石墨電極的生產(chǎn)工藝流程和質(zhì)量指標(biāo)的及消耗原理知識(shí)講解

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1、石墨電極的生產(chǎn)工藝 流程和質(zhì)量指標(biāo)的及 消耗原理 目錄 一、石墨電極的原料及制造工藝 二、石墨電極的質(zhì)量指標(biāo) 三、電爐煉鋼簡(jiǎn)介及石墨電極的消耗機(jī)理 石墨電極的原料及制造工藝 ? 石墨電極是采用石油焦、針狀焦為骨料,煤瀝青為粘結(jié)劑,經(jīng)過(guò)混 捏、成型、焙燒、浸漬、石墨化、機(jī)械加工等一 系列工藝過(guò)程生產(chǎn)出來(lái) 的一種耐高溫石墨質(zhì)導(dǎo)電材料。石墨電極是電爐煉鋼的重要高溫導(dǎo)電材 料,通過(guò)石墨電極向電爐輸入電能,利用電極端部和爐料之間引發(fā)電弧 產(chǎn)生的高溫作為熱源,使?fàn)t料熔化進(jìn)行煉鋼。其他一些冶煉黃磷、工業(yè) 硅、磨料等材料的礦熱爐也用石墨電極作為導(dǎo)電材料。利用石墨電極優(yōu) 良而特殊的物理化學(xué)性能,在

2、其他工業(yè)部門(mén)也有廣泛的用途。 生產(chǎn) 石墨電極的原料有石油焦、針狀焦和煤瀝青 ? 石油焦是石油渣油、石油瀝青經(jīng)焦化后得到的可燃固體產(chǎn)物。色黑 多孔,主要元素為碳,灰分含量很低,一般在 0.5%以下。石油焦屬于 易石墨化炭一類(lèi),石油焦在化工、冶金等行業(yè)中有廣泛的用途,是生產(chǎn) 人造石墨制品及電解鋁用炭素制品的主要原料。 ? 石油焦按熱處理溫度區(qū)分可分為生焦和煅燒焦兩種,前者由延遲 焦化所得的石油焦,含有大量的揮發(fā)分,機(jī)械強(qiáng)度低,煅燒焦是生焦經(jīng) 煅燒而得。中國(guó)多數(shù)煉油廠(chǎng)只生產(chǎn)生焦,煅燒作業(yè)多在炭素廠(chǎng)內(nèi)進(jìn)行。 ? 石油焦按硫分的高低區(qū)分,可分為高硫焦(含硫 1.5%以上)、中 硫焦(含硫 0.5%

3、-1.5%)、和低硫焦(含硫0.5%以下)三種,石墨電極及其 它人造石墨制品生產(chǎn)一般使用低硫焦生產(chǎn)。 ? 針狀焦是外觀(guān)具有明顯纖維狀紋理、熱膨脹系數(shù)特別低和很容易石 墨化的一種優(yōu)質(zhì)焦炭,焦塊破裂時(shí)能按紋理分裂成細(xì)長(zhǎng)條狀顆粒(長(zhǎng)寬 比一般在1.75以上),在偏光顯微鏡下可觀(guān)察到各向異性 的纖維狀結(jié) 構(gòu),因而稱(chēng)之為針狀焦。 ? 針狀焦物理機(jī)械性質(zhì)的各向異性十分明顯, 平行于顆粒長(zhǎng)軸方向具 有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能,熱膨脹系數(shù)較低,在擠壓成型時(shí),大部分顆粒 的長(zhǎng)軸按擠出方向排列。因此,針狀焦是制造高功率或超高功率石墨電 極的關(guān)鍵原料,制成的石墨電極電阻率較低,熱膨脹系數(shù)小,抗熱震性 能好。 ? 針

