技术领域
本发明涉及一种电极接头浆及其制备方法。
背景技术
石墨电极主要应用于冶炼行业中作为导电材料。与其他导电材料相比， 石墨电极材料最大优点在于其具有良好的导电导热性能，能够抵抗较大电流 的冲击，在高温下不熔化、不软化，且具有高的强度和模量、高断裂韧性、 低蠕变等性能，因而被广泛应用于高温冶炼领域。
石墨电极在各类冶炼炉上使用时，主要采用电极接头将同类型的两根电 极合理连接起来，电极和接头间靠内摩擦力作用适宜地结合为一根整体用于 生产。但接头脱扣、退丝，电极松动、脱落；电极掉块、折断等情况的发生 给冶炼生产带来巨大的经济损失。因此，应在尽可能提高电极和接头本身生 产质量及机械加工质量、规范操作的基础上，加强研究电极与接头更加固结 的补救措施。
目前国内外行业防止接头脱扣、退丝，电极松动、脱落、掉快、折断的 主要措施有：采用煤沥青、石油焦、石墨粉等材料经过压制成型制成的接头 栓，接头栓填充了接头与本体连接的螺纹空隙，可起到加强接头和本体螺纹 的连接强度，但在接头钻取接头栓孔，对接头的强度造成一定的伤害；同时， 由于接头栓位置集中，接头栓对提高远离其位置处的接头连接强度作用有 限。也有采用接头销，接头销虽然起到了防接头松动的作用，但并没有起到 补强接头内部连接质量的作用；且在电极连接的关键部位钻取孔洞，在不同 程度上损害了电极和接头的连接强度，若接头销孔的位置或深度不合理，不 但无法起到加强电极与接头的连接，相反还会加剧接头部分异常情况的出 现。
为避免对电极和接头的损害，现有技术中也有研究使用接头液、接头胶、 接头膏类物质的，可直接填充到接头与本体连接的螺纹空隙中，但主要由液 态物质，如树脂、软沥青等组成的接头液或接头胶，由于是以液体形式存在， 附着力低、流动性好，因而不能与接头以及本体很好附着，且容易跟随朝向 方滴、滑，从而不能有效地加强电极与接头的粘结强度，而且接头液、接头 胶残炭率低，炭化时产生的体积收缩大，不利于接头和本体连接强度的提高。 而主要由沥青、石油焦、石墨粉组成的接头膏无法涂覆于接头与电极的连接 表面，不能实现在拧紧的同时填补中间的孔隙，现行实际操作中是把接头膏 放入接头孔内再拧紧接头，接头膏仅能加强电极接头端面与电极的连接强 度，且植入接头孔内的接头膏在使用前期还会使电极整体的电阻率增大，对 冶炼不利。
发明内容
本发明的目的是克服上述接头栓、接头销、接头液或接头膏等现有技术 中所存在的，需钻孔、影响电极接头强度，或附着力低、粘结强度不足、炭 化时存在体积收缩等问题，提供一种能更有效的防止接头脱扣、退丝，电极 松动、脱落、掉块、折断的电极接头浆。
本发明提供了一种电极接头浆，该电极接头浆中含有热固性树脂、膨胀 石墨、石油焦粉、非膨胀石墨粉和固化剂。
本发明提供的电极接头浆中还可以含有沥青。
本发明的包含热固性树脂、膨胀石墨、石油焦粉、非膨胀石墨粉和固化 剂制备的电极接头浆，呈浆糊状，能够均匀地涂覆在电极和电极接头表面上。
热固性树脂、膨胀石墨、石油焦粉、非膨胀石墨粉和固化剂结合，能够 使电极接头在高温条件下不发生体积收缩，增强粘结性，保证接头浆起到良 好的连接作用，而且冶炼时电极接头处没有发红现象，说明接头处各相电阻 无异常，同时接头浆的粘结强度也得到明显提高。推测其原因可能为固化剂 的加入提高了树脂、石油焦粉的结焦值；而膨胀石墨的加入，可以随着温度 的升高发生体积膨胀，从而抵消了树脂炭化过程中带来的体积收缩。
