一電爐煉鋼用石墨電極的市場前景(

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1、第10卷第1期 2000年 3月 CARBON SCIENCE AND TECHNOLOGY March. 2000 收稿日期.1999-11-10 第10卷第1期 2000年 3月 收稿日期.1999-11-10 第10卷第1期 2000年 3月 電爐煉鋼用石墨電極的市場前景 邊俊峰雲(yún)鋒 ②7叭zQ ①存7華3平巧 1.2電爐煉鋼工藝的進步 （ （蘭州炭索有限責(zé)任公司蘭州730084） 1電爐煉鋼的發(fā)展概況 1.1鋼鐵工業(yè)的近期進展 90年代世界主要產(chǎn)鋼國家的年鋼總產(chǎn)章 基本保持穩(wěn)定，1990年為7. 70億噸，1

2、994年 為7. 20億噸，預(yù)計2000年將達到& 70億噸 左右，我國自實行改革開放以來，鋼鐵工業(yè)迅 速發(fā)展，鋼產(chǎn)量逐年增加，1978年鋼總產(chǎn)然為 3178萬噸，1993年為8956萬噸, 1994年為 9216噸，1995年為10623萬噸，17年增加了 2 倍多，據(jù)國際鋼鐵學(xué)會公布的1996年上半年 世界主要產(chǎn)鋼國家粗鋼產(chǎn)毘速報，中國已超過 日本躍居世界首位，預(yù)計2000年中國鋼產(chǎn)量 將趙過1.2億噸，在21世紀世界鋼總產(chǎn)世將 有所下降，而中國還將保持逐年增長的良好勢 態(tài)。 在煉鋼工藝方面，目前主要是轉(zhuǎn)爐冶煉和 電爐冶煉，落后的平爐煉鋼工藝逐漸淘汰，平 爐鋼比例大幅度下降，轉(zhuǎn)爐煉鋼勻電

3、爐鋼比例 迅速增加，電爐鋼產(chǎn)量的迅速增加得益于電爐 鋼短流程生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展?表1為94年 我國冶煉鋼比.電爐鋼具有工藝流程短、建設(shè) 投資少、綜合能耗低、能冶煉特殊鋼和各種優(yōu) 質(zhì)鋼等特點，以及廢鋼資源的增加和電爐鋼中 直接還原鐵這-技術(shù)的使用和推廣，使電爐煉 鋼工藝得以迅速發(fā)展，電爐鋼比例不斷上升. 1980年，世界電爐鋼占總產(chǎn)量的22%, 1985 年占 23%, 1990 年占 27. 5%, 1994 年占 32. 5%,我國在1994年達到21. 23%,近幾年電 爐鋼比例基本穩(wěn)定，但總捷較80年代增加了 2倍，發(fā)展勢頭強勁。 收稿日期.1999-11-10 第10卷第1期

4、 2000年 3月 衷1我國冶煉鋼比構(gòu)成分析 78年產(chǎn)鋼（萬噸》 占總嚴童（％〉 94年產(chǎn)萬噸） 占總產(chǎn)!<%） 增沌（百分點〉 全國總計 317& 0 9261.0 其中平爐 1127. 1 35? 47 L384? 9 14. 95 -20. 52 電爐 681.3 21.44 968. 1 21.23 轉(zhuǎn)爐 1364.0 42. 92 5889. 9 63. 60 20. 68 頂吹 1061.8 4409. 8 收稿日期.1999-11-10 第10卷第1期 2000年 3月

