CN108298984A - 一种直径750mm超高功率石墨电极及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种直径750mm超高功率石墨电极及其制备方法，由不同粒级的原料油系针状焦组成的干料、粘结剂和添加剂经粉碎、筛分、配料、混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化、加工成品工序制成，该石墨电极干料的具体组成为：20‑10mm粒级的针状焦20~25wt%，10‑4mm粒级的针状焦10~15wt%，4‑2mm粒级的针状焦8~10wt%，2‑0mm粒级的针状焦10~15wt%，‑0.075mm粉子40~50%，粘结剂18~25wt%，添加剂硬脂酸0.5‑1.0wt%，添加剂Fe2O3粉1.0~1.5wt%，所述的粘结剂为改质沥青。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨电极及其生产方法，特别涉及一种直径750mm超高功率石墨电极及其生产方法。
背景技术
目前国内生产的大规格超高功率石墨电极主要规格有Φ500mm、Φ550mm、Φ600mm和Φ700mm，还没有企业能够生产Φ750mm超高功率石墨电极。但是随着国内钢铁企业的发展，大多数钢厂建成了容量更大，电流和电压更高的电弧炉，因此要求有更大直径，能经受更大电流密度的超高功率石墨电极与之匹配。目前国内钢厂使用的Φ750mm超高功率石墨电极全部依赖进口，为了打破国外对Φ750mm超高功率石墨电极技术生产的垄断，申请人研究开发了一套完整的生产Φ750mm超高功率石墨电极的技术，以改变该规格产品完全依赖进口的局面。
生产Φ750mm超高功率石墨电极存在以下技术难点：(1)配方的设计开发难度较大。由于Φ750mm超高功率石墨电极直径较大，需要相应调整其配方中不同粒度的配比以提高其体积密度，减低电阻率，增强抗热震性，提高抗氧化性能；(2)焙烧过程中曲线的设计。由于压型工序中干料配方和沥青用量均有变化，同时Φ750mm超高功率石墨电极直径有了较大增大，因此焙烧时需要相应改变关键温度控制区间的升温速率，延长焙烧时间；(3)石墨化曲线的调整。同样由于Φ750mm超高功率石墨电极直径有了较大增加，在石墨化送电过程中需要相应增加送电量，以使焙烧品达到理想的石墨化度、电阻率、抗折等理化性能参数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直径750mm超高功率石墨电极及其生产方法，本发明填补了国内空白，该产品质量指标和使用性能均能达到国际标准。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种直径750mm超高功率石墨电极，由不同粒级的原料油系针状焦组成的干料、粘结剂和添加剂经粉碎、筛分、配料、混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化、加工成品工序制成，该石墨电极干料的组成为：20mm≥粒度＞10mm的针状焦20～25wt％，10mm≥粒度＞4mm的针状焦10～15wt％，4mm≥粒度＞2mm的针状焦8～10wt％，2mm≥粒度＞0.075mm的针状焦10～15wt％，0.075mm以下粉子40～50％；该石墨电极的组成为：粘结剂18～25wt％，添加剂硬脂酸0.5-1.0wt％，添加剂Fe2O3粉1.0～1.5wt％，余量为干料，所述的粘结剂为改质沥青。
优选地，该石墨电极干料的具体组成为：20mm≥粒度＞10mm的针状焦20wt％，10mm≥粒度＞4mm的针状焦10wt％，4mm≥粒度＞2mm的针状焦8wt％，2mm≥粒度>0.075mm的针状焦12wt％，0.075mm以下粉子50wt％；该石墨电极的具体组成为：干料77wt％，粘结剂21wt％，添加剂硬脂酸0.8wt％，添加剂Fe2O3粉1.2wt％。
上述直径750mm超高功率石墨电极的生产方法，包括如下步骤：
(1)、制电极生制品：将原料油系针状焦粉碎并筛分成规定的不同规格的颗粒度，进入自动配料系统进行配料，制得干料，将干料加热至190-200℃后自动卸入混捏机，加入粘结剂沥青、添加剂硬脂酸和Fe2O3粉，在180-190℃的混捏温度下混捏并保持20分钟，制得糊料，将该糊料喷水冷却到130-140℃排入压机，压机在设计的热工温度下进行抽真空，其抽真空度≤20mmHg，在1500吨捣固压力下捣固并保持12秒，以主柱塞速度为150mm/分的挤压速度进行挤压，使体积密度≥1.70g/cm3，剪切，得到生制品，待用；
(2)、焙烧、浸渍：将上述待用生制品装入焙烧罐，并按规定的技术要求向焙烧罐中铺设石英砂填充料，完成装罐工序后，送入焙烧炉进行焙烧，在焙烧的过程中按规定的一次焙烧曲线，自动执行升温，在逐渐升温至最高温度900℃，再自然冷却至300℃出炉，完成一次焙烧工序，用浸渍沥青在13-15bar压力下进行高压浸渍处理后，再按照二次焙烧曲线进行二次焙烧，逐渐升温至最高温度900℃，再自然冷却至300℃出炉，获得合格焙烧品，待用；
