電極在鋼鐵工業(yè)中的應用

電極在鋼鐵工業(yè)中的應用在鋼鐵冶金工業(yè)中，經(jīng)常用的電極主要有：石墨電極、炭電極（炭素電極）、自焙電極（電極糊）。石墨電極的應用領域主要是在電弧爐或精煉爐中作為導電材料，加熱金屬。而在冶煉鐵合金的礦熱爐中，以上三種電極均有應用，通過電極將電能傳遞到爐料內(nèi)依靠爐料的電阻發(fā)熱將爐料自身熔化。電極在生產(chǎn)過程中承受高溫、高應力和煙塵破壞的作用，因此研究電極的制造工藝、使用性能，從而改善電極的各項使用指標，對提高電極壽命、較低成本具有很重要的意義。下面本文將分別論述石墨電極、炭電極、電極糊和一些特殊電極的制造、加工過程，以及在使用中出現(xiàn)的問題及處理。一、石墨電極使用石油焦、瀝青焦為顆粒料，煤瀝青為粘結(jié)劑，經(jīng)過成型、焙燒、石墨化和機械加工而制成的一種耐高溫的石墨質(zhì)導電材料，稱人造石墨電極，簡稱石墨電極。石墨電極是電爐煉鋼的重要高溫導電材料，通過石墨電極向電爐輸入電能，以電極端部和爐料之間產(chǎn)生的電弧為熱源進行煉鋼，其他一些電冶煉設備也常使用石墨電極為導電材料。石墨電極材料與其他導電材料相比，其最大優(yōu)點在于具有良好的導電導熱性能和較好的韌性，能夠接受較大電流的沖擊，在高溫下不軟化也不會熔化等特點。煉鋼電弧爐上以它為導電材料，通過弧光放電將熱能傳遞到爐料上將廢鋼熔化；在冶煉黃磷和工業(yè)硅等礦熱爐上通過電極將電能傳遞到爐料內(nèi)依靠爐料的電阻發(fā)熱將爐料自身熔化。1.1發(fā)展簡史早在1810年漢佛萊·戴維利用木炭制成通電后能產(chǎn)生電弧的炭電極，開辟了使用炭材料作為高溫導電電極的廣闊前景。1896年卡斯特納獲得了使用電力將炭電極直接通電加熱到高溫而生產(chǎn)出比天然石墨電極導電性能更好的人造石墨電極的專利權。19世紀末法國人海洛脫發(fā)明了直流電弧爐，開始用于冶煉電石和鐵合金，1899年首次用于煉鋼。20世紀初期電爐煉鋼主要使用以無煙煤為原料的炭電極或以天然石墨為原料的天然石墨電極,生產(chǎn)炭電極、天然石墨電極的工藝比較簡單。第二次世界大戰(zhàn)以后生產(chǎn)石墨電極的原料、質(zhì)量、設備和制造工藝不斷改進，隨著電爐煉鋼輸入電功率不斷提高的需要，于20世紀60年代和70年代又研制成功了高功率及超高功率石墨電極，由于石墨電極質(zhì)量不斷提高及電爐煉鋼工藝的改進，超高功率直流電弧爐每噸鋼的石墨電極消耗可降低到2kg以下。1.2品種根據(jù)所用原料的不同和成品物理化學指標的區(qū)別，石墨電極分為3個品種：普通功率石墨電極（NP），高功率石墨電極（HP），超高功率石墨電極（UHP）。高功率和超高功率電爐使用的石墨電極在更加苛刻的條件下運行,由于通過電極的電流密度明顯增大。因此高功率和超高功率石墨電極的物理機械性能必須優(yōu)于普通功率石墨電極,如電阻率較低,體積密度較大及機械強度較高,熱膨脹系數(shù)要小,有良好的抗震性能。直流電弧爐用石墨電極直流電弧爐是20世紀80年代初發(fā)展成熟的新型電爐煉鋼設備，直流電弧爐多數(shù)只用1根石墨電極，和相同功率使用3根石墨電極的交流電弧爐相比，在高溫下受到氧化的電極總表面積大大減少。同樣以超高功率運行的直流電弧爐，每噸鋼的石墨電極的消耗可以降低50%左右，直流電弧爐電流通過電極時不產(chǎn)生集膚效應及鄰近效應，在電極橫截面上電流分布均勻，而且直流電弧的穩(wěn)定性好，行中機械振動較小，電爐噪音也較低。