4、狀焦分為以石油渣油為原料生產(chǎn)的油系針狀焦和以精制煤瀝青 原料生產(chǎn)的煤系針狀焦。 ? 煤瀝青是煤焦油深加工的主要產(chǎn)品之一。為多種碳?xì)浠衔锏幕旌?物,常溫下為黑色高粘度半固體或固體,無(wú)固定的熔點(diǎn),受熱后軟化, 繼而熔化,密度為1?25_1?35gcm3。按其軟化點(diǎn)高低分為低溫、中溫和 高溫瀝青三種。中溫瀝青產(chǎn)率為煤焦油的 54-56%。煤瀝青的組成極為 復(fù)雜,與煤焦油的性質(zhì)及雜原子的含量有關(guān),又受煉焦工藝制度和煤焦 油加工條件的影響。表征煤瀝青特性的指標(biāo)很多,如瀝青軟化點(diǎn)、甲苯 不溶物(TI)、喹啉不溶物(QI)、結(jié)焦值和煤瀝青流變性等。 ? 煤瀝青在炭素工業(yè)中作為粘結(jié)劑和浸漬劑使用,其性能

5、對(duì)炭素制 品生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量影響極大。粘結(jié)劑瀝青一般使用軟化點(diǎn)適中、結(jié) 焦值高、P樹(shù)脂高的中溫或中溫改質(zhì)瀝青,浸漬劑要使用軟化點(diǎn)較低、 QI 低、流變性能好的中溫瀝青。 ? ? ? 下圖為炭素企業(yè)石墨電極生產(chǎn)工藝流程圖 ? 煅燒:炭質(zhì)原料在高溫下進(jìn)行熱處理,排出所含的水分和揮發(fā)份,并 相應(yīng)提高原料理化性能的生產(chǎn)工序稱(chēng)為煅燒。一般炭質(zhì)原料采用燃?xì)饧?自身?yè)]發(fā)份作為熱源進(jìn)行煅燒,最高溫度為1250- 1350°C。 煅燒使炭質(zhì)原料的組織結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能發(fā)生深刻變化,主要體現(xiàn)在 提高了焦炭的密度、機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性,提高了焦炭的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性 能,為后序工序奠定了基礎(chǔ)。

6、煅燒的設(shè)備主要有罐式煅燒爐、回轉(zhuǎn)窯和電煅燒爐。煅燒質(zhì)量控制指標(biāo)是 石油焦真密度不小于2?07g/cm3,電阻率不大于550rQ?m,針狀焦真密度不小于 2.12g/cm3,電阻率不大于500pQ?m。 ? 原料的破碎處理和配料 在配料之前,須對(duì)大塊煅后石油焦和針狀焦進(jìn)行中碎、磨粉、篩分處 理。 中碎通常是將50mm左右的物料通過(guò)顎式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)、對(duì)輥破 碎機(jī)等破碎設(shè)備進(jìn)一步破碎到配料所需的0.5-20mm的粒度料。 磨粉是通過(guò)懸棍式環(huán)輥磨粉機(jī)(雷蒙磨)、球磨機(jī)等設(shè)備將炭質(zhì)原料磨 細(xì)到0.15mm或0.075mm粒徑以下的粉末狀小顆粒的過(guò)程。 篩分是通過(guò)具有均勻開(kāi)孔的一系列篩子,

7、將破碎后尺寸范圍較寬的物料 分成尺寸范圍較窄的幾種顆粒粒級(jí)的過(guò)程,現(xiàn)行電極生產(chǎn)通常需要 4-5個(gè)顆粒 料粒級(jí)和 1-2個(gè)粉料粒級(jí)。 配料是按配方要求,對(duì)各種粒度的骨料和粉料、粘 結(jié)劑分別計(jì)算、稱(chēng)量 和聚焦的生產(chǎn)過(guò)程。 配方的科學(xué)性適宜性和配料操作的穩(wěn)定性是影響產(chǎn)品質(zhì)量 指標(biāo)和使用性能的最重要因素之一。 配方需確定 5方面內(nèi)容: ① 選擇原料的種類(lèi); ②確定不同種類(lèi)原料的比例; ③確定固體原料粒度 組成; ④確定粘結(jié)劑的用量; ⑤確定添加劑的種類(lèi)和用量。 ■返回料的回用(生碎、石墨碎、焙燒碎) ■配方基本原則:球體最緊密堆積原理 電極配方中最大顆粒尺寸的確定 大顆粒配方 ? 混捏

