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(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。
石墨電極焙燒品,包括制造功率石墨電極,高功率石墨電極和普通功率石墨電極的炭素焙燒品。生產(chǎn)的石墨電極焙燒品的生產(chǎn)工藝為擠壓成型,其質(zhì)量優(yōu)于YB-TO99-1977標(biāo)準(zhǔn),其大特點是體積密度大,抗壓強度高,電陰率低,易石墨化。石墨成品率高,在全國有較高的聲譽。
沖壓:擠壓成形的原理是什么?
擠出工藝的實質(zhì)是使糊料通過一定形狀的???,經(jīng)過壓實和塑性變形,形成具有一定形狀和尺寸的毛胚。擠出過程主要是糊料的塑性變形過程。
焙燒的目的在于:主要研究結(jié)果如下:
(1)以煤瀝青為粘結(jié)劑的產(chǎn)品經(jīng)焙燒后揮發(fā)分的排放量約為10%。因此,焙燒產(chǎn)率一般低于90%。
(2) 結(jié)焦原料按一定的工藝條件焙燒,結(jié)合劑結(jié)焦,在集料顆粒間形成焦炭網(wǎng)絡(luò),使不同粒徑的集料牢固連接在一起,使產(chǎn)品具有一定的理化性能。在相同條件下,焦燒率越高,產(chǎn)品質(zhì)量越好。中溫瀝青的殘余碳含量一般在50%左右.
(3)固定幾何形式 生制品在焙燒過程中,發(fā)生軟化,粘結(jié)劑遷移現(xiàn)象。隨著溫度的升高,形成焦化網(wǎng),使制品僵化。因此,溫度再升高,其形狀也不改變。
(4)降低電阻率 在焙燒過程中,由于揮發(fā)分的排除,瀝青焦化形成焦炭網(wǎng)格,瀝青發(fā)生分解和聚合反應(yīng),生成大的六角炭環(huán)平面網(wǎng)等原因,電阻率大幅度下降。生制品電阻率大約10000×10-6Ω〃m,經(jīng)過焙燒后降至40--50×10-6Ω〃m ,稱為良導(dǎo)體。
(5)體積進(jìn)一步收縮 焙燒后制品直徑收縮1%左右,長度收縮2%左右,體積收縮為2-3%。
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(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(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(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(jìn)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。
浸漬是將炭材料置于壓力容器中,在一定的溫度和壓力條件下將液態(tài)浸漬劑瀝青浸入滲透到制品電極孔隙中的工藝過程。目的是降低制品氣孔率,增加制品體積密度和機械強度,改善制品的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。