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1、目录一、石墨电极的原料及制造工艺二、石墨电极的质量指标三、电炉炼钢简介及石墨电极的消耗机理石墨电极的原料及制造工艺石墨电极是采用石油焦、针状焦为骨料，煤沥青为粘结剂，经过混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工等一系列工艺过程生产出来的一种耐高温石墨质导 电材料。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。生产石墨电极的原料有石油焦、针状焦和煤沥青石油焦是石油渣
2、油、石油沥青经焦化后得到的可燃固体产物。色黑多孔，主要元 素为碳，灰分含量很低，一般在0.5%以下。石油焦属于易石墨化炭一类，石油焦在化 工、冶金等行业中有广泛的用途，是生产人造石墨制品及电解铝用炭素制品的主要 原料。石油焦按热处理温度区分可分为生焦和煅烧焦两种，前者由延迟焦化所得的 石油焦，含有大量的挥发分，机械强度低，煅烧焦是生焦经煅烧而得。中国多数炼 油厂只生产生焦，煅烧作业多在炭素厂内进行。石油焦按硫分的高低区分，可分为高硫焦（含硫1.5%以上）、中硫焦（含硫0.5%-1.5%）、 和低硫焦（含硫0.5%以下）三种，石墨电极及其它人造石墨制品生产一般使用低硫焦生 产。针状焦是外观具有明
3、显纤维状纹理、热膨胀系数特别低和很容易石墨化的一种优质焦炭，焦块破裂时能按纹理分裂成细长条状颗粒（长宽比一般在1.75以上），在 偏光显微镜下可观察到各向异性的纤维状结构，因而称之为针状焦。针状焦物理机械性质的各向异性十分明显，平行于颗粒长轴方向具有良好的 导电导热性能，热膨胀系数较低，在挤压成型时，大部分颗粒的长轴按挤出方向排 列。因此，针状焦是制造高功率或超高功率石墨电极的关键原料，制成的石墨电极 电阻率较低，热膨胀系数小，抗热震性能好。针状焦分为以石油渣油为原料生产的油系针状焦和以精制煤沥青原料生产的 煤系针状焦。煤沥青是煤焦油深加工的主要产品之一。为多种碳氢化合物的混合物，常温下 为黑
4、色高粘度半固体或固体，无固定的熔点，受热后软化，继而熔化，密度为1.25 L35g/cm。按其软化点高低分为低温、中温和高温沥青三种。中温沥青产率为煤焦油 的54 56%。煤沥青的组成极为复杂，与煤焦油的性质及杂原子的含量有关，又受炼 焦工艺制度和煤焦油加工条件的影响。表征煤沥青特性的指标很多，如沥青软化点、 甲苯不溶物（TI）、喹啉不溶物（QI）、结焦值和煤沥青流变性等。煤沥青在炭素工业中作为粘结剂和浸渍剂使用，其性能对炭素制品生产工艺 和产品质量影响极大。粘结剂沥青一般使用软化点适中、结焦值高、&树脂高的中 温或中温改质沥青，浸渍剂要使用软化点较低、QI低、流变性能好的中温沥青。F图为炭素
5、企业石墨电极生产工艺流程图石汕焦n t I 破間、 熾烧 M踊分肢*洱览 r成型r洁堆*斥斶配斜 HJ机械*再次-=包装加丄化1 -T】八 焙烧C电血料）腿料煅烧：炭质原料在高温下进行热处理，排出所含的水分和挥发份，并相应提高原 料理化性能的生产工序称为煅烧。一般炭质原料采用燃气及自身挥发份作为热源进 行煅烧，最高温度为1250-1350C。煅烧使炭质原料的组织结构和物理化学性能发生深刻变化，主要体现在提高了焦炭的 密度、机械强度和导电性，提高了焦炭的化学稳定性和抗氧化性能，为后序工序奠定了基 础。煅烧的设备主要有罐式煅烧炉、回转窑和电煅烧炉。煅烧质量控制指标是石油焦真密度 不小于2.07玄価
