如何更好的降低电炉电极消耗、革新石墨电极质量？
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- 来源：
- 宣布时间：2021-01-19
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【提要描述】石墨电极主要应用在冶炼电炉中作为导电质料领域 ，石墨电极质料与其他导电质料相比其最大优点在于其具有良好的导电导热性能和韧性 ，能够对抗较大电流的攻击 ，并且在高温下不软化也不熔化等特点 ，因而被广泛应用于高温电炉炼钢领域。炼钢电弧炉上以它为导电质料 ，通过弧光放电将热能通报到炉料上将废钢熔化。
如何更好的降低电炉电极消耗、革新石墨电极质量？
【提要描述】石墨电极主要应用在冶炼电炉中作为导电质料领域 ，石墨电极质料与其他导电质料相比其最大优点在于其具有良好的导电导热性能和韧性 ，能够对抗较大电流的攻击 ，并且在高温下不软化也不熔化等特点 ，因而被广泛应用于高温电炉炼钢领域。炼钢电弧炉上以它为导电质料 ，通过弧光放电将热能通报到炉料上将废钢熔化。
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- 宣布时间：2021-01-19
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石墨电极主要应用在冶炼电炉中作为导电质料领域 ，石墨电极质料与其他导电质料相比其最大优点在于其具有良好的导电导热性能和韧性 ，能够对抗较大电流的攻击 ，并且在高温下不软化也不熔化等特点 ，因而被广泛应用于高温电炉炼钢领域。炼钢电弧炉上以它为导电质料 ，通过弧光放电将热能通报到炉料上将废钢熔化。近些年 ，电炉钢在钢总产量中的比例逐年提高 ，现已凌驾40% ，其产量由2000年的1457万t迅速增长为2005年的4179万t ，其生产所需石墨电极为190万t/ ，年。电极消耗本钱一般约占总本钱15%一30% ，而目前我国电极消耗量很高 ，大钢厂的石墨电极用量约100万t//年。中国电炉大型化及用电极量的生长势头会随着我国宏观经济连续走强及钢铁工业的迅猛生长会越来越快。
因而 ，降低电极消耗革新石墨电极质量的研究是电炉冶金专家及企业亟待解决的突出问。
因此 ，探索研究电极消耗机理 ，降低电极消耗的有效步伐、努力降低生产本钱 ，已成为电弧炉炼钢本钱、节约能源的重要方面。特别是在钢铁工业极速生长的今天 ，电弧炉炼钢的迅速生长 ，其对电极的需求量也日益增大。但由于资金、能源、生产技术等条件的限制 ，石墨碳素制品的生长目前尚难满足电弧炉炼钢生产的特殊需要 ，电极消耗指标与外洋仍有相当的差别 ，质量不高 ，供求矛盾比较突出。如海内大型钢厂其超高功率电弧炉所使用的电极大都从日本等国进口 ，因而降低电极消耗已成为电炉炼钢企业需要考虑的重要课题之一 ，是节省能源 ，充分贯彻我国新时期所提出的国家生长“十一五计划”对钢铁企业节能降耗的要求 ，更是降低电炉钢生产本钱、提高经济效益、提升企业焦点竞争力的重要途径。
电极消耗的机理研究
电极是短网的最后一部分 ，它通过二根连接起的石墨化电极的末端爆发强烈的电弧熔化炉。料和加热钢液 ，即电极是把电能转化为热能的中心枢纽 ，电极事情时要受到高温 ，炉气氧化以及塌料撞击等作用 ，尤其是两根电极连接处 ，要比其它地方电阻大、导电系数低 ，易脱扣、氧化、脱落、折断 ，因而造成电极的极大消耗 ，并且延长了冶炼时间 ，降低了生产率。电极在炼钢历程中 ，由于处在高温情况下 ，其电极外貌与氧爆发碳氧反应消耗 ，石墨电极在低温下稳定 ，高温下易氧化 ，在空气中一般碳制品在450℃左右开始氧化 ，石墨化水平较高的石墨制品在600℃左右开始氧化 ，凌驾750℃后氧化急剧增加 ，且随着温度的升高而加剧 ，而在水蒸气中加热到900℃时被氧化。即影响石墨电极侧面氧化的主要因素是高温和氧化气氛 ，这就是电极氧化消耗 ，特别在随着炉门氧枪、油氧助熔、EBT集束氧枪和炉壁氧枪等新技术的相继应用 ，炉内供氧强度加大 ，氧化气氛增强 ，使得电极消耗进一步增加。由于电极端部与电弧直接接触 ，使端部电极升华形成
