石墨电极的制造性能及使用课件

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1、目录目录一、石墨电极的原料及制造工艺一、石墨电极的原料及制造工艺二、石墨电极的质量指标二、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l 石墨电极石墨电极是采用石油焦、针状焦为骨料，煤沥青为粘是采用石油焦、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、机械加工结剂，经过混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工等一等一 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。石墨电极是电炉炼钢的重要高温导电材料，通过石

2、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。他工业部门也有广泛的用途。l 生产石墨电极的原料有石油焦、针状焦和煤沥青生产石墨电极的原料有石油焦、针状焦和煤沥青l 石油焦石油焦是石油渣油、石油沥青经焦化后得到的可燃固

3、是石油渣油、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，一般体产物。色黑多孔，主要元素为碳，灰分含量很低，一般在在0.5%以下。石油焦属于易石墨化炭一类，石油焦在化工以下。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、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。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，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

4、是生焦经煅烧而得。中国多数炼油厂只生强度低，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。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）、中硫焦以上）、中硫焦(含硫含硫0.5%-1.5%)、和低硫焦、和低硫焦(含硫含硫0.5%以以下下)三种，石墨电极及其它人造石墨制品生产一般使用低三种，石墨电极及其它人造石墨制品生产一般使用低硫焦生产。硫焦生产。 石墨电极的原料及制造工艺l 针状焦针状焦是外观具有明显纤维状纹理、热膨胀系数特别是外观具有明显纤维状纹理、热膨胀系数特别低和很容易石

5、墨化的一种优质焦炭，焦块破裂时能按纹理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（长宽比一般在分裂成细长条状颗粒（长宽比一般在1.75以上），在偏光以上），在偏光显微镜下可观察到各向异性显微镜下可观察到各向异性 的纤维状结构，因而称之为针的纤维状结构，因而称之为针状焦。状焦。 针状焦物理机械性质的各向异性十分明显针状焦物理机械性质的各向异性十分明显, 平行于颗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，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，在挤压成型时，大部分颗粒的长轴按挤出方向排列。因此，

6、针状焦是制造高功率或超高功率石墨电极的关键原料，制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。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。精制煤沥青原料生产的煤系针状焦。 石墨电极的原料及制造工艺l 煤沥青煤沥青是煤焦油深加工的主要产品之一。为多种碳氢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，常温下为黑色高粘度半固体或固体，无化合物的混合物，常温下为黑色高粘度半固体或固体，无固定的熔点，受热

7、后软化，继而熔化，密度为固定的熔点，受热后软化，继而熔化，密度为1.251.35g/cm3。按其软化点高低分为低温、中温和高温沥青。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三种。中温沥青产率为煤焦油的5456。煤沥青的组成。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（指标很多，如沥青软化点、甲苯不溶物（TI）、喹啉不溶）、喹啉不溶物（物（QI）、结焦值和煤沥青流变性等

8、）、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、一般使用软化点适中、结焦值高、树脂高的中温或中温树脂高的中温或中温改质沥青，浸渍剂要使用软化点较低、改质沥青，浸渍剂要使用软化点较低、 QI低、流变性能低、流变性能好的中温沥青。好的中温沥青。 石墨电极的原料及制造工艺石油焦石油焦 （针状焦）（针状焦）煅烧煅烧破碎、破碎、筛分及筛分及配料配料混捏混捏成型成型焙烧焙烧浸渍浸渍再次再次焙烧焙烧石墨石墨

9、化化机械机械加工加工成品检验成品检验、包装、包装冶金焦粉、冶金焦粉、石英砂石英砂（电阻料）（电阻料） （保湿料）（保湿料）（粘结剂沥青）（粘结剂沥青）（浸渍剂沥青）（浸渍剂沥青）冶金冶金焦粒焦粒破碎破碎（填充料）（填充料）下图为炭素企业石墨电极生产工艺流程图：下图为炭素企业石墨电极生产工艺流程图： 石墨电极的原料及制造工艺l 煅烧煅烧：炭质原料在高温下进行热处理，排出所含的水：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。一般炭质原料采用燃气及自身

10、挥发份作为热源进行煅烧，最高温度为烧，最高温度为1250- 13501250- 1350。 煅烧使炭质原料的组织结构和物理化学性能发生深刻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。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煅烧质量控制指标是石油焦真密度不小于2.072.07g/cm3，电