直流電弧爐配用石墨電極的直徑也是根據(jù)電爐容量和電極容許電流密度計算出來的，對相同輸入功率的超高功率電爐而言，使用1根石墨電極的直流爐，電極直徑要大一些，直流電弧爐對石墨電極的質(zhì)量要求與交流電弧爐相同。1.3生產(chǎn)特點及工藝流程生產(chǎn)石墨電極主要原料為石油焦（包括針狀焦），粘結(jié)劑為煤瀝青。石墨電極的生產(chǎn)特點有：=1\*GB3①生產(chǎn)工序多、生產(chǎn)周期長，超高功率石墨電極的生產(chǎn)周期需60天以上，而需要多次浸漬的接頭生產(chǎn)周期更長。=2\*GB3②能源消耗較高,1普通功率石墨電極需消耗電力6000kWh左右；煤氣或天然氣數(shù)千立方米，冶金焦粒及冶金焦粉約1t。=3\*GB3③生產(chǎn)石墨電極工序多，需要許多專用機械設備和特殊結(jié)構的窯爐，建設投資較大、投資回收期較長。=4\*GB3④石墨電極生產(chǎn)過程產(chǎn)生一定數(shù)量的粉塵和有害氣體，因此需要采取完善的通風降塵及消除有害氣體的環(huán)境保護措施。石墨電極生產(chǎn)的幾個主要工藝流程如下：=1\*GB3①鍛燒。石油焦或瀝青焦都需要進行鍛燒，鍛燒溫度應達到1300℃，以充分除去原料中揮發(fā)分，提高焦炭的真密度及導電性。=2\*GB3②破碎、篩分及配料。將鍛燒過的原料破碎及篩分成指定尺寸的骨料顆粒，一部分原料磨成細粉，按照配方稱量后集聚組成各種顆粒的混合料。=3\*GB3③混捏。在加熱狀態(tài)下將定量的各種顆粒的混合料與定量的粘結(jié)劑混合、捏合成可塑性糊料。=4\*GB3④成型。在外加壓力作用下（模壓成型或擠壓成型）或振動作用下（振動成型）將糊料壓制成具有一定形狀及較高密度的生坯。=5\*GB3⑤焙燒。將生坯置于專門設計的高溫爐中，生坯用填充料（焦粉或河砂）覆蓋，逐步升溫至900～1100℃左右，使粘結(jié)劑炭化,從而獲得焙燒品。=6\*GB3⑥浸漬。為了提高產(chǎn)品的體積密度和機械強度，焙燒品裝入高壓釜中，將液體浸漬劑壓入焙燒品的孔隙中，浸漬后應進行再次焙燒，為了得到高密度及高強度的接頭，浸漬需進行2～3次。=7\*GB3⑦石墨化。將焙燒品裝入石墨化爐內(nèi)（需用保溫料覆蓋），用直接通電的加熱方法，使焙燒品轉(zhuǎn)化為石墨晶質(zhì)結(jié)構，從而獲得人造石墨電極所需要的物理化學性能。=8\*GB3⑧機械加工，按照使用要求，對石墨化后的毛坯進行表面車削、端面加工及連接用的螺孔的加工、另外再加工用于連接的接頭。=9\*GB3⑨檢驗合格后進行包裝即為成品。1.4電極質(zhì)量衡量石墨電極質(zhì)且的主要指標有電阻率、體積密度、機械強度、熱膨脹系數(shù)、彈性模量等，石墨電極在使用中的抗氧化性與抗熱震性都與以上幾項指標有關，產(chǎn)品機械加工的精確度和連接的可靠性也是重要檢測項目。=1\*GB2⑴電阻率石墨電極的電阻率是一項重要的物理性能指標，通常用電壓降法測量，電阻率的大小可以衡量石墨電極石墨化度的高低，石墨電極的電阻率越低其熱導率越高，抗氧化性能越好。石墨電極使用時的允許電流密度與其電阻率及電極直徑有關，石墨電極的電阻率越低，允許電流密度相應提高，但允許電流密度并不是正比于電極直徑而增加，而是隨電極（同一品種）直徑增大而減少，這是因為電極直徑越大、電極橫截面內(nèi)中心部位與表層的溫差增大，由此產(chǎn)生熱應力的提高將引起電極產(chǎn)生裂紋或表面剝落，所以電流密度的增加受到限制。