对于不同品种的碳素和石墨电极产品,根据其不同的用途有其特殊的使用要求及质量指标。当考虑某品种产品应该用什么原料生产时,应首先研究如何满足这些特殊的使用要求和质量指标。
(1)电炉炼钢等电冶金工艺所用导电石墨电极对原料的选择。
电炉炼钢等电冶金工艺所用的导电石墨电极,必须具有良好的导电性、适当的机械强度、在高温下耐急冷急热性好、耐腐蚀、杂质含量比较低等特点。
①全部用石油焦、沥青焦等低灰分原料生产高质量的石墨电极。但是,生产石墨电极所需设备较多、工艺流程长、技术上比较复杂,生产1t石墨电极要耗电6000~7000kW·h。
②采用优质无烟煤或冶金焦为原料生产碳电极。生产碳电极不需要石墨化设备,其他生产工序与生产石墨电极一样。碳电极的导电性要比石墨电极的导电性差得多,电阻率一般比石墨电极的电阻率大2~3倍,灰分视原料的质量而异,一般为10%左右。但经过特别精选,可使无烟煤的灰分降低到5%以下。使用这种精选的无烟煤制产品,如进一步石墨化,可使产品灰分降低到1.0%左右。碳电极可以用于冶炼普通电炉钢及铁合金等产品
③采用天然石墨为原料,生产天然石墨电极。天然石墨要经过精选,降低其灰分含量后才能使用。天然石墨电极的电阻率比石墨化电极的电阻率大一倍左右。但机械强度比较低,使用时易折断。在天然石墨产量丰富的地区,可以生产天然石墨电极供应本地区小型电炉冶炼普通电炉钢。用天然石墨生产导电电极时,使用的设备和工艺比较容易被解决和掌握。
④采用石墨电极加工时的切削碎屑或废品经过破碎及磨粉生产再生电极(或称石墨化碎电极)。这种产品灰分含量不高(1%左右),导电性能比石墨化电极的导电性能差一些,电阻率约为石墨化电极电阻率的1.5倍,但使用效果比天然石墨电极的使用效果好。生产再生电极虽然在技术上容易掌握,设备也比较好解决,但是石墨化碎这种原料来源有限,因此这种途径不是发展方向。
(2)电解食盐工业导电阳极用原科的选择。
电解食盐工业用的导电阳极必须有良好的导电性、致密的结构和较高的机械强度,不易被电解液腐蚀和氧化。因此,目前采用石油焦、沥青焦来生产石墨化阳极。经过精选后灰分含量很低的无烟煤也可以生产石墨化阴极,但其电阻率比较大,灰分也大一些。这样的阳极在电解槽中的使用寿命较短。
(3)各种冶金炉的碳质耐火材料用原料的选择。
各种冶金炉所用的碳质耐火材料,如炼铁高炉用炭块、铝电解槽用的底炭块和侧炭块,都要求有较高的机械强度和耐腐蚀性,以及较低的热膨胀系数,铝电解槽用的底炭块还要求有较好的导电性,但对灰分含量一般要求不严,因此可以用优质无烟煤及冶金焦为原料。为了提高炭块的导电件和导热性,在配合料中可适当加一些石墨化碎或石墨化冶金焦。
(4)电极糊。
电极糊是冶炼铁合金或生产电石、黄磷等化工产品的矿热电炉所用的导电材料(连续自焙电极)。它在使用时的电流密度比较低,灰分稍高些,对产品质量影响不大,选择原料的范围较宽。因此,在生产电极糊时般都在使用优质无烟煤及冶金焦的同时,还经常加入各种产品的生碎和其他生产返回料。单独用冶金焦或冶金焦加天然石墨,也可以生产电极糊,但这种电极糊在使用中消耗较大。不少大型电石炉及铁合金炉为了改善操作条件及回收可燃气体把电炉封闭起来。这种封闭电炉所用的电极糊要求较快的烧结速度,以及较好的导电性和灰分必须低一些。因此,在制造这种封闭电炉所使用的电极糊时,应该加入一定数量的石油焦、石墨化碎或石墨化冶金焦等原料,并采用软化点稍低一些(50℃左右)的黏结剂
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