11、，电阻率不大于阻率不大于550.m,针状焦针状焦真密度不小于真密度不小于2.122.12g/cm3，电，电阻率不大于阻率不大于500.m。 石墨电极的原料及制造工艺l原料的破碎处理和配料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、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。磨粉、筛分处理。 中碎中碎通常是将通常是将50mm左右的物料通过颚式破碎机、锤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的0.5-20mm的粒度料。的粒度料。 磨粉磨粉是通过悬棍式环辊磨粉机（

12、雷蒙磨）、球磨机等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设备将炭质原料磨细到0.15mm或或0.075mm粒径以下的粉粒径以下的粉末状小颗粒的过程。末状小颗粒的过程。 筛分筛分是通过具有均匀开孔的一系列筛子，将破碎后尺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程，现行电极生产通常需要4-5个颗粒料粒级和个颗粒料粒级和1-2个粉料个粉料粒级。粒级。 石墨电极的原料及制造工艺 配料配料是按配方要求，对各种粒度的骨料和粉料、粘是按配方要求，对各种粒度的骨

13、料和粉料、粘 结剂分别计算、称量和聚焦的生产过程。结剂分别计算、称量和聚焦的生产过程。 配方的科学性适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。的最重要因素之一。 配方需确定配方需确定5方面内容：方面内容： 选择原料的种类；选择原料的种类； 确定不同种类原料的比例；确定不同种类原料的比例； 确定固体原料粒度组成；确定固体原料粒度组成； 确定粘结剂的用量；确定粘结剂的用量； 确定添加剂的种类和用量。确定添加剂的种类和用量。n返回料的回用（生碎、石墨碎、焙烧碎）返回料的回用（生碎、石墨碎、焙烧碎）n配方基本原

14、则：球体最紧密堆积原理配方基本原则：球体最紧密堆积原理 电极配方中最大颗粒尺寸的确定电极配方中最大颗粒尺寸的确定 大颗粒配方大颗粒配方 石墨电极的原料及制造工艺l 混捏混捏：在一定温度下将定量的各种粒度炭质颗粒料和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。工艺过程称为混捏。 混捏的过程：干混（混捏的过程：干混（20-35 min）湿混（）湿混（40-55 min） 混捏的作用：混捏的作用： 干混时使各种原料混合均匀，同时使不同粒度大小干混时使各种原料混合均匀，同时使不同粒度大小的

15、固体炭质物料均匀地混合和填充，提高混合料的密实度；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；成型； 部分煤沥青浸透到炭质物料内部空隙，进一步提高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。了糊料的密度和粘结性。 石墨电极的原料及制造工艺l 成型成型：炭材料的：炭材料的成型

16、是指混捏好的成型是指混捏好的炭质糊料在成型设炭质糊料在成型设备施加的外部作用备施加的外部作用力下产生塑性变形，力下产生塑性变形，最终形成具有一定最终形成具有一定形状、尺寸、密度形状、尺寸、密度和强度的生坯（或和强度的生坯（或称生制品）的工艺称生制品）的工艺过程。过程。 成型的种类、成型的种类、设备及所生产产品：设备及所生产产品： 石墨电极的原料及制造工艺成型方法成型方法 常用设备常用设备 主要产品主要产品 模压模压立式液压机立式液压机电碳、低档次细电碳、低档次细结构石墨结构石墨 挤压挤压卧式液压挤卧式液压挤压机压机螺杆挤压机螺杆挤压机石墨电极、方电石墨电极、方电极极振动成型振动成型振动成型机振

17、动成型机铝用碳砖、高炉铝用碳砖、高炉碳砖碳砖 等静压等静压等静压成型等静压成型机机各向同性石墨、各向同性石墨、异性石墨异性石墨n挤压的操作挤压的操作 凉料：圆盘凉料、圆筒凉料、混捏式凉料等方式凉料：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（排出挥发份、降低至适宜温度（90-120）增加）增加 粘结力，使糊料块度均匀利于成型粘结力，使糊料块度均匀利于成型 20-30 min 装料：压机升挡板装料：压机升挡板-分分2-3次下料次下料-4-10MPa压实压实 预压：压力预压：压力20-25MPa，时间，时间3-5min，同时抽真空，同时抽真空 挤压：压机降挡板挤压：压机降挡板