(3)石墨化处理：将上述待用的焙烧品经过平端工序后，按照首尾连接的方式装入内热串接石墨化炉内，覆盖保温材料，完成装炉工序，再按照设定的送电曲线进行送电石墨化处理，该处理温度最高可达3000℃，获得合格的石墨化品，冷却出炉待用；
(4)、加工成品：将上述待用的石墨化品，按照规定的技术要求进行测试后，再加工成规定规格的成品，经严格指标和尺寸的检测后，而后按规定的匹配要求进行预组装、包装、入库。
进一步地，所述步骤(2)中的一次焙烧曲线如下：
一次焙烧曲线
。
进一步地，所述步骤(2)中的二次焙烧曲线如下：
二次焙烧曲线
。
进一步地，所述步骤(2)中的送电曲线如下：
送电曲线
。
上述送电曲线是根据进口油系针状焦制直径750mm规格的超高功率石墨电极，在内热串接石墨化炉内进行石墨化处理时，由于硫含量较高容易产生气胀的特点，在对内热串接石墨化送电升温的关键阶段1600-2100℃进行温度和位移测量，按照石墨化过程中不同温度阶段制品的收缩和膨胀原理而设计的用于进口油系针状焦制直径750mm规格超高功率石墨电极的石墨化曲送电曲线。该石墨化送电曲线的技术要求是：直径750mm焙烧品、单柱装炉、29吨/炉，起始功率3600kW，送电时长13小时，计划耗电量98400kW。
本发明采用上述技术方案，利用进口油系针状焦生产出直径750mm大规格超高功率石墨电极，经检测，该电极的体积密度为1.72g/cm3，抗折强度为10.7Mp，弹性模量为6.71Gpa，电阻率为4.67μΩm，热膨胀系数为1.1×10-6/℃，完全达到国际标准。从而可填补国内不能生产直径750mm超高功率石墨电极的空白，打破了国内钢厂用直径750mm超高功率石墨电极完全依赖进口的局面。
本发明产品在国内某钢铁公司120吨电弧炉试用，试用结果是：炼钢单耗分别为1.25公斤/吨钢，完全满足用户的要求，试验电极的吨钢消耗与国外进口电极水平相当，由此可以看出本发明产品达到了国际水平。
附图说明
图1为直径750mm超高功率石墨电极及其生产方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例详细描述本发明的具体实施方式。
实施例1
一种直径750mm超高功率石墨电极，是利用进口油系针状焦，根据针状焦原料的微观结构、真密度、热膨胀系数、振实密度、抗碎强度、以及油系针状焦对改质沥青的吸附性能，而设计出不同颗粒度粒级的超高功率石墨电极的配方，该石墨电极干料的具体组成为：20mm≥粒度＞10mm的针状焦20wt％，10mm≥粒度＞4mm的针状焦10wt％，4mm≥粒度＞2mm的针状焦8wt％，2mm≥粒度＞0.075mm的针状焦12wt％，0.075mm以下粉子50wt％；该石墨电极的具体组成为：干料77wt％，粘结剂21wt％，添加剂硬脂酸0.8wt％，添加剂Fe2O3粉1.2wt％。
本发明生产方法包括如下步骤：
(1)、制电极生制品：将原料油系针状焦放置于悬辊式磨粉机内粉碎，筛分出不同粒级的粉子，再按配方规定量将上述筛分的不同粒度的针状焦、粉子送入自动配料系统，进行自动混合配料成干料，该干料经预热器加热至185-200℃，自动卸入混捏机，再加入配方规定量的粘结剂改质沥青，以及配方规定量的添加剂硬脂酸和Fe2O3铁粉，在185-220℃下混捏并保持18分钟，混捏成糊料，将糊料喷水冷却到130-140℃，排入3000吨立捣卧压油压机，该油压机在设计的热工温度下，进行抽真空，其真空度≤20mmHg，真空保持100秒，在1500吨捣固压力下捣固并保压12秒，再以主柱塞速度60mm/分挤压速度进行挤压，生产出体积密度≥1.76g/cm3的压型品，剪切，获得符合技术要求的电极生制品，待用。
(2)、焙烧、浸渍：将上述待用的电极生制品单根装入焙烧罐，按照填充料铺设的技术要求在焙烧罐内铺设填充料，达到隔绝空气和均匀传热的目的，装罐完成，由输送车推入车底式炉内进行焙烧热处理，在该焙烧热处理过程中的升温过程，是按照设定的升温曲线即一次焙烧曲线自动执行升温，当逐渐升温至最高温度800℃，再自然冷却到200℃出炉，完成一次焙烧工序，而后用抛丸机进行喷丸处理，再加入浸渍沥青，在10-15bar压力下进行高压浸渍处理后，而后按照二次焙烧曲线进行二次焙烧，获得符合质量要求的电极焙烧品，待用；
所述的一次焙烧曲线如下：
一次焙烧曲线
| 温区(℃) | 升温速率(℃/h) | 持续时间(h) | 温度误差(℃) |
| 50-200 | 5.0 | 30 | ±3 |
| 201-450 | 1.0 | 250 | ±3 |
| 451-560 | 2.0 | 50 | ±3 |
| 561-750 | 5.0 | 38 | ±3 |
| 751-900 | 6.0 | 25 | ±3 |
| 900 | 恒温 | 25 | ±3 |
| 降温900-300 | 25 | 24 | ±3 |
所述的二次焙烧曲线如下：
二次焙烧曲线
| 温区(℃) | 升温速率(℃/h) | 持续时间(h) |
