CN113372119B - 一种石墨电极本体配方中干料粒级组成的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨电极本体配方中干料粒级组成的设计方法，包含了粒级总数设定、每种粒级直径设定、每种粒级的用量设定，合理摒弃部分粒级的使用，达到最大堆积密度效果，此方法在不影响各粒级集团内部最佳混合比例的情况下填充料集团仅起到填充大粒级集团的自然堆积空隙作用，并通过合理设定干料粒级总数及每种粒级的配比，提高产品的密度、增强产品的抗热震性，提高产品的成品率。
Description
技术领域
本发明涉及于直径200mm≤Φ≤450mm石墨电极本体配方中干料粒级组成的设计方法。
背景技术
石墨电极是钢厂冶炼时使用的消耗材料，其使用方法是通过石墨电极的尖端放电现象加热废钢，其使用条件是在3000度高温通电状态下运行，这就要求石墨电极必须具备很强的抗氧化性和抗热震性。现有石墨电极本体配方生产的石墨电极本体往往只能突出抗氧化性和抗热震性中的一种特性，而实际产品使用时两种性质都非常重要，而如果要同时加强这两种特性就需要同时提高产品的体积密度、降低热膨胀系数、放大大颗粒的粒级直径以及增加大颗粒粒级的用量，而现有的配方只能做到其一，也就是说提高密度必然牺牲产品的抗热震性，或者为提高抗热震性而牺牲产品的密度，而且由于当前生产的小规格(500mm以下直径)石墨电极本体在生产时干料粒级组成中粉料较多，大粒级较少，造成作为粘结剂的沥青使用较多，后工序中焙烧、石墨化热处理难度加大，成品率偏低，成本较高，同时小规格(500mm以下直径)石墨电极干料配方中大颗粒使用较少，产品在用户使用时由于没有足够多的大颗粒存在，在热应力作用下产生的开裂裂纹会更易延展，造成掉块现象增多，产品单耗增高，增大了钢厂的生产成本，反之大颗粒越多，粒级直径越大产品越能减少高温使用状态下的开裂、掉块现象，因此，石墨电极本体生产过程中干料粒级的组成及配比是重中之重，现有技术中多采用最大密度法、适当密度法、正交实验法来获得干料粒级的组成，但由于这几种方法没有一种能够全面推导出完整配方中的干料粒级组成，每种技术都是设计干料粒级组成的一部分，同时每种技术都互不同属难以结合，另外既有技术不能解决抗氧化性和抗热震性的统一问题，这就导致配方中的干料粒级组成设计一直存在技术困难。
因此，需要发明一种石墨电极本体配方中干料粒级组成的设计方法，能够克服以上的技术缺陷，合理设定干料粒级直径的大小及每种粒级的使用配比，提高产品密度、增强产品抗热震性、提高成品率、降低成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨电极本体配方中干料粒级组成的设计方法，用此设计方法能够提高产品密度，降低产品热膨胀系数，提高产品的成品率。
为达到以上目的，提供以下技术方案：
一种石墨电极本体配方中干料粒级组成的设计方法，适用于200mm≤电极产品直径≤450mm，包括以下步骤：
(1)最大粒级设定：最大粒级的最大直径为电极产品直径的1/25；
(2)粒级总数及粒级直径范围：任何配方干料粒级总数均为5个，各粒级按直径从大到小设定为：A、B、C、D、E；
a、单一粒级A的直径范围为：A1-A2，其意义是粒级A的直径最大处测量长度为A1，最小处测量为A2，其它B、C、D、E粒级均为如此，其中A1＝(1/25)×电极产品直径，A2＝(1/2)×A1；
b、单一粒级B直径范围为：B1-B2，其中B1＝A2，B2＝(1/2)×B1；
c、单一粒级C直径范围为：C1-C2，其中C1＝(1/2)×B2；C2＝0.5mm；
d、单一粒级D直径范围为：D1-D2，其中D1＝0.5mm；D2＝0mm；
e、单一粒级E为粉料，其小于0.075mm粒级物料占比为65％；
(3)粒级集团划分：粒级集团划分为三个，分别为大粒级集团、填充料集团、粉料集团，其中大粒级集团包含A、B两个粒级，填充料集团包含C、D、E三个粒级，粉料集团包含D、E两个粒级；
(4)干料粒级混合比例确定：