8、:在一定溫度下將定量的各種粒度炭質(zhì)顆粒料和粉料與定量的 粘結(jié)劑攪拌混合均勻,捏合成可塑性糊料的工藝過(guò)程稱(chēng)為混捏。 混捏的過(guò)程:干混(20-35 min)濕混(40-55 min) 混捏的作用: ① 干混時(shí)使各種原料混合均勻,同時(shí)使不同粒度大小的固體炭質(zhì)物料均 勻地混合和填充,提高混合料的密實(shí)度; ② 加入煤瀝青后使干料和瀝青混合均勻,液態(tài)瀝青均勻涂布和浸潤(rùn)顆粒 表面,形成一層瀝青粘結(jié)層,把所有物料互相粘結(jié)在一起,進(jìn)而形成均質(zhì)的可 塑性糊料,有利于成型; ③ 部分煤瀝青浸透到炭質(zhì)物料內(nèi)部空隙,進(jìn)一步提高了糊料的密度和粘 結(jié)性。 ? 成型:炭材料的成型是指混捏好的炭質(zhì)糊料在成型設(shè)備施加

9、的外部 作用力下產(chǎn)生塑性變形,最終形成具有一定形狀、尺寸、密度和強(qiáng)度的 生坯(或稱(chēng)生制品)的工藝過(guò)程。 成型的種類(lèi)、設(shè)備及所生產(chǎn)產(chǎn)品: 成型方法 常用設(shè)備 主要產(chǎn)品 模壓 立式液壓機(jī) 電碳、低檔次細(xì)結(jié) 構(gòu)石墨 擠壓 臥式液壓擠壓 機(jī) 螺桿擠壓機(jī) 石墨電極、方電極 振動(dòng)成型 振動(dòng)成型機(jī) 鋁用碳磚、高爐碳 磚 等靜壓 等靜壓成型機(jī) 各向同性石墨、異 性石墨 ■擠壓的操作 ① 涼料:圓盤(pán)涼料、圓筒涼料、混捏式?jīng)隽系确绞? 排出揮發(fā)份、降低至適宜溫度(90-12OC )增加 粘結(jié)力,使糊料 塊度均勻利于成型 20-30 min ② 裝料:壓機(jī)升擋板…-分2-

10、3次下料…-4-10MPa壓實(shí) ③ 預(yù)壓:壓力20-25MPa,時(shí)間3-5min,同時(shí)抽真空 ④ 擠壓:壓機(jī)降擋板…-5-15MPa擠壓…-剪切…-翻入冷卻水槽 ■ 擠壓的技術(shù)參數(shù):壓縮比、壓機(jī)料室及嘴型溫度、涼料溫度、預(yù)壓壓力 時(shí)間、擠壓壓力、擠壓速度、冷卻水溫度 ■ 生坯的檢查:體積密度、外觀(guān)敲擊、剖析 ■ 焙燒:是炭制品生坯在填充料保護(hù)下、裝入專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的加熱爐內(nèi)進(jìn) 行高溫?zé)崽幚?使生坯中的煤瀝青炭化的工藝過(guò)程。煤瀝青炭化后形成 的瀝青焦將炭質(zhì)骨料和粉料顆粒固結(jié)在一起,焙燒后的炭制品具有較高 的機(jī)械強(qiáng)度、較低的電阻率、較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。 焙燒是炭素制品生產(chǎn)的主要工序之一