=2\*GB2⑵體積密度增加體積密度有利于降低孔隙率和提高機械強度，改善抗氧化性能，但同時抗熱震性能下降了，為此需要采取其他措施彌補這一不足，如提高石墨化溫度以增加電極的熱導率和采用針狀焦為原料降低成品的熱膨脹系數(shù)。=3\*GB2⑶機械強度石墨電極的機械強度分為抗壓、抗折和抗拉三種，主要測定抗折強度，抗折強度是石墨電極在使用時與折斷有關的性能指標。在電爐上，當電極和不導電物體接觸時，或由于受到塌料的碰撞、強烈振動的破壞作用等原因，石墨電極經(jīng)常有被折斷的危險，抗折強度高的石墨電極不容易被折斷。數(shù)根電極串接成電極柱使用時，連接受到很大的拉力，所以接頭最好規(guī)定抗拉強度指標。=4\*GB2⑷彈性模量是反映材料剛度的一個指標，通常石墨電極只測定楊氏彈性模量（縱彈性模量），即材料受到壓縮或拉伸時產(chǎn)生單位彈性變形需要的應力，石墨電極的彈性模量與其抗熱震性直接有關，石墨電極的彈性模量與其體積密度成正比，并且彈性模量隨溫度上升而增力口。=5\*GB2⑸抗熱震性其表現(xiàn)在溫度急劇變化時抵抗熱應力破壞的能力。石墨電極的抗拉強度越高和彈性模量越低，其抗熱震性能越好，另一方面石墨電極的熱導率越小，熱膨脹系數(shù)越大則抗熱震性越差，電極在溫度急劇變化時產(chǎn)生龜裂、表面剝落的可能性越多。=6\*GB2⑹熱膨脹系數(shù)一般只測定線膨脹系數(shù)，石墨電極的熱膨脹系數(shù)與采用原料有關，也與配方的粒度組成、石墨化溫度等因素有關。熱膨脹系數(shù)小的石墨電極，抗熱震性能比較好，所以生產(chǎn)超高功率石墨電極應選用熱膨脹系數(shù)較低的針狀焦為原料，并且石墨化溫度應該達到2800～3000℃。石墨電極的熱膨脹系數(shù)與測定溫度范圍有關，因此同樣產(chǎn)品在不同溫度范圍內(nèi)測定的熱膨脹系數(shù)不能直接比較。石墨電極質(zhì)量的優(yōu)劣取決于原料性能、工藝技術和生產(chǎn)裝備三個方面，其中原料性能是首要條件。高功率石墨電極采用優(yōu)質(zhì)石油焦（或低級別的針狀焦）生產(chǎn)，其物理機械性能比普通功率石墨電極要高一些，允許通過較大的電流密度，而超高功率石墨電極一定要使用高級別的針狀焦生產(chǎn)。高功率及超高功率石墨電極的接頭質(zhì)量特別重要，不僅接頭坯料的電阻率及熱膨脹系數(shù)要小于電極本體，而且接頭坯料應有較高的抗拉強度及熱導率，為了加強電極連接的可靠性，接頭上應配有接頭拴。1.5使用性能與消耗機理石墨電極作為電弧爐冶煉中的導電材料，其消耗隨著電功的消耗而成正比關系?，F(xiàn)代電弧爐煉鋼以電能和化學能為熱能源，來實現(xiàn)煉鋼過程中四脫（C、P、S、O）、二去（氣、夾雜）、二調(diào)（成分、溫度）的目的，石墨電極的使用性能在用戶中主要體現(xiàn)在是否適用和消耗多少，而電極的消耗除與自身質(zhì)量有關外，還與冶煉設備、工藝水平及送電操作有著直接關系。石墨電極在電弧爐冶煉中的消耗主要由以下幾部分組成。=1\*GB2⑴電爐內(nèi)的石墨電極端部與外圓表面的消耗石墨電極在電弧爐內(nèi)送電中產(chǎn)生的電弧有長、中、短弧之分，而熔化爐料和升溫則取決于電弧功率?；￠L與二次電壓成正比關系，與二次電流和升溫速度成反比。