【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、機械、電氣、化工、紡織、國防等工業(yè)部門獲得廣泛應用。 1 ．作耐火材料 石墨的一個主要用途是生產(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，耐火材料工業(yè)中兩個重要的變化是鎂碳磚在煉鋼爐內襯中被廣泛應用，以及鋁碳磚在連續(xù)鑄造中的應用。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爐的爐襯。目前英國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，英國為60 ％。 ( 3 ）坩鍋及有關制品用石墨制造的成型和耐火的坩鍋及其有關制品，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，熔煉金屬過程中，受到金屬浸潤和沖刷時亦穩(wěn)定，高溫下良好的熱震穩(wěn)定性和優(yōu)良的熱傳導性，所以石墨增禍及其有關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，通常石墨鱗片應大于100 目（BSS 篩），而目前國外在柑禍生產(chǎn)技術中的重要改進是，所用石墨的類型、鱗片大小和質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)中恒壓技術的引進而產(chǎn)生的。采用恒壓技術還可以使小鱗片石墨得到應用，在粘土石墨增禍中，含碳量達90 ％的大鱗片石墨約占45 % ，而在碳化硅石墨坩鍋中，大鱗片成分的含量僅占30 % ，石墨的含碳量降為80 ％。 2 ．煉鋼 石墨和其他雜質材料用于煉鋼工業(yè)時可作為增碳劑。滲碳使用的碳質材料的范圍, 很廣，包括人造石墨、石油焦、冶金焦炭和天然石墨。在世界范圍內煉鋼增碳劑用石墨仍是土狀石墨的主要用途之一。 3 ．作導電材料 石墨在電氣工業(yè)中廣泛用來作電極、電刷、碳棒、碳管、水銀整流器的正極、石墨墊圈、電話零件、電視機顯像管的涂層等等。其中以石墨電極應用最廣，在冶煉各種合金鋼、鐵合金時，使用石墨電極，這時強大的電流通過電極導入電爐的熔煉區(qū)，產(chǎn)生電弧，使電能轉化為熱能，溫度升高到2000 ℃ 左右，從而達到熔煉或反應的目的。此外，在電解金屬鎂、鋁、鈉時，電解槽的陽極也用石墨電極。生產(chǎn)金剛砂的電阻爐也用石墨電極作爐頭導電材料。 電氣工業(yè)中所使用的石墨，對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，品位90 % 99 ％以上，有害雜質（主要是金屬鐵）要求在10 ％以下。電視機顯像管所用的石墨，粒度要求在0 . 5 拜m 以下。 4 ．作耐磨和潤滑材料 石墨在機械工業(yè)中常作潤滑劑。潤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速度下（loom / S ）不用潤滑油工作。許多輸送腐蝕介質的設備，廣泛采用石墨材料制成活塞環(huán)、密封圈和軸承，它們運轉時，勿需加入潤滑油，石墨乳也是許多金屬加工（拔絲、拉管）時的良好的潤滑劑。 5 ．作耐腐蝕材料 石墨具有良好的化學穩(wěn)定性。經(jīng)過特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導熱性好、滲透率低等特點，而廣泛用于制作熱交換器、反應槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過濾器、泵等設備。這些設備用于石油化工、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)硬質合金等粉末冶金工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結用的舟皿。單晶硅的晶體生長柑禍、區(qū)域精煉容器、支架、夾具、感應加熱器等，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堆中，鈾一石墨反應堆是目前應用較多的一種原子反應堆。作為動力用的原子能反應堆中的減速材料應當具有高熔點、穩(wěn)定、耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應堆用的石墨純度要求很高，雜質含量不應超過幾十個PPm ( PPm 為百萬分之一），特別是其中硼的含量應小于O . SPPm 。在國防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導彈的鼻錐，宇宙航行設備的零件，隔熱材料和防射線材料。 8 ．作防垢防銹材料 石墨能防止鍋爐結垢，有關單位試驗表明，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 隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對石墨也開發(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 年美國研究成功柔性石墨密封材料，解決了原子能閥門泄漏問題，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)領域。國際市場需求量逐年增長。 二，它有很多用途，可以用于鋰離子電池負極，球型改性石墨可以作潤滑劑，還可以制成石墨改性聚丙烯塑料，用來制作殼體、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；無毒性、不結垢、不污染介質，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，石墨層間質密，晶體結構多，與其它石墨相比，導電性更好。將其添加于油墨、黏合劑、塑料、橡膠中，可制成導電、電磁屏蔽、防靜電等制品如計算機、手機、電子醫(yī)療設備、電子儀器儀表等電子、電工、通訊產(chǎn)品的電磁屏蔽、防靜電。并廣泛應用于電子、機電、通訊、印刷、航空航天、軍事等各個產(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)質煅燒石油焦，在其中加瀝青作為粘結劑，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，為使鑄鐵的冶金質量上乘，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%。美國生石油焦的年產(chǎn)量約3000萬t。生石油焦中的雜質含量高，不能直接用作增碳劑，必須先經(jīng)過煅燒處理。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構，有時稱之為石墨焦，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)床內用連續(xù)焦化法制得的，呈細小顆粒狀，結構無方向性，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極。美國生產(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．焦炭和無煙煤電弧爐煉鋼過程中，可以在裝料時配加焦炭或無煙煤作為增碳劑。由于其灰分和揮發(fā)分含量較高，感應電爐熔煉鑄鐵很少用作增碳劑。關于鑄鐵行業(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(典型的測定數(shù)據(jù)