18、-5-15MPa挤压挤压-剪切剪切-翻入冷却翻入冷却 水槽水槽n挤压的技术参数：压缩比、压机料室及嘴型温度、凉料温挤压的技术参数：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、冷却水温度度、预压压力时间、挤压压力、挤压速度、冷却水温度n生坯的检查：体积密度、外观敲击、剖析生坯的检查：体积密度、外观敲击、剖析 石墨电极的原料及制造工艺l 焙烧焙烧：是炭制品生坯在填充料保护下、装入专门设计：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的加热炉内进行高温热处理, 使生坯中的煤沥青炭化的工使生坯中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

19、粉料颗艺过程。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粒固结在一起, 焙烧后的炭制品具有较高的机械强度、较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。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焙烧是炭素制品生产的主要工序之一, 也是石墨电极也是石墨电极生产三大热处理过程中的重要一环生产三大热处理过程中的重要一环, 焙烧生产周期较长焙烧生产周期较长（一焙（一焙22-30天，二焙依炉型天，二焙依炉型5-20天）天）, 而且能耗较高。生而且能耗较高。生坯焙烧的质量对成品质量和生产成本都有一定影响坯焙烧的质量对成品质量和生产

20、成本都有一定影响。 生坯内煤沥青在焙烧过程中焦化，排出生坯内煤沥青在焙烧过程中焦化，排出10%左右的挥左右的挥发份，同时体积产生发份，同时体积产生2-3%的收缩，质量损失的收缩，质量损失8-10%。炭坯。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由1.70g/cm3降为降为1.60g/cm3，电阻率，电阻率10000.m左右降左右降至至40-50.m，焙烧坯的机械强度也大为提高。，焙烧坯的机械强度也大为提高。 石墨电极的原料及制造工艺 二次焙烧二次焙烧是焙烧品浸渍后进行再次焙烧，使浸入焙烧是焙烧品浸渍后进行再次焙烧，使浸入焙烧品孔

21、隙中的沥青炭化的工艺过程。生产体积密度要求较高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（除的电极（除RP以外的所有品种）和接头坯料需进行二焙，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。接头坯料还需进行三浸四焙或二浸三焙。n焙烧炉主要炉型：焙烧炉主要炉型： 连续作业连续作业-环式炉（带盖、不带盖）、隧道窑环式炉（带盖、不带盖）、隧道窑 间歇作业间歇作业-倒焰窑、车底式焙烧炉、箱式焙烧炉倒焰窑、车底式焙烧炉、箱式焙烧炉n焙烧曲线及最高温度：焙烧曲线及最高温度： 一次焙烧一次焙烧-320、360、422、480小时，小时，1250 二次焙烧二次焙烧-1

22、25、240 、280 小时，小时，700-800 n焙烧品的检查：外观敲击、电阻率、体积密度、抗焙烧品的检查：外观敲击、电阻率、体积密度、抗压强度、内部结构剖析压强度、内部结构剖析 石墨电极的原料及制造工艺l 浸渍浸渍是将炭材料置于压力容器中，在一定的温度和压是将炭材料置于压力容器中，在一定的温度和压力条件下力条件下将液态浸渍剂沥青浸入渗透到制品电极孔隙中的将液态浸渍剂沥青浸入渗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。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

23、术参数是：焙烧坯浸渍的工艺流程及相关技术参数是：焙烧坯表面表面清理清理预热（预热（260-380 260-380 ，6-10小时）小时）装入浸渍罐装入浸渍罐抽真空（抽真空（8-9KPa，40-50min）注沥青（注沥青（180-200 ）加压（加压（1.2-1.5MPa,3-4小时）小时）返沥青返沥青冷却（罐内或罐外）冷却（罐内或罐外） 浸渍品的检查：浸渍增重率浸渍品的检查：浸渍增重率G=(W2-W1)/W1100% 一次浸渍品增重率一次浸渍品增重率14%14% 二次浸渍品增重率二次浸渍品增重率9%9% 三次浸渍品增重率三次浸渍品增重率5%5% 石墨电极的原料及制造工艺l 石墨化石墨化是指在高

24、温电炉内保护介质中把炭制品加热到是指在高温电炉内保护介质中把炭制品加热到2300 以上以上,使无定形乱层结构炭使无定形乱层结构炭转化成三维有序石墨晶转化成三维有序石墨晶质结构的高温热处理过程。质结构的高温热处理过程。 平面六角网格层状结构平面六角网格层状结构 石墨化的目的和作用：石墨化的目的和作用： 提高炭材料的导电、导热性（电阻率降低提高炭材料的导电、导热性（电阻率降低4-54-5倍，倍，导热性提高约导热性提高约1010倍）；倍）； 提高炭材料的抗热振性能和化学稳定性（线膨胀系提高炭材料的抗热振性能和化学稳定性（线膨胀系数降低数降低50-80%50-80%）；）； 使炭材料具有润滑性和抗磨性

