，其原因主要有：1．结合剂用量太少，成型温度过低，沥青软化点过高或坯料预压效果差等因素均可造成横裂纹。

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，应首先从成型温度来找。

如果确因结合剂用量太少所致，横裂纹很难克服。

2．模筒内坯料在截面上温度不均匀，使坯料在模筒内运动速度不一致会使制品出现纵裂纹。

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，应及时停车卸嘴挖出硬料。

3．坯料没暖好或暖的时间太长失去可塑性，模筒装料少且温度低，挤出速度又快，不但出现裂纹，有时还难以成型。

（二）起泡起泡原因有以下几方面：1．模嘴温度太高，挤出速度慢，制品表面容易起泡。

2．坯料中沥青含量太多，可造成制品表面起泡。

可适当降低成型温度加以解决。

3．坯料中含有水分，或沥青熬制时间短，低温挥发物含量高，加之成型温度又偏高。

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。

（三）麻面是指生制品表面有连续不断的或较大面积的毛糙面的伤痕。

造成这类废品的主要原因是模嘴温度太低，或模嘴出口处表面不光滑所致。

解决的办法是提高模嘴的温度，或卸下模嘴打光内表面。

（四）变形主要是指生制品扁圆，其次是指制品虽经再整形，扭曲变形还是超过要求。

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得到及时的或足量的水冷却。

（五）几何尺寸不符主要是指制品外径超粗，内径太小和壁厚不均等。

这类废品的出现主要是操作人员的失误。

素烧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，但生产出来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。