消耗;电极部分与熔池接触 ，其碳元素被熔池吸收为侵蚀消耗;电极在运行历程中受到电磁力、机械力及固体原料攻击力的作用而爆发断裂、崩落的断裂消耗。电弧炉电极消耗可分为化学消耗和物理损耗：
1.1 物理损耗
电极的物理损耗主要指电极前端消耗及侧面消耗 ，主要是由机械外力和电磁力所引起。如电极接头处的松动、折断 ，电极裂纹和接头螺纹部分脱落等。造成的原因是电极自己质量差 ，如强度低;设备方面 ，如电极直径选择不当 ，电极夹持器、升降和控制装置不良等;操作方面 ，如装料不当 ，熔化期大块废钢塌落撞击电极 ，两根电极连接的不紧等。
1.2 化学损耗
主要指电极外貌的消耗 ，包括电极端的消耗和周界的消耗。电极端部局部加热使石墨升华和电极端部与钢液接触 ，使石墨被吸收电极尖端消耗主要是石墨在高温下升华和在钢渣中熔化所致。在正常作业情况下 ，尖端消耗可抵达电极总消耗的50%。侧面消耗是电极被氧化是的主要原因 ，消耗量约占总消耗的40% ，其氧化反应速度与温度密切相关：
1)当温度在550℃~750℃规模内时 ，氧化反应速度受电极自身控制 ，石墨质量和温度对电极消耗的影响强于空气的影响。
2)当温度高于800℃时 ，空气的流动速率开始控制反应 ，空气流动速率和空气压力对电极消耗的影响强于温度和电极自身质量所起的作用。
电极与空气接触面积越大 ，加入氧化反应的强度越大 ，消耗随之增高。
电极周界与钢渣的接触及炉气接触造成氧化损耗。
电极降耗的海内外研究现状
近年来 ，随着我国电炉钢工业的蓬勃生长 ，及节能降耗降低生产本钱 ，特别是电弧炉炼钢中电极降耗的本钱的要求 ，海内外相关领域的专家学者及一线事情人员对此进行了大宗的研究、探索和实践 ，并形成了几种较为有效的工艺 ，现归纳如下：
2.1 石墨电极熔融体系的外貌改性研究
通过开发熔融体系质料外貌合金化工艺 ，对石墨电极外貌合金化工艺及石墨电极氧化动力学进行了系统研究 ，建立了石墨电极氧化的动力学模型 ，通过比照实验 ，证明经熔融法外貌合金化处理后 ，可降低石墨电极的氧化损耗。
2.2 优化供电系统参数
供电参数是影响电极消耗的要害性因素 ，选择二次侧电压为410V ，电流为23kA时 ，可以最大限度地降低电极前端消耗。稳顺电弧炉设备 ，完善操作工艺 ，能有效地减少电极机械损耗。通过实践结果证明：对供电参数系统的优化及减少电极机械损耗的不绝摸索 ，涟钢一炼钢厂电极消耗由原来的5.0kg/t降低到了3.81kg/t。选择最佳供电参数 ，稳顺电炉设备 ，革新工艺可以有效地降低电极单耗。
2.3 水冷式复合电极
水冷复合电极是近几年外洋生长起来的一种新型电极 ，使用水冷复合电极炼钢一般可降低电极消耗20%一40%。水冷复合电极由上部的水冷钢管段及其下部的石墨事情段组成 ，水冷段约占整个电极长度的1/3。由于水冷钢管段没有高温氧化(石墨氧化) ，故减少了电极氧化 ，同时水冷钢管段与夹持器之间坚持良好的接触。由于水冷段与石墨段的螺纹接纳水冷式 ，其形状稳定、无破损。并可蒙受较大的扭矩 ，提高了电极接口的强度 ，从而使电极消耗显著降低。
2.4 水喷淋石墨电极防氧化机理
针对电极在冶炼历程中的消耗情况 ，应该把降低电极消耗的重点放在降低端部消耗上 ，大大降低吨钢电极单耗。石墨电极消耗中 ，侧面氧化消耗占50%左右 ，最高达70%。恒久以来 ，海内外对避免石墨电极的侧面氧化消耗进行了大宗的研究事情 ，接纳了多种技术步伐 ，并取得效果 ，使电炉钢石墨电极消耗逐步降低。借鉴已有的结果 ，接纳对石墨电极喷淋防氧化溶液的技术步伐 ，通过实验研究 ，该项技术对避免石墨电极的侧面氧化效果显著 ，使石墨电极的抗氧化能力指标提高6—7倍 ，并且技术步伐切实可行。水喷淋式电极掩护法是日本率先开发的电极掩护新技术。该技术是在电极夹持器的下方接纳环形喷水装置向电极外貌喷水 ，使水沿电极外貌下流 ，在炉盖电极孑L上方用环形管向电流外貌吹压缩空气 ，使水流雾化。接纳这种要领后 ，吨钢电极消耗已下降到1.9—2.2kg。同时由于雾化蒸汽的作用 ，使耐火质料炉盖的寿命提高了一倍。