25、；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（制品的灰分由排出杂质，提高炭材料的纯度（制品的灰分由0.5-0.5-0.8%0.8%降到降到0.3%0.3%左右）。左右）。 石墨电极的原料及制造工艺l石墨化过程的实现：石墨化过程的实现： 炭材料的石墨化是在炭材料的石墨化是在2300-3000 高温下进行的，故高温下进行的，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。高温的导体，又是被加热到高

26、温的对象。 目前广泛采用的炉型有艾奇逊（目前广泛采用的炉型有艾奇逊（Acheson）石墨化）石墨化炉和内热串接炉和内热串接(LWG)炉。前者产量大、温差大、电耗较高，炉。前者产量大、温差大、电耗较高，后者加热时间短、电耗低、电阻率均匀但不好装接头。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，通电时间艾奇逊炉适应的电功率曲线进行控制，通电时间艾奇逊炉50-80小小时，时，LWG炉炉9-15小时。小时。 石墨化的电耗很大，一般为石墨化的电耗很大，一般为3200-4800KWh

27、，工序成，工序成本约占整个生产成本的本约占整个生产成本的20-35% 石墨化品的检查：外观敲击、电阻率测试石墨化品的检查：外观敲击、电阻率测试 石墨电极的原料及制造工艺l 机械加工机械加工：炭石墨材料机械加工的目的是依靠切削加：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。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。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本体加工包括镗孔与粗平端面、车外圆与精平端面和铣螺

28、纹纹3道工序，圆锥形接头的加工可分为道工序，圆锥形接头的加工可分为6道工序：切断、平道工序：切断、平端面、车锥面、铣螺纹、钻孔安栓和开槽。端面、车锥面、铣螺纹、钻孔安栓和开槽。 电极接头连接方式：圆锥形接头连接（一吋三扣和一电极接头连接方式：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）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（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

29、检查。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。度、电阻率、预装配合精度等。 石墨电极的原料及制造工艺 反映石墨电极质量和使用性能的指标主要有：体积密反映石墨电极质量和使用性能的指标主要有：体积密度度db、电阻率、电阻率、抗折强度、抗折强度、弹性模量、弹性模量E、热膨胀系数、热膨胀系数和灰分和灰分A%。根据这几项指标的差异以及原料和制造工艺。根据这几项指标的差异以及原料和制造工艺的不同，国家标准的不同，国家标准(YB/T 4088/89/90-2000)中将石墨电极

30、中将石墨电极分为分为普通功率石墨电极（普通功率石墨电极（RPRP）、高功率石墨电极（）、高功率石墨电极（HPHP）、）、超高功率石墨电极（超高功率石墨电极（UHPUHP）三种。后石墨电极生产厂根据）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（用户使用需求增加了高体密石墨电极（HDHD）和准超高石墨）和准超高石墨电极（电极（SHPSHP）两种。）两种。 在国家标准基础上，各企业有自己的企业标准，客户在国家标准基础上，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。订货时也会提出自己的质量标准。 下表为方大炭素的下表为方大炭素的RPRP、HPHP及及UHPUHP电极内控质

31、量标准电极内控质量标准 石墨电极的质量指标 石墨电极的质量指标规规格格普通功率普通功率高功率高功率超高功率超高功率300300350350400400450450400400450450电电阻率阻率m m不大不大于于电电极极8.58.56.56.55.55.5接接头头6.56.55.55.54.54.5体体积积密度密度g/cmg/cm3 3不小于不小于电电极极1.531.531.521.521.621.621.621.621.671.671.661.66接接头头1.691.691.731.731.751.75抗折抗折强强度度MpaMpa不小于不小于电电极极8.58.57.07.010.510.