11、,也是石墨電極生產(chǎn)三大熱處理過(guò)程 中的重要一環(huán),焙燒生產(chǎn)周期較長(zhǎng)(一焙 22-30天,二焙依爐型5-20天) ,而且 能耗較高。生坯焙燒的質(zhì)量對(duì)成品質(zhì)量和生產(chǎn)成本都有一定影響。 生坯內(nèi)煤瀝青在焙燒過(guò)程中焦化,排出 10%左右的揮發(fā)份,同時(shí)體積產(chǎn) 生2-3%的收縮,質(zhì)量損失 8-10%。炭坯的理化性能也發(fā)生了顯著變化,由于 氣孔率增加體積密度由1.70g/cm3降為1.60g/cm3,電阻率10000^Q.m左右降至 40-50曲?m,焙燒坯的機(jī)械強(qiáng)度也大為提高。 二次焙燒是焙燒品浸漬后進(jìn)行再次焙燒,使浸入焙燒品孔隙中的瀝青炭 化的工藝過(guò)程。生產(chǎn)體積密度要求較高的電極(除RP以外的所有品種

12、)和接 頭坯料需進(jìn)行二焙,接頭坯料還需進(jìn)行三浸四焙或二浸三焙。 ■ 焙燒爐主要爐型: 連續(xù)作業(yè) 環(huán)式爐(帶蓋、不帶蓋)、隧道窯 間歇作業(yè) 倒焰窯、車(chē)底式焙燒爐、箱式焙燒爐 ■ 焙燒曲線(xiàn)及最高溫度: 一次焙燒----320、360、422、480 小時(shí),1250 °C 二次焙燒----125、240、280 小時(shí),700-800 C ■ 焙燒品的檢查:外觀(guān)敲擊、電阻率、體積密度、抗壓強(qiáng) 度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖析 ■ 浸漬是將炭材料置于壓力容器中,在一定的溫度和壓力條件下將液 態(tài)浸漬劑瀝青浸入滲透到制品電極孔隙中的工藝過(guò)程。目的是降低制品 氣孔率,增加制品體積密度和機(jī)械強(qiáng)度,改善制品的導(dǎo)電和

13、導(dǎo)熱性能。 浸漬的工藝流程及相關(guān)技術(shù)參數(shù)是:焙燒坯——表面清理——預(yù)熱( 260380 C, 6-10小時(shí))一一裝入浸漬罐—— 真空(8-9KPa, 40-50min) ——注 瀝青(180-200 C) ——加壓(1?2-1?5MPa3-4小時(shí))——■返瀝青—— 卻(罐 內(nèi)或罐外) 浸漬品的檢査:浸漬增重率G=(W2-W1)/W1X100% 一次浸漬品增重率$14% 二次浸漬品增重率M9% 三次浸漬品增重率M5% ? 石墨化是指在高溫電爐內(nèi)保護(hù)介質(zhì)中把炭制品加熱到2300 °C以上,使 無(wú)定形亂層結(jié)構(gòu)炭轉(zhuǎn)化成三維有序石墨晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的高溫?zé)崽幚磉^(guò)程。 平面六角網(wǎng)格層狀結(jié)構(gòu) 石墨化

14、的目的和作用: ① 提高炭材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性(電阻率降低4-5倍,導(dǎo)熱性提高約10 倍); ② 提高炭材料的抗熱振性能和化學(xué)穩(wěn)定性(線(xiàn)膨脹系數(shù)降低50-80% ); ③ 使炭材料具有潤(rùn)滑性和抗磨性; ④ 排出雜質(zhì),提高炭材料的純度(制品的灰分由0.5-0.8%降到0.3%左 右)。 ? 石墨化過(guò)程的實(shí)現(xiàn): 炭材料的石墨化是在2300-3000 C高溫下進(jìn)行的,故工業(yè)上只有通過(guò)電 加熱方式才能實(shí)現(xiàn),即電流直接通過(guò)被加熱的焙燒品,這時(shí)裝入爐內(nèi)的焙燒品 既是通過(guò)電流產(chǎn)生高溫的導(dǎo)體,又是被加熱到高溫的對(duì)象。 目前廣泛采用的爐型有艾奇遜(Acheson )石墨化爐和內(nèi)熱串接(LWG) 爐。

