【正文】 一．石墨的用途 石墨的用途 由于石墨具有許多優(yōu)良的性能，因而在冶金、機(jī)械、電氣、化工、紡織、國(guó)防等工業(yè)部門獲得廣泛應(yīng)用。 1 ．作耐火材料 石墨的一個(gè)主要用途是生產(chǎn)耐火材料，包括耐火磚，柑禍，連續(xù)鑄造粉，鑄模芯，鑄模洗滌劑和耐高溫材料。近20 年來(lái)，耐火材料工業(yè)中兩個(gè)重要的變化是鎂碳磚在煉鋼爐內(nèi)襯中被廣泛應(yīng)用，以及鋁碳磚在連續(xù)鑄造中的應(yīng)用。使石墨耐火材料與煉鋼業(yè)緊密相連，全世界煉鋼業(yè)約消耗70 ％的耐火材料。 ( l ）鎂碳磚鎂碳耐火材料是60 年代中期，由美國(guó)研制成功，70 年代，日本煉鋼業(yè)開始把鎂碳磚用于水冷卻電弧爐煉鋼中。目前在世界范圍內(nèi)鎂碳磚已大量用于煉鋼，并已成為石墨的一種傳統(tǒng)用途。80 年代初，鎂碳磚開始用于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的爐襯。目前英國(guó)用作氧氣頂吹煉鋼爐襯的材料大部分是鎂碳磚，爐襯壽命為1000 次一1500 次，而日本，爐襯的壽命為2000 次一2500 次。 ( 2 ）鋁碳磚鋁碳耐火材料主要用于連續(xù)鑄造、扁鋼坯自位輸管道的保護(hù)罩，水下噴管以及油井爆破筒等。在日本用連續(xù)鑄造生產(chǎn)的鋼占總生產(chǎn)量的90 ％以上，英國(guó)為60 ％。 ( 3 ）坩鍋及有關(guān)制品用石墨制造的成型和耐火的坩鍋及其有關(guān)制品，例如坩鍋、曲頸瓶、塞頭和噴嘴等，具有高耐火性，低的熱膨脹性，熔煉金屬過(guò)程中，受到金屬浸潤(rùn)和沖刷時(shí)亦穩(wěn)定，高溫下良好的熱震穩(wěn)定性和優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性，所以石墨增禍及其有關(guān)制品被廣泛用于直接熔融金屬的工藝中。 傳統(tǒng)的石墨粘土坩鍋用含碳量大于85 ％的鱗片石墨制造，通常石墨鱗片應(yīng)大于100 目（BSS 篩），而目前國(guó)外在柑禍生產(chǎn)技術(shù)中的重要改進(jìn)是，所用石墨的類型、鱗片大小和質(zhì)量有了更大的靈活性；其次是用碳化硅石墨柑禍替代了傳統(tǒng)的粘土石墨坩鍋，這是隨著煉鋼工業(yè)中恒壓技術(shù)的引進(jìn)而產(chǎn)生的。采用恒壓技術(shù)還可以使小鱗片石墨得到應(yīng)用，在粘土石墨增禍中，含碳量達(dá)90 ％的大鱗片石墨約占45 % ，而在碳化硅石墨坩鍋中，大鱗片成分的含量?jī)H占30 % ，石墨的含碳量降為80 ％。 2 ．煉鋼 石墨和其他雜質(zhì)材料用于煉鋼工業(yè)時(shí)可作為增碳劑。滲碳使用的碳質(zhì)材料的范圍, 很廣，包括人造石墨、石油焦、冶金焦炭和天然石墨。在世界范圍內(nèi)煉鋼增碳劑用石墨仍是土狀石墨的主要用途之一。 3 ．作導(dǎo)電材料 石墨在電氣工業(yè)中廣泛用來(lái)作電極、電刷、碳棒、碳管、水銀整流器的正極、石墨墊圈、電話零件、電視機(jī)顯像管的涂層等等。其中以石墨電極應(yīng)用最廣，在冶煉各種合金鋼、鐵合金時(shí)，使用石墨電極，這時(shí)強(qiáng)大的電流通過(guò)電極導(dǎo)入電爐的熔煉區(qū)，產(chǎn)生電弧，使電能轉(zhuǎn)化為熱能，溫度升高到2000 ℃ 左右，從而達(dá)到熔煉或反應(yīng)的目的。此外，在電解金屬鎂、鋁、鈉時(shí)，電解槽的陽(yáng)極也用石墨電極。生產(chǎn)金剛砂的電阻爐也用石墨電極作爐頭導(dǎo)電材料。 電氣工業(yè)中所使用的石墨，對(duì)粒度和品位要求很高。如堿性蓄電池和一些特殊的電碳制品，要求石墨粒度控制在150 目～325 目（o . lmm 一o . o42mm ）范圍內(nèi)，品位90 % 99 ％以上，有害雜質(zhì)（主要是金屬鐵）要求在10 ％以下。電視機(jī)顯像管所用的石墨，粒度要求在0 . 5 拜m 以下。 4 ．作耐磨和潤(rùn)滑材料 石墨在機(jī)械工業(yè)中常作潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用，而石墨耐磨材料可以在一200 ℃ 一2000 ℃ 溫度并在很高的滑動(dòng)速度下（loom / S ）不用潤(rùn)滑油工作。