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1、硼砂溶液浸渍电极的降耗试验袁守谦赵船花陈忠伟摘要实验室试验表明，采用硼砂溶液和10%硼酸+15%硼砂+3%铬酸钾水溶液浸渍电极可以使1 100 下电极的氧化烧损速度降低15%20%。关键词电极浸渍氧化烧损Testing on Decreasing Consumption of Electrode Macerated in Borate SolutionYuan Shouqian, Zhao Chuanhua and Chen Zhongwei (Xian University of Architecture and Technology， Xian 710055)AbstractThe tes
2、ting results in laboratory showed that, with electrode macerated in borax solution and 10% boric - 15% borax - 3% potassium chromate solution, the electrode burning rate of oxidation at 1 100C decreased by 15%20%.Material Index Electrode, Macerate, Burning Loss of Oxidation电极消耗是电弧炉炼钢成本中的重要组成部分，延长电极寿
3、命，减少电极消耗，是电炉钢厂节能降耗的一项重要工作。电极在炼钢过程中的消耗可分为连续消耗也称为净耗(即电极表面及端头的氧化及熔渣浸蚀等造成的消耗)和不连续消耗亦称电极的机械消耗(如折断、脱扣、掉块、残头等)两种，这两项消耗的总和称为毛耗。提高电极质量并改善炼钢操作，电极的不连续消耗一般可控制在毛耗的10%左右，所以电极的消耗主要是连续消耗。连续消耗又可分为端部消耗和侧壁消耗两部分。端部消耗是不可避免的，电极的侧壁消耗占连续消耗的50%70%。减少电极侧壁氧化措施有涂保护层1，水冷复合电极2和浸渍电极3。浸渍电极的方法比其它方法操作方便，投资少，工艺简单，可以成批加工处理，且不增加炼钢炉前的操作
4、。1实验方法及结果1.1实验条件实验设备仪器：(1) 电热恒温水浴器，恒温范围37100 ，水温波动为1 ；(2) 分析天平；(3) 电热恒温干燥箱，容积为450 mm350 mm450 mm，温度范围0250 ，温度误差 1；(4) 马弗炉，使用温度为1 400 。材料：硼酸、硼砂为一般工业纯材料，铬酸钾为化学试剂。1.2实验步骤(1) 将直径为20 mm的圆柱形电极棒锯成等距离的圆柱形石墨段，并将两端圆面在砂纸上磨平备用。(2) 硼酸或硼砂按所需浓度称量后加入一定比例的水，在90 的恒温水浴下溶解。(3) 制好的电极分别浸入不同浓度溶液中，在90 的恒温下浸一定的时间，然后在干燥箱(110
5、 )烘干，接着在250 和450 下彻底烧去结晶水，最后在马弗炉中在不同温度下加热进行氧化试验。(4) 每次试验均作3个试样，分别称量氧化前后电极的重量，求得3个试样平均的氧化烧损率，并与未浸渍的空白电极的氧化情况进行对比，分析浸渍的效果。1.3浸渍溶液配比不同溶液及浓度的浸渍试验结果见表13。表1电极经硼酸浸渍后的氧化烧损率(烧1 h)/%Table 1Oxidation burning rate of electrode macerated in boric acid solution (burning time: 1 h)/%浓度(重量比)/%0510202530700 烧损率4.95.