a、对大粒级集团中A、B两个粒级使用全分析法找到A、B两个粒级的最佳混合比例；
b、对粉料集团中D、E两个粒级使用全分析法找到D、E两个粒级的最佳混合比例；
c、在粉料集团最佳混合比例固化情况下，对粉料集团和粒级C使用全分析法找到粉料集团与粒级C之间的最佳混合比例，从而确认填充料集团中C、D、E三者之间的最佳混合比例；
d、在各集团内部使用全分析法得到的最佳混合比例不变的情况下对大粒级集团和填充料集团使用全分析法找到大粒级集团和填充料集团之间的最佳混合比例；
e、按上述各集团之间最佳混合比例和各集团内部使用全分析法得到的各粒级最佳混合比例计算出A、B、C、D、E五个粒级的最终使用比例；
所述全分析法为：M1粒级物料中的一部分被另一物料M2粒级取代，取代比例逐步增加直到完全取代，对不同比例的M1、M2混合物料做堆积密度试验,堆积密度最大的就是最佳比例。
本发明的有益效果为：
1.本发明包含了粒级总数设定、每个粒级直径设定、每个粒级的用量设定，合理摒弃部分粒级的使用，达到最大堆积密度效果。
2.通过本发明可以完整推导出任意本发明技术领域内的石墨电极本体配方中干料粒级组成，实现不同规格石墨电极本体的干料粒级的设定，实用性强。
3.使用本方法可以降低产品热膨胀系数、提高了大颗粒的直径和用量，解决了钢厂电炉功率增大后对石墨电极本体抗热震性的需要，并且提高了产品密度，解决了钢厂电炉功率增大后对石墨电极本体抗氧化性的需要。
4本发明解决了当前生产的石墨电极本体在小规格(小于500mm直径)生产时干料组成中粉料较多，大粒级较少，造成作为粘结剂的沥青使用较多，后工序中焙烧、石墨化热处理难度加大，成品率偏低等问题。
具体实施方式
一种石墨电极本体配方中干料粒级组成的设计方法，包括以下步骤：
(1)最大粒级设定：最大粒级的最大直径为电极产品直径的1/25，如下表所示：
其中，实际直径与理论直径偏差是基于不影响产品使用情况下的校正，其目的是为了减少不同规格产品粒级的直径差异，对相邻直径的产品尽量取相同的粒级直径分布，以便于产品在配料阶段生碎(生制品废品破碎后的物料)加入的配方换算；
(2)粒级总数及粒级直径范围：任何配方干料粒级总数均为5个，各粒级按直径从大到小设定为：A、B、C、D、E；
a、单一粒级A的直径范围为：A1-A2，其意义是粒级A的直径最大处测量长度为A1，最小处测量为A2，其它B、C、D、E粒级均为如此，其中A1＝(1/25)×电极产品直径，A2＝(1/2)×A1；
b、单一粒级B直径范围为：B1-B2，其中B1＝A2，B2＝(1/2)×B1；
c、单一粒级C直径范围为：C1-C2，其中C1＝(1/2)×B2；C2＝0.5mm；
d、单一粒级D直径范围为：D1-D2，其中D1＝0.5mm；D2＝0mm；
e、单一粒级E为粉料，其小于0.075mm粒级物料占比为65％；
(3)粒级集团划分：粒级集团划分为三个，分别为大粒级集团、填充料集团、粉料集团，其中大粒级集团包含A、B两个粒级，填充料集团包含C、D、E三个粒级，粉料集团包含D、E两个粒级；
(4)干料粒级混合比例确定：
a、对大粒级集团中A、B两个粒级使用全分析法找到A、B两个粒级的最佳混合比例；
b、对粉料集团中D、E两个粒级使用全分析法找到D、E两个粒级的最佳混合比例；
c、在粉料集团最佳混合比例固化情况下，对粉料集团和粒级C使用全分析法找到粉料集团与粒级C之间的最佳混合比例，从而确认填充料集团中C、D、E三者之间的最佳混合比例；
d、在各集团内部使用全分析法得到的最佳混合比例不变的情况下对大粒级集团和填充料集团使用全分析法找到大粒级集团和填充料集团之间的最佳混合比例；
e、按上述各集团之间最佳混合比例和各集团内部使用全分析法得到的各粒级最佳混合比例计算出A、B、C、D、E五个粒级的最终使用比例；
其中，其适用范围：直径200mm≤Φ≤450mm石墨电极本体干料粒级组成设计；
其中，全分析法为：M1粒级物料中的一部分被另一物料M2粒级取代，取代比例逐步增加直到完全取代，对不同比例的M1、M2混合物料做堆积密度试验,堆积密度最大的就是最佳比例；