32、59.89.811.011.0接接头头15.015.016.016.020.020.0弹弹性摸量性摸量GpaGpa不大于不大于电电极极9.39.312.012.014.014.0接接头头14.014.016.016.018.018.0热热膨膨胀胀系数系数1010-6-61/1/不大不大于于电电极极2.92.92.42.41.51.5接接头头2.82.82.22.21.41.4l 体积密度体积密度是石墨电极试样的质量与其体积的比值，单是石墨电极试样的质量与其体积的比值，单位位g/cmg/cm3 3，体积密度越大说明电极越密实，与强度、抗氧体积密度越大说明电极越密实，与强度、抗氧化性能是正相关，一

33、般而言，同品种电极体积密度越大，化性能是正相关，一般而言，同品种电极体积密度越大，其电阻率也越低。其电阻率也越低。 提高体积密度的途径是：调整配方、增加小粒级料和提高体积密度的途径是：调整配方、增加小粒级料和粉料用量，用真密度高的焦，使用结焦值高的沥青和增加粉料用量，用真密度高的焦，使用结焦值高的沥青和增加浸渍次数等。浸渍次数等。l 电阻率电阻率是是来衡量电极的导电能力的参数，是指电流通来衡量电极的导电能力的参数，是指电流通过导体时，导体对电流阻力的一种性质，数值上等于长度过导体时，导体对电流阻力的一种性质，数值上等于长度为为1m1m、截面积为、截面积为1m1m2 2的导体在一定温度条件下的电

34、阻值，的导体在一定温度条件下的电阻值，单位单位m m。电阻率越低，电极在使用中导电性越好、电阻率越低，电极在使用中导电性越好、消耗就越低。消耗就越低。 降低电阻率的途径有：使用优质原料，提高制品体积降低电阻率的途径有：使用优质原料，提高制品体积密度，提高石墨化温度等。密度，提高石墨化温度等。 石墨电极的质量指标l 抗折强度抗折强度是表征石墨材料的力学性能的参数，也叫抗是表征石墨材料的力学性能的参数，也叫抗弯强度，是指弯强度，是指当外力与物体轴线相垂直，物体受外力作用当外力与物体轴线相垂直，物体受外力作用后先呈弯曲到折断瞬间的极限抵抗能力，单位为后先呈弯曲到折断瞬间的极限抵抗能力，单位为MPaM

35、Pa。石。石墨材料的强度有个与其他金属非金属显著不同的特点，其墨材料的强度有个与其他金属非金属显著不同的特点，其强度随温度升高而增大，在强度随温度升高而增大，在2000-2500 2000-2500 达到最高，为常达到最高，为常温的温的1.8-2倍，之后有所下降。强度高的电极、接头，在使倍，之后有所下降。强度高的电极、接头，在使用中越不易折断。用中越不易折断。 提高抗折强度的途径是：减小配方中焦炭的粒度，提提高抗折强度的途径是：减小配方中焦炭的粒度，提高炭质原料强度，提高制品的体积密度，减少制品内部缺高炭质原料强度，提高制品的体积密度，减少制品内部缺陷等。陷等。l 弹性模量弹性模量是力学性能的

36、一个重要方面，是衡量材料弹是力学性能的一个重要方面，是衡量材料弹性形变能力的指标，指材料在弹性变形范围内，应力和应性形变能力的指标，指材料在弹性变形范围内，应力和应变的比值，单位为变的比值，单位为GPaGPa。弹性模量越大，要产生一定弹性。弹性模量越大，要产生一定弹性变形所需的应力越大，简单讲，变形所需的应力越大，简单讲，弹性模量越大材料越脆，弹性模量越大材料越脆，弹性模量越小材料越柔。弹性模量越小材料越柔。 石墨电极的质量指标 弹性模量的高低对电极使用起一个综合性的作用，制弹性模量的高低对电极使用起一个综合性的作用，制品的体积密度越高越密实，弹性模量越大，但制品的抗热品的体积密度越高越密实，

37、弹性模量越大，但制品的抗热振性能越差，越易产生开裂掉块。在生产中，往往通过配振性能越差，越易产生开裂掉块。在生产中，往往通过配方粒级的调整、制品体积密度的高低掌握一个比较适应使方粒级的调整、制品体积密度的高低掌握一个比较适应使用要求的弹性模量值。用要求的弹性模量值。l 热膨胀系数热膨胀系数是指材料受热后膨胀程度的度量，即当温是指材料受热后膨胀程度的度量，即当温度升高度升高11时，引起单位的固体材料试样在某一特定方向时，引起单位的固体材料试样在某一特定方向上的膨胀比例常数，称为沿该方向的线膨胀系数，单位上的膨胀比例常数，称为沿该方向的线膨胀系数，单位1 11010-6-6/。在没有特别注明之处，