本发明提供的电极接头浆，以常温下为液态的热固性树脂为主要原料， 树脂具有一定的粘度，有利于接头浆在电极螺纹和接头表面的均匀涂覆，从 而最大程度地发挥了电极与接头连接处的增强作用；本发明中的非膨胀石墨 粉是不同于膨胀石墨的石墨粉，它具有较低的电阻率，有利于在使用过程中 降低接头浆的电阻率，而且随着温度的升高不会发生体积变化，可稳定接头 浆均匀涂覆，保证接头浆的连接强度；接头浆中使用的树脂、沥青、非膨胀 石墨粉，随着冶炼过程中电极温度的升高，它们自身会发生固化、炭化和石 墨化作用，这些作用的结果使它们的电阻率大大降低，并使它们与膨胀石墨、 石油焦粉烧结成为一个整体，起到了增强电极与接头结合强度的作用。而且， 本发明采用的原料为炭素材料，不会影响冶炼产品的品位；本发明不对电极 或接头钻孔/洞，因而不会影响电极或接头的原始强度；本发明中膨胀石墨的 膨胀作用可弥补石墨电极/接头加工精度的不足、掉边等产生的空隙，有利于 电极和接头牢固的结合成为一个整体。
本发明提供一种电极接头浆的制备方法，包括以下步骤：
A.将热固性树脂和固化剂混合制得初始浆料；
B.将非膨胀石墨粉、膨胀石墨、石油焦粉加入到上述初始浆料中，充 分混匀。
本发明还提供一种电极接头浆的制备方法，包括以下步骤：
A.将热固性树脂、沥青和固化剂混合制得初始浆料；
B.将非膨胀石墨粉、膨胀石墨、石油焦粉加入到上述初始浆料中，充 分混匀。
将制得的接头浆均匀地涂覆在电极接头表面和端面、电极螺纹表面， 然后将电极和电极接头拧紧使它们成为一根整体，即可用于冶炼生产。
本发明的接头浆粘结性能强，且操作简单，将本发明的电极接头浆均 匀地涂覆在电极接头、电极螺纹的表面上，可防止电极和接头在冶炼过程中 出现脱扣、退丝，电极松动、脱落等异常现象，从而产生巨大的经济效益。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白， 以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的 具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了解决现有技术中使用接头栓、接头销、接头液或接头膏等现有技 术中所存在的，需钻孔、影响电极接头强度，或附着力低、粘结强度不足、 炭化时存在体积收缩等问题，更有效的防止接头脱扣、退丝，电极松动、脱 落、掉块、折断，本发明提供一种电极接头浆，电极接头浆中含有热固性树 脂、膨胀石墨、石油焦粉、非膨胀石墨粉和固化剂。
以电极接头浆的质量百分含量为基准，热固性树脂的含量为50-75％、 膨胀石墨的含量为10-25％、石油焦粉的含量为5-20％、非膨胀石墨粉的含量 为5-20％；以热固性树脂的质量百分含量为基准，固化剂的含量为3-10％。
本发明的电极接头浆中还可含有沥青。
以电极接头浆的质量百分含量为基准，热固性树脂的含量为40-70％、 沥青的含量为5-15％、膨胀石墨的含量为10-20％、石油焦粉的含量为3-15％、 非膨胀石墨粉的含量为5-20％；以热固性树脂和沥青总的质量百分含量为基 准，固化剂的含量为3-10％。
本发明的电极接头浆中，所用热固性树脂的技术指标为：在0-50℃为液 态、水分≤1.5％、灰分≤1％、结焦值≥50％；一般可为常用的酚醛树脂等， 进一步优选可为呋喃树脂。
