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1、炭紊工艺与设备第9卷，2002年兰州，第145148页锦州针状焦在UHP电极生产的应用谭炜洲 郝相龙齐仲辉(兰州炭素集团有限公司) 摘要t通过试验室对冒产锦州针状焦分析与进口针状焦进行性匏对比，利用企业现有设备，煅前锦州针状焦经过煅烧得到较低电阻牟和CTE值的UHP电极生产原料，投料试制 一批供出口用的UHPq600mm电极。试验结果表明l谈针状焦性能接近进口针状焦的水 平，生产出的电板炼钢使用效果良好。根据谊焦合硫量稍高的实际，文中对气胀抑制提出 建议。 前言针状焦是生产HP、UHP石墨电极的主要原料。目前国内几个主要生产石墨电极产品 的厂家为生产UHP石墨电极在原料研究上做了很多工作，采用
2、扫描电镜及x光衍射仪观 察焦炭显微结构、研究针状焦的成焦机理、制作小捧试样、进行工业试验等手段对原料针 状焦进行着相关性研究。可以说在进口针状焦的研究及使用上对其性能已经具备了较清 楚的认识，在我们已使用或了解到的针状焦种类中有日本水岛油系、KOA油系、新日化煤 系、三菱煤系、美国COG油系、Cortoco油系针状焦等，目前国内生产HP、UHP石墨电极应 用比较广泛的针状焦为日本水岛油系和新日化煤系针状焦(日商了解到中国石墨电极厂 家Acheson石墨化炉不能很快淘汰的现状，主动推销煤系针状焦，由于石墨化时气胀程度 的不同，油系和煤系针状焦的价格上有所区别)。作为生产UHP电极这种使用条件较苛
3、刻的高档次产品要求其原料具有较高的振实密度和针状饱和度，易石墨化性即具有较低的 电阻率和CTE值，在高温处理下具有低的puffing系数，生产出的制品理化指标综合性能 良好，具有较好的抗热震性，对DC电弧炉使用的电极的均质性及通过大电流的能力要求 更高，因此原料性能的选择与试验是生产u耳P电极不可忽视的重要内容，并对不同炼钢 电弧炉对UHP电极的使用要求(如电流密度变压器容量，电极单耗等)进行必要的研究，用不同性质的原料针状焦生产相应档次的UHP石墨电极。国外在原料产品说明书中都有 哪一种牌号针状焦可用于什么规格电极的推荐说明，对生产品质稳定的电极很有好处而 国内电极厂家做这件工作就显得同题较
4、多，其一设备条件各不相同，设备对工艺的满足程 度不足，其二原料(主要是丽青)来源复杂，不同批次之间质量又有差别，因此不可能通过 数次原料评价而做到一劳永逸，只能根据原料质量的变化情况来决定生产电撅，另外还需 在工艺上作出适当调整，根据炼钢的不同需求采用不同档次进口针状焦甚至国产针状焦 生产各种规格的HP、UHP冶炼或精炼用石墨电极，我们做了多次有益的尝试，使我们对针 状焦包括近几年来的国产针状焦的质量水平不断增加新的认识。一145几种进口钟状焦理化指标典型值灰份 真密度 硫氮CTE振实密度gcm。 lO8-14目LPCUL015 214215 020一027 040O50 O95102新日LP
5、C上-U010 213214 020一O27 048一O55 105115化LPCUH010 213214 020一027 048055 115一120KEX2122140305O306 1518O7708】oA SJA213215 020402-03 13一15 080084C E02213 05136 083GGN02213 0S126 O832000年，我公司为某国AC电弧炉厂家生产一批中600mmUHP电极(炉型参数不详)， 从提供的质量要求来看，炼钢对UHP电极的质量要求不太高。经过指标分析和选择几种 小样做试样研究试验，与进口针状焦质量作对比，结果表明，锦州针状焦生焦在我公司现 有
6、回转窑般烧后经试样最终石墨化后性能指标接近进口针状焦，完全能满足该uHP电极 的生产要求1原料情况锦州石化公司以辽河油田原油经过催化裂化制得催化澄清油，然后进行成焦，生焦进 入回转床进行煅烧。1997年以前兰炭曾经进行过试用，发现该针状焦的振实密度较低，石 墨小样的CTE值达不到14010的水平。锦州石化公司经过分析，发现煅烧回转床 生焦在煅烧温度带停留时间较短，原料煅烧不充分。后向兰炭发来生焦，经过充分的煅烧 并经小样试样评价试验，锦州针状焦基本可满足HP甚至于UHP电极的试验。到了2000年， 已基本能生产UHP电极2原料性能(煅后)一146灰份 挥发份 真密度 硫含量 CTEgcm， 1