15、前者產(chǎn)量大、溫差大、電耗較高,后者加熱時(shí)間短、電耗低、電阻率均勻 但不好裝接頭。 石墨化工藝過(guò)程的控制是通過(guò)測(cè)溫確定與升溫情況相適應(yīng)的電功率曲線(xiàn) 進(jìn)行控制,通電時(shí)間艾奇遜爐50-80小時(shí),LWG爐9-15小時(shí)。 石墨化的電耗很大,一般為3200-4800KWH,工序成本約占整個(gè)生產(chǎn)成 本的 20-35% 石墨化品的檢查:外觀(guān)敲擊、電阻率測(cè)試 ? 機(jī)械加工:炭石墨材料機(jī)械加工的目的是依靠切削加工來(lái)到達(dá)所需 要的尺寸、形狀、精度等,制成符合使用要求電極本體和接頭。 石墨電極加工分為電極本體和接頭兩個(gè)獨(dú)立加工過(guò)程。 本體加工包括鏜孔與粗平端面、車(chē)外圓與精平端面和銑螺紋 3道工序,圓錐 形接

16、頭的加工可分為6道工序:切斷、平端面、車(chē)錐面、銑螺紋、鉆孔安栓和 開(kāi)槽。 電極接頭連接方式:圓錐形接頭連接(一吋三扣和一吋四扣)、圓柱形 接頭連接、凹凸連接(公母扣連接) 加工精度的控制:螺紋錐度偏差、螺紋螺距、接頭(孔)大徑偏差、接 頭孔同軸度、接頭孔垂直度、電極端面平整度、接頭四點(diǎn)偏差等。用專(zhuān)用環(huán)規(guī) 和板規(guī)等檢查。 成品電極的檢查:精度、重量、長(zhǎng)度、直徑、體積密度、電阻率、預(yù)裝 配合精度等。 石墨電極的質(zhì)量指標(biāo) 反映石墨電極質(zhì)量和使用性能的指標(biāo)主要有:體積密度db、電阻率p、抗折 強(qiáng)度e彈性模量E、熱膨脹系數(shù)a和灰分A%。根據(jù)這幾項(xiàng)指標(biāo)的差異以及 原料和制造工藝的不同,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(

17、YB/T 4088/89/90-2000)中將石墨電極分為普 通功率石墨電極(RP)、高功率石墨電極(HP)、超高功率石墨電極 (UHP)三種。后石墨電極生產(chǎn)廠(chǎng)根據(jù)用戶(hù)使用需求增加了高體密石墨電極 (HD)和準(zhǔn)超高石墨電極(SHP)兩種。 在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上,各企業(yè)有自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),客戶(hù)訂貨時(shí)也會(huì)提出自己 的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 F表為方大炭素的RP、HP及UHP電極內(nèi)控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 率 功 高 需于 電極 5 8. 5 6. 5 5. 接頭 5 6. 5 5 5 ? 4 度 密13于 積cm3小 術(shù)1g/cl不 電極 53

18、 ? 1 52 ? 1 62 ? 1 62 ? 1 67 ? 1 6 6 ? 1 接頭 9 6 ? 1 73 ? 1 75 ? 1 度 強(qiáng)—于 折pa小 捌1MP不 電極 5 .0 5 8 9. 接頭 15.0 O 11 O 20. 電極 3 9. 12.0 .0 14. 接頭 O 11 18.0 熱他于 一 電極 .9 4 ? 2 接頭 .8 2 ? 2 4 ? 1 ? 體積密度是石墨電極試樣的質(zhì)量與其體積的比值,單位g/cm3,體積

19、密度越大說(shuō)明電極越密實(shí),與強(qiáng)度、抗氧化性能是正相關(guān),一般而言, 同品種電極體積密度越大,其電阻率也越低。 提高體積密度的途徑是:調(diào)整配方、增加小粒級(jí)料和粉料用量,用真密 度高的焦,使用結(jié)焦值高的瀝青和增加浸漬次數(shù)等。 ? 電阻率是來(lái)衡量電極的導(dǎo)電能力的參數(shù),是指電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí),導(dǎo) 體對(duì)電流阻力的一種性質(zhì),數(shù)值上等于長(zhǎng)度為1m、截面積為1m2的導(dǎo) 體在一定溫度條件下的電阻值,單位uQ?m。電阻率越低,電極在使 用中導(dǎo)電性越好、消耗就越低。 降低電阻率的途徑有:使用優(yōu)質(zhì)原料,提高制品體積密度,提高石墨化溫 度等。 ? 抗折強(qiáng)度是表征石墨材料的力學(xué)性能的參數(shù),也叫抗彎強(qiáng)度,是指 當(dāng)外力與物體

