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1电弧炉与石墨电极
发布时间:2020-08-07 13:24    文章作者:36选7

  电炉应用:石墨电极不仅大量用于电炉炼钢, 一部分铁合金(如低碳铬铁)也用电弧炉生产, 还有相当一部分石墨电极使用于生产工业硅、黄磷、磨料等行业,特别是中国电炉生产黄磷发展很快,一 部分生产黄磷的电炉也使用大规格高功率或超高功率石墨电极。 生产硬质台盒、石英玻璃也消耗一定数量的石墨电极,而且这些行业石墨电极单耗都比较高。 电炉国家分布特点: 1,意大利(主要以电炉刚为主) 2,美国(主要以电炉刚为主) 3,东南亚发展中国家(基本全部电炉),如泰国、菲律宾、新加坡、印度尼西亚等。 4,发达国家普通功率电炉基本淘汰,美、日、英、德国、意大利等国,超高功率电炉占5O 以上,其余是 高功率电炉 5,直流电弧炉的发展——国外大型直流超高功率电炉 石墨电极的品种: 按每吨炉容的变压器容量大小分为3类: 普通功率电炉(RP炉)、高功率电炉(HP炉)和超高功率电炉(UHP炉)。 石墨电极也相应分为3个品种: 普通功率石墨电极(代号RP级)、高功率石墨电极(代号HP级)和超高功率石墨电极(代号UHP级)。 HP、UHP产生的问题: 高功率和超高功率电炉使用的石墨电极通过的电流密度明显增大, 结果产生下列问题: 1、困电阻热和灼热气流导致电极温度升高,使电极及接头的线膨胀量都增加了,同时电极的氧化消耗 也提高了 2.电极中心部位和电极外圆的温度差增大了,由温度差引起的热应力也相应提高,电极容易产生裂纹和表 面剥落 电炉功率提高后导致电磁作用力增加,引起剧烈振动,在剧烈振动下,电极折断的几率上升了。因此高功率和超高功率石墨电极的物理化学性能必须优于普通功率石墨电极, 产品卖点及优点: 如电阻率较低,体积密度大及机械强度较高,线膨胀系数要小,抗氧化性能和抗热震性能优良, 才能适应高功率或超高功率电炉的使用要求。 石墨电极质量要求——直径越大: 对相同输人功率的超商功率电炉而言,只使用1根石墨电极的直流炉,电极直径要大一些,如100t的交流电 弧炉使用直径600ram 的电极,100t的直流电弧炉一一般使用直径700mm 的电极(表8),更大一些的直流电 弧炉甚至需要直径750~800mm的电极,电流负荷也越来越高,因此对石墨电极的质量要求更严。 1,电极本体及接头的电阻率应进一步减小:如电极本体降低到5 左右,接头降低到4uΩm左右。 德国西格里公司用于交流超高功率电炉的直径4.50~ 600mm石墨电极电阻率规定为4.5~6.5 _I11,用于直流超高功率电炉的直径600~ 700mm 的石墨电极电阻率规定为4.2~5.j 电阻率低则功率损失小,降低成品的电阻率除了选择优质原料外,必须相应提高石墨化温度2,电极本体和接头的线膨胀系数要低: 德国西格里公司生产的用于交流超高功率电炉的直径45O~ 600mm石墨电极线 ,用于直流超高功率电炉的直径600~700mm 石墨电投线 。同时电微的轴向和径向线膨胀系数与接头轴向和径向线膨胀系数要根据通过电流密度的不同保持适当的比例关系。 3,电极的热导率要高: 热导率高可使石墨电极体内热量传递快,径向温度梯度缩小, 普通功率大规格石墨电极的电阻率一般为8.5~1 0.O K)以下。美国联合炭素公司(UCAR)产品样本上直径500~700mm 的超高功率石墨电极的热导率规定为21O~ 290W 4,要有足够的机械强度:如电极本体的抗弯强度达到12MPa左右,而且接头的强度要高于电极本体,一般应高出1倍左右,并且 接头最好测定抗拉强度,并在电极连接后施加额定的扭矩,使电极两端面保持一定的紧压力。 5,孔隙率要低,以便降低电极表面的氧化率。 石墨电极质量的优劣主要取决于 工艺技术原料性能(基本条件): 普通功率石墨电极,采用普通级别的石油焦生产,石墨化温度较低.所以其物理化学性能也较差.如电 阻率高、线膨胀系数大、抗热震性能差、允许通过的电流密度较少。 高功率石墨电极采用优质石油焦(或低级别的针状焦)生产,其物理化学性能比瞥逋功率石墨电设要好一 些,如电阻率低,允许通过较大的电流密度。 超高功率石墨电极使用高级别的针状焦生产,石墨化温度高迭2800~3000 ,因此电阻率更低,允许通 过更大的电流密度,线膨胀系数更小,具有优良的抗热震性能 高功率及超高功率石墨电极的接头质量特别重要,接头坯料的电阻率及线膨胀系数必须和电极本体保 持一定的差值,为了加强电极连接的可靠性,接头上应配有接头栓。 石墨电极生产特点: 1.生产工序多,生产周期长,普通功率石墨电极的生产周期为45d左右,超高功率石墨电极的生产周期 需75d以上,而需要多次浸渍的接头生产周期更长。 2.能源消耗较高,1t普通功率石墨电极需消耗电能6000kW h左右,冶金焦粒及冶金焦粉(二次能源) 约1t,大量的煤气、天然气或其他燃料。 