《石墨电极的物理化学性能与电炉炼钢中消耗的关系》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石墨电极的物理化学性能与电炉炼钢中消耗的关系（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、石墨电极的物理化学性能与电炉炼钢中消耗的关系李圣华吉林炭素工业有限责任公司集团1 电弧炉炼钢的技术发展电弧炉炼钢是靠电极产生电弧、使电能在弧光中转变为热能，熔化炉料和去掉硫、磷等杂质成分，添加需要的元素( 如碳、镍、锰等) ，冶炼出各种不同性能的钢或合金的炼钢方法。用电能加热可以精确的控制炉温，产生的高温废气少，电弧炼钢炉的热效率比转炉高。电弧炉炼钢技术发展至今已有约1 0 0 年的历史，虽然始终面临着其他几种炼钢方法的挑战和竞争，特别是高效率氧气转炉炼钢的冲击，但电弧炉炼钢的钢产量在世界钢总产量中的比例仍逐年上升。2 0 世纪9 0 年代初期，全世界电弧炉生产的锅占钢总产量的U 3 左右，有
2、的国家炼钢以电弧炉为主，如意大利，电炉冶炼生产的钢比例高达7 0 v 奠上。2 0 世纪8 0 年代，连续铸造在电炉钢生产中普遍推广，逐渐形成了“废锅预热一电弧炉熔炼炉外精炼一连续铸锭一连续轧制，的节能生产流程，电弧炉成为主要用废钢为原料、炼钢的快速设备。为从根本上克服超高功率交流电弧炉电弧不稳定、三相供电与相电流不平衡及其对电网的剧烈冲击而开始了直流电弧炉的研究，并于上一世纪8 0年代中期投入工业应用，只使用1 根石墨电极的直流电弧炉于9 0 年代在全世界得到广泛推广( 有的直流电弧炉用2 根石墨电极) 。大幅度降低石墨电极消耗是直流电弧炉最大优越性，2 0 世纪7 0 年代末以前，交流电弧
3、炉每吨钢消耗石墨电极5 8k g ，石墨电极费用占炼钢总成本的1 0 1 5 ，尽管米取多项措簏。使石墨电极单耗下降到4 6 蚝，还是占生产成本的7 1 0 ，采用高功率和超高功率炼钢方法后。电极消耗降低到2 3k g t 钢，其中只使用1 根石墨电极的直流电弧炉，石墨电极消耗可下降到1 5k g t 钢以下。理论和实践都表明，直流电弧炉与交流电弧炉相比，石墨电极单耗可降低4 0 6 0 ，中国新建成的直流电弧炉的石墨电极消耗也能达到1 1 3k g t 钢。2 电炉炼钢对石墨电极的要求，电极消耗原园分析2 0 世纪8 0 年代中期以前，石墨电极费用占电炉炼钢成本的1 5 2 0 ，因此世界各
4、国都采取了系列措施降低石墨电极消耗，随着电极水冷技术的推广使用，8 0 年代中期以后电极费用所占成本已经降到1 0 ，通过进一步提高电极质量和不断改进炼钢操作工艺进入2 0 世纪9 0 年代电极费用所占炼钢成本已经降低到5 左右。电弧炉炼钢电l R l极的消耗与电流密度、电炉的直径、使用石墨电极的直径、生产率( 冶炼强度) 及操作( 如废钢预热、吹氧数量、处置不当引起折断) 等各种因素有关。石墨电极在温度剧烈波动的条件下工作，长时间受到强烈的热应力的破坏作用，因此抗热震性是石墨电极的一个非常重要的性能。这要求采用低膨胀系数的焦炭生产石墨电极，石墨电极的电阻率必须很低。要求电极接头的线膨胀性能与
5、电极本体的线膨胀系数相匹配。电弧炉实现超高功率化后，石墨电极承载更大的电流强度，而电极的直径不能太大，因此对超高功率电炉使用的石墨电极与普通功率电极质量上有较大的区别，生产大规格超高功率石墨电极从原料到工艺有一系列难点，特别要强调超高功率石墨电极必须是均质电极，按均质化要求确定成品、半成品的理化指标波动范围。一般认为，石墨电极消耗由4 部分组成：端部消耗、侧面氧化、残端损失、电极折断。其中前两项损失为连续性消耗，后两项损失为问断性消耗。因此常把残端损失和电极折断合并称为折断损失。端部消耗和侧面氧化可分别占电极消耗的3 0 7 0 ，残端损失约占5 2 0 ，电极折断损失约占3 1 0 ，可见减