5、 本世紀中葉，由于電力工業(yè)的迅速發(fā)展使 得電弧爐煉鋼獲得了良好發(fā)展機遇，交流電弧 爐從普通功率進步到了高功率和超高功率，但 存在電耗高、噪音大、對電網(wǎng)干擾大、電極消耗 高及煙塵大等缺點，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和 迅速推廣應(yīng)用，降低了交流變直流費用，使直 流電弧爐煉鋼技術(shù)的設(shè)想能夠付諸實現(xiàn)。 直流電弧爐是80年代初發(fā)展成熟起來的 電爐煉鋼技術(shù)，自1982年世界上第一座直流 電弧爐在前西德投產(chǎn)以后，相繼有瑞典50T、 吳國紐科30T、法國鋼研究所75T直流電弧 爐建成投產(chǎn)?到90年初國外有40余座直流電 收稿日期.1999-11-10 第10卷第1期 2000年 3月 收稿日

6、期.1999-11-10 ?20 ? 炭索科技 2000 年 名 稱 設(shè)計陀位CT) 爐型 成祁無縫 93 直流Up 天津無縫 150 直ts UHP 蘭鋼 70 直潦HP 上鋼三廠 100 直流UHP 沙鋼 90 交流HP 廠 90 亶流UHP 張家堆 95 交澄UHP 卜 上海寶鋼 150 宜流UHP 廣州鋼廠 160 無鎬華潤 100 蘇州鋼廠 100 弧爐投產(chǎn)，最大公禰容雖已達到150噸，從目 前資料看，直流電弧爐與傳統(tǒng)交流電弧爐相 比,具有如

7、下幾個優(yōu)點： 1. 電弧比較穩(wěn)定 2. 電耗較低 3. 石銀電極消耗低 4. 耐火材料消耗減少 5. 維修工作量少 6. 對電網(wǎng)影響降低 7. 工作環(huán)境改善，煙、塵、噪音降低 我國現(xiàn)有3380座煉鋼電爐，其中3314座 是30T以下的小電爐，現(xiàn)僅有46座達到國內(nèi) 先進水平,7座達到國際先進水平.1995年舉 行的全國30T以下電爐煉鋼廠廠長會議上， 明確了電爐發(fā)展的行業(yè)政策，即我國今后將以 60?100T容最的電爐為主體.柱改造引進和 新建項目中，嚴格限制小于3OT容最的建設(shè), 從政策上引導(dǎo)向加速中小電爐的改造和淘汰， 抓緊實施國產(chǎn)電爐短流程產(chǎn)業(yè)化工作，堅持上 HP和UHP電爐

8、，93年我國第一座30T直流 電爐在成都無縫鋼管廠投產(chǎn)，隨后?我國一些 企業(yè)從國外引進一批HP、UHP電弧爐約13 臺，此外還有一些企業(yè)的引進工作正在進行 中，專家預(yù)測2000年，我國將有14座100? 150T的大型電爐誕生。表2為我國部分巳建、 在建和籌建的電爐情況。 表2我國部分巳建、在踵和篙建的電爐 隨著電爐煉鋼技術(shù)的不斷進步，煉鋼電爐 正朝著超高功率和大型化方向發(fā)展.它與低功 率煉鋼法相比，冶爍時間可縮短約50% ?電耗 約降陸20%,產(chǎn)量可提高約30%,國外HP、 UHP電爐鋼占電爐鋼總量的80%,我國也正 在努力發(fā)展大容罐、高功率、超高功率煉鋼電 爐，“九五”末期，電爐鋼產(chǎn)董

9、將達到3042萬 噸，其中普通功率、高功率，超高功率的電爐鋼 分別占三分之一,予計到21世紀中國電爐鋼 比將占40%以上，其中高功率、超高功率電爐 將占30%以上,達到世界同等水平。 2石墨電極在電弧爐上的使用與 消耗 在現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術(shù)發(fā)展中，最引人關(guān) 注的趨勢，一是大噸位超高功率電弧爐的發(fā) 展，另一則是直流電弧爐的發(fā)展。大多數(shù)煉鋼 專家認為90年代直流電弧爐將是煉鋼技術(shù)發(fā) 展的標志。由于電弧煉鋼對石星電極的恃殊需 求，因此煉鋼技術(shù)的發(fā)展對石墨電極工業(yè)生產(chǎn) 提岀了更高要求. 2.1石晝電極在電彊爐中的使用狀況 在電弧爐煉鋼生產(chǎn)中石墨電極是不可缺 少的導(dǎo)電材料，在傳統(tǒng)交流電弧爐中使用

