用进口针状焦和国产石油焦生产φ350mm-φ500mm准超高功率石墨电极

作者： 吴国军

(晋能集团大同能源发展有限公司炭素分公司，山西大同037002)
摘 要：准超高功率石墨电极性能介于超高功率石墨电极和高功率石墨电极之间,是一种低成本、高性能石墨电极新品种，其性能指标接近超高功率石墨电极，而生产制造成本较超高功率石墨电极有较大幅度的降低，因而销售价格也较超高功率石墨电极有较大幅度的下降，既能满足超高功率精炼炉和高功率电弧炉炼钢对石墨电极的要求，又能有效降低炼钢成本。
关键词：准超高功率；石墨电极；针状焦；石油焦

2002年下半年，国外多家用户提出如果有性能介于超高功率石墨电极和高功率石墨电极之间的一种新品种石墨电极，既能满足超高功率精炼炉生产需要，而价格又较超高功率石墨电极有较大幅度的下降。
应国内外部分用户的要求，山西晋能集团大同能源发展有限公司炭素分公司于2003年初组织本公司技术人员开始研制一种介于超高功率石墨电极和高功率石墨电极之间的新品种石墨电极—准超高功率石墨电极，新产品要求各项理化性能指标达到或接近超高功率石墨电极，而生产成本却能大大降低，以使销售价格能有较大幅度的下降。
一、原料性能指标：固体原料选用国产石油焦生产的煅烧焦和进口普通针状焦以适当的比例配比，液体粘结剂和浸渍剂选用中温煤沥青。
1．抚顺二厂石油焦性能指标如下：
挥发分 灰分 水分 硫分
11.14% 0.06% 4.8% 0.39%
抚顺二厂石油焦在煅烧炉经过1250—1380℃的温度煅烧后，其煅烧焦的性能指标如下：
真密度 挥发份 灰份 水份 硫份 粉末电阻率
2.11 g/cm3 0.38% 0.34% 0.11% 0.39% 387μΩm
2．日本LPC—U级煤系列普通针状焦性能指标如下：
真密度 挥发份 灰份 水份 硫份 粉末电阻率
2.13 g/cm3 0.30% 0.12% 0.12% 0.32% 521μΩm
3．北京固体中温煤沥青性能指标如下：
软化点 挥发份 喹啉不溶物 甲苯不溶物 结焦值 水份
87℃ 64.66% 5.09% 22.4% 46.92% 0.12%
4．制备好的粘结剂沥青性能指标如下：
软化点 挥发分 喹啉不溶物 甲苯不溶物 结焦值 灰分 水分
88℃ 62% 8.45% 22.34% 48.26% 0.21% 0.09%
5．制备好的浸渍剂沥青性能指标如下：
软化点 挥发分 喹啉不溶物 甲苯不溶物 结焦值 灰分 水分
86℃ 65% 6.07% 21.66% 47.39% 0.18% 0.11%
二、配方：
通过使用三种国产石油焦生产的煅烧焦分别与进口高级、普通级针状焦按一定比例相配比生产φ350mm-φ500mm准超高功率石墨电极，确定准超高功率石墨电极配方为：国产抚顺二厂石油焦生产的煅烧焦和进口普通级针状焦配比占配料总量的76±1%，液体粘结剂占配料总量的24±1%。