38、热膨胀系数均指线膨。在没有特别注明之处，热膨胀系数均指线膨胀系数，石墨电极轴向和径向线膨胀系数差异很大，径向胀系数，石墨电极轴向和径向线膨胀系数差异很大，径向要比轴向大要比轴向大0.8-10.8-1倍，石墨电极质量指标中的热膨胀系数倍，石墨电极质量指标中的热膨胀系数是指轴向热膨胀系数。是指轴向热膨胀系数。 石墨电极的质量指标 石墨电极的热膨胀系数是非常重要的热学参数，数值石墨电极的热膨胀系数是非常重要的热学参数，数值越低，表明制品的热稳定性越强，抗氧化性越高，表现在越低，表明制品的热稳定性越强，抗氧化性越高，表现在使用上反映出折断越少，消耗越低。使用上反映出折断越少，消耗越低。 降低热膨胀系数

39、的途径：主要由原料固有性能决定使降低热膨胀系数的途径：主要由原料固有性能决定使用质量好的原料，配方使用粒度较大配方或增加大颗粒用用质量好的原料，配方使用粒度较大配方或增加大颗粒用量（但会使制品密度和强度降低）。量（但会使制品密度和强度降低）。l 灰分灰分是指制品中除碳石墨之外的其他固体元素含量。是指制品中除碳石墨之外的其他固体元素含量。石墨电极中的灰分主要受所用原料的灰分大小影响，石油石墨电极中的灰分主要受所用原料的灰分大小影响，石油焦针状焦灰分较低，所以石墨电极灰分一般不超过焦针状焦灰分较低，所以石墨电极灰分一般不超过0.5%0.5%，灰分含量在灰分含量在1%1%以内对炼钢无明显影响，但灰分

40、中的杂质元以内对炼钢无明显影响，但灰分中的杂质元素会降低电极的抗氧化性能。素会降低电极的抗氧化性能。 石墨电极的质量指标 l 抗热振因子抗热振因子是表征抗热振性能的参数，抗热振性能是是表征抗热振性能的参数，抗热振性能是材料自身的一种特性，它表述的是承受急冷急热的一种性材料自身的一种特性，它表述的是承受急冷急热的一种性能，换句话说，是材料在一定的温度梯度之下抗碎裂的一能，换句话说，是材料在一定的温度梯度之下抗碎裂的一 种性能种性能 ，是影响电极使用的一个很重要的综合性的因素。是影响电极使用的一个很重要的综合性的因素。 K抗热震因子，抗热震因子，w/m；抗拉强度，抗拉强度，MPa；E弹性模量，弹性

41、模量，MPa；热导率，热导率，w/mk；热膨胀热膨胀系数，系数，1/KK为一相对值，该值越大，抗热振性能就越强。为一相对值，该值越大，抗热振性能就越强。 石墨电极的石墨电极的K值与其在电弧炉中的表现有着较高的相值与其在电弧炉中的表现有着较高的相关性，即较高的关性，即较高的K值，对应于电极较低的破碎和断裂。值，对应于电极较低的破碎和断裂。 石墨电极的质量指标电炉炼钢简介及石墨电极的消耗机理l电炉炼钢简介电炉炼钢简介 近现代炼钢方法主要有转炉炼钢法、平炉炼钢法和电近现代炼钢方法主要有转炉炼钢法、平炉炼钢法和电炉炼钢法。平炉炼钢法已基本被淘汰，电炉炼钢法与转炉炉炼钢法。平炉炼钢法已基本被淘汰，电炉炼

42、钢法与转炉炼钢法最根本的差别在于，电炉炼钢法是以电能作为热源，炼钢法最根本的差别在于，电炉炼钢法是以电能作为热源，而电弧炉炼钢是应用得最为普遍的电炉炼钢方法。我们通而电弧炉炼钢是应用得最为普遍的电炉炼钢方法。我们通常所说的电炉炼钢，主要是指电弧炉炼钢，因为其他类型常所说的电炉炼钢，主要是指电弧炉炼钢，因为其他类型的电炉如感应电炉、电渣炉等所炼的钢数量较少。的电炉如感应电炉、电渣炉等所炼的钢数量较少。 电弧炉炼钢是靠电极和炉料间放电产生的电弧，使电电弧炉炼钢是靠电极和炉料间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助辐射和电弧的直接作用加能在弧光中转变为热能，并借助辐射和电弧的直接作用加热并

