石墨電極,主要以石油焦、針狀焦為原料,煤瀝青作結(jié)合劑,經(jīng)煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、石墨化、機加工而制成,是在電弧爐中以電弧形式釋放電能對爐料進行加熱熔化的導(dǎo)體,根據(jù)其質(zhì)量指標高低,可分為普通功率、高功率和功率。
石墨電極是一種耐高溫的石墨導(dǎo)電材料,是指以石油焦、瀝青焦為骨料,煤瀝青為黏結(jié)劑,經(jīng)過原料煅燒、破碎磨粉、配料、混捏、成型、焙燒、浸漬、石墨化和機械加工而制成的一種耐高溫石墨質(zhì)導(dǎo)電材料,稱為人造石墨電極(簡稱石墨電極),以區(qū)別于采用天然石墨為原料制備的天然石墨電極。石墨電極可傳導(dǎo)電流及發(fā)電,從而熔化高爐中的廢鐵或其他原材料以生產(chǎn)鋼鐵及其他金屬產(chǎn)品,主要用于鋼鐵生產(chǎn)。石墨電極是一種電阻率低并耐受電弧爐內(nèi)熱梯度的材料。石墨電極生產(chǎn)的主要特點是生產(chǎn)周期較長(通常持續(xù)三至五個月)、電能消耗大及生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜。
電極生坯焙燒(baking of green carbon body)是指生坯在填充料保護下(防止氧化及變形)、進行高溫?zé)崽幚硎姑簽r青炭化的工藝過程。焙燒是電極生產(chǎn)過程中,重要的一個工藝過程,也是復(fù)雜的一個過程,這個過中即有物理變化,同時又化學(xué)變化。終石墨電極的機械強度、內(nèi)在結(jié)構(gòu)和性能都取決于焙燒時黏結(jié)劑轉(zhuǎn)變成結(jié)焦炭的數(shù)量,而且機械性能與焦化值有直接關(guān)系。
敞開式環(huán)式焙燒爐影響電極質(zhì)量的因素:
1.爐體結(jié)構(gòu)對電極質(zhì)量的影響
由于敞開式環(huán)式焙燒爐與帶蓋爐相比,火道墻要厚很多,敞開式爐磚墻厚為113mm,而帶蓋爐的格子磚墻厚度僅為30mm,開始升溫時敞開式爐耐火磚需要蓄熱量大,溫升慢;另外帶蓋爐的熱煙氣都是通過火井從爐底往上走,而敞開式爐有一半是從上向下??傊ㄩ_式爐不利于阻止電極焙燒時黏結(jié)劑的遷移,易造成焙燒出來電極結(jié)構(gòu)不均勻。
2.爐箱尺寸對電極質(zhì)量的影響
3.火道磚的磚型對電極質(zhì)量的影響
電極焙燒的溫度制度:
1.選擇測溫點是要素
選擇曲線運行控制測溫點應(yīng)選火道煙氣溫度敏感的點,但對于敞開式環(huán)式焙燒爐來說就是熱煙氣在火道內(nèi)下去,再返上來的轉(zhuǎn)彎的位置。也有人將熱電偶插在緊靠火道個火孔外側(cè)的料室中。依據(jù)選擇的測溫點來確定升溫曲線。
2.制定曲線應(yīng)注意幾點
(1)根據(jù)產(chǎn)品在焙燒過程不同溫度階段的物理化學(xué)反應(yīng)制定曲線。
(2)根據(jù)毛坯的種類和規(guī)格、成型方式制定曲線。
毛坯的直徑愈大,其升溫速度要慢些;大規(guī)格的擠壓毛坯要比同規(guī)格振動毛坯要慢些;生坯體積密度高的要比體積密度低的慢一些;細顆粒結(jié)構(gòu)的要比粗顆粒結(jié)構(gòu)的慢一些;浸后產(chǎn)品升溫速度可以快些。
(3)根據(jù)爐子的結(jié)構(gòu)制定曲線。
每臺爐子溫度場分布的不同,爐室工作區(qū)的上下高度上、前后和左右都存在著溫度差。這溫差實際上在整個加熱過程都在持續(xù)著,僅在恒溫階段才能逐漸縮小。制定曲線考慮爐子本身結(jié)構(gòu)特點。
(4)根據(jù)填充料的種類和燃料種類特性制定曲線。
3.電極毛坯焙燒冷卻也是溫度制度中一個關(guān)鍵階段
