CN101289618B - 石墨电极冷浸抗氧液 - Google Patents

Abstract

石墨电极冷浸抗氧液，属石墨电极用抗氧化剂，特别是用于电炉炼钢生产的石墨电极用抗氧化剂。它含有如下重量份的组分：甲醇80-100、硼酸10-15、磷酸二氢铝80-100。它能在常温常压下对石墨电极进行抗氧化处理，处理后的石墨电极不仅提高了抗氧化性能，而且还使石墨电极的理化性能得到了更进一步的改善，提高了石墨电极质量。能耗极低，电极单耗降低了15％。

Description

石墨电极冷浸抗氧液

(一)技术领域：

石墨电极冷浸抗氧液，属石墨电极用抗氧化剂，特别是用于电炉炼钢生产的石墨电极用抗氧化剂。

(二)背景技术：

石墨材料主要由多晶石墨构成，属无机非金属材料，但它具有良好的热、电传导性而被称为半金属，有比金属更高的熔点和化学稳定性，常压下3350℃升华变成气体。但它有一个很大的缺点就是在空气中600℃以上就会氧化。

石墨电极是石墨材料中的一种，用于电炉炼钢生产中，在冶炼过程中石墨电极被连续消耗，依电极消耗机理来看主要是三个方面的消耗：一是尖端起弧温度达3000℃，造成的高温升华，二是侧面与空气反应氧化消耗，三是机械损耗，而侧面氧化消耗占总消耗的50-70％。如何减少石墨电极氧化消耗，长期以来国内外都进行了大量研究，并取得了多项研究成果。这些成果都是根据石墨材料本身多气孔、易氧化的特点，在其表面采用喷涂或浸渍的办法使抗氧化物质在电极表面形成抗氧化层，堵塞气孔，减少或隔绝空气与电极接触，达到抗氧化目的。这些研究主要有喷淋防氧化，高温玻璃基抗氧化涂层，硼系涂层。但这些成果由于工艺复杂、前期投入太高或是生产成本太高等各种条件的限制而没有被广泛应用。目前在国内实际应用较广的都是采用硼酸盐热溶液(如成都蓉光炭素股份有限公司研发的、曾列为国家火炬计划的CTL热浸抗氧液，它的主要成份含有硫酸铝、树脂和硼酸)浸渍抗氧化，此工艺因硼酸(H₃BO₃)在室温水中的溶解度很小，只有4--5 H₃BO₃g/100ml H₂O，如果室温浸渍就达不到抗氧化的效果，所以都要采用加热的方式以提高硼酸在水中的溶解度。这种加热方式浸渍费时费电，随着电价的不断上涨，生产成本不断增加。中国专利公开了一种申请号为200710039384.8、名称为“提高电弧炼钢用石墨电极性能的浸渍型抗氧化剂”，这种抗氧化剂是在粘结剂中悬浮多种认为可以起到抗氧化作用的物质(如二氧化硅、三氧化二铝等)，因为这些物质不能溶解在水和粘结剂中，只能把它们先制成0.01-1mm的细粉末，使用时经搅拌使它们悬浮在溶液中，然后再沉积在电极上，从实验经验分析，抗氧液中只要有水，抗氧化效果都不会很好。目前日本在中国市场上大力推销一种“SANBO-103”冷浸抗氧液，在常温常压下对石墨电极进行浸渍。但是这种冷浸液在中国市场上销售价格极其昂贵，使它的应用和推广受到了限制。

(三)发明目的：

本发明的目的是针对以上不足而提供一种在常温常压下对石墨电极进行抗氧化处理的硼系浸渍抗氧液，要解决硼酸在室温状态下的溶解度问题，以及抗氧物质对电极的浸润和粘着的问题。其技术方案如下：

它含有以下重量份的组分：

甲醇80-100、硼酸10-15、磷酸二氢铝80-100。

热浸和冷浸两种方式在抗氧化机理上是一致的，但是在抗氧化物质的选择和配比上，以及怎样将抗氧化物质浸润和粘着在电极本体上的方式是不一样的。其对比如下表：

	冷浸	热浸
			配方	甲醇，硼酸，磷酸二氢铝。	硼酸，树脂，硫酸铝，水等
抗氧化机理	浸渍物中的硼酸会脱水生成B2O3，B2O3熔点723K，沸点2523K，有良好的热稳定性。高温下B2O3处于液态，挥发性较小，573-1573K呈玻璃体状，附着性强。从夹持器到炉盖部位的电极，炼钢时表面温度在773-1573K左右，这时呈熔融状态的B2O3填塞了电极微小孔隙，其产生的硼化玻璃阻挡层封闭了炭的活性部位，阻滞氧的扩散，延缓石墨的氧化。而炉盖下部电极表面温度1853K以上，还原气氛中B2O3被还原生成B4C，B4C熔点高，能与石墨形成“网状栅”，对电极端部的疏松剥落、浸蚀能起到一定的防护作用，减小电极消耗。	基本相同
			浸渍机理	室温下甲醇对硼酸溶解度17.39％，比水对硼酸溶解度大4倍，所以不需加温，再利用甲醇的浸润性，将溶解之中的硼酸充分浸入电极本体的孔隙中，所以不需加压；磷酸二氢铝是一种无机粘结剂，利用它的粘结性，将硼酸这种抗氧化物粘在本体的表面和孔隙中，不需固化处理可用于生产。	必须加热溶解抗氧化物，加压将抗氧化物浸入孔隙中，之后还要长时间的高温固化。
能耗	用很少量电用于吊装电极，浸渍过程中不需用电。	整个浸渍过程都需用电对浸渍液加温，保持溶液处于沸腾状态。