6、少端部消耗和侧面氧化消耗最重要，采用对炉盖以上电极表面喷淋冷却后，电极温度下降，因而电极侧面氧化大幅度降低，表1 给出了两种电弧炉石墨电极消耗的组成比例。表2日本里崎厂2 0t1 0 M V A 的A C 炉和D C 炉消耗石墨电极的比较( 电极直径为3 5 6 嘲)两种电弧炉石墨电极消耗的组成比例表1电极折断机械作用造成。常见的折断部位有电极上端接头处螺母孔底部断面；电头上端和F 端的端面处断面及接头中间部位折断。电极质量：塌科：装料、熔化操作不当：1 05电磁力；热应力：电弧区熔渣、钢水署l f 气体的总计1 0 04 0 3 2k g ，t1 2k g ，t5 0表2 日本里崎厂2 0
7、t 1 0 M V 的 c 妒和D c 炉消耗石墨电极的比较( 3 5 6o n )3 世界主要石墨电极生产商刊登在产品样本上的理化指标日本东海与德国S G L 两家炭素公司，对用于直流电弧炉的石墨电极标明了单独理化指标，与使用于交流电弧炉的石墨电极相比质量指标都提高了一步，如体积密度、电阻率、弹性模量、C T E 等，显示用于直流电弧炉的石墨电极要比用于交流电弧炉的同品种石墨电极质量高出一头。但U C A R 对使用于直流电弧炉的石墨电极无此规定，U C A R 对接头的质量单独公布理化指标标准，接头的质量高于本体，其他厂家也应有接头质量的内控标准，但没有公布。样本上公布的理化指标只能作参考
8、，各公司实际生产时都设有内控指标，按内控指标检验成品质量，如电阻率公布指标为4 5 - - 5 5uQi 3 “ 1 ，内控指标可能是5 0 0 2uQm ，内控指标一般属于各公司技术秘密的范畴。3美国U C A R 生产的石墨电极理化指标电极本体体积密度，g c m 31 5 5 1 6 51 6 5 1 7 5电阻率，uQm6 O 8 04 5 6 0 抗折强度，MP a6 0 1 28 O 1 5 CTE ，1 0 “ 0 5 1 50 1 5 0 6( 3 0 】0 0 1 灰分，典型值( 0 1 接头料( 所有规格电极用接头为同一指标)体积密度。g c m 31 7 6I 8 6 抗
9、拉强度。M P a1 5 2 4 电阻率，u0 m3 4 4 5 C TE X 1 0 0 0 2 O 5附注：美国UCA1 ：1 石墨电极理化指标( 牌号A G R 相当于中国的高功率石墨电极牌号A G X相当于中国的超高功率石墨电极) 。2 0 0 0 年U C A R 公布的石墨电极性能指标比1 9 9 6 年公布的少，如电极本体取消了抗拉强度、弹性模量与热导率三项，接头料取消了弹性模量一项。瓣一拶：，浆蕊群一表4 日本东海U H P 电极理化指标堡些塑堡至鎏茎垡型皇鎏丝堡旦中3 0 0 - - 4 0 0m 4 5 0 - - 6 0 00 5 0 0 - - 7 0 0灰分，体积密度
10、，m 真密度g c m3孔隙率，抗折强度，M P a弹性模量，G P a电阻率，O 。21 6 5 】，7 62 2 0 2 2 32 0 2 61 2 1 8l l 1 64 5 6 。SO 216 6 1 7 42 2 0 2 2 32 1 2 6l O 1 59 1 44 。S 6 5O 21 6 8 1 7 52 2 0 2 2 32 0 2 51 0 1 59 1 34 2 5 5C T E 1 0 “0 3 1 O03 1 OO 2 O 6 3表5 $ G L ( 原德国s G I R I 与美国大湖合并后的简称)理化指标交流炉使H | ，m直流炉使用，咖中7 5 1 8 0 巾2