举例如下：取100％M1第一大粒级物料，逐步加入第二大粒级M2物料,并测试混合后的堆积密度，如下表所示:
从上表看出当物料M1粒级用量为65％，物料M2粒级用量为35％时堆积密度最大，即M1:M2＝65:35为最佳混合比例。
实施例1
以Φ350mm普通石墨电极本体为例(原料为石油焦100％；粘结剂为鞍钢沥青)，实验室模压成型；
(1)根据干料粒级组成的设定方法干料粒级范围为：
A1＝(1/25)×电极产品直径＝(1/25)×350＝14mm，取实际值12mm。
(2)全部干料粒级分为5个粒级，分级如下：
粒级A为12-6mm；
粒级B为6-3mm；
粒级C为1.5-0.5mm；
粒级D为0.5-0mm；
粒级E为粉料(粒级小于0.075mm占比65％)；
(3)根据干料粒级混合比例确定方法得出新配方干料粒级组成为：
| 粒度(mm) | 12-6 | 6-3 | 1.5-0.5 | 0.5-0 | 粉料 |
| 新配方％ | 18 | 12 | 14 | 10 | 46 |
原配方干料粒级组成为：
| 粒度(mm) | 6-4 | 4-2 | 2-1 | 1-0.5 | 0.5-0 | 粉料 |
| 实际配方％ | 6 | 12 | 10 | 10 | 10 | 52 |
按新配方和现在生产实际使用的原配方分别做实验测试，产品经配料、混捏、压型、焙烧、石墨化、加工工序流转，产品的干料粒级组成、堆积密度以及各工序化验分析结果比较如下：
从结果看新配方产品比原配方产品大颗粒的粒级直径增大、用量增加、堆积密度提高、油量降低、体积密度增加、热膨胀系数降低，成品率提高，全面提高了产品的抗氧化性、抗热震性，给产品热处理阶段的焙烧、石墨化升温速率的提高以降低热处理成本提供了产品的性能基础，实现了产品的全方位性能提高。
Claims (1)
1.一种石墨电极本体配方中干料粒级组成的设计方法，适用于200mm≤电极产品直径≤450mm，包括以下步骤：
(1)最大粒级设定：最大粒级的最大直径为电极产品直径的1/25；
(2)粒级总数及粒级直径范围：任何配方干料粒级总数均为5个，各粒级按直径从大到小设定为：A、B、C、D、E；
a、单一粒级A的直径范围为：A1-A2，其意义是粒级A的直径最大处测量长度为A1，最小处测量为A2，其它B、C、D、E粒级均为如此，其中A1＝(1/25)×电极产品直径，A2＝(1/2)×A1；
b、单一粒级B直径范围为：B1-B2，其中B1＝A2，B2＝(1/2)×B1；
c、单一粒级C直径范围为：C1-C2，其中C1＝(1/2)×B2；C2＝0.5mm；
d、单一粒级D直径范围为：D1-D2，其中D1＝0.5mm；D2＝0mm；
e、单一粒级E为粉料，其小于0.075mm粒级物料占比为65％；
(3)粒级集团划分：粒级集团划分为三个，分别为大粒级集团、填充料集团、粉料集团，其中大粒级集团包含A、B两个粒级，填充料集团包含C、D、E三个粒级，粉料集团包含D、E两个粒级；
(4)干料粒级混合比例确定：
a、对大粒级集团中A、B两个粒级使用全分析法找到A、B两个粒级的最佳混合比例；
b、对粉料集团中D、E两个粒级使用全分析法找到D、E两个粒级的最佳混合比例；
c、在粉料集团最佳混合比例固化情况下，对粉料集团和粒级C使用全分析法找到粉料集团与粒级C之间的最佳混合比例，从而确认填充料集团中C、D、E三者之间的最佳混合比例；
d、在各集团内部使用全分析法得到的最佳混合比例不变的情况下对大粒级集团和填充料集团使用全分析法找到大粒级集团和填充料集团之间的最佳混合比例；
e、按上述各集团之间最佳混合比例和各集团内部使用全分析法得到的各粒级最佳混合比例计算出A、B、C、D、E五个粒级的最终使用比例；
所述全分析法为：M1粒级物料中的一部分被另一物料M2粒级取代，取代比例逐步增加直到完全取代，对不同比例的M1、M2混合物料做堆积密度试验,堆积密度最大的就是最佳混合比例。
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