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短流程生产超高功率石墨电极的探讨蒋利广汉士达炭素有限公司1我国超高功率石墨电极生产现状进入新世纪以来，我国电炉炼钢迅猛发展，普通低容量电炉曰趋淘汰，大容量超高功率电炉日趋增多，高功率( H P ) 、超高功率( U H P ) 电极需求量迅速增大吉炭、兰炭、南通、扰顺等炭素厂的H P 、U H P 电极产量迅速增大，但以由5 0 0 m m 以下为主，巾5 0 0 r a m以上的U H P 电极仍然主要依靠以进口因目前我国U H P 电极与日本、德国、美国相比，还有较大差距首先是实物质量差距较大，表现在抗热震性能较差，断裂概率较大，消耗较高其差距主要由三方面造成：①原料质量差距较大a 、接头用高质量的针焦受制于国外，b 、用中温沥青做黏结剂结焦率低，c 、用中温沥青做接头浸渍剂，喹啉不溶物含量高，浸渍效果较差②生产装备有一定差距③工艺技术与管理有较大差距其次生产成本没有优势，国外U H P 电极生产本体采用一浸两烧工艺路线，接头采用两浸三烧：亡艺路线，我国部分企业生产U H P 电极采用比国外多一浸一烧的工艺路线，这样不但生产成本增高，生产周期增长，对接头来说，浸渍次数增多，弹性模量升高，C T E 增大，但强度没有较大提高，抗热震性能相反降低，使用效果变差。

因此，根据现有条件，如何提高U H P 电极的质量，降低成本，提高产品的竞争力是各企业研究的重点课题之一，故就此探讨如何采用短流程工艺生产高质量U H P 电极本文仅从针状焦性能、配方制定、黏结剂使用、焙烧炉型等几个方面进行探讨2 ．针状焦性能对U H P 电极质量的影响U H P 电极的抗热震性与针状焦性能有密切的关系，我们选用新日化的L P C —U 煤系针焦、C O N O C O 公司的H I P 、H N P 、H S P 三种油系针焦进行对比试验，四种针焦的理化性能对比见表四种针状焦理化指标对比表1寞密度硫含量氮含量C T E+ 6 m m 含量一I r m 含量V 1 3 D ．_ , r针状焦 g ／c m％％×1 0 “／℃％％g ／c m ‘‘ L P C - U21 302 l0 ．5 ll ，0 64 5 ．62 5 ．50 ．8 3 2H N P2 ．1 40 ．4 60 ．3 90 ．2 03 6 ．43 2 ．30 ．8 7 5H S P2 ．1 40 ．4 4O ．3 9O ．1 53 7 ．52 8 ．60 ．8 9 7H l P2 ．1 3O ．4 8O ．3 90 。

3 22 5 ．63 4 ．40 ．8 7 2各规格U H P 电极理化指标表2 规格体积密度电阻率弹性模量抗折强度C T E mg ／C n iuQmt J p aM p a×1 05 ／℃由4 5 0 r a m1 _ 6 95 ．3 01 0 ．2 51 1 ．9 81 ．1 2巾5 0 0 m m1 ．7 15 ．5 21 1 ．4 51 4 ．4 813 2m 2 6 0 m m1 ．7 83 ．4 71 7 ．4 02 14 61 ．0 2巾2 8 6 m m1 ．803 ．9 61 7 ．3 02 3 ．8 31 ．0 8上表结果说明，用L P c —U 煤系针焦压制的书4 5 0 m mU H P 电极与接头，体积密度、抗折 强度、C T E 低，用油系针焦压制的巾5 0 0 m mU H P 电极与接头，虽然规格大，但体积密度、 抗折强度较高，只是C T E 较大因此采用短流程工艺路线生产由4 5 0 r a m 及其以上的U H P 电极，宜采用油系针状焦，巾4 5 0 m m 以下的U H P 电极可采用煤系针状焦且其配套的接 头应采用高一档次的针状焦，确保接头的纵向C T E 与径向C T E 均小于本体，以减少接头 的断裂和接头孔开裂。