10、三根 石晏電極進行冶煉，而在現(xiàn)代發(fā)展推廣的直流 電弧爐中普遍采用單根石墨電極，國外部分直 流電弧爐石墨電極配彥情況見表3 在直流電甄爐中，直流供電使通過石墨電 極的電流明顯堆大，比交流電弧爐提高30% 左右，單位電流密度已超過32A/512.如此高 的電流密度對普通功率石晝電極來講是不能 允許的，因此，直流電弧爐需要高功率和超高 功率石墨電極，這樣直流電弧爐將獲得交流電 弧爐所不能達到的高效率.直流電弧爐石墨電 極的有關(guān)參數(shù)見表4。 2,2石星電椒衣電翼爐上的消耗 石墨電極在煉鋼過程中的消耗大致分端 部消耗、側(cè)部消耗和機械消耗。 國 家 公 司 電極狀況 公稱容 悵數(shù) 直

11、徑mm 國 施略曼暫馬克公01 1 250 12 吳 國 紐科公司達靈頓廠 1 406 30 法 踐斯科啟金公岡 3 550 75 R 本 托比工業(yè)公可 1 457 35 R 本 大同鋼公可 1 350 25 日 本 東京鋼公可 1 700 130 芙 佛羅里達鋼公列 q ■ 700 60 0 本 川崎績公可 1 711 no 0 本 中山鋼公司 1 610 75 法 國 法國鋼缺研究院 3 250 6 前蘇聯(lián) 齊梁賓駅克鋼鐵公引 1 400 25 國

12、 紐科鋼公可 1 750/800 150 表3國外部分直流電弧爐石晏電極配*情況 電杈直 300 400 500 600 700 800 最大熔化電流(kA) 24. 4 43.4 67.9 97.8 133.1 150 飛大工作電流(A) 180 277 340 450 444 最大熔化功率(MW) 4? 392 12. 022 23. 089 39. 609 59? 406 S(定容盤(J 12-15 2070 50-60 70-100 90-120 30-160 電根品種 HP-UHP UHP

13、 UHP UHP UHP UHP 表4直流電弧爐用石吳電段的主要擊數(shù) 2. 2.] 端部消耗 端部消耗又分為弧光消耗、化學(xué)消耗?；?光消耗亦稱蒸發(fā)消耗?石墨電極在高溫下易于 升華＜ 弧光消耗與電流的平方成正比?與直從 無關(guān)＜ 實驗公式如下： Qt = 0. 0054Z2 式中:Qt—電極端部消耗速度g/s. I—通過電 極的電流退度，電極的弧光消耗約占總消耗的 40%左右。化學(xué)消耗是石墨電極在鋼水中易于 熔化，生成FeC,因此，短電弧或鋼水濺到電極 上使電極端部的化學(xué)消耗增加?；瘜W(xué)消耗與電 極直徑平方成正比。殘端消耗，即電極端部剝 層，裂損消耗，當電極通電后，電扱端部處于高

14、 溫(250CTC〉狀態(tài)，由溫差的熱應(yīng)變及強電流和 短電弧操作引起電極的殘端消耗。 2. 2.2 側(cè)部消耗 側(cè)部消耗主要是氧化消耗和炭顆粒剝落。 石聶電極在高溫下與氧起反應(yīng)主成COCO" 占總帶耗的50?60%,電極的氧化消耗與爐 內(nèi)氣體溫度、氣體流速和爐料停留時間有關(guān), 與石墨所含雜質(zhì)種類、含懾和石墨化度、氣孔 率有較強的依賴關(guān)系。 2.2.3 機械消耗 機械消耗就是電極的折損。即電極和聯(lián)結(jié) 處的折斷?多由于爐料鐵塊塌落，電極本身的 內(nèi)部缺陷造成的. 2.3石墨電極在電爐中的消耗量 采用直流電弧爐冶煉，由于直流電流沒有 集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)，因而電流在電極截面上 分布均勻，電弧沒有