為提高冶煉速度而大幅度縮短冶煉時間，均采用強制吹氧的高化學能操作，這對石墨電極的抗氧化性和抗熱震性提出了更高要求。冶煉中石墨電極的端部消耗包括—電弧高溫中產(chǎn)生的升華，與鋼水和鋼渣接觸中產(chǎn)生的化學反應。石墨電極的外圓氧化消耗是隨著端部消耗而延伸的。石墨電極的氧化損失約占總消耗的2/3左右，其氧化損失是單位氧化速率與面積的積且與時間有正比關系，冶煉中加熱時間越長消耗越大，所以在電弧爐電極上安裝水冷噴淋系統(tǒng)是十分必要的。正常冶煉中石墨電極進入鋼水的含碳量一般為0.01%左右，其端部消耗形狀呈非錐尖狀為正?，F(xiàn)象。=2\*GB2⑵在冶煉中產(chǎn)生的石墨電極的殘體消耗殘體消耗是指冶煉中最下支電極因故掉入爐內(nèi)并成為最終廢品而脫離生產(chǎn)過程的非生產(chǎn)性消耗部分。殘體的產(chǎn)生不僅與接頭和電極的內(nèi)在質(zhì)量有關，而且還與爐內(nèi)布料分布、爐內(nèi)氣氛和送電操作等因素有著直接關系。主要的外觀現(xiàn)象有：殘體底端部有“人”字型裂紋且有大型縱裂或劈裂；連接處不嚴密致使接頭先行氧化而脫落或折斷；連接不到位或公差配合不好而產(chǎn)生脫落或折斷；電極受外力作用發(fā)生接頭或孔底部折斷；爐內(nèi)布料不合理致使穿井后塌料面積大或送電曲線操作不合理均能造成電極嚴重折斷；電極本身質(zhì)量差等。這部分損失在保證電極質(zhì)量的前提下，正常生產(chǎn)中產(chǎn)生的量不大，但直接使用者對此卻很重視。=3\*GB2⑶電極表面氧化剝落并伴有開裂和掉塊的消耗在正常冶煉生產(chǎn)中，若石墨電極表面出現(xiàn)凸凹不平或伴有剝落和掉塊現(xiàn)象，那么在鋼水中就存在了增碳問題。這種現(xiàn)象一方面反映出了電極的抗氧化性能和抗熱震性能差；另一方面則是冶煉中水平吹氧時間過長或吹氧量過大而造成爐內(nèi)和爐上嚴重富氧，致使電極過氧化損失加大；第三是如果存在嚴重的脫落現(xiàn)象，還必須要考慮到電極的相序問題。這種非正常消耗是對炭素產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量和技術服務水平的一種考驗。=4\*GB2⑷冶煉中石墨電極折斷所造成的直接損失石墨電極在所有的電爐冶煉中產(chǎn)生折斷是常見現(xiàn)象，也是影響消耗的最主要因素。在復雜的環(huán)境中連續(xù)消耗使用偶爾發(fā)生折斷是正?，F(xiàn)象，但連續(xù)發(fā)生折斷就不正常了。究其原因與諸多因素相關?？傮w看可分為：人為折斷和機械折斷。人為折斷主要包括：吊運中磕碰、劃傷，連接不到位或方法不當，夾持器中滑動不當，硬碰撞或傳動控制靈敏度差等。機械折斷中除機械故障外，電極質(zhì)量問題和操作問題往往是同時存在而且很難分清。1.6冶煉中降低石墨電極消耗的主要途徑=1\*GB2⑴采用新型電爐技術大型UHP和LF電爐的建立為鋼鐵行業(yè)的規(guī)模發(fā)展奠定了堅實的基礎。產(chǎn)能大、能量消耗低是新型冶煉技術的特點。大型電弧爐科學地采用了大流量的化學能（占總耗能的60～70%），爐底燒咀和自動氧槍及預熱豎井的使用有效地降低了電耗與電極消耗的60%以上；水冷系統(tǒng)的應用大大地提高了爐齡和降低材料的消耗，特別是噴淋水冷使石墨電極的單耗至少降低了1/3；化學能的利用至少縮短了一半的冶煉周期，大幅度提高了產(chǎn)量，所以電極的單耗在下降。