11、 0 0 4 5 0巾5 0 0 6 0 0 6 0 0体积密度，g c r f l3I 6 6 1 7 31 6 6 1 7 31 6 6 1 7 31 6 6 1 7 3孔隙率，电阻率，uQ I T l抗折慢皮，N m21 7 2 11 7 2 11 7 2 11 7 2 15 0 7 04 8 5 。84 8 5 64 6 5 21 2 1 81 0 1 69 1 49 1 2热导率W ( K m ) 1 7 0 2 1 01 6 0 2 1 01 8 0 2 3 02 0 0 2 5 0C T E ，um ( K m ) 0 ，8 1 20 4 I O0 4 0 90 3 O 8+测试
12、项目本体接头体积密度3真密度，g c m3i L 隙率电阻率，u Q m抗折强度，M P a弹性模量，G P a1 6 8 1 7 71 8 0 1 8 52 2 0 2 2 52 0 2 54 O 6 ，02 2 0 2 2 51 5 2 02 ，5 3 9 1 21 0 1 52 5 3 59 1 41 8 2 4C T E ，1 0 7 5 deg0 3 1 0O 3 1 0表7中国吉林炭素工业集团超高功率石墨电极质量标准电极直径3 0 0 4 0 04 5 0 5 0 05 5 0 - 6 0 07 0 0附注：1 灰分为参考指标，2 中国各炭素厂生产的石墨电极一般按照中国冶金工业部颁
13、布的行业标准作为一r 厂的质量标准，但1 9 9 2 颁布的超高功率石墨电极行业标准只有o 4 0 01 瑚l l 、m 4 5 0 】I n 及o5 0 0m 三种规格，而且理化指标的设置不尽合理，与国外同类产品相比，指标明显偏低，因此中国各炭素厂都在部颁超高功率石墨电极的行业标准的基础上增加了规格理化指标也作了修订。4 日本中7 0 0 嘲超高功率石墨电极的实测数据2 0 0 0 年1 1 月吉炭从上钢五厂取回R 本某厂生产的中7 0 0 电极及接头在吉林炭素工业集团加工车间和吉炭质检站的分析结果( 1 ) 接头分析结果在质检站分析结果附注：表示试样沿轴向( 纵向) 的测定结果，L Y ,
14、 J 表示沿试样径向( 横向) 的测定结果。( 1 ) 在加工车间对中7 0 0m 电极的接头测试结果( 2 ) 中7 0 01 1 1 1 1 电极本体在质检站分析结果1 5 41 6 71 6 416 7l6 616 716 6768 97 3797 98 18 01 0 9 01 0 6 285 69 ，7 81 15 19 0 l1 00 65 _ 31 5 648上2 9 15 65 15 15 45 25 石墨电极理化指标与使用效果的关系5 1 石墨电极的电阻率不仅要满足U H P 电炉通过高电流强度的需要。电阻率与氧化起始温度及氧化速度有关，高质量的石墨电极大约从5 5 0 开始
15、氧化，在7 5 0 以上加速氧化正常情况下电极的损耗大部分是表面的氧化引起的。石墨化温度越高，电阻率越低，产品氧化速率降低。为了降低氧化速率，电极本体及接头的电阻率应当是很低的如大规格U H P 电极本体降低到5uQ m 左右，接头达到3 5 4 ，0 uQ m 。降低成品的电阻率除了选择优质原料外，必须相应提高石墨化温度，国外生产大规格石墨电极，大多数已经改用串接石墨化炉生产，电极本体的石墨化温度达到3 0 0 0 左右，接头料的石墨化温度达到3 2 0 0 左右。提高石墨化温度不仅对降低电阻率起到直接作用，而且同时降低了弹性模量和线膨胀系数。5 2 电极的热导率要高，热导率高可使石墨电极体内热量传递快，径向温度梯度缩小，有利于缓解热应力。石墨电极的电阻率与热导率呈线性关系。电阻率低则热导率高，在常温下测定了电阻率，可用简单计算方法得出热导率，根据电阻率与热导率的换算公式，石墨电极电阻率为5 uo m 时，热导率相当于2 6 0 W ( m ) 。普通功率大规格石墨电极的电阻率一般为8 5 1 0 uQ m ，因此热导率一般在1 5 0 w ( m ) 以下。美国联合炭素公司( U C A