该新技术在超高功率电炉上首先应用。直接水淋电极要领装置简单 ，操作便当、宁静。能以少量水取得较大冷却效果。但实际工业生产中所泛起的主要问题有：
1)电极折断较多。其中有操作不当所致 ，也可能由干电极受水局部激冷 ，温度不均匀造成内应力 ，在操作不当时易折断。
2)喷圈上小孔常被冷渣、钢液梗塞。其冷却作用主要在电极处于炉盖上部至喷圈规模部分。它不增加电耗及钢中氢含量。电极外貌高温氧化是造成电极损耗的重要因素。水冷却电极是减少电极消耗的一种有效途径。差别水冷要领对电极受热条件及外貌温度漫衍爆发差别影响 ，它们各有特点并保存缺乏。目前 ，加拿大、德国、美国等进行了复合水冷电极研究 ，日本进行了水淋电极试验 ，这些都是以间接或直接水冷却电极来减少电极外貌氧化 ，从而降低电极消耗的要领。
2.5 中空电极
电极同样也是铁合金冶炼的主要原质料的消耗之一。近年来西欧及瑞典开始运用中空电极于铁合金矿热炉生产中。中空电极一般均为自惜式电极 ，电极接纳圆筒形 ，内壳中适当通入惰性气体压封。中空电极由于空心 ，改善了电极的烧焙条件 ，使电极强度增加。一般使用空心电极可节约电极30%一40% ，最好可达50%。空心电极的使用不但改善了电极的使用条件 ，且还对铁合金冶炼带来一系列利益 ，如直接使用粉矿冶炼 ，从空心电极中吹入还原粉剂等。
2.6 直流电弧炉
直流电弧炉是近年来世界新生长起来的一种新型冶炼电弧炉。从外洋的宣布资料看 ，直流电弧炉是降低电极消耗的一种最有效的技术 ，一般可降低电极消耗约40%一60% ，在直流电弧炉中 ，整流器的负极和石墨相接 ，而正极与炉底电极(通常是水冷金属平板及耐火质料组成)相接 ，石墨电极、金属熔池、炉底电极、整流器形成一个电流回路 ，并在石墨电极与金属熔池间起弧。
1984年4月美国的那尔考钢厂建成首座20吨三相电极直流电弧炉 ，该直流电弧炉1986年1～11月共生产6万吨钢 ，电炉的石墨电极消耗由原来的4.77kg/t钢降低到1.9kg/t钢 ，降低60%以上 ，电能消耗降低约33.3%。特别是只用一根大直径石墨电极的直流电炉于使用三根电极的同功率的交流电炉相比 ，因电极氧化面积减少一半左右 ，因此电极单耗比同容量的交流电炉下降40%左右。目前 ，直流电弧炉已开始在世界兴旺国家推广应用 ，据报道 ，大型直流超高功率电炉的石墨电极消耗已降低到1.6kg/t。
2.7 永久电极
近年来兴旺国家正在利用其技术的综合优势开发永久电极。所谓永久电极就是接纳导电的金属陶瓷质料 ，经过特殊加工而制成的水冷式陶瓷电极。其氧化、升华、断裂损耗极低 ，瑞典开发的永久电极在1.5吨电弧炉上试用 ，一根陶瓷电极(段长500mm)其使用寿命在1年以上J。
2.8 提高电极质量减少自然损耗
电极要传导很高的电流 ，同时在高温下事情 ，还要受机忻魅振动 ，事情条件很是卑劣等作用的影响 ，故对电极的质量提出了严格的要求 ，其必须要：①导电性好 ，即电阻系数要小;②能耐高温 ，具有高的机械强度;③抗氧化性好 ，在空气中开始强烈氧化的温度高;④几何形状规整等要求。
2.9 电极外貌涂层技术
电极涂层技术是降低电极消耗简便而行之有效的技术 ，一般可使电极消耗降低20%左右。常用的电极涂层质料为铝及种种陶瓷质料 ，其在高温下有很强的抗氧化性 ，能有效地降低电极侧外貌的氧化消耗。日本研制的Ceracon涂料 ，在一些厂家试用 ，不但能降低电极消耗 ，还能使炼钢电能耗降低20～30kW·h/t钢。电极涂层的要领主要是接纳喷涂修磨 ，其工艺简便易行 ，是最常用的掩护电极要领。
2.10 浸渍电极
浸渍电极 ，一般是将电极浸入化学药剂中 ，使电极外貌与药剂爆发化学作用以提高电极的抗高温氧化能力 ，使用浸渍式电极可比一般电极降低电极消耗10%～15%左右。
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