電極噴淋裝置（圖1所示）的主要作用是阻止高溫下石墨電極的氧化反應。通過噴淋管圈向電極表面噴水，水流沿電極表面下降時，使電極表面與空氣隔絕，減少空氣與電極表面的接觸面積，從而阻止其氧化反應。同時，由于水流的不斷蒸發(fā)，電極表面溫度有效降低，電極氧化反應的溫度條件無法成立，從而消除了石墨電極的側(cè)面氧化。該裝置的應用降低電極消耗效果明顯，噸鋼電極消耗降低了0.76kg/t取得良好效益。由于電極消耗下降，延長了加接電極的周期，提高了電爐作業(yè)率。=2\*GB2⑵采用熱裝冶煉工藝鋼鐵行業(yè)在發(fā)展大型電爐的同時，轉(zhuǎn)爐和高爐也向大型化延伸；鐵水轉(zhuǎn)爐化冶煉配LF和電爐熱裝鐵水（一般在40～60%）已成為普及的冶煉工藝技術；熱裝鐵水有效地縮短了冶煉周期，降低了電能和化學能及各種材料的消耗，特別是把石墨電極的單耗和需求量都降了下來。=3\*GB2⑶嚴控送電制度嚴控送電制度是保證正常冶煉的前提，不同的鋼種和冶煉工藝有相對應的起弧電壓及電流擋位，防止電流波動過大并嚴控電流峰值工作時間。從而有效地防止了電極發(fā)紅和無功氧化消耗及爐內(nèi)折斷。=4\*GB2⑷必須規(guī)范使用炭素廠家必須嚴格要求或現(xiàn)場指導用戶對電極的儲運保管和電極的聯(lián)接。特別是電極的聯(lián)接技術，原則上大規(guī)格電極必須要求爐下連接；連接時避免沖撞產(chǎn)生螺紋碎塊且一定保持上支電極的始終垂直狀態(tài)；均勻旋合到8～10mm時再用慣性鎖緊，而后再用長臂扳手施加預緊力矩擰至不能旋合為止，有縫電極不能上爐；若相序沒有問題且連接很好時，最好不要打固定銷子。這些基本要求的目的是為了避免產(chǎn)生折斷和脫落損失。1.7冶煉技術的發(fā)展趨勢及電極需求中國鋼鐵行業(yè)的電弧爐向大型化方向迅速發(fā)展已成趨勢，其特點是輸出功率大，穩(wěn)定功率系數(shù)，送電為長弧操作并向節(jié)電降耗方向發(fā)展。因此新型大電爐與過去的傳統(tǒng)電弧爐相比均有很大變化?，F(xiàn)代電爐技術十分關注電爐能源問題，采用的煤氣射流槍和自動碳氧槍使噸鋼可降低電極消耗0.3～0.5kg；伴隨熱裝技術工藝的推行，使冶煉時間明顯縮短，電耗和電極消耗明顯下降。大型電弧爐均采用大容量變壓器而且超載能力均在20%。由此來看，鋼鐵冶煉中對石墨電極的要求越來越高，特別是對電極的質(zhì)量均衡性、導電性、抗熱震性，抗氧化性。對于中型或偏大型電弧爐及LF電爐卻出現(xiàn)了功率性下線問題，即：UHP電爐走下線用高功率電極，HP電爐走下線用普通功率電極，這種電爐的出現(xiàn)是對炭素企業(yè)的挑戰(zhàn)和對傳統(tǒng)炭素制品的考驗，也是迫使炭素廠家提供出低價優(yōu)質(zhì)的準高功率和準超高功率的產(chǎn)品。因鋼鐵發(fā)展已過了量的關，在向精品和特殊品種方向發(fā)展?，F(xiàn)在市場對石墨電極的需求已向多品種和增量方向發(fā)展。其中：UHP石墨電極的年需求量將達到10萬t；HP石墨電極的年需求量至少18萬t。二、炭電極使用炭質(zhì)原料經(jīng)成型、焙燒和機械加工制成的導電電極，曾稱炭素電極。典型的炭電極使用無煙煤為骨料、冶金焦為粉料和煤瀝青為粘結(jié)劑制成。廣義的炭電極包括焙燒后不經(jīng)石墨化的各種電極，如以天然石墨為原料生產(chǎn)的天然石墨電極，用石墨碎（石墨電極的廢品或切削碎屑）為原料制造的再生電極。