| 100-350 | 20 | 12.5 |
| 351-500 | 5 | 30 |
| 501-850 | 20 | 17.5 |
| 850 | 恒温 | 20 |
| 850-300 | -15 | 36.7 |
(3)、石墨化处理：将上述待用电极焙烧品经过平端工序，再按照首尾连接的方式装入“U”型内热串接石墨化炉内，并覆盖保温材料，完成装炉工序，再按照设定的送电曲线进行送电石墨化处理，该处理温度最高可达3000℃，获得合格的石墨化品，冷却出炉待用；
该石墨化送电曲线如下：
送电曲线
(4)、加工成品：将上述待用的石墨化品，按照规定的技术要求进行测试后，通过数控加工机床，加工成直径750mm×长2700mm规格的成品，再进行严格的指标和尺寸检测后，与锥形接头按照精度要求和指标匹配要求进行预组装、包装、入库。
本发明产品经国家检测中心——中钢集团鞍山热能研究院检测，产品体积密度为1.73g/cm3，抗折强度为12.7Mp，弹性模量为8.71Gpa，电阻率为4.52μΩm，热膨胀系数为0.45×10-6/℃(室温-100℃测试)，完全达到国际标准。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种直径750mm超高功率石墨电极，其特征在于，由不同粒级的原料油系针状焦组成的干料、粘结剂和添加剂经粉碎、筛分、配料、混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化、加工成品工序制成，该石墨电极干料的组成为：20mm≥粒度＞10mm的针状焦20～25wt％，10mm≥粒度＞4mm的针状焦10～15wt％，4mm≥粒度＞2mm的针状焦8～10wt％，2mm≥粒度＞0.075mm的针状焦10～15wt％，0.075mm以下粉子40～50％；该石墨电极的组成为：粘结剂18～25wt％，添加剂硬脂酸0.5-1.0wt％，添加剂Fe2O3粉1.0～1.5wt％，余量为干料，所述的粘结剂为改质沥青。
2.根据权利要求1所述的直径750mm超高功率石墨电极，其特征在于，该石墨电极干料的组成为：20mm≥粒度＞10mm的针状焦20wt％，10mm≥粒度＞4mm的针状焦10wt％，4mm≥粒度＞2mm的针状焦8wt％，2mm≥粒度＞0.075mm的针状焦12wt％，0.075mm以下粉子50wt％；该石墨电极的组成为：干料77wt％，粘结剂21wt％，添加剂硬脂酸0.8wt％，添加剂Fe2O3粉1.2wt％。
3.权利要求1或2所述的直径750mm超高功率石墨电极的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、制电极生制品：将原料油系针状焦粉碎并筛分成规定的不同规格的颗粒度，进入自动配料系统进行配料，制得干料，将干料加热至190-200℃后自动卸入混捏机，加入粘结剂沥青、添加剂硬脂酸和Fe2O3粉，在180-190℃的混捏温度下混捏并保持20分钟，制得糊料，将该糊料喷水冷却到130-140℃排入压机，压机在设计的热工温度下进行抽真空，其抽真空度≤20mmHg，在1500吨捣固压力下捣固并保持120秒，以主柱塞速度为150mm/分的挤压速度进行挤压，使体积密度≥1.70g/cm3，剪切，得到生制品，待用；
(2)、焙烧、浸渍：将上述待用生制品装入焙烧罐，并按规定的技术要求向焙烧罐中铺设石英砂填充料，完成装罐工序后，送入焙烧炉进行焙烧，在焙烧的过程中按规定的一次焙烧曲线，自动执行升温，在逐渐升温至最高温度900℃，再自然冷却至300℃出炉，完成一次焙烧工序，用浸渍沥青在13-15bar压力下进行高压浸渍处理后，再按照二次焙烧曲线进行二次焙烧，逐渐升温至最高温度900℃，再自然冷却至300℃出炉，获得合格焙烧品，待用；
(3)石墨化处理：将上述待用的焙烧品经过平端工序后，按照首尾连接的方式装入内热串接石墨化炉内，覆盖保温材料，完成装炉工序，再按照设定的送电曲线进行送电石墨化处理，该处理温度最高可达3000℃，获得合格的石墨化品，冷却出炉待用；
(4)、加工成品：将上述待用的石墨化品，按照规定的技术要求进行测试后，再加工成规定规格的成品，经严格指标和尺寸的检测后，而后按规定的匹配要求进行预组装、包装、入库。
4.根据权利要求3所述的直径750mm超高功率石墨电极的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中的一次焙烧曲线如下：
一次焙烧曲线
。
5.根据权利要求3所述的直径750mm超高功率石墨电极的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中的二次焙烧曲线如下：
二次焙烧曲线
。
6.根据权利要求3所述的直径750mm超高功率石墨电极的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中的送电曲线如下：
送电曲线
。
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