细结构石墨制品的生产过程是复杂而精细的，虽然也与一般炭素制品同属一科，但在生产工序的控制要求却有很大区别。成型时行业认同的是等静压方式，焙烧时必须将产品装入金属匣钵内，焙烧曲线很长。日前国外仍有企业保留着单体式焙烧炉，有的采用电加热方式。这是焙烧工序在细结构石墨制品的生产过程中不可取代性决定的。但也有的企业家对这一点认识不足。因为焙烧时间是漫长的，由其是在环式焙烧炉中进行烧制，当发现问题时所进入本系统的的炉室基本上已经难逃此劫。焙烧产生的废品类型和原因是多样的，但以下图片中的废品情况是具有一定代表性的。
图片1：类似螺旋状裂纹的端头
图片2：类似螺旋状裂纹的侧部
以上图片是某厂在2010年从焙烧炉出炉后发现的层状废品，具有明显的螺旋状层裂。
制品类型：细结构石墨，Ф625X2550
最高焙烧温度：1100℃
焙烧曲线：1080h，10室运行。
体积密度：1.61g/cm3
出现这种废品后，企业组织相关人员分析事故原因，但各述已见且互不相让，最后分成两种对立的意见。
一、成型是主要责任，理由如下：
1、混捏成型时油包面现象产生的分层。
2、等静压成型时卸压太快产生了原料反弹造成坯料分层。
3、等静压成型时端部压力大于侧部，流速不一形成的。
4、原料在二次混合时有不同时期的料被配入。
二、焙烧是主要责任，理由如下：
1、焙烧温度控制不好，中温失控造成的。
2、装炉不规范，挥发分道路不畅通形成的。
3、金属匣钵损坏影响了热传递造成的。
4、覆盖料厚度不足，上部受热太快造成的。
对于两方面的分析，我当时也一下拿不准，于是调出成型和焙烧的记录，由于都是手工记录，没有发现谁有错。当时沈阳铝镁设计院总工崔东生也在，共同分析后认为成型的可能性很小，因为等静压机的生产能力大于原料的二次混合产能，不会有剩余的料，并且等静压机是全自动程序化的，已经生产了1000多吨都很正常。
所以应把主要目标放在焙烧上。
但是仅从记录上看是找不出原因的，在查找原因的过程中第二炉又出现了。我在现场蹲了3天，发现了不一样。
原来因为引风机功率小，抽力不足，高温炉室总是返火。有几个炉室为了补充温度加了燃烧架，导致产生的风量更多引风机更是抽不及，前边返火更严重，炉室上下温差加大，制品横裂纹多。为了改善抽力不足的问题，更换了大引风机。但操作人员不知如何操控负压，在操作中出现了中温区温度过剩状态，管焙烧的是一个从铝厂来的老工人，他按照老经验掀起火道墙上的小火盖，这还不能解决中温区温度高的现象，于是架起热电偶，这样在测温表上显示的温度是满足工艺要求的。但火道内实际温度几乎没变。所以仅从记录上看是找不出原因的。
评：
主要原因是中温区温度过剩，多余的热量提前到达中温区，据职工讲当时超温的炉室指定温度与实际温度之间差异较大。
表1：焙烧指定温度与实际温度之差比较
由于细结构石墨体积密度较大，结构致密，热传导过程缓慢，而外围温度的上升速度超过了热传导速度，使得外侧料膨胀，沥青炭化并与内侧的料脱离先形成了一定厚度的炭化层，当这一部分炭化层固化的过程中温度继续向内层传导，使得内层也在温度的作用下产生膨胀和沥青炭化并与更内侧的料脱离也形成了一定厚度的内炭化层。这样的过程周而复始，就形成了图片中如同螺旋状的层裂纹。
按照傅立叶定律所描述的，在不导电的固体中，导热是通过晶格结构的振动(即原子、分子在其平衡位置附近的振动)来实现的。这种晶格结构振动的传递称之为弹性波。有一个数学公式来表示：
F (W) (W/m2)
这表示每单位时间，通过每单位截面积所传递的热量(弹性波)，热量越大，弹性波的能量也就越大，当晶格间的拉力不能抵消弹性波的能量时就出现了物质间的脱离，也就是裂纹。简单描述就是外层已经结圈了，内层温度还低，温度供给速度超过了热流在制品的传递速度。而产生这种现象的温度区段应该是300℃～650℃(制品温度)。所以这一区段的温度是影响制品品质的关键温度。如果上下温度差t产生的弹性波超过了水平方向晶格间的拉力就会导致横裂，内外温差t产生的弹性波超过了纵向晶格间的拉力就会造成纵裂。所以焙烧过程既要有科学合理的温度曲线，又要求炉体上下温差尽可能小。
要使炉体上下温差尽可能小的方法一般有几种：
一是提高引风机的抽力来加快烟气流速，迫使高温烟气在很短的时间内通过较长的路径，热交换的温度下降速度较慢，这样温差就小。但是热资源的浪费就会很大。环式焙烧炉就是要让前一个炉室的热资源尾气被下一个炉室利用，而再向后的下一个炉室利用的是上一个炉室的热尾气，直到热量被耗到小于100℃。这是理想化的炉窑模式。但在实践中有诸多客观因素干扰难以实现。如热流股在不同截面变化，拐弯，向下流动时烟气的升举力等不同条件下产生的气流阻力，都会影响热烟气的流速，
这个事件也说明了用掀小火盖调整温度的做法是掩耳盗铃的自我欺骗，危害性是很大的。所以在操作中要实事求是的工作才能烧出好的制品。
问题虽然查出来了，但时间已经过去两一月有余，在此段时间又装进了几炉，同时仍有很多产品还正在炉中焙烧，出炉后必然是废品。这件事使得该企业一蹶不振，损失惨重，虽然教训是很深的，但是能否吸取教训并举一反三?我只希望同行不要再重蹈覆辙。
参考文献：
黄四信 何永康 马历乔，(等静压石墨的生产工艺、主要用途和国内市场分析)
炭素工艺与设备(第16卷)(83)
声明：
“对细结构石墨焙烧产生螺旋状层裂现象的分析” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：万基控股集团石墨公司
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2024年11月27日 ~ 29日 