6、76.16.55.46.81 000 烧损率12.19.58.78.38.010.7 表2电极经硼砂浸渍后的烧损率(烧1 h)/%Table 2Oxidation burning rate of electrode macerated in borax solution (burning time: 1 h)/%浓度(重量比)/%0510202530900 烧损率10.210.08.17.66.37.81 000 烧损率11.611.28.58.17.58.9 表3电极经混合液浸渍后氧化烧损(烧1 h)/%Table 3Oxidation burning rate of electrode m
7、acerated in boric and borax solution (burning time: 1 h)/%试验号硼酸浓度硼砂浓度于空白样的相对烧损11010122101516310201241510115151510615208720109820156920205注：相对烧损为空白样的失重率减去浸渍电极的失重率然后除以空白样的失重率。从表1可见浸25%的硼酸溶液优于浸其它浓度溶液的保护作用。由表2可以看出浸25%的硼砂溶液优于浸其它浓度溶液的保护作用。相对空白样而言，可减缓烧损分别为38.2%(900 )和35.3%(1 000 )。由表3可以看出硼酸10%与硼砂15%的溶液为较好的
8、配比。1.4浸渍工艺试验已知K2CrO4在3%时可有效加强浸渍作用，10%硼酸+15%硼砂混合后效果较好，所以用硼酸+硼砂+K2CrO4水溶液(配比10%+15%+3%)进行以下对比试验。(1) 25%的硼酸水溶液(溶液1)浸渍。(2) 25%的硼砂水溶液(溶液2)浸渍。(3) 10%硼酸+15%硼砂水溶液(溶液3)浸渍。(4) 10%硼酸+15%硼砂+3%铬酸钾水溶液(溶液4)浸渍。恒温(90 )浸3 h烘干(110 )浸(90 )3 h烘干(110 )烘干(250 或450 )。浸硼酸、硼砂溶液的试样在250 烘干，浸硼砂+硼酸和硼砂+硼酸+铬酸钾溶液的试样在450 烘干。在1 000 氧
9、化1 h，实验结果见图1a和图1b,可以看出，浸渍3 h和浸渍两次效果较好。图1浸渍时间(a)和浸渍次数(b)对电极氧化烧损的影响Fig.1Effect of macerating time (a) and number of times (b) on oxidation burning rate of electrode图2电极氧化时间与氧化烧损关系Fig 2Effect of oxidation time on oxidation burning rate of electrode1.5氧化温度和时间与氧化烧损的关系试验表明氧化时间越长电极氧化越严重，且在2.5 h之内，两者基本呈线性关系
10、(图2)。从图3可以看出，浸渍后的电极在1 100 以下均可提高抗氧化的性能。与硼酸、硼砂溶液相比，浸渍10%硼酸+15%硼砂+3%铬酸钾水溶液其抗氧化温度更高一些。超过1 100 后，电极氧化烧损将急速增加，说明浸渍层在此温度下将很快失去作用。图3电极氧化温度与氧化烧损关系Fig.3Effect of oxidation temperature on oxidation burning rate of electrode2讨论分析2.1铬酸钾对10%硼酸+15%硼砂溶液浸渍效果的影响从图3可以看出，在相同条件下浸过溶液10%硼酸+15%硼砂+3%铬酸钾(溶液4)的电极比浸过溶液10%硼酸+1
11、5%硼砂(溶液3)电极的抗氧化性显著，其原因可能是较小的钾离子促进了硼酸、硼砂向石墨电极表面孔隙的浸渍，使浸过溶液4电极比浸过溶液3的电极表面浸入更多的保护物质，导致抗氧化性能增强。2.2浸25%硼酸或25%硼砂溶液的抗氧化性能受实验条件和时间的限制，没有做溶液浸润角、表面张力及粘度大小的测试试验。溶液在25%浓度时浸渍效果最好，可能是此时溶液的表面张力小，粘度适宜的原因。从扩散角度看，当溶液浓度增大时，促进了溶液中的溶质离子向电极表面的扩散。因此，在浓度低于25%时，随浓度的增加，电极抗氧化能力增强。但当浓度超过25%以后，由于溶液在一定温度下的溶解度是一定的，浓度过大反而会使部分溶质析出，
12、增加溶液的粘度，阻碍溶液中离子的扩散。粘度过大，会加剧石墨电极表面浸渍的不均匀性，从而减弱了电极抗氧化效果。从实验中可以看出，经浸渍的电极可减少氧化损失15%20%，而且操作简单，不需加压或抽真空，不需特别的设备。3结论(1) 采用硼酸、硼砂水溶液浸渍电极，在2 h之内可以明显减缓电极在7001 100 高温下的氧化烧损速度，较好的浸渍溶液配比为25%的硼砂水溶液和10%硼酸+15%硼砂+3%铬酸钾水溶液。(2) 较合理的浸渍工艺为：在90 水溶液中浸3 h烘干(110 )再浸3 h(90 )烘干(110 )烘除水份(250 或450 )。作者简介：袁守谦.男，48岁，副教授。西安建筑科技大学研究生部主任。1981年毕业于北京钢铁学院钢铁冶金专业，获工学硕士学位，从事钢铁冶金方面的教学与研究工作。作者单位：西安建筑科技大学， 西安 710055参考文献1钢铁编辑部.电弧炉炉外精炼技术(第3辑).北京：冶金工业出版社，1991. 2862闫峰，孔祥茂.超高功率电炉及相关技术(第1辑).冶金部情报研究所，1987.2143郭圣涛.提高柔性石墨材料抗氧化能力的初步探讨.炭素，1987，(4)：15