43、熔化金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金的一种热并熔化金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金的一种炼钢方法。炼钢方法。n电炉炼钢的特点电炉炼钢的特点 电炉炼钢与其他炼钢方法相比较，有其独特的优点。电炉炼钢与其他炼钢方法相比较，有其独特的优点。电弧炉炼钢是靠电弧进行加热的，其温度可以高达电弧炉炼钢是靠电弧进行加热的，其温度可以高达2000以上，超过了其他炼钢炉用一般燃料燃烧加热时所能达到以上，超过了其他炼钢炉用一般燃料燃烧加热时所能达到的最高温度。同时，熔化炉料时热量大部分是在被加热的的最高温度。同时，熔化炉料时热量大部分是在被加热的炉料包围中产生的，而且无大量高温废气带走的热损失，炉料包围中产生

44、的，而且无大量高温废气带走的热损失，所以热效率比平炉、转炉炼钢法要高。用电能加热还能精所以热效率比平炉、转炉炼钢法要高。用电能加热还能精确控制温度。因为炉内没有可燃烧气体，所以可以根据工确控制温度。因为炉内没有可燃烧气体，所以可以根据工艺要求在各种不同的气氛中进行加热，也可在任何压力或艺要求在各种不同的气氛中进行加热，也可在任何压力或真空中进行加热。由于电弧炉炼钢具有上述特点，能保证真空中进行加热。由于电弧炉炼钢具有上述特点，能保证冶炼含磷、硫、氧低的优质钢，能使用各种元素冶炼含磷、硫、氧低的优质钢，能使用各种元素(包括铝、包括铝、铁等容易被氧化的元素铁等容易被氧化的元素)来使钢合金化，冶炼出

45、各种类型来使钢合金化，冶炼出各种类型的优质钢和合金钢。的优质钢和合金钢。 电炉炼钢简介及石墨电极的消耗机理电炉炼钢另一个优点是基建投资少，占地面积小，流电炉炼钢另一个优点是基建投资少，占地面积小，流 程断，效率高。尤其是和转炉相比，它可以用废钢作为原程断，效率高。尤其是和转炉相比，它可以用废钢作为原料，不像转炉那样需要热铁水，所以不需要一套庞大的炼料，不像转炉那样需要热铁水，所以不需要一套庞大的炼铁和炼焦系统。铁和炼焦系统。 从长远观点看，电能的成本稳定，供应方便；电孤炉从长远观点看，电能的成本稳定，供应方便；电孤炉设备简单，操作方便；还比较易于控制污染。由此可见，设备简单，操作方便；还比较易

46、于控制污染。由此可见，用电弧炉炼钢的优越性是相当大的，所以现在世界各国都用电弧炉炼钢的优越性是相当大的，所以现在世界各国都在大力发展纯氧顶吹转炉的同时，稳步地发展电弧炉炼钢在大力发展纯氧顶吹转炉的同时，稳步地发展电弧炉炼钢技术。当前电弧炉的发展趋势是：发展大型电弧炉；发展技术。当前电弧炉的发展趋势是：发展大型电弧炉；发展超高功率供电技术；采用各种炉外精炼法；发展直接还原超高功率供电技术；采用各种炉外精炼法；发展直接还原法炼钢，逐步扩大机械化自动化及用电子计算机进行过程法炼钢，逐步扩大机械化自动化及用电子计算机进行过程控制等。控制等。 目前世界范围电炉钢占粗钢比例为目前世界范围电炉钢占粗钢比例为

47、35%左右，我国只左右，我国只有有15-16%，还有很大发展空间。，还有很大发展空间。电炉炼钢简介及石墨电极的消耗机理n电炉的分类电炉的分类 按炉衬耐火材料性质：酸性电炉、碱性电炉按炉衬耐火材料性质：酸性电炉、碱性电炉 按电流特性：交流和直流电炉按电流特性：交流和直流电炉 按功率大小：普通功率、高功率和超高功率电炉按功率大小：普通功率、高功率和超高功率电炉 按废钢预热方式：竖炉、双壳炉、炉料连续预热电炉按废钢预热方式：竖炉、双壳炉、炉料连续预热电炉 按出钢方式：槽式出钢、偏心底出钢（按出钢方式：槽式出钢、偏心底出钢（EBT）、中心底）、中心底出钢（出钢（CBT）及水平出钢（）及水平出钢（HOT