3 ．配方对U H P 电极质量的影响U H P 电极要求承载电流密度大，有良好的抗热震性和消耗低故U H P 电极应具有低电阻率，低C T E ，高密度、高强度和较低的弹性模量因此U H P 电极配方设计要考虑有良好的热性能，又要抗氧化，耐消耗为此我们设计了A 、B 、C 三种巾5 0 0 m mU H P 电极配方进行实验比较，见表3 ’利用C O N O C O 公司H N P 针状焦，采用上表的三种配方，在相同工艺条件下，生产中5 0 0 m mU H P 电极各6 0 吨，均采用一浸二烧工艺路线，这三种配方的产品在各工序的成品率及小样理化指标对比如表4 、表5 中5 0 0 r a mU H P 电极配方粒度组成表3配方最大颗粒，m m火颗粒量中间颗粒量- 0 ．O ? 5 m m 量A8多少少B8中多中C6少多多C O N O C O 的H N P 针状焦不同配方各工序成品率表4配方压型生坯密度一次焙烧一浸增重石墨化机加[A8 8 ．9 ％1 ．6 9 7g ／c m 38 9 ．9 ％1 7 ．8 ％9 6 ．9 ％8 3 ．2 ％B8 9 ．6 ％1 ．7 1 8g ／c m 39 0 ．3 ％1 7 ．5 ％9 6 ．9 ％8 3 ．4 ％C8 2 ．3 ％i ．7 2 1g ／c m 38 8 ．9 ％1 6 ．9 ％9 5 ．8 ％8 1 ．7 ％C D N O C O 的H N P 针状焦不同配方小样理化指标对比表5平均密度电阻率抗折强度弹性模量C T E配方上下端密度差 g ／c mUQ mW P aG P a×1 0 “／℃A1 ．7 6 35 ．91 1 ．3l O ．Z1 ．3 00 ．0 3 3B1 ．7 0 45 ．61 3 ．8l O ．61 ．3 50 ．0 1 5C1 ．7 1 15 ．51 3 ．51 1 ．91 ．4 10 ．0 1 67 7从表4 的数据看出，A 、B 配方的产品在各工序的成品率较好，C 配方的产品在各工序的成品率较低。

从生坯密度来看A 配方最低，c 配方最高从表5 数据可看出，A 配方产品密度、强度、弹性模量、C T E 较低，电阻率较高c 配方产品密度、强度、弹性模量、C T E 较高，电阻率较低B 配方产品密度、强度较高，弹性模量、C T E 、电阻率较低从加工后的电极表面、孔底和丝扣结构质量看，A 配方产品致密性较差，光洁度不好，两端密实度差异较大B 、C 配方产品密实度、光洁度较好，两端差异较小，但c配方产品孔底和丝扣有细小结构纹三种配方产品在某厂7 5 吨直流电弧炉上使用，反映B 配方产品使用效果最好，工作端不行裂，氧化消耗均匀A 、C 配方产品氧化消耗较快且不均匀，C 配方产品工作端还开裂从上述三种配方产品韵工序成品率、小样理化指标和最终使用效果比较看出：B 配方为审5 0 0 r a mU H P 电极最佳配方此配方采用短流程工艺路线，生产出的中5 0 0 r a mU H P电极完全能满足用户需求4 ．黏结剂对U H P 电极质量的影响我国各企业的R P 、H P 、U H P 电极生产黏结剂基本采用中温沥青，而国外大多采用改质沥青做黏结剂表6 为我国几家中温沥青厂家产品与水钢、太钢改质沥青性能指标的比较。

国产沥青性能比较表6l指标软化点，℃Q I ，％B I ，％§一树艏，％结焦率．％f鞍钢中温8 657 31 83 71 2 ．1 64 9 ．7 l包钢中温8 66 ．3 51 72 51 094 8 ．8 3}武钢中温8 76 ．5 41 8 ．4 61 1 ．9 24 9 ．8 7f上焦中温8 35 ．1 21 6 ．7 31 1 ．6 l4 7 ．8 6【水镪改质1 l O1 0 ．3 63 1 ．6 82 1 ．3 25 9 ，9 4l太钢改质1 0 599 43 0 ．8 62 0 ．9 25 8 ．4 8从上表数据可知，中温沥青结焦率普遍偏低，改质沥青结焦率较高国内一些企业做过利用改质沥青生产电极的研究，但因改质沥青的塑性区间较窄，混捏和成型温度难以掌握，成型率较低，因此实际生产中难以利用改质沥青做黏结剂为此，我们利用重钢中温沥青加入水钢改质沥青与增塑剂进行调质处理，称之为调质沥青调质沥青与原重钢中温沥青性能对比见表7 利用重钢中温沥青( X ) 和调质沥青( Y ) 做黏结剂，采用相同配方，利用新日化L P C —U 煤系针焦生产巾4 0 0 r a mU H P 电极，二次焙烧后取样分析，其性能对比见表8 。