7、01996拒 024 051 211 044 18l1997拒 010 065 212 040 1541999矩 014 052 211 044 1362000擅 009 O57 214 041水岛M焦0，06 O53 214 026 1103小样试制评价用锦州针状焦与进口日本水岛M级油系针状焦同时做小样进行对比。2000年进厂原 料经1400C的煅烧后，原料针状结构比较明显焦样外观呈金属银灰光泽，块焦外表针状排 烈整齐，破碎后振实密度21mm粒度达到08539cm。接近日本M级同粒级的0870Scrrl 3的水平，且真密度达到2145cm。说明在该煅烧温度下，锦州针状焦能够得到较充分 地煅烧
8、，另外锦州针状焦经过调整原油组分及焦化工艺，生产出的针状焦质量改进较明 显凄过压制小样石墨化后，CTE值为13610一，电阻率稍高于日本M级针状焦试 样，可以判断，锦州石化针状焦已基本达到真正意义的针状焦的质量水平4工业试制根据小样试样的试验结果，2000：年用锦州针状生焦批量试制o,600mmUHP电极，考虑 到与进口针状焦质量稍有差距，在最大粒度及配比上进行了特殊规定，并选取了质量较好 的中温沥青做粘结剂。生制品经一浸二烧，石墨化采用快曲线升温。出炉后有个别电极端 头纵裂现象，具体分析t与焙烧电极端头质量、硫含量稍高且没有加入Fe：O。粉有关，但保 证了石墨电极的石墨化程度。 UHPo,6
9、00mm电极石墨化理化指标灰份体积密度 抗折强度 弹性模量 电阻率 CTE蟛gcmMPaGPa uQm 10一锦州007 170 1346 1072 578 129水岛M级005 170 1153 953 555 1245对比分析锦州石油针状焦质量的逐年提高，无疑借鉴了国外生产针状焦时提高催化澄清油中 芳香烃含量(六元环状炭结构前驱体，有利于向石墨结构的转化)另外渣油在成焦过程中一147问形成至转化的工艺调整比较适当使得生焦经煅烧后有良好的针状外观(针状晶须及金 属光泽明显)，部分存在镶嵌结构，但最明显的缺陷在于硫含量较高，我们同年给日本SEC 公司发去锦州针状焦，SEC公司的结论是；该焦真密
10、度大、硫含量也大。由于有较高的硫含 量，虽然煅后焦有较高的振实密度，造成石墨化的试样电阻率稍增大、体积密度降低，这主 要是石墨化过程中有明显的puffing现象所致。除此之外其它性质与其标准样基本吻合， 但SEC没有明确说明该焦能否生产大规格电极。我们在判断原料质量优劣的标准还只是 停留在CTE值的高低上，锦州针状焦的生产原料为辽河原油，该原油的特点之一为硫含量 较高矗E们知道石油系针状焦的硫含量较高，其石墨化后的效果有时缺点胜过煤系针状 焦，同样产生puffing现象。油系针状焦则可能导致制品强度降低、电阻率提高的情况，而煤系针状焦这种变化不明显，但Puffing现象所导致的残余膨胀必然会给
11、制品内部造成较多的微细裂纹r有时会扩散到外表，使得制品抵抗大电流冲击的能力降低，因此在渣油处 理过程中降低的硫含量或在石墨电极生产配料中加入气胀抑制剂是十分必要的。目前石 化行业在渣油中去除硫工艺上有较大难度(使用国外技术成本太高)，而在电极生产配料 中加入Fe：O。等气胀抑制剂相对来说较方便、成本较低。加入Fe，o|分后对制品的炭化和石墨化均有催化作用，使体积密度得到相应提高，国外石墨化后很少有裂纹废品，可能与加 入气胀抑制剂有关。此次在试制UHPm600mm电极时没有加入气胀抑制剂，个别电极出现 端头部位纵裂，气胀现象有所反映。这在Acheson石墨炉条件下不至于产生很严重的后 果，但如果
12、用此焦在LWG条件下生产UHP电极，废品的数量是不可想象的。因此生产 UHP电极的关键除掌握该焦是否易石墨化及制品是否有较好的抗热震性能外，还应弄清楚不同原料的Puffing现象的温度区间及其程度，井找到抑制气胀的有效方法，才能提高 UHP电极的内外在质量。6结论“根据2000年以前逐年对锦州针状焦进行小样评价，前期的煅后焦质量指标和针状 外观均有明显不足，而利用生焦经自己煅烧，情况有了明显改观，最突出的是煅后真密度 的提高及CTE值的降低幅度较大。但原料有粒度偏碎和含硫量较高的特点，对配方粒度的 选择增加了一定的难度(尤其是大规格电极)。b利用锦州针状焦试制的UHPm600mm石墨电极理化指标接近或达到用日本M级针状焦生产的同规格电极。据反馈回来的信息，使用效果良好，说明我们对某国炼钢电弧炉 使用要求的判断基本正确，使用锦州针状焦生产的UHPm600mm电极能够满足该电弧炉 的使用要求，且大幅度降低生产成本。“由于锦州针状焦硫含量较高，气胀现象有可能导致制品抗热震性能有所降低，电极 在炼钢过程中有可能产生开裂或掉块现象。但从本次未加Fe：O。粉的情况和反馈的信息 看，硫含量在04左右还不至影响UHP石墨电极的生产和使用，但在今后生产中，尽可 能加入适量的气胀抑制剂，以防止气胀使电极的指标恶化。一148