3.生产石墨电极工序多,需要许多专用机械设备和特殊结构的窑炉,建设投资较大,投资回收期较长 4.石墨电极生产过程产生一定数量的粉尘和有害气体,因此需要采取完善的通风收尘及消除有害气体的 环境保护措施。 5.发展高功率和超高功率石墨电极生产必须有优质的原料,主要是针状焦和改质沥青(粘结剂)及优质 浸渍剂,因此需要炼油厂及焦化厂的配合。 生产工艺流程: 煅烧,石油焦或沥青焦都需要进行煅烧,煅烧温度应达到1300以上,充分除去原料中挥发分, 提高焦炭的真密度、机械强度和导电性。 破碎、筛分及配料,将煅烧过的原料破碎及筛分成指定尺寸的骨料颗粒,一部分焦炭磨成细粉按照配方称量后集聚组成各种颗粒的干混合料。 成型,在外部压力作用下(模压成型或挤压成型)或振动作用下(振动成型)将糊料压制成具有一定形状及较高密度的生电极(生坯)。 焙烧,将生电极置于专门设计的高温炉中,用填充料(焦粉或河砂)覆盖,逐步加热至850~1000(产品实际受热温度),使粘结剂炭化,从而获得焙烧半成品。 浸渍,为提高产品的密度和机械强度,焙烧半成品装入高压釜内,将液体浸渍剂压入焙烧半成品的孔隙中,浸渍后应进行再次焙烧,为了得到高密度及高强度的产品,浸渍及再次焙烧需反复进 石墨化,将焙烧半成品装人石墨化炉内(需用保温料覆盖),用直接通电的加热方法,使焙烧半成品转化为石墨晶质结构,从而获得人造石墨电极应具有的物理化学性能。 机械加工,按照使用要求,对石墨化后的半成品进行表面车削、端面及连接用母螺纹的加工,另外再加工用于连接的接头(外表车制公螺纹)。 成品检验包装发给用户。其他类别的电弧炉用导电电极 抗氧化涂层石墨电极——减少电极外圆表面的氧化损失是降低电极消耗的有效途径。 (方法一) 目前国内外若干工厂所采用的抗氧化涂层工艺是铝和耐火物料在电极表面的 交替喷涂一烧熔法: (先在石墨电极外圆表面加工一些浅沟,再将电极置于加热炉内加热到250左右,然后用金属喷枪在电极 表面喷一薄层铝,再在铝层外面喷一层耐火泥浆,晟后用电弧产生的高温使铝和耐火泥浆烧熔在一起, 形成既能导电又能抗高温氧化的金属陶瓷层,为了使涂层达到一定厚度,喷铝及喷耐火泥浆和随之进 行的电弧烧熔要反复2~3次。) 抗氧化涂层的性能要求: 1,电阻率0.O7~O.1uΩm 2,在900 下气体不渗透的延续时间超过50h; 3,涂层分解温度在1850 以上。 实际使用结果比较: 可降低每吨电炉锕的电极净耗20%~30% ,并可降低每吨钢的电耗5%左右,增加抗氧化涂层所需费用大 约是石墨电极销售价格的l0%左右。 电炉钢厂使用抗氧化涂层电极要对炼钢炉的电极把持器进行改造.适当放大把持器的内径、再在其内侧 镶嵌数块加工成弧形的石墨垫.使带有抗氧化涂层的石墨电极通过石墨垫导人电流.如抗氧化涂层直接与 把持器接触则在不光滑的接触面上易产生火花,损坏坏把持器。 (方法二) 用某些盐类溶液浸渍法生产:(需改进) 如使用磷酸盐或硼酸盐等溶液对石墨电极进行浸渍。浸渍以后再在适当温度下热处理以蒸发掉水分,使浸 入电极表面微孔中的浸渍剂形成抗氧化的保护膜,起到抑制氧化的作用。 根据使用浸溃材料种类和浸渍工艺的不同,抗氧化温度也有很大区别,有的只能在750以下发挥抗氧 化作用,有的能将抗氧化温度提高到900~ 1200 。这种溶液浸渍方法还增加了电极的机械强度,但同 时也提高了弹性模量。由于在热处理时部分浸入电极微孔中的盐类溶液又溢出到电极表面,并在电极 表面硬化,这种硬化的附着物电阻率较高,因此需要通过切削将其除去,增加了工作量。插入电弧炉炉 膛内的石墨电极表面温度达1500~2000 ,因此盐类溶液浸渍的石墨电极在高温下的抗氧化效果并不理 想,这也是盐类溶液浸渍电极虽然在国内外都进行过大量研究,2O世纪9O年代中期只有很少钢厂试用 过这类涂层电极的原因。 国内外石墨电极生产状况及主要生产厂 最大的生产国是美国,其次是日本、德国、中国和俄罗斯,此外法国、英国、意大利等国也有相 当规模的石墨电极工厂。 国际最大的石墨电投生产企业 美国的联台炭素公司(UCAR)。 美国大湖炭素公司(GLC) 美国C/G集团公司(前身为AIRCO 公司) 日本最大的石墨电极生产企业是 昭和电工公司(SDK)。 日本炭素(NCK) 东海炭素(TOKAI) 东洋炭素(TOYO) 昭和电极公司(SEC) 协和炭素公司(KCC) 德国 西格里(SIG—RI)公司。 康拉蒂公司 联合铝业公司(VAW) EKL公司。 科发(COVA)人造石墨公司(康拉蒂公司和联合铝业公司合资组建) 中国最大的石墨电极生产厂 吉林炭索厂 兰州炭素厂 上海炭素厂 已拥有先进设备 30~ 35MN 大型挤压机. 高真空、高压浸渍生产线, 二次焙烧隧道窑, 大功率直流石墨化机组及数控加工机床等。


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