20、軸線(xiàn)相垂直,物體受外力作用后先呈彎曲到折斷瞬間的極 限抵抗能力,單位為MPa。石墨材料的強(qiáng)度有個(gè)與其他金屬非金屬顯著 不同的特點(diǎn),其強(qiáng)度隨溫度升高而增大,在2000-2500 °C達(dá)到最高,為 常溫的 1.8-2 倍,之后有所下降。強(qiáng)度高的電極、接頭,在使用中越不 易折斷。 提高抗折強(qiáng)度的途徑是:減小配方中焦炭的粒度,提高炭質(zhì)原料強(qiáng)度,提 高制品的體積密度,減少制品內(nèi)部缺陷等。 ? 彈性模量是力學(xué)性能的一個(gè)重要方面,是衡量材料彈性形變能力的 指標(biāo),指材料在彈性變形范圍內(nèi),應(yīng)力和應(yīng)變的比值,單位為GPa。彈 性模量越大,要產(chǎn)生一定彈性變形所需的應(yīng)力越大,簡(jiǎn)單講,彈性模量 越大材料越脆,彈性模

21、量越小材料越柔。 彈性模量的高低對(duì)電極使用起一個(gè)綜合性的作用,制品的體積密度越高 越密實(shí),彈性模量越大,但制品的抗熱振性能越差,越易產(chǎn)生開(kāi)裂掉塊。在生 產(chǎn)中,往往通過(guò)配方粒級(jí)的調(diào)整、制品體積密度的高低掌握一個(gè)比較適應(yīng)使用 要求的彈性模量值。 ? 熱膨脹系數(shù)是指材料受熱后膨脹程度的度量,即當(dāng)溫度升高 1C 時(shí),引起單位的固體材料試樣在某一特定方向上的膨脹比例常數(shù),稱(chēng)為 沿該方向的線(xiàn)膨脹系數(shù),單位1X10-6/C。在沒(méi)有特別注明之處,熱膨 脹系數(shù)均指線(xiàn)膨脹系數(shù),石墨電極軸向和徑向線(xiàn)膨脹系數(shù)差異很大,徑 向要比軸向大0.8-1倍,石墨電極質(zhì)量指標(biāo)中的熱膨脹系數(shù)是指軸向熱 膨脹系數(shù)。 石墨電極的

22、熱膨脹系數(shù)是非常重要的熱學(xué)參數(shù),數(shù)值越低,表明制品的熱穩(wěn)定 性越強(qiáng),抗氧化性越高,表現(xiàn)在使用上反映出折斷越少,消耗越低。 降低熱膨脹系數(shù)的途徑:主要由原料固有性能決定使用質(zhì)量好的原料, 配方使用粒度較大配方或增加大顆粒用量(但會(huì)使制品密度和強(qiáng)度降低)。 ? 灰分是指制品中除碳石墨之外的其他固體元素含量。石墨電極中的 灰分主要受所用原料的灰分大小影響,石油焦針狀焦灰分較低,所以石 墨電極灰分一般不超過(guò)0.5%,灰分含量在1%以?xún)?nèi)對(duì)煉鋼無(wú)明顯影響, 但灰分中的雜質(zhì)元素會(huì)降低電極的抗氧化性能。 ? 抗熱振因子是表征抗熱振性能的參數(shù),抗熱振性能是材料自身的一種特 性,它表述的是承受急冷急熱的一種