三、研制生产：
1．成型
（1）磨料筛分：将进口针状焦和煅烧焦用对辊破碎机进行破碎，z东再用振动筛将破碎后的原料按要求的粒级进行筛分，然后进入各自的料仓。
（2）配料：配料采用电子配料系统，严格控制各种料的误差，单秤误差控制在0.2%以内，总料误差控制在0.5%以内。
（3）混捏：干混30—50分钟，使各级料充分混合均匀，加入沥青后湿混30—50分钟，以使粘结剂充分润湿固体原料表面，并渗透到固体原料的孔隙中，混捏好的糊料出糊温度控制在135—150℃。
（4）凉料：将混捏好的糊料装入圆桶凉料机，圆桶凉料机电机转速达到600——800转/分钟，凉好的糊料温度要求在85±5℃。
（5）装料：分3~4次下料，装入料室的糊料必须捣固，捣固压力200MPa。
（6）预压：糊料全部装入料缸后，进行预压，预压压力250—270Mpa，保压时间不小于7分钟。
（7）挤压成型：预压完成后，进行挤压成型，控制料室温度在120±10℃，咀型温度100±10℃，直段温度130±10℃。
（8）冷却：挤压成型的产品在水槽内冷却时间≥4h；在水槽外∮400?L以下规格制品的冷却时间≥24h、∮400?L及以上规格制品的冷却时间≥36h，达到要求后方可成垛。
2．压型生坯品检验结果：
（1）生坯体积密度如下：φ350mm≥1.73g/cm3、φ400mm≥1.73g/cm3、φ450mm≥1.72g/cm3、φ500mm≥1.72g/cm3。
（2）压型品外形光滑无缺陷。
3. 一次焙烧
φ350mm、φ400mm、φ450mm、φ500mm准超高功率石墨电极的一次焙烧在18室环式窑采用360小时升温曲线进行，停炉时产品温度最低达到900℃。出炉焙烧品体积密度如下：φ350mm≥1.63g/cm3、φ400mm≥1.63g/cm3、φ450mm≥1.63g/cm3、φ500mm≥1.62g/cm3；；电阻率如下：φ350mm≤41.29цΩm、φ400mm≤41.67цΩm、φ450mm≤42.34цΩm、φ500mm≤42.85цΩm。
4. 浸渍
φ350mm、φ400mm、φ450mm、φ500mm准超高功率石墨电极的浸渍在1.5MPa高压浸渍工段进行，使用中温煤沥青作浸渍剂，平均增重率如下：φ350mm ：15.77％，φ400mm ：14.98％，φ450mm ： 13.86％，φ500mm ：13.15％。
5. 二次焙烧
φ350mm、φ400mm、φ450mm、φ500mm准超高功率石墨电极的二次焙烧在敞开式燃烧焙烧炉进行，采用192小时升温曲线，二烧品体积密度如下：φ350mm≥1.73g/cm3、φ400mm≥1.73g/cm3、φ450mm≥1.72g/cm3、φ500mm≥1.72g/cm3。
6.石墨化
φ350mm、φ400mm准超高功率石墨电极的石墨化在8000KVA艾奇逊式石墨化炉进行，电阻料配比为熟焦：生焦=8：2；φ450mm、φ500mm准超高功率石墨电极的石墨化在10000 KVA艾奇逊式石墨化炉进行，电阻料配比为熟焦：生焦=8：2。
（1）围炉芯：炉芯必须保证炉芯上下（左右）与导电电极端墙（左右）相对应。
（2）装炉：产品立装，必须垂直，高度不得高于炉头（尾）石墨块。
（3）.灌电阻料：混合焦必须将石墨化焦粒和冶金焦粒混合均匀，在产品之间用电阻料填充并捣实，避免出现悬料现象。
（4）送电：严格按工艺规定的送电曲线进行送电操作。
（5）冷却：在喷水冷却时要做到量少勤喷，喷水以水与炉体接触时呈雾状水蒸汽为最好，避免喷水过多出现水氧化废品，防止产品潮湿。
（6）φ350mm、φ400mm准超高功率石墨电极的石墨化单耗如下：φ350mm ，4673kwh/吨；φ400mm ，4709kwh/吨；
φ450mm、φ500mm准超高功率石墨电极的石墨化单耗如下：φ450mm ，4825kwh/吨；φ500mm ，4866kwh/吨。
7.石墨化品检验结果：
（1）石墨化品电阻率要求
Φ350mm-Φ400mm Φ450mm-Φ500mm
SHP-a ≤5.5 uΩm ≤6.0 uΩm
SHP-b ≤6.0 uΩm ≤6.2 uΩm
SHP-c ≤6.2 uΩm ≤6.5 uΩm
（2）石墨化品体积密度如下：φ350mm≥1.71g/cm3、φ400mm≥1.72g/cm3、φ450mm≥1.72g/cm3、φ500mm≥1.72g/cm3。
（3）石墨化品电阻率如下：φ350mm≤5.0цΩm，φ400mm≤5.2цΩm、φ450mm≤5.8цΩm，φ500mm≤6.0цΩm。
（4）石墨化品电极表面经过清理，无金刚砂和附着物。
8.机加工
φ350mm、φ400mm、φ450mm、φ500mm准超高功率石墨电极的机加工，采用数控梳刀电极加工线生产，公差控制在企标允许范围内。
（1）初车端面及镗电极孔：消除毛坯端面成型时的切断痕迹以及变形、氧化、掉块等的缺陷并加工到一定的长度，在两个端面各镗出一个指定尺寸的接头孔，以便后工序在镗好的接头孔内加工螺纹。
（2）车外圆：将外圆直径加工到直径允许偏差内，消除毛坯弯曲、变形以及表面上的局部氧化、局部结有碳化硅结晶或掉块等缺陷，加工电极表面达到一定的光洁度。
（3）精车端面加工电极孔螺纹：使电极的两个端面相互平行，端面与电极躯干垂直，按质量标准的规定加工电极两端接头孔内的螺纹。
10.加工检验结果：
（1）外表光滑无缺陷。
（2）长度、外径、端面、螺纹符合企业标准Q/140200DNT001—2003《准超高功率石墨电极（SHP）》的要求。
11．试样分析报告：
φ３５０mm φ４００mm φ４５０mm φ５００mm
体积密度（g/cm3） 1.69 1.70 1.70 1.70
电阻率（μΩm, 4.1 5.0 5.3 5.7
抗折强度（ＭＰa） 22.0 20.4 20.2 19.3
弹性模量（ＧＰa） 11.2 11.4 10.3 10.1
真密度（g/cm3） 2.22 2.21 2.21 2.20
热膨胀系数（１０－６／℃）1.5 1.5 1.5 1.5
灰份（％） 0.23 0.11 0.13 0.19
四、结论： <……br />1. 从机加工后的成品检验结果和取样的理化指标测试结果看，大能炭素分公司准超高功率石墨电极的研制开发达到了预期的效果。
2．使用国产石油焦生产的煅烧焦与进口普通级针状焦按一定比例配比生产的准超高功率石墨电极各项理化指标均达到企业标准Q/140200DNT001-2003《准超高功率石墨电极》中的要求，试制效果达到预期目标。
3．试样分析报告证明准超高功率石墨电极性能指标接近超高功率石墨电极，可满足超高功率精炼炉的生产需要。
4．因部分原料使用国产石油焦，准超高功率石墨电极生产成本较超高功率石墨电极有较大幅度降低，售价也有一定降低，可有效降低超高功率精炼炉的生产成本。


作者简介：吴国军 男 38岁， 工程师，1991年毕业于北京服装学院纤维材料工程系染整工程专业，现从事炭材料和石墨电极的生产。