鋁電解槽使用的炭陽極，用石油焦或瀝青焦生產(chǎn)，按其使用性質(zhì)也可歸入炭電極一類。20世紀初電弧煉鋼爐主要使用炭電極或天然石墨電極。而石墨電極的物理化學性能優(yōu)于炭電極及天然石墨電極，因而電弧爐逐漸改用石墨電極，以無煙煤和冶金焦或天然石墨為原料生產(chǎn)的炭電極產(chǎn)量日益減少。目前只有少數(shù)國家還生產(chǎn)少量以無煙煤和冶金焦為原料的炭電極，用于生產(chǎn)鐵合金、黃磷的礦熱電爐中。2.1特性及原料以無煙煤和冶金焦為原料生產(chǎn)的炭電極耐高溫、耐腐蝕，而且有較好的高溫強度，室溫下抗壓強度在20MPa以上，灰分通常小于8%，電阻率為40～50μΩ·m，在礦熱電爐上使用時允許電流密度一般不大于8A/c㎡。以石油焦或瀝青焦為原料生產(chǎn)的炭電極，焙燒后灰分小于1%，電阻率為35～45μΩ·m，抗壓強度一般在35MPa以上，以石墨碎為原料制成的再生電極的灰分一般小于1%，電阻率為20～30μΩ·m。生產(chǎn)以無煙煤為骨料、冶金焦為粉料的炭電極應選用灰分低、結(jié)構致密和熱性能好的塊狀無煙煤和灰分低的冶金焦為原料，為提高炭電極的導電性能可加入少量天然石墨或石墨碎，生產(chǎn)炭電極的粘結(jié)劑為煤瀝青。2.2生產(chǎn)工藝以無煙煤和冶金焦為原料生產(chǎn)炭電極，煙煤應先進行鍛燒，以提高原料的真密度、導電性和抗氧化性。無煙煤破碎成20㎜以下的粒子，經(jīng)篩分得到配料所需的幾種顆粒的骨料，冶金焦磨成細粉，以后按配方配料，在混捏機中與定量的粘結(jié)劑（煤瀝青）混捏成可塑性糊料，糊料擠壓成型（或振動成型）制得生坯，再將生坯裝入焙燒爐中加熱到1100℃左右，使煤瀝青炭化，焙燒后的半成品進行機械加工，并另外加工相應規(guī)格連接用的接頭，也可使用無需接頭的凸凹型連接，加工后經(jīng)檢驗合格再包裝出售，生產(chǎn)周期約30天。以石油焦或瀝青焦為原料生產(chǎn)電極槽使用的炭陽極，焙燒和焙燒以前的生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)石墨電極基本相同。以石墨碎為原料生產(chǎn)炭電極時、石墨碎不需要緞燒。以天然石墨為原料生產(chǎn)天然石墨電極時，天然石墨應經(jīng)過精選（降低灰分）及脫水三、電極糊使用無煙煤、冶金焦及石墨碎等炭質(zhì)原料為骨料和粉料，煤瀝青為粘結(jié)劑，經(jīng)過破碎、配料、混捏、鑄塊即為成品，作為礦熱電爐自焙電極的材料。自焙電極又稱索德伯格電極，這個名稱來自發(fā)明人索德伯格，首先用于挪威奧斯陸的一個電化冶煉廠，電極糊在鐵合金及電石工業(yè)中需用量很大。生產(chǎn)1噸硅鐵或錳鐵合金一般要消耗30～50公斤電極糊，生產(chǎn)1噸電石一般要消耗25～30公斤電極糊。3.1工作原理⑴使用特點礦熱電爐為埋弧操作，導電電極直接插入爐料中，依靠通電后產(chǎn)生的電弧和爐料的電阻熱熔化爐料，電流密度一般為4～8A/c㎡。因而可以采用價格低廉的電極糊作為電極材料直接在礦熱電爐上焙燒成一導電電極使用，這一焙燒過程不需要外加熱量，利用電極自身電阻在通電時產(chǎn)生的熱量和爐面輻射熱完成焙燒，所以稱為自焙電極。而且這種焙燒過程是隨著電極的消耗連續(xù)進行的，因此又稱連續(xù)自焙電極。