15、外吹現(xiàn)象，不僅電弧穩(wěn)定， 而且電駅在電扱的中心線下燃燒。在多數(shù)情況 下直流電弧爐石星電極消耗比同等容量交流 電弧爐減少60%左右，國外鋼鐵發(fā)達國家石 墨電極費用已降至生產(chǎn)總成本的10%以下。 石墨電極的消耗童主要取決于電弧爐設(shè) 備技術(shù)性能和石墨電極質(zhì)議。國外平均噸鋼單 耗2kg/t左右，我國平均單耗在4. 5kg/t?有的 高達6?8kg/— 第1期 楊俊峰等 電爐煉鋼用石歷電極的市場前景 ?21? 公 司 電股消耗kg.A 久詭 多埒那爾軽待廠 40 21 1. 7 3.4 0!維怒塔公訶 55 15 2.3 4.7 鳧賂曼西馬

16、克公聞 12 9 1.8 6.7 佛羅星達公司坦帕廠 35 18 l.C 4.5 紐科公司達臾牧廠 30 12/17 1. G 4.5 托比工業(yè)公司 30 15 1.7 3. 1 大何鋼公司 20 15 1.2 3.4 表5國外直潦電彊爐與交流電弧爐石長電極消耗的比較 指 標 電 極 - 接頭 ?>400?4 50 500~600 體積倍度g/cm^ 1.68-1.73 1?6一1?72 b 74-1. 83 電阻率辺? m 5. 0-5-6 4?9 — 5?5 4. 0-5.0 縱向 9. 56-11.

17、72 8? 37-11.72 抗拉強度MPa 13-19 橫向 6. 85-9. 65 6? 55-9-31 熱膨脹系數(shù) 縱向0?3-0.7 0.3-0. 4 U?25 一 U?b <20-iooriCJvicrVV 橫向1.3-K7 1.1-1. 4 縱向& 3—9?7 7. 6-9. 7 彈坯模量GPa 12-17 戰(zhàn)向 4.B-6.2 4.1 — 5. 5 範導(dǎo)率W/m ? k 250-320 表6美國UCAR超高功石墨電極內(nèi)控質(zhì)■指標 3電弧爐煉鋼對石墨電 極的

18、質(zhì)量要求 3.1我國石墨電極的質(zhì)麗差距 作為電弧爐的導(dǎo)電材料的石墨電極要求 有良好導(dǎo)電性、良好的抗折抗壓強度、良好的 熱導(dǎo)率、良好抗氧牝性、良好抗熱震性能及熱 化學(xué)穩(wěn)定性。綜合考核電極質(zhì)量指標有11項 扌&標，其中電阻率、抗折強度、彈性模量三項為 質(zhì)量考核指標，灰分、真密度、體積密度和抗壓 強度四項作參考指標.另外測定抗氣化性、熱 ?膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率三項，作為供貨方積累數(shù) 據(jù)?高功率及超高功率石星電極使用時通過的 電流密度較大?電極在更加苛刻茶件下運行, 中國目前把大規(guī)格電極通過電流密度在18- 24A/CH?之間稱為高功率石墨電極，把通過 24A/cn?以上的電流稱為高功率，國外產(chǎn)品

19、一般不把抗壓強度作為質(zhì)量指標?但將熱膨脹 系數(shù)列為考核指標?接頭要測抗拉強度及熱導(dǎo) 率。國外拝本指標都是保守的最低值，實際生 產(chǎn)均按遠比樣本公開指標嚴格得多的內(nèi)控指 標進行生產(chǎn)。表6為美國UCAR超高功率石 雖電極內(nèi)控質(zhì)港指標 消耗差別很大，實驗表明，電極電阻率、機械強 度和?體積哮度是影響煉鋼石墨電極消耗的主 要因素。 3.2.1 電阻對電極消耗的彭響 將電極按電阻率大小分成四組，柱電弧爐 上進行不同電阻率對消耗影響的實驗,結(jié)果如 表7。 第1期 楊俊峰等 電爐煉鋼用石歷電極的市場前景 ?21? 與國外相比，我國石墨電極質(zhì)更差距很 大，主要表現(xiàn)在：（1）接頭容易折斷

