石墨电极是一种耐高温的石墨导电材料,是指以石油焦、沥青焦为骨料,煤沥青为黏结剂,经过原料煅烧、破碎磨粉、配料、混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化和机械加工而制成的一种耐高温石墨质导电材料,称为人造石墨电极(简称石墨电极),以区别于采用天然石墨为原料制备的天然石墨电极。石墨电极可传导电流及发电,从而熔化高炉中的废铁或其他原材料以生产钢铁及其他金属产品,主要用于钢铁生产。石墨电极是一种电阻率低并耐受电弧炉内热梯度的材料。石墨电极生产的主要特点是生产周期较长(通常持续三至五个月)、电能消耗大及生产工艺流程复杂。
电极焙烧的温度制度:
1.选择测温点是要素
选择曲线运行控制测温点应选火道烟气温度敏感的点,但对于敞开式环式焙烧炉来说就是热烟气在火道内下去,再返上来的转弯的位置。也有人将热电偶插在紧靠火道个火孔外侧的料室中。依据选择的测温点来确定升温曲线。
2.制定曲线应注意几点
(1)根据产品在焙烧过程不同温度阶段的物理化学反应制定曲线。
(2)根据毛坯的种类和规格、成型方式制定曲线。
毛坯的直径愈大,其升温速度要慢些;大规格的挤压毛坯要比同规格振动毛坯要慢些;生坯体积密度高的要比体积密度低的慢一些;细颗粒结构的要比粗颗粒结构的慢一些;浸后产品升温速度可以快些。
(3)根据炉子的结构制定曲线。
每台炉子温度场分布的不同,炉室工作区的上下高度上、前后和左右都存在着温度差。这温差实际上在整个加热过程都在持续着,仅在恒温阶段才能逐渐缩小。制定曲线考虑炉子本身结构特点。
(4)根据填充料的种类和燃料种类特性制定曲线。
3.电极毛坯焙烧冷却也是温度制度中一个关键阶段
国外的焙烧曲线降温是曲线的一个组成部分,而我们国内的曲线大多都没有降温,只是要求出炉温度不能300℃。实际中往往做不到,毛坯出炉时温度达到600℃以上,电极心部温度还在700-800℃以上。因毛坯与外部介质之间存在温差,所以会同时出现不同值的体积变化和不同速度的收缩。这就会造成热应力的产生,此应力值与温差成正比。当产生的应力超过毛坯材料的断裂强度时,便会发生结构的局部破裂或整个毛坯断裂。有的毛坯高温出炉后检查时虽没有看到裂纹,但由于制品内部已有裂纹,在石墨化工序就会表现出来。因此焙烧工序的冷却重视。
应用领域:
(1)用于电弧炼钢炉;电炉炼钢是石墨电极的使用大户。我国电炉钢产量约占粗钢产量的18%左右,炼钢用石墨电极占石墨电极总用量的70%~80%。电炉炼钢是利用石墨电极向炉内导入电流,利用电极端部和炉料之间引发电弧所产生的高温热源来进行冶炼。
(2)用于矿热电炉;矿热电炉主要用于生产工业硅和黄磷等,其特点是导电电极的下部埋在炉料中,在料层内形成电弧,并利用炉料自身的电阻所发出的热能来加热炉料,其中要求电流密度较高的矿热电炉需用石墨电极,例如每生产1t硅需消耗石墨电极约100kg,每生产1t黄磷需消耗石墨电极约40kg。
(3)用于电阻炉;生产石墨制品的石墨化炉、熔化玻璃的熔窑和生产碳化硅用的电炉等都属于电阻炉,炉内所装物料既是发热电阻又是被加热对象,通常,导电用的石墨电极嵌入电阻炉端部的炉头墙中,用于此处的石墨电极不连续消耗。
(4)用于制备异型石墨产品;石墨电极的毛坯还用于加工成各种坩埚、模具、舟皿和发热体等异型石墨产品。例如,在石英玻璃行业,每生产1t电熔管,需用石墨电极坯料10t;每生产1t石英砖,需消耗石墨电极坯料100kg。
石墨电极是电炉炼钢的重要高温导电材料,通过石墨电极向电炉输入电能,利用电极端部和炉料之间引发电弧产生的高温作为热源,使炉料熔化进行炼钢。其他一些冶炼黄磷、工业硅、磨料等材料的矿热炉也用石墨电极作为导电材料。利用石墨电极优良而特殊的物理化学性能,在其他工业部门也有广泛的用途。
二次焙烧是焙烧品浸渍后进行再次焙烧,使浸入焙烧品孔隙中的沥青炭化的工艺过程。生产体积密度要求较高的电极(除RP以外的所有品种)和接头坯料需进行二焙,接头坯料还需进行三浸四焙或二浸三焙。
焙烧炉主要炉型:连续作业----环式炉(带盖、不带盖)、隧道窑间歇作业----倒焰窑、车底式焙烧炉、箱式焙烧炉。
焙烧曲线及高温度:一次焙烧----320、360、422、480小时,1250℃二次焙烧----125、240、280小时,700-800℃。
焙烧品的检查:外观敲击、电阻率、体积密度、抗压强度、内部结构剖析。
石墨电极加工分为电极本体和接头两个立加工过程。
本体加工包括镗孔与粗平端面、车外圆与精平端面和铣螺纹3道工序,圆锥形接头的加工可分为6道工序:切断、平端面、车锥面、铣螺纹、钻孔安栓和开槽。
电极接头连接方式:圆锥形接头连接(一吋三扣和一吋四扣)、圆柱形接头连接、凹凸连接(公母扣连接)
加工精度的控制:螺纹锥度偏差、螺纹螺距、接头(孔)大径偏差、接头孔同轴度、接头孔垂直度、电极端面平整度、接头四点偏差等。用环规和板规等检查。
成品电极的检查:精度、重量、长度、直径、体积密度、电阻率、预装配合精度等。