連續(xù)自焙電極的外殼是由鋼板焊成的圓筒（也有橢圓形的），事先破碎成小塊的電極糊定期從圓簡上方加入，筒內(nèi)的電極糊在熱量的作用下，逐漸焙燒成具有較好導電性及相應機械強度的炭電極，發(fā)揮導電作用，在電弧的高溫氧化及參加爐料化學反應等情況下，電極的下端不斷的消耗掉，因此整個電極筒要定期下放，電極筒上部也要適時接上新筒及補充電極糊，由于炭電極的允許電流密度較低，而礦熱電爐需要一定的電極工作面積，因此電極的直徑都比較大。⑵焙燒過程電極糊在鋼筒內(nèi)從軟化及熔化開始一直到焙燒成炭質(zhì)電極可分為3個階段。如圖2所示，①軟化和熔化階段，電極糊本身的溫度由常溫升高到150℃左右，電極糊呈塑性流動狀態(tài)，位置大約在導電夾持器上方500㎜處。②煤瀝青分解揮發(fā)階段，充分熔化的電極糊沿筒內(nèi)橫截面流動并充填鋼筒內(nèi)的空隙，隨著溫度的不斷升高，煤瀝青分解和揮發(fā)速度加快、逐漸形成半焦化狀態(tài)，此時溫度已經(jīng)達到650～700℃，位置在導電夾持器的上部及接近夾持器的上方。③焙燒階段，電極糊由半焦化到完全焦化，電阻率不斷下降、機概強度逐步提高，基本上完成焙燒的部位是在導電持夾器的中下部，此時電極本身溫度達到800～900℃大部分輸入爐內(nèi)的電流是在導電夾持器的中下部通過焙燒好的電極導入的。電極糊焙燒速度應與端部消耗速度相適應，如果焙燒速度過快或過慢，可能導致自焙電極的“軟斷”或“硬斷”，一旦發(fā)生自焙電極“軟斷”或“硬斷”，礦熱電爐將被迫停產(chǎn)?！败洈唷笔请娚^大裂紋或電極機械強度較低，或者長時間停電后再次通電負荷增加過快，產(chǎn)生較大的熱應力，導致自焙電極斷裂?！败洈唷被颉坝矓唷迸c電極糊質(zhì)量有關，也與電爐操作有關。3.2生產(chǎn)工藝無煙煤、石油焦等原料應先進行鍛燒，提高原料的真密度、抗氧化能力及導電性。生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)密閉糊的無煙煤應經(jīng)過電爐煅燒，煅燒溫度達到1500～2000℃，以便獲得導電性能和導熱性能更好的無煙煤。這些煅燒過的原料按照配方要求分別破碎、篩分或磨粉以獲得所需要的各種順粒度的骨料和細粉，煤瀝青要先溶化脫水。生產(chǎn)中小型敞開式礦熱電爐用的電極糊參考配方為：無煙煤46%、冶金焦32%、中溫煤瀝青22%。生產(chǎn)密閉式礦熱電爐用的電極糊參考配方為：電煅無煙煤43%、石墨碎8%、石油焦27%、煤瀝青23%。糊料混捏溫度為130℃左右，混捏時間45～60min，混捏的糊料經(jīng)過成型機鑄成小塊或按用戶要求鑄成一定高度的圓柱（與電爐上的電極筒內(nèi)徑相同3.3電極糊分類根據(jù)礦熱電爐的容量及爐型（爐面敞開式還是密閉式）對電極糊質(zhì)量的不同要求，可將電極糊分成3個類別。⑴第一類電極糊用于爐面為敞開式的中小型鐵合金爐及電石爐，在這一類電爐中電極糊的焙燒條件比較好，通過的電流密度較低。因此對原料的選擇不太嚴格，原料灰分高一些也可以，通常使用軟化點（環(huán)球法）為75～90℃的中溫瀝青為粘結(jié)劑。⑵第二類電極糊主要用于大型敞開式電石爐，通過的電流密度較大。這種爐型要求電極糊的焙燒速度快一些，電極糊的灰分盡可能低一點，因此需要采用灰分較低的原料或加入適量的天然石墨或石墨碎，并適當降低粘結(jié)劑的軟化點。