23、性能,換句話(huà)說(shuō),是材料在一定的 7 c 九 k = — ?— E a 溫度梯度之下抗碎裂的一種性能 ,是影響電極使用的一個(gè)很重要的綜合 性的因素。 K—— 熱震因子,w/m; o—— 拉強(qiáng)度,MPa; E 性模量,MPa; X— —熱導(dǎo)率,w/m?k; a——熱膨脹系數(shù),1/K K為一相對(duì)值,該值越大,抗熱振 性能就越強(qiáng)。石墨電極的K值與其在電弧爐中的表現(xiàn)有著較高的相關(guān)性,即 較高的K值,對(duì)應(yīng)于電極較低的破碎和斷裂。 ■電爐煉鋼簡(jiǎn)介 近現(xiàn)代煉鋼方法主要有轉(zhuǎn)爐煉鋼法、平爐煉鋼法和電爐煉鋼法。平爐煉 鋼法已基本被淘汰,電爐煉鋼法與轉(zhuǎn)爐煉鋼法最根本的差別在于,電爐煉鋼法 是以電能作為熱源

24、,而電弧爐煉鋼是應(yīng)用得最為普遍的電爐煉鋼方法。我們通 常所說(shuō)的電爐煉鋼,主要是指電弧爐煉鋼,因?yàn)槠渌?lèi)型的電爐如感應(yīng)電爐、 電渣爐等所煉的鋼數(shù)量較少。 電弧爐煉鋼是靠電極和爐料間放電產(chǎn)生的電弧,使電能在弧光中轉(zhuǎn)變?yōu)?熱能,并借助輻射和電弧的直接作用加熱并熔化金屬和爐渣,冶煉出各種成分 的鋼和合金的一種煉鋼方法。 ■ 石墨電極的消耗機(jī)理 石墨電極在電爐煉鋼中的消耗量主要與電極本身質(zhì)量有關(guān),也與煉鋼的 爐況(如爐子新舊、有無(wú)機(jī)械故障、是否連續(xù)生產(chǎn)等)和煉鋼操作(如冶煉鋼 種、吹氧時(shí)間、爐料情況等)關(guān)系很大。這里只探討石墨電極本身的消耗情 況,其消耗機(jī)理有以下幾方面: ■端部消耗 包括電弧高

25、溫引起的石墨材料升華以及電極端部與鋼水及爐 渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的損失。端部高溫升華速率主要取決于通過(guò)電極的電流 密度,其次與電極側(cè)部氧化后的直徑大小有關(guān),端部消耗還與是否用電 極插入鋼水增炭有關(guān)。 ■ 側(cè)部氧化 電極的化學(xué)成分是碳,碳在一定條件下與空氣、水蒸氣、二 氧化碳都會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng),電極側(cè)部氧化量與單位氧化速率和暴露面積 有關(guān)。一般情況下,電極側(cè)部氧 化量要占電極總消耗量的 50%左右。 近年來(lái)為了提高電爐冶煉速度,更增加了吹氧操作的頻次,導(dǎo)致電極的 氧化損失增加。在煉鋼過(guò)程中經(jīng)常觀(guān)察電極軀干的發(fā)紅程度和下端的錐 度是衡量電極抗氧化能力的直觀(guān)方法。 ■ 殘端損失 電極連續(xù)使用到上下兩根電極連接處時(shí),一小段電極或接頭 (即殘?bào)w)因本體的氧化變細(xì)或裂紋的貫通而產(chǎn)生脫離。殘端損失的大 小與接頭形狀扣型、電極內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電極柱的振動(dòng)、撞擊有關(guān)。 ■ 表面剝落及掉塊 在冶煉過(guò)程中急冷急熱,電極自身的抗熱振性能差導(dǎo) 致的結(jié)果。 ■ 電極折斷 包括電極軀干折斷和接頭折斷。電極折斷與石墨電極和接頭 的自身質(zhì)量、加工配合有關(guān),也與煉鋼操作有關(guān),產(chǎn)生原因往往是鋼廠(chǎng) 與電極生產(chǎn)廠(chǎng)爭(zhēng)議的焦點(diǎn)。

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