本发明对抗氧化物的处理与现有技术是完全不同的，本发明是先将硼酸溶解在甲醇中，形成饱和溶液后再加入粘结剂中，能将硼酸充分浸润到电极深层和表面。在溶剂的选择中对甲醇、乙醇、甘油经过了大量实验筛选：乙醇易燃不安全；甘油粘度大，用水稀释后再用，抗氧化效果很差。甲醇对硼酸的溶解度大，浸润性好，使用安全。

为验证本发明取得的突出效果，本发明人作了如下对比试验：

表一：三种处理试样及未处理试样抗氧化性对照

浸渍液            氧化性mg/g.h

本发明            66.31

日本SANBO-103     242.12

CTL热浸抗氧液     216.12

未抗氧化处        378.21

表二：本发明冷浸电极理化性能指标对比：

项目	浸渍前	浸渍后	浸渍效果
				抗折强度Mpa	13.2	15.8	19.7％
弹性模量Gpa	10.8	11.5	6.48％
				电阻率uΩ.m	6.2	5.8	-6.45％
体积密度g/cm3	1.67	1.71	2.4％

注：氧化性＝W/(G＊H)(W：氧化失重mg；G：浸前重量g；H：氧化时间h)

从以上对比数据可看出：与日本SANBO-103冷浸抗氧液和CTL热浸抗氧液相比，本发明产品有更好的抗氧化效果。而且经抗氧液处理后的电极的体积密度、抗折强度增加，电阻率降低，这不仅提高了电极的抗氧化性能，而且还使电极的理化性能得到了更进一步的改善，提高了产品质量。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、选用甲醇对硼酸进行溶解，使其溶解度达到17.39％，使得在对石墨电极进行浸渍的过程中不需加温，再利用甲醇的浸润性，将溶解之中的硼酸充分浸入电极本体的孔隙中，所以不需加压，在常温常压下，将石墨电极放入装满浸渍液的冷浸池中十几分钟后，将电极吊出溶液，自然凉干即可。这种冷浸操作极为简便，省时省力。

2、磷酸二氢铝是一种无机粘结剂，利用它的粘结性，将硼酸这种抗氧化物粘在本体的表面和孔隙中，不需固化处理可用于生产。

3、由表1看出，与日本SANBO-103冷浸抗氧液和国内用的CTL热浸抗氧液相比，本发明产品有更好的抗氧化效果。

4、经本发明抗氧液处理后的石墨电极的体积密度、抗折强度增加，电阻率降低，这不仅提高了石墨电极的抗氧化性能，而且还使石墨电极的理化性能得到了更进一步的改善，提高了石墨电极质量。

5、本发明产品价格仅有日本SANBO-103冷浸抗氧液的1/9。与国内用的CTL热浸抗氧液相比，成本相当，但能耗极低，本发明产品能耗仅仅是CTL热浸抗氧液的1/400。本申请人用本发明产品浸渍的石墨电极在攀钢集团长城特钢股份有限公司试用后，收到很好效果，电极单耗降低了15％，完全达到了预期效果。

6、本发明产品所使用原料全都无毒、无害，配好的溶液可反复利用，不需排放，操作简便，无粉尘、噪声，对人体和环境无任何损害。

(四)具体实施方式：

实施例一：

本实施例的石墨电极冷浸抗氧液含有以下重量份的组分：

甲醇80、硼酸10、磷酸二氢铝80。制备时先将硼酸溶解在甲醇中，形成饱和溶液后再加入磷酸二氢铝中，形成石墨电极冷浸抗氧液，常温常压下将石墨电极放入装满浸渍液的冷浸池中10--15分钟后，将电极吊出溶液，自然凉干即可。其抗氧化机理和浸渍机理如前所述，在此不再赘述。

实施例二：

本实施例的石墨电极冷浸抗氧液含有以下重量份的组分：

甲醇90、硼酸12、磷酸二氢铝90。抗氧液的制备方法和浸渍方法同实施例一，在此和下述实施例均不再赘述。

实施例三：

本实施例的石墨电极冷浸抗氧液含有以下重量份的组分：

甲醇100、硼酸15、磷酸二氢铝100。

Claims (1)

1. 一种石墨电极冷浸抗氧液，其特征在于含有以下重量份的组分：

甲醇80-100、硼酸10-15、磷酸二氢铝80-100。