本发明的电极接头浆中，沥青为煤沥青，其技术指标为：软化点 90-120℃、结焦值≥55％、灰分≤0.3％、粒径范围≤1mm；进一步优化的技 术指标为：软化点105-120℃、结焦值≥60％。
本发明的电极接头浆中，膨胀石墨的技术指标为：膨胀倍数≥200ml/g、 固定碳含量≥99％、灰分≤0.3％、粒径范围0.075-1mm。
本发明的电极接头浆中，石油焦粉的技术指标为：固定碳含量≥90％、 灰分≤0.3％、电阻率≤450uΩ·m、粒径≤2mm；进一步优化可为：针状焦、 固定碳含量≥92％、灰分≤0.1％、电阻率≤400uΩ·m。
本发明的电极接头浆中，非膨胀石墨粉不同于膨胀石墨，随着温度升高 不会发生体积变化。非膨胀石墨粉是由高功率以上品级的石墨破碎、磨粉至 粒径≤1mm所得，其中石墨的技术指标为：电阻率≤7.5uΩ·m、灰分≤0.2％。
本发明的电极接头浆中，固化剂的加入是为了提高树脂和沥青的结焦 值，可为甲基苯磺酸、对甲基苯磺酸、磷酸铵或磷酸中的一种或多种；进一 步优化可为甲基苯磺酸或对甲基苯磺酸。
本发明的电极接头浆的制备方法，包括以下步骤：
A.将热固性树脂和固化剂充分混合制得初始浆料；
B.将非膨胀石墨粉、膨胀石墨、石油焦粉加入到上述初始浆料中，充 分混匀。
本发明还提供一种电极接头浆的制备方法，包括以下步骤：
A.将热固性树脂、沥青和固化剂混合制得初始浆料；
B.将非膨胀石墨粉、膨胀石墨、石油焦粉加入到上述初始浆料中，充 分混匀。
本发明的电极接头浆的制备方法，为了使固化剂充分发挥固化作用，应 先将热固性树脂、固化剂和沥青充分混匀，然后再与膨胀石墨、非膨胀石墨 粉、石油焦粉混合均匀即制得接头浆。将制得的接头浆均匀地涂覆在电极接 头表面和端面、电极螺纹表面。然后将电极和电极接头拧紧使它们成为一根 整体，即可用于冶炼生产。该接头浆在高温下炭化、石墨化，使电极和接头 牢固的结合在一起，能有效防止接头脱扣、退丝，电极松动、脱落等异常现 象。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的电极接头浆中具体所含组分物质及相应技术指标如下所示：
热固性树脂：呋喃树脂，水分为1％、灰分为0.5％、结焦值为52％
沥青：改质煤沥青，软化点110℃、灰分为0.20％、结焦值为65％
非膨胀石墨粉：粒径范围为0.2-1mm、高功率品级、电阻率为7.1uΩ·m、 灰分为0.18％
膨胀石墨：固定碳含量为99.5％、灰分为0.25％、膨胀倍数为230ml/g、 粒径范围为0.075-1mm
石油焦粉：针状焦、固定碳含量为94％、灰分为0.28％、电阻率为 400uΩ·m、粒径范围≤2mm
固化剂：对甲基苯磺酸
以电极接头浆的总质量为基准，将上述原料按呋喃树脂∶改质煤沥青∶ 非膨胀石墨粉∶膨胀石墨∶石油焦粉＝55％∶10％∶15％∶10％∶10％进行称 量。另外，称取呋喃树脂和改质煤沥青总重量8％的对甲基苯磺酸。
先将呋喃树脂、改质煤沥青和对甲基苯磺酸充分混匀制得初始浆料S1， 然后将非膨胀石墨粉、膨胀石墨和石油焦粉加入到S1中，充分混匀后即制 得接头浆S11。
实施例2
本实施例的电极接头浆中具体所含组分物质及相应技术指标如下所示：
热固性树脂：酚醛树脂，水分为1.2％、灰分为0.6％、结焦值为55％