20、?因而增加 了電爐操作中的停爐時間；石墨電極的單耗也 隨之上升,（2）質(zhì)量穩(wěn)定性差，不僅表現(xiàn)在毎批 產(chǎn)品中理牝指標上下偏差大，而且生產(chǎn)成品率 披動也較大。 3.2電扱質(zhì)量對電爐冶煉的影響 石墨電極質(zhì)凰不同在煉鋼中主要表現(xiàn)為 消耗差別很大，實驗表明，電極電阻率、機械強 度和?體積哮度是影響煉鋼石墨電極消耗的主 要因素。 3.2.1 電阻對電極消耗的彭響 將電極按電阻率大小分成四組，柱電弧爐 上進行不同電阻率對消耗影響的實驗,結(jié)果如 表7。 ?22? 炭索科技 2000 年 表7電極電阻率與消耗的關(guān)系 組別 電龜事范圍 fxQm 平均 電極消耗 kgA鋼 使

21、用電 極根數(shù) 1 9以下 & 65 4.73 16 2 9.10-10. 0 9.45 S. 19 32 3 10.01-11 10. 38 5. 44 28 4 II.01-12 H?35 5.62 11 從表8中可以看出，電極消耗隨電阻率增 大而增加，電阻率主要影響電極的氧化消耗， 因為氧化取決于電極溫度，電流相同時，電阻 率越高電極溫度越高，電極氧化消耗越大。 3.2.2 體積密度對電極消耗彩嗆 電極的強度、模量、熱導(dǎo)率隨休積密度的 增加而增加?電阻率和孔隙度隨體積密度的增 加而減少,所以電極體積密度與消耗有直接關(guān) 系，體積密度增加，消耗下降。

22、 3. 2. 3 電極強度對煉鋼工效的彩臨 石墨電極在電弧爐中除受自重外,還要承 受各種外力和很大熱應(yīng)力，熱應(yīng)力隨電流的增 大而增大。石晝電極在氧化后,體積密度和強 度銳減，電極端部接頭處斷裂發(fā)生次數(shù)隨體積 密度的減少和電阻率的增加而增加，所以高抗 壓、抗折強度是降低煉鋼消耗，尢其是機械消 耗的主要原因。機械損耗的斷裂造成熱停工， 惡化操作條件，延長冶煉時間影響鋼產(chǎn)量和質(zhì) 量，電極消耗也急劇增加. 3.3電孤爐對石鼻電極規(guī)格和質(zhì)量的新需求 夭客量、高功率超高功率電爐煉鋼工藝要 求與之相適應(yīng)的是大規(guī)格高功率和超高功率 石墨電極，特別是100噸趙高功率直流電弧爐 所需卩700mm大規(guī)格電極

23、所占比例較大，最 大要求達T880mmo隨電極規(guī)格的增大，對電 極長度尺寸也要適當調(diào)整。目前，我國一般電 極長度為1800 — 1900mm,也有少量2000- 2100mm。但當電極規(guī)格增至＜p600mm以上 時，用戶需要電極長度至少要達到2100mm 以上。國外一般是2400mm,有效長度還有 2800mm 的。 除加大規(guī)格和加長尺寸外，客觀上還要求 提高石駁電極的各項質(zhì)量指標，以適應(yīng)用戶需 要：，由于HP.UHP電爐上使用的石墨電極所 承受的電流密度比普遍功率電爐上使用的電 極高50%以上，而且承受的電流密度也隨電 爐功率的増加而越來越大.因此，對石墨電極 質(zhì)量的要求也越來越高,要求進