如在中溫瀝青內(nèi)加入一定量的煤焦油或蒽油、將軟化點(環(huán)球法)降低到60℃左右，骨料和粉料的粒度組成與第一類電極糊相⑶第三類為密閉式礦熱電爐所用的優(yōu)質(zhì)電極糊，爐面密閉是礦熱電爐的發(fā)展方向。爐面密閉后可以回收大量可燃氣體有利于節(jié)約能源和改善操作環(huán)境，但是爐面密閉后不利于電極糊的焙燒。因此要求生產(chǎn)一種灰分小，熱導率較高和電阻率較低、有利于提高焙燒速度的電極糊。國內(nèi)外生產(chǎn)的密閉爐用電極糊主要從5個方面改進。①采用優(yōu)質(zhì)無煙煤為骨料，無煙煤經(jīng)過電爐煅燒。②粉料使用石油焦或瀝青焦，不使用冶金焦，以降低電極糊的灰分。③加入適量的石墨碎等材料以提高電極糊的導熱性能和導電性能。④適當降低粘結(jié)劑的軟化點。⑤根據(jù)使用需要適當增加電極糊的分析測試項目。如側(cè)定糊料的體積密度、比熱、塑性和焙燒試樣的熱導率、彈性模量、抗折強度等，大型密閉式礦熱電爐所用的優(yōu)質(zhì)電極糊的質(zhì)量數(shù)據(jù)如下。糊料分析灰分5.0～6.0%，揮發(fā)分12.0～15.5%焙燒試樣體積密度﹥1.50g/cm3，電阻率50～70μΩ·m，抗壓強度﹥17MPa熱導率﹥8W/(m·k)，比熱1.8kJ/㎏·K，彈性模量﹥3.5GPa，抗折強度﹥3.8MPa四、其他種類電極4.1其他類別的石墨電極⑴抗氧化涂層石墨電極減少電極外圓表面的氧化損失是降低電極消耗的有效途徑，石墨電極的抗氧化涂層工藝國內(nèi)外都進行過大量的研究工作。如在電極表面涂一層抗氧化材料或?qū)㈦姌O在特殊的溶液中浸漬，目前已被國內(nèi)外若干工廠所采用的抗氧化涂層工藝是鋁和耐火物料在電極表面的“交替噴涂-燒熔法”，這種工藝方法的要點是：先在石墨電極外圓表面加工一些淺溝，再將電極置于加熱爐內(nèi)加熱到250℃左右，然后用金屬噴槍在電極表面噴一薄層鋁，再在鋁層外面噴一層耐火泥漿，最后用電弧產(chǎn)生的高溫使鋁和耐火泥漿燒熔在一起，形成既能導電又能抗高溫氧化的金屬陶瓷層。為了使涂層達到一定厚度，噴鋁及噴耐火泥漿和隨之進行的電弧燒熔要反復2～3次實際使用結(jié)果中，帶有抗氧化涂層的石墨電極與同樣質(zhì)量但沒有抗氧化涂層的石墨電極比較，可降低每噸電爐鋼的電極凈耗20～30%，并可降低每噸鋼的電耗5%左右，增加抗氧化涂層所需費用大約是石墨電極銷售價格的10%左右。⑵空心石墨電極是中空的電極，生產(chǎn)這種產(chǎn)品是在電極成型時直接壓制成中空的管子形狀，以后的生產(chǎn)工序與生產(chǎn)一般電極的過程相同。空心石墨電極可以節(jié)省原料，在冶煉過程中減少吊裝電極的重量，利用電極的中空區(qū)形成的通道加入煉鋼時所需的合金料及其它材料，或從中空通道向爐內(nèi)輸入不同用途的氣體?？招氖姌O雖有不少優(yōu)點，但對電極制造廠來說生產(chǎn)空心石墨電極擠壓工藝復雜、原料節(jié)約有限而成品率低，因此空心石墨電極沒有得到廣泛應用。⑶水冷復合石墨電極這是石墨電極與特制的一段鋼管接合后使用的導電電極。水冷復合電極上段是一根不消耗的無縫鋼管，約占復合電極總長度的三分之一，鋼管為雙層，內(nèi)部通水冷卻，下段為石墨電極，通過一個水冷卻的金屬接頭與上段鋼管連接。水冷鋼管外表面光滑，和電極夾持器接觸良好，由于石墨電極在水冷卻鋼管的下面，所以連接電極必須將整根鋼竹連帶電極從爐中拔出，送到一個專門的裝配站連接新電