非膨胀石墨粉：粒径范围为0.1-0.5mm、高功率品级、电阻率为7.0uΩ·m、 灰分为0.18％
膨胀石墨：固定碳含量为99％、灰分为0.25％、膨胀倍数为260ml/g、 粒径范围为0.075-1mm
石油焦粉：海绵焦、固定碳含量为90％、灰分为0.28％、电阻率为 445uΩ·m、粒径范围≤1mm
固化剂：磷酸铵
以电极接头浆的总质量为基准，将上述原料按酚醛树脂∶非膨胀石墨 粉∶膨胀石墨∶石油焦粉＝60％∶18％∶15％∶7％进行称量。另外，称取酚 醛树脂总重量4％的磷酸铵。
先将酚醛树脂和磷酸铵充分混匀制得初始浆料S2，然后将非膨胀石墨 粉、膨胀石墨和石油焦粉加入到S2中，充分混匀后即制得接头浆S22。
实施例3
热固性树脂：呋喃树脂，水分为1％、灰分为0.5％、结焦值为52％
沥青：改质煤沥青，软化点110℃、灰分为0.20％、结焦值为65％
非膨胀石墨粉：粒径范围为0.2-1mm、高功率品级、电阻率为7.1uΩ·m、 灰分为0.18％
膨胀石墨：固定碳含量为99％、灰分为0.25％、膨胀倍数为270ml/g、 粒径范围为0.075-1mm
石油焦粉：针状焦、固定碳含量为94％、灰分为0.28％、电阻率为 400uΩ·m、粒径范围≤2mm
固化剂：甲基苯磺酸
以电极接头浆的总质量为基准，将上述原料按呋喃树脂∶改质煤沥青∶ 非膨胀石墨粉∶膨胀石墨∶石油焦粉＝55％∶5％∶10％∶20％∶10％进行称 量。另外，称取呋喃树脂和改质煤沥青总重量8％的甲基苯磺酸。
先将呋喃树脂、改质煤沥青和甲基苯磺酸充分混匀制得初始浆料S3， 然后将非膨胀石墨粉、膨胀石墨和石油焦粉加入到S3中，充分混匀后即制 得接头浆S33。
实施例4
热固性树脂：呋喃树脂，水分为1％、灰分为0.5％、结焦值为52％
非膨胀石墨粉：粒径范围为≤1mm、高功率品级、电阻率为7.0uΩ·m、 灰分为0.15％
膨胀石墨：固定碳含量为99％、灰分为0.20％、膨胀倍数为220ml/g、 粒径范围为0.075-1mm
石油焦粉：针状焦、固定碳含量为92％、灰分为0.23％、电阻率为 390uΩ·m、粒径范围≤2mm
固化剂：磷酸
以电极接头浆的总质量为基准，将上述原料按呋喃树脂∶非膨胀石墨 粉∶膨胀石墨∶石油焦粉＝60％∶10％∶10％∶20％进行称量。另外，称取呋 喃树脂重量6％的磷酸。
先将呋喃树脂和磷酸充分混匀制得初始浆料S4，然后将非膨胀石墨粉、 膨胀石墨和石油焦粉加入到S4中，充分混匀后即制得接头浆S44。
实施例5
采用与实施例4相同的方法制备接头浆，不同之处在于所使用的膨胀石 墨的膨胀倍数为270ml/g。
先将呋喃树脂和磷酸充分混匀制得初始浆料S5，然后将非膨胀石墨粉、 膨胀石墨和石油焦粉加入到S5中，充分混匀后即制得接头浆S55。
实施例6-10
将接头浆S11-S55分别涂敷于直径为960mm石墨电极及与其配套的电 极接头之间，一起拧紧，相应电极分别记作S66-S1010。
对比例1
本对比例为一接头液，具体所含组分物质及相应技术指标如下所示：
热固性树脂：酚醛树脂，水分为1.2％、灰分为0.6％、结焦值为55％
沥青：低温石油沥青，软化点45℃，灰分为1.2％、结焦值为50％
固化剂：甲基苯磺酸
以电极接头液的总质量为基准，将上述原料按酚醛树脂∶低温石油沥 青∶固化剂＝70％∶25％∶5％进行称量。先将酚醛树脂和低温石油沥青充分 混匀制得初始液体D1，然后将甲基苯磺酸加入到D1中，充分混匀后制得接 头液D11。