24、一步降低比電 阻、氣孔率和CTE值，減少徑向溫差，增加強 度特別是接頭強度。 4石墨電極需求量及市場分布 我國鋼鐵工業(yè)經(jīng)過8個五年計劃的建設(shè), 截止1995年已擁有粗鋼生產(chǎn)能力10623萬 噸?其中平爐鋼1400萬噸，占13. 18%,轉(zhuǎn)爐 鋼6452萬噸，占60. 4%,電爐鋼2768萬噸， 占26. 06%,其區(qū)域分布如表8所示： 表8 95年電爐鋼生產(chǎn)能力分布艮21世紀電根需求 區(qū)域 產(chǎn)盤（萬噸〉占全國（％〉 21世紀電極需求金 預(yù)萬噸〉存 華北區(qū) 366 13.2% 4 東北區(qū) 544 19.66% 6 華東區(qū) 763 27.47% 10 中晦區(qū)

25、 586 21. 19% 6 西爾區(qū) 339 12. 25% 3. 6 西北區(qū) 】68 6. 08% 1.8 ?包括電強爐、工亞癡、黃硯、鐵介金有金輯眉煉用 石整電扱 近2年來，在建擴建改建電爐主要分布在 華東區(qū)、中南、華北區(qū) 1996年電爐鋼產(chǎn)量已 達到3042萬噸，占鋼總產(chǎn)量的30%以上，予 計2000年我國鋼總、產(chǎn)量為1. 2億噸?其中電 爐鋼比將占40%以上,2000年電爐鋼產(chǎn)量為 4800萬噸，我國電極消耗水平均值4. 5kg/噸 鋼，需要電極21. 6萬噸，加之工業(yè)硅2萬噸， 黃磷3萬噸，鐵合金2萬噸，稀有金屬冶煉1 萬噸，大約需求6-8萬噸，我國石墨

26、電極總需 求量約為30萬噸。目前普遍功率、高功率、超 奇功率電爐鋼各占1/3,而普通功率電極消耗 為高功率的2倍,則普通功率電極約為20萬 噸,HP和UHP電極數(shù)為10萬噸。我國現(xiàn)有 石墨電極生產(chǎn)能力約為26萬噸，其中高功率 超功率石墨電極生產(chǎn)能力約為8萬噸，主要是 趙高功率電極尚有缺口，依賴進口，生產(chǎn)能力 第1期 楊俊峰諄電爐煉鋼用石墨電扱的市場前景 ? 23 ? 與需求基本平衡?中小企業(yè)切忌盲目上馬HP 和UHP石墨電極生產(chǎn)線。 21世紀，隨著大容母電爐工藝設(shè)備技術(shù) 發(fā)展和石墨電極質(zhì)更的提高?石墨電極的單耗 將明顯下降■電極需求量將有所下降?為了提 高工效，許多普通電爐改用高

27、功率電極，HP 和UHP電極將占電極生產(chǎn)總啟80%左右，達 到發(fā)達國家水平。所以說我國石聶電極生產(chǎn)面 臨品種結(jié)構(gòu)調(diào)整和質(zhì)量提高，而不是數(shù)貴上盲 目擴張。 第1期 楊俊峰諄電爐煉鋼用石墨電扱的市場前景 ? 23 ? 第1期 楊俊峰諄電爐煉鋼用石墨電扱的市場前景 ? 23 ? 因酸活化法制備粘膠基活性炭纖維一（符若文第”炭素 技術(shù)》2000 No. 1 1-4 （中文） 代相生長渙殲維形直及檢觀結(jié)構(gòu)的研究一（陳曉紅尊） 炭索技術(shù)）2000 No. 1 5 — 8 （中文） 間甲酚甲炭化工藝的研究一（李文 技術(shù)〉2000 No. 1 9-11 （中文〉 RS&X

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