國外的焙燒曲線降溫是曲線的一個組成部分,而我們國內(nèi)的曲線大多都沒有降溫,只是要求出爐溫度不能300℃。實際中往往做不到,毛坯出爐時溫度達到600℃以上,電極心部溫度還在700-800℃以上。因毛坯與外部介質(zhì)之間存在溫差,所以會同時出現(xiàn)不同值的體積變化和不同速度的收縮。這就會造成熱應(yīng)力的產(chǎn)生,此應(yīng)力值與溫差成正比。當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)力超過毛坯材料的斷裂強度時,便會發(fā)生結(jié)構(gòu)的局部破裂或整個毛坯斷裂。有的毛坯高溫出爐后檢查時雖沒有看到裂紋,但由于制品內(nèi)部已有裂紋,在石墨化工序就會表現(xiàn)出來。因此焙燒工序的冷卻重視。
應(yīng)用領(lǐng)域:
(1)用于電弧煉鋼爐;電爐煉鋼是石墨電極的使用大戶。我國電爐鋼產(chǎn)量約占粗鋼產(chǎn)量的18%左右,煉鋼用石墨電極占石墨電極總用量的70%~80%。電爐煉鋼是利用石墨電極向爐內(nèi)導(dǎo)入電流,利用電極端部和爐料之間引發(fā)電弧所產(chǎn)生的高溫?zé)嵩磥磉M行冶煉。
(2)用于礦熱電爐;礦熱電爐主要用于生產(chǎn)工業(yè)硅和黃磷等,其特點是導(dǎo)電電極的下部埋在爐料中,在料層內(nèi)形成電弧,并利用爐料自身的電阻所發(fā)出的熱能來加熱爐料,其中要求電流密度較高的礦熱電爐需用石墨電極,例如每生產(chǎn)1t硅需消耗石墨電極約100kg,每生產(chǎn)1t黃磷需消耗石墨電極約40kg。
(3)用于電阻爐;生產(chǎn)石墨制品的石墨化爐、熔化玻璃的熔窯和生產(chǎn)碳化硅用的電爐等都屬于電阻爐,爐內(nèi)所裝物料既是發(fā)熱電阻又是被加熱對象,通常,導(dǎo)電用的石墨電極嵌入電阻爐端部的爐頭墻中,用于此處的石墨電極不連續(xù)消耗。
(4)用于制備異型石墨產(chǎn)品;石墨電極的毛坯還用于加工成各種坩堝、模具、舟皿和發(fā)熱體等異型石墨產(chǎn)品。例如,在石英玻璃行業(yè),每生產(chǎn)1t電熔管,需用石墨電極坯料10t;每生產(chǎn)1t石英磚,需消耗石墨電極坯料100kg。
石墨電極是電爐煉鋼的重要高溫導(dǎo)電材料,通過石墨電極向電爐輸入電能,利用電極端部和爐料之間引發(fā)電弧產(chǎn)生的高溫作為熱源,使?fàn)t料熔化進行煉鋼。其他一些冶煉黃磷、工業(yè)硅、磨料等材料的礦熱爐也用石墨電極作為導(dǎo)電材料。利用石墨電極優(yōu)良而特殊的物理化學(xué)性能,在其他工業(yè)部門也有廣泛的用途。
煅燒:炭質(zhì)原料在高溫下進行熱處理,排出所含的水分和揮發(fā)份,并相應(yīng)提高原料理化性能的生產(chǎn)工序稱為煅燒。一般炭質(zhì)原料采用燃氣及自身揮發(fā)份作為熱源進行煅燒,高溫度為1250-1350℃。
煅燒使炭質(zhì)原料的組織結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能發(fā)生深刻變化,主要體現(xiàn)在提高了焦炭的密度、機械強度和導(dǎo)電性,提高了焦炭的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能,為后序工序奠定了基礎(chǔ)。
石墨電極加工分為電極本體和接頭兩個立加工過程。
本體加工包括鏜孔與粗平端面、車外圓與精平端面和銑螺紋3道工序,圓錐形接頭的加工可分為6道工序:切斷、平端面、車錐面、銑螺紋、鉆孔安栓和開槽。
電極接頭連接方式:圓錐形接頭連接(一吋三扣和一吋四扣)、圓柱形接頭連接、凹凸連接(公母扣連接)
加工精度的控制:螺紋錐度偏差、螺紋螺距、接頭(孔)大徑偏差、接頭孔同軸度、接頭孔垂直度、電極端面平整度、接頭四點偏差等。用環(huán)規(guī)和板規(guī)等檢查?! ?br />
成品電極的檢查:精度、重量、長度、直徑、體積密度、電阻率、預(yù)裝配合精度等。