对比例2
本对比例为一接头栓，具体所含组分物质及相应技术指标如下所示：
沥青：中温沥青，软化点80℃、灰分为1.0％、结焦值为54％
石墨粉：粒径范围≤1mm、灰分为0.25％、电阻率11mΩ·m
石油焦粉：海绵焦，固定碳含量为85％、灰分为0.5％、电阻率450mΩ·m
发泡剂：偶氮二异丁腈
以电极接头栓的总质量为基准，将上述原料按中温沥青∶石墨粉∶石油 焦粉∶发泡剂＝70％∶15％∶5％∶10％进行称量。先将中温沥青、石墨粉、 石油焦粉以及发泡剂充分混匀制得初始膏料D2，然后在压制力为0.7Mpa的 压机上将混合物压制成尺寸为Φ25*20mm的圆柱形接头栓，制得接头栓 D22。在电极接头内部靠里端6扣螺纹处钻取相应尺寸的对称分布的4个孔 洞，植入接头栓以加强电极接头与本体的连接。
对比例3
本对比例为一接头销，接头销是由石墨棒材车削而成。将石墨棒材车削 加工尺寸为：长*宽*高＝40*40*120mm的长方体接头销D33。待电极和电解 接头连接后，在距离两个电极接头缝上下10cm处各钻取两个对称分布的 41*41*120mm孔洞，将表面涂覆有液体煤沥青的接头销植入，起到加强电 极与接头粘结的作用。
对比例4
本对比例为一接头膏，具体所组成物质及相应技术指标如下所示：
沥青：中温沥青，软化点85℃，灰分为1.1％、结焦值为50％
石墨粉：粒径范围≤1mm、高功率品级、灰分为0.28％、电阻率9.7mΩ·m
石油焦粉：海绵焦，固定碳含量为85％、灰分为0.4％、电阻率450mΩ·m， 粒径范围≤1.5mm
发泡剂：偶氮二异丁腈
以电极接头膏的总质量为基准，将上述原料按中温沥青∶石墨粉∶石油 焦粉∶偶氮二异丁腈＝72％∶18％∶5％∶5％进行称量。先将沥青、石墨粉、 石油焦粉和偶氮二异丁腈充分混匀制得初始接头膏D4，然后将D4在温度为 145℃的热搅拌机内充分搅匀，即制得接头膏D44。
对比例5-8
与实施例6-10类似的，将接头液D11、接头栓D22、接头销D33和接 头膏D44分别用在直径为960mm石墨电极上，相应电极分别记作D55-D88。
对比例9
不使用任何加强电极与接头连接强度的措施，即直径为960mm石墨电 极与配套接头直接连接，此电极记作D99。
性能测试
将实施例S66-S1010以及对比例D55-D99的电极，分别批量投入容量为 12600KVA的工业硅炉中冶炼使用，统计冶炼过程中相应电极的事故发生率， 统计结果如表1中所示：
表1
电极 S66 S77 S88 S99 S1010 D55 D66 D77 D88 D99 事故率 1.2％ 1.5％ 1.4％ 1.9％ 1.6％ 16％ 10％ 14％ 12％ 20％
由表1中可以看出，在实际冶炼使用过程中，采用本发明的接头浆连接 的电极，事故率明显降低，说明电极与接头之间的链接强度明显增强；而且 可以发现，采用接头膏连接的电极D88，在冶炼过程中电极和接头处会出现 发红现象，说明接头膏的电阻与电极及接头的电阻不匹配，接头膏电阻大而 导致氧化发红，而采用本发明的接头浆连接的电极，在冶炼过程中电极和接 头处并没有出现氧化发红现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。