6、，电阻率不大于550卩Q .叫针状焦真密度不小于2.迦/血，电阻率不大于500 Q .m。 原料的破碎处理和配料在配料之前，须对大块煅后石油焦和针状焦进行中碎、磨粉、筛分处理。中碎通常是将50mm左右的物料通过颚式破碎机、锤式破碎机、对辊破碎机等破碎设备 进一步破碎到配料所需的0.5-20mm的粒度料。磨粉是通过悬棍式环辊磨粉机（雷蒙磨）、球磨机等设备将炭质原料磨细到0.15mm或0.075mm 粒径以下的粉末状小颗粒的过程。筛分是通过具有均匀开孔的一系列筛子，将破碎后尺寸范围较宽的物料分成尺寸范围 较窄的几种颗粒粒级的过程，现行电极生产通常需要4-5个颗粒料粒级和1-2个粉料粒级。配料是按配
7、方要求，对各种粒度的骨料和粉料、粘结剂分别计算、称量和聚焦的生产 过程。配方的科学性适宜性和配料操作的稳定性是影响产品质量指标和使用性能的最重要 因素之一。配方需确定5方面内容： 选择原料的种类；确定不同种类原料的比例；确定固体原料粒度组成；确 定粘结剂的用量；确定添加剂的种类和用量。返回料的回用（生碎、石墨碎、焙烧碎）配方基本原则：球体最紧密堆积原理电极配方中最大颗粒尺寸的确定大颗粒配方混捏：在一定温度下将定量的各种粒度炭质颗粒料和粉料与定量的粘结剂搅拌 混合均匀，捏合成可塑性糊料的工艺过程称为混捏。混捏的过程：干混（2035 min）湿混（40-55 min）混捏的作用： 干混时使各种原料
8、混合均匀，同时使不同粒度大小的固体炭质物料均匀地混合和填 充，提高混合料的密实度； 加入煤沥青后使干料和沥青混合均匀，液态沥青均匀涂布和浸润颗粒表面，形成一 层沥青粘结层，把所有物料互相粘结在一起，进而形成均质的可塑性糊料，有利于成型； 部分煤沥青浸透到炭质物料内部空隙，进一步提高了糊料的密度和粘结性。成型：炭材料的成型是指混捏好的炭质糊料在成型设备施加的外部作用力下产 生塑性变形，最终形成具有一定形状、尺寸、密度和强度的生坯（或称生制品）的 工艺过程。成型的种类、设备及所生产产品:成型方法常用设备主要产品模压立式液压机电碳、低档次细结构石墨挤压卧式液压挤压 机螺杆挤压机石墨电极、方电极振动成
9、型振动成型机铝用碳砖、高炉碳 砖等静压等静压成型机各向同性石墨、异 性石墨挤压的操作 凉料：圆盘凉料、圆筒凉料、混捏式凉料等方式排出挥发份、降低至适宜温度Q0-1TC）增加粘结力，使糊料块度均匀利于成型20-30 min 装料：压机升挡板-分2-3次下料-410MPa压实 预压：压力20-25MPa,时间3-5min,同时抽真空 挤压：压机降挡板-5-15MPa挤压剪切-翻入冷却水槽挤压的技术参数：压缩比、压机料室及嘴型温度、凉料温度、预压压力时间、挤压压力、挤压速度、冷却水温度生坯的检査：体积密度、外观敲击、剖析焙烧：是炭制品生坯在填充料保护下、装入专门设计的加热炉内进行高温热处理,使生坯中
10、的煤沥青炭化的工艺过程。煤沥青炭化后形成的沥青焦将炭质骨料和粉 料颗粒固结在一起，焙烧后的炭制品具有较高的机械强度、较低的电阻率、较好的热稳定性和化学稳定性。焙烧是炭素制品生产的主要工序之一，也是石墨电极生产三大热处理过程中的重要一 环,焙烧生产周期较长（一焙22-30天，二焙依炉型5-20天），而且能耗较高。生坯焙烧的质量对 成品质量和生产成本都有一定影响。生坯内煤沥青在焙烧过程中焦化，排出10%左右的挥发份，同时体积产生2-3%的收缩， 质量损失8-10%。炭坯的理化性能也发生了显著变化，由于气孔率增加体积密度由1.70财降为 lJOg/呱，电阻率10000 Q .m左右降至40-50 Q