两种沥青性能比较表7 理化指标软化点．℃B I ，％Q I ．％B 一树脂．％结焦率，％x 黏结剂8 51 7 ．6 56 ．0 61 1 ．6 l4 9 ．2 1{Y 黏结剂9 72 4 ．5 68 ．1 9i 6 ．4 75 4 ．1 4两种黏结剂沥青试制的电极二烧品性能比较表8『理化指标体积密度，g ／c m 3抗压强度．M P a电阻率，uQ mX 黏结剂1 ．6 7 34 0 ．6 43 9 ．6Y 黏结剂1 ．7 1 84 4 ．3 53 7 ．4从表7 、表8 数据看出，调质沥青的B I 含量、p 一树脂含量及结焦率提高了，用调质沥青傲黏结剂，制品的体积密度提高0 ，0 4 5g ／c 矗，抗压强度提高3 ．7 1M p a ，说明用调质沥青做黏结剂有利于U H P 电极生产实现短流程因此，生产U H P 电极要实现短流程，应提高黏结剂的结焦率5 ．焙烧炉型对U H P 电极性能的影响我们把巾5 0 0 r a mU H P 电极生坯装入带火井的带盖环式炉( A ) 和敞开式环式炉( B )中焙烧，每种炉中编号跟踪1 0 支坯料，其结果对比见表9 焙烧炉对石墨电极性能影响的比较表gl炉型实收率，％整支密度，g ／c m 3上下端密度差备注IA 炉型9 1 ．21 ．5 8 80 ．0 3平均值『B 炉型9 2 ．51 ．6 1 20 ．0 1 4平均值由上表看出，B 炉型焙烧的坯料实收率高，体积密度高，上下端密度差小。

焙烧U H P电极B 炉型比A 炉型效果好带火井的带盖式环式炉箱深度设计较深，热烟气从上往下传递上下温度差异大，达到2 5 0 ℃左右，沥青的迁移向下，这样增大了制品上下端性能的差异在另一测温点，前后水平温差较大，但此炉型焙烧电极能耗较低敞丌式环式焙烧炉热烟气在烟道内上下翻转，上下层温差小，为9 0 ‘C ，同时每一烟道内有前后喷嘴，因此同一箱内前后温度差异小料箱宽度较小，每排只装一排电极，电极的径向温差小，，故此炉型焙烧的电极上下端差异较小因此，U H P 电极一次焙烧炉型设计应主要考虑如何缩小电极上下端差异，以提高U H P 电极性能的均质化结论综上所述．采用短流程工艺生产U H P 电极应在以下方面做好控制，有利于U H P 电极的使用效果1 ) 在针状焦的选用上，审4 5 0 m m 以下规格选用煤系针状焦可满足使用要求由4 5 0 m m及其以上规格宜选用油系针状焦接头用焦选用比电极本体高一档次的针状焦，且宜采用油系针状焦2 ) 黏结剂宣使用高甲苯不溶物、高1 3 一树脂含量的调质沥青，以提高黏结剂的结焦率，进而提高U H P 电极的体积密度与机械强度3 ) 在配方设计上，一0 ．0 7 5 m m 含量不直太少，大颗粒含量不宜太多，但宜适当增大大颓粒尺寸，以确保制品有较离的体积密度和良好的抗热震性能。

4 ) U H P 电极应采用上下温差小，径向温差小的炉型进行一次焙烧，以减小制品上下端性能差异，进而减少U H P 电极使用时的脱落与断裂。