48、）电炉等）电炉等n电炉炼钢的流程电炉炼钢的流程 补炉补炉装料（装料（1-3次）次）熔化期（起弧、穿井、主熔、熔化期（起弧、穿井、主熔、升温四个阶段）升温四个阶段）氧化期（脱磷、脱碳、去气）氧化期（脱磷、脱碳、去气）还原期还原期（脱硫、脱氧、调成分）（脱硫、脱氧、调成分）出钢浇铸或炉外二次精炼。出钢浇铸或炉外二次精炼。电炉炼钢简介及石墨电极的消耗机理电炉炼钢简介及石墨电极的消耗机理下图为炉料连续预热电炉（下图为炉料连续预热电炉（Consteel）示意图）示意图l石墨电极的消耗机理石墨电极的消耗机理 石墨电极在电炉炼钢中的消耗量主要与电极本身质量石墨电极在电炉炼钢中的消耗量主要与电极本身质量有关，

49、也与炼钢的炉况（如炉子新旧、有无机械故障、是有关，也与炼钢的炉况（如炉子新旧、有无机械故障、是否连续生产等）和炼钢操作（如冶炼钢种、吹氧时间、炉否连续生产等）和炼钢操作（如冶炼钢种、吹氧时间、炉料情况等）关系很大。这里只探讨石墨电极本身的消耗情料情况等）关系很大。这里只探讨石墨电极本身的消耗情况，其消耗机理有以下几方面：况，其消耗机理有以下几方面：n端部消耗端部消耗 包括电弧高温引起的石墨材料升华以及电极端包括电弧高温引起的石墨材料升华以及电极端部与钢水及炉渣发生化学反应的损失。端部高温升华速率部与钢水及炉渣发生化学反应的损失。端部高温升华速率主要取决于通过电极的电流密度，其次与电极侧部氧化后

50、主要取决于通过电极的电流密度，其次与电极侧部氧化后的直径大小有关，端部消耗还与是否用电极插入钢水增炭的直径大小有关，端部消耗还与是否用电极插入钢水增炭有关。有关。n侧部氧化侧部氧化 电极的化学成分是碳，碳在一定条件下与空气、电极的化学成分是碳，碳在一定条件下与空气、水蒸气、二氧化碳都会发生氧化反应，电极侧部氧化量与水蒸气、二氧化碳都会发生氧化反应，电极侧部氧化量与单位氧化速率和暴露面积有关。一般情况下，电极侧部氧单位氧化速率和暴露面积有关。一般情况下，电极侧部氧电炉炼钢简介及石墨电极的消耗机理 化量要占电极总消耗量的化量要占电极总消耗量的50%左右。近年来为了提高电炉左右。近年来为了提高电炉冶

51、炼速度，更增加了吹氧操作的频次，导致电极的氧化损冶炼速度，更增加了吹氧操作的频次，导致电极的氧化损失增加。在炼钢过程中经常观察电极躯干的发红程度和下失增加。在炼钢过程中经常观察电极躯干的发红程度和下端的锥度是衡量电极抗氧化能力的直观方法。端的锥度是衡量电极抗氧化能力的直观方法。n残端损失残端损失 电极连续使用到上下两根电极连接处时，一小电极连续使用到上下两根电极连接处时，一小段电极或接头（即残体）因本体的氧化变细或裂纹的贯通段电极或接头（即残体）因本体的氧化变细或裂纹的贯通而产生脱离。残端损失的大小与接头形状扣型、电极内部而产生脱离。残端损失的大小与接头形状扣型、电极内部结构、电极柱的振动、撞击有关。结构、电极柱的振动、撞击有关。n表面剥落及掉块表面剥落及掉块 在冶炼过程中急冷急热，电极自身的抗在冶炼过程中急冷急热，电极自身的抗热振性能差导致的结果。热振性能差导致的结果。n电极折断电极折断 包括电极躯干折断和接头折断。电极折断与石包括电极躯干折断和接头折断。电极折断与石墨电极和接头的自身质量、加工配合有关，也与炼钢操作墨电极和接头的自身质量、加工配合有关，也与炼钢操作有关，产生原因往往是钢厂与电极生产厂争议的焦点。有关，产生原因往往是钢厂与电极生产厂争议的焦点。电炉炼钢简介及石墨电极的消耗机理 谢谢大家的聆听！谢谢大家的聆听！