11、 m 焙烧坯的机械强度也大为提高。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最高温度：一次焙烧-320、360、422、480小时，1250 C二次焙烧-125、240、280 小时，700-800 C焙烧品的检査：外观敲击、电阻率、体积密度、抗压强度、内部结 构剖析浸渍是将炭材料置于压力容器中，在一定的温度和压力条件下将液态浸渍剂沥 青浸入渗
12、透到制品电极孔隙中的工艺过程。目的是降低制品气孔率，增加制品体积 密度和机械强度，改善制品的导电和导热性能。浸渍的工艺流程及相关技术参数是：焙烧坯一一表面清理一一预热（260-380 C，6-10小时） 装入浸渍罐 真空（8-9KPa，40-50min） 注沥青（180-200 C） 加压（1M5肮34小时） 返沥青冷却（罐内或罐外）浸渍品的检査：浸渍增重率G=（W-W）/W X100%2 1 1一次浸渍品增重率$14%二次浸渍品增重率$9%三次浸渍品增重率$5%石墨化是指在高温电炉内保护介质中把炭制品加热到2300 C以上,使无定形乱层 结构炭转化成三维有序石墨晶质结构的高温热处理过程。平面
13、六角网格层状结构石墨化的目的和作用： 提高炭材料的导电、导热性（电阻率降低4-5倍，导热性提高约10倍）； 提高炭材料的抗热振性能和化学稳定性（线膨胀系数降低50-80%）； 使炭材料具有润滑性和抗磨性； 排出杂质，提高炭材料的纯度（制品的灰分由0.54.8%降到0.3%左右）。石墨化过程的实现：炭材料的石墨化是在2300-3000 C高温下进行的，故工业上只有通过电加热方式才能实 现，即电流直接通过被加热的焙烧品，这时装入炉内的焙烧品既是通过电流产生高温的导 体，又是被加热到高温的对象。目前广泛釆用的炉型有艾奇逊（Acheson）石墨化炉和内热串接（LWG）炉。前者产量大、温 差大、电耗较高
14、，后者加热时间短、电耗低、电阻率均匀但不好装接头。石墨化工艺过程的控制是通过测温确定与升温情况相适应的电功率曲线进行控制，通 电时间艾奇逊炉50-80小时，LWG炉9-15小时。石墨化的电耗很大，一般为32004800KW1,工序成本约占整个生产成本的20-35%石墨化品的检査：外观敲击、电阻率测试机械加工：炭石墨材料机械加工的目的是依靠切削加工来到达所需要的尺寸、形状、精度等，制成符合使用要求电极本体和接头。石墨电极加工分为电极本体和接头两个独立加工过程。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
15、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。用专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。石墨电极的质量指标反映石墨电极质量和使用性能的指标主要有：体积密度d、电阻率p、抗折强度o、弹 性模量E、热膨胀系数a和灰分A%。根据这几项指标的差异以及原料和制造工艺的不同，国 家标准（YB/T 4088/89/90-2000）中将石墨电极分为普通功率石墨电极（RP）、高功率石墨电极（HP）、超 高功率石墨电极（UHP）三种。后石墨电极生产厂根据用户使用需求增加了高体密石墨电极 （HD）和准超高石墨电极（SHP）两种。在国家标准基础上，各企业有自己的企业标准，客户订货时也会提出自己的质量标准。F表为方大炭素的R
