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(jī)加工而制成,是在電弧爐中以電弧形式釋放電能對(duì)爐料進(jìn)行加熱熔化的導(dǎo)體,根據(jù)其質(zhì)量指標(biāo)高低,可分為普通功率、高功率和功率。
煅燒:什么是煅燒?什么原料需要煅燒?
在孤立空氣條件下高溫(1200≤1500°C)熱處理炭原料的過程稱為煅燒。煅燒是炭素生產(chǎn)中的道熱處理工藝。煅燒使各種含碳原料的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了一系列的變化。無煙煤和石油焦都含有一定量的揮發(fā)分,需要煅燒。瀝青質(zhì)焦炭和冶金焦炭的結(jié)焦溫度相對(duì)較高(1000℃以上),相當(dāng)于碳化廠煅燒爐的溫度。它不能再煅燒,只需要干燥水分。但如果在煅燒前將瀝青焦和石油焦混合,則應(yīng)與石油焦一起送至煅燒爐。天然石墨和炭黑不需要煅燒。
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(jī)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(diǎn)是生產(chǎn)周期較長(通常持續(xù)三至五個(gè)月)、電能消耗大及生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜。
電極焙燒的溫度制度:
1.選擇測溫點(diǎn)是要素
選擇曲線運(yùn)行控制測溫點(diǎn)應(yīng)選火道煙氣溫度敏感的點(diǎn),但對(duì)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(gè)火孔外側(cè)的料室中。依據(jù)選擇的測溫點(diǎn)來確定升溫曲線。
2.制定曲線應(yīng)注意幾點(diǎn)
(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(dòng)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(xì)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(tái)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(shí)際上在整個(gè)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(diǎn)。
(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(gè)關(guān)鍵階段
國外的焙燒曲線降溫是曲線的一個(gè)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(shí)際中往往做不到,毛坯出爐時(shí)溫度達(dá)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(huì)同時(shí)出現(xiàn)不同值的體積變化和不同速度的收縮。這就會(huì)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(qiáng)度時(shí),便會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)的局部破裂或整個(gè)毛坯斷裂。有的毛坯高溫出爐后檢查時(shí)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(huì)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(jìn)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(diǎn)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(duì)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。
煅燒:炭質(zhì)原料在高溫下進(jìn)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?xì)饧白陨頁]發(fā)份作為熱源進(jìn)行煅燒,高溫度為1250-1350℃?! ?br />
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(jī)械強(qiáng)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)。