許多輸送腐蝕介質(zhì)的設(shè)備，廣泛采用石墨材料制成活塞環(huán)、密封圈和軸承，它們運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，勿需加入潤(rùn)滑油，石墨乳也是許多金屬加工（拔絲、拉管）時(shí)的良好的潤(rùn)滑劑。 5 ．作耐腐蝕材料 石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好、滲透率低等特點(diǎn)，而廣泛用于制作熱交換器、反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過(guò)濾器、泵等設(shè)備。這些設(shè)備用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門，可節(jié)省大量的金屬材料。 6 ．作鑄造、翻砂、壓模及高溫冶金材料 由于石墨的膨脹系數(shù)小，而且能耐急冷急熱的變化，可作為玻璃器皿的鑄模，使用石墨后，黑色金屬得到的鑄件尺寸精確，表面光潔，成品率高，不經(jīng)加工或稍作加工就可使用，因而節(jié)省了大量金屬。生產(chǎn)硬質(zhì)合金等粉末冶金工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結(jié)用的舟皿。單晶硅的晶體生長(zhǎng)柑禍、區(qū)域精煉容器、支架、夾具、感應(yīng)加熱器等，都是用高純石墨加工而成的。此外，石墨還可以作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管、棒、板、格棚等元件。 7 ．用于原子能工業(yè)和國(guó)防工業(yè) 石墨具有良好的中子減速性能，最早作為減速劑用于原子反應(yīng)堆中，鈾一石墨反應(yīng)堆是目前應(yīng)用較多的一種原子反應(yīng)堆。作為動(dòng)力用的原子能反應(yīng)堆中的減速材料應(yīng)當(dāng)具有高熔點(diǎn)、穩(wěn)定、耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應(yīng)堆用的石墨純度要求很高，雜質(zhì)含量不應(yīng)超過(guò)幾十個(gè)PPm ( PPm 為百萬(wàn)分之一），特別是其中硼的含量應(yīng)小于O . SPPm 。在國(guó)防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導(dǎo)彈的鼻錐，宇宙航行設(shè)備的零件，隔熱材料和防射線材料。 8 ．作防垢防銹材料 石墨能防止鍋爐結(jié)垢，有關(guān)單位試驗(yàn)表明，在水中加入一定量的石墨粉（每噸水大約用49 一59 ) ，能防止鍋爐表面結(jié)垢。此外石墨涂在金屬煙囪 屋頂 橋梁 管道上可以防腐和防銹。 9 ．石墨新用途 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)石墨也開發(fā)了許多新用途。 柔性石墨制品。柔性石墨又稱膨脹石墨，是70 年代開發(fā)的一種新的石墨制品。1971 年美國(guó)研究成功柔性石墨密封材料，解決了原子能閥門泄漏問(wèn)題，隨后德、日、法也開始研制生產(chǎn)。這種產(chǎn)品除具有天然石墨所具有的特性外，還具有特殊的柔性和彈性。因此，是一種理想的密封材料。廣泛用于石油化工、原子能等工業(yè)領(lǐng)域。國(guó)際市場(chǎng)需求量逐年增長(zhǎng)。 二，它有很多用途，可以用于鋰離子電池負(fù)極，球型改性石墨可以作潤(rùn)滑劑，還可以制成石墨改性聚丙烯塑料，用來(lái)制作殼體、管板、封頭、法蘭及接管等零部件（耐腐蝕性能好；體積小，重量輕；耐溫較高；無(wú)毒性、不結(jié)垢、不污染介質(zhì)，也可用于食品工業(yè)），石墨粉經(jīng)3400℃ 以上的真空高溫石墨化熱處理而制成，石墨層間質(zhì)密，晶體結(jié)構(gòu)多，與其它石墨相比，導(dǎo)電性更好。將其添加于油墨、黏合劑、塑料、橡膠中，可制成導(dǎo)電、電磁屏蔽、防靜電等制品如計(jì)算機(jī)、手機(jī)、電子醫(yī)療設(shè)備、電子儀器儀表等電子、電工、通訊產(chǎn)品的電磁屏蔽、防靜電。并廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)電、通訊、印刷、航空航天、軍事等各個(gè)產(chǎn)業(yè)。三．增碳劑可以用作鑄鐵增碳劑的材料很多，常用的有人造石墨、煅燒石油焦、天然石墨、焦炭、無(wú)煙煤以及用這類材料配成的混合料。1．人造石墨上述各種增碳劑中，品質(zhì)最好的是人造石墨。制造人造石墨的主要原料是粉狀的優(yōu)質(zhì)煅燒石油焦，在其中加瀝青作為粘結(jié)劑，再加入少量其他輔料。各種原材料配合好以后，將其壓制成形，然后在2500～3000℃、非氧化性氣氛中處理，使之石墨化。經(jīng)高溫處理后，灰分、硫、氣體含量都大幅度減少。由于人造石墨制品的價(jià)格昂貴，鑄造廠常用的人造石墨增碳劑大都是制造石墨電極時(shí)的切屑、廢舊電極和石墨塊等循環(huán)利用的材料，以降低生產(chǎn)成本。熔煉球墨鑄鐵時(shí)，為使鑄鐵的冶金質(zhì)量上乘，增碳劑宜首選人造石墨，為此，最好向附近用電弧爐煉鋼的企業(yè)或電解鋁生產(chǎn)企業(yè)購(gòu)買廢電極，自行破碎到要求的粒度。2．石油焦石油焦是目前廣泛應(yīng)用的增碳劑。石油焦是精煉原油得到的副產(chǎn)品，原油經(jīng)常壓蒸餾或減壓蒸餾得到的渣油及石油瀝青，都可以作為制造石油焦的原料，再經(jīng)焦化后就得到生石油焦。生石油焦的產(chǎn)量大約不到所用原油量的5%。美國(guó)生石油焦的年產(chǎn)量約3000萬(wàn)t。生石油焦中的雜質(zhì)含量高，不能直接用作增碳劑，必須先經(jīng)過(guò)煅燒處理。生石油焦有海綿狀、針狀、粒狀和流態(tài)等品種。海綿狀石油焦是用延遲焦化法制得的，由于其中硫和金屬含量較高，通常用作鍛燒時(shí)的燃料，也可作為煅燒石油焦的的原料。經(jīng)鍛燒的海綿焦，主要用于制鋁業(yè)和用作增碳劑。針狀石油焦，是用芳香烴的含量高、雜質(zhì)含量低的原料，由延遲焦化法制得的。這種焦炭具有易于破裂的針狀結(jié)構(gòu)，有時(shí)稱之為石墨焦，煅燒后主要用于制造石墨電極。粒狀石油焦呈硬質(zhì)顆粒狀，是用硫和瀝青烯含量高的原料，用延遲焦化法制得的，主要用作燃料。流態(tài)石油焦，是在流態(tài)床內(nèi)用連續(xù)焦化法制得的，呈細(xì)小顆粒狀，結(jié)構(gòu)無(wú)方向性，硫含量高、揮發(fā)分低。石油焦的煅燒，是為了除去硫、水分、和揮發(fā)分。將生石油焦于1200～1350℃煅燒，可以使其成為基本上純凈的碳。煅燒石油焦的最大用戶是制鋁業(yè)，70%用以制造使鋁礬土還原的陽(yáng)極。美國(guó)生產(chǎn)的煅燒石油焦，用于鑄鐵增碳劑的約占6%。各種石油焦制品的大致成分列于表1，供參考。表1各種石油焦制品的大致成分（%）品種 固定碳 硫 灰分 揮發(fā)分 水分生石油焦 85～89 1～6 0．2～0．5 10～14 8～10煅燒石油焦 98．5 0．02～3．5 0．2～0．5 0．3～0．5 ≤0．5合成炭制品 99 0．01～0．03 0．1～0．5 — ≤0．5低硫合成碳制品 99．9 0．01～0．03 0．01～0．03 — ≤0．2 3．天然石墨天然石墨可分為鱗片石墨和微晶石墨兩類。微晶石墨灰分含量高，一般不用作鑄鐵的增碳劑。鱗片石墨有很多品種：高碳鱗片石墨需用化學(xué)方法萃取，或加熱到高溫使其中的氧化物分解、揮發(fā)，這種鱗片石墨產(chǎn)量不多、價(jià)格高，一般也不作增碳劑；低碳鱗片石墨中的灰分含量高，不宜用作增碳劑；用作增碳劑的主要是中碳石墨，但用量也不多。天然石墨的大致成分見表2。表2 天然石墨的大致成分（%）品種 固定碳 硫 灰分 揮發(fā)分 水分鱗片石墨 85～95 0．1～0．7 5～15 1～2 ——微晶石墨 60～85 0．1～0．2 20～40 1～2 0．5 4．焦炭和無(wú)煙煤電弧爐煉鋼過(guò)程中，可以在裝料時(shí)配加焦炭或無(wú)煙煤作為增碳劑。由于其灰分和揮發(fā)分含量較高，感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵很少用作增碳劑。關(guān)于鑄鐵行業(yè)常用的幾種增碳劑的成分和堆密度，表3列出了一些典型的測(cè)定數(shù)據(jù)，供參考。表3 常用增碳劑的成分和堆密度(典型的測(cè)定數(shù)據(jù)