石墨電極的(de)發展簡史和品種

添加時間：2017-11-21

      石墨電極生産廠家的(de)石墨電極(graphite electrode)  以石油焦、瀝青焦為(wèi)顆粒料，煤瀝青為(wèi)黏結劑，經過}昆捏、成型、焙燒、石墨化(huà)(huà)和機械加工而制成的(de)一種耐高(gāo)溫的(de)石墨質導電材料。石墨電極是電爐煉鋼的(de)重要高(gāo)溫導電材料，通過石墨電極向電爐輸入電能，利用(yòng)電極端部和爐料之間引發電弧産生的(de)高(gāo)溫為(wèi)熱源，使爐料熔化(huà)(huà)進行(xíng)煉鋼，其他(tā)一些電冶煉或電解設備也常使用(yòng)石墨電極為(wèi)導電材料。2000年全******消耗石墨電極100萬t左右，中國2000年消耗石墨電極25萬t左右。石墨電極生産廠家利用(yòng)石墨電極優良的(de)物(wù)理(lǐ)化(huà)(huà)學(xué)性能，在(zài)其他(tā)工業部門(mén)中也有廣泛的(de)用(yòng)途，以生産石墨電極為(wèi)主要品種的(de)炭素制品工業已經成為(wèi)當代原材料工業的(de)重要組成部門(mén)。
      簡史 
      早在(zài)1810年漢佛萊?戴維(Humphry Davy)利用(yòng)木炭制成通電後能産生電弧的(de)炭質電極，開辟了使用(yòng)炭素材料作為(wèi)高(gāo)溫導電電極的(de)廣闊前景，1846年斯泰特(Stair)和愛德華(Edwards)用(yòng)焦炭粉及蔗糖混合後加壓成型，并在(zài)高(gāo)溫下焙燒從而制造出另一種炭質電極，再将這(zhè)種炭質電極浸在(zài)濃糖水(shuǐ)中以提高(gāo)其體積密度，他(tā)們獲得了生産這(zhè)種電極的(de)專利權。
      1877年美國克利夫蘭(Cleveland)的(de)勃洛希(C.F.Brush)和勞倫斯(w.H.Lawrence)采用(yòng)煅燒過的(de)石油焦研制低灰分的(de)炭質電極獲得成功。
      1899年普利查德(O.G.Pritchard)首先報(bào)道(dào)了用(yòng)錫蘭天然石墨為(wèi)原料制造天然石墨電極的(de)方法。1896年卡斯特納(H.Y.Gastner)獲得了使用(yòng)電力将炭質電極直接通電加熱到高(gāo)溫，而生産出比天然石墨電極使用(yòng)性能更好(hǎo)(hǎo)的(de)人造石墨電極的(de)專利權。
      1897年美國金剛砂公司(sī)(Carborundum Co.)的(de)艾奇遜(E.G.Acheson)在(zài)生産金剛砂的(de)電阻爐中制造了******批以石油焦為(wèi)原料的(de)人造石墨電極，産品規格為(wèi)22mm×32mmX380mm，這(zhè)種人造石墨電極當時用(yòng)于電化(huà)(huà)學(xué)工業生産燒堿，在(zài)此基礎上設計(jì)的(de)“艾奇遜”石墨化(huà)(huà)爐将由石油焦生産的(de)炭質電極及少量電阻料(冶 金焦粒)構成“爐芯電阻”，通電後産生高(gāo)溫，使由石油焦制成的(de)炭質電極在(zài)高(gāo)溫下“石墨化(huà)(huà)”而獲得人造石墨電極。
      19世紀末法國人埃魯(P.L.T.Heroult)發明了直接電弧爐，開始用(yòng)于冶煉電石和鐵合金生産，1899年首次用(yòng)于煉鋼，電弧爐需要一定數(shù)量耐高(gāo)溫的(de)導電電極。雖然1900年前後艾奇遜石墨公司(sī)(Acheson Graphite Co.)就出售可連接的(de)電極，但(dàn)這(zhè)時隻能生産小規格石墨電極，
      20世紀初期電爐煉鋼主要使用(yòng)以無煙煤為(wèi)原料的(de)炭質電極或以天然石墨為(wèi)原料的(de)天然石墨電極。生産炭質電極或天然石墨電極的(de)工藝比較簡單，
       1910年已經向市(shì)場供應直徑達610mm的(de)炭質電極。但(dàn)是石墨電極的(de)優良性能以及制造工藝的(de)不(bù)斷改進，大規格石墨電極的(de)大批量生産及售價不(bù)斷下降，電爐煉鋼工業逐漸改用(yòng)石墨電極，使用(yòng)炭質電極或天然石墨電極逐漸減少，
      20世紀60年代以後絕大多數(shù)電弧煉鋼爐都使用(yòng)石墨電極。
      1914～1918年制成的(de)石墨電極 *** 大 直徑隻有356mm，
      1924年開始生産直徑為(wèi)406mm的(de)石墨電極，1930年已擴大到457mm，1937年又(yòu)增加到508mm，不(bù)久又(yòu)生産了直徑559mm、610mm、660mm、711mm、762mm的(de)大規格石墨電極。
      20世紀80年代******上 *** 大 的(de)電弧煉鋼爐使用(yòng)的(de)石墨電極直徑為(wèi)813mm。第二次******大戰以後生産石墨電極的(de)原料質量、設備和制造工藝不(bù)斷改進，随著(zhe)電爐煉鋼輸入電功率不(bù)斷提高(gāo)的(de)需要，于20世紀60～70年代又(yòu)研制成功了高(gāo)功率及超高(gāo)功率石墨電極。
      由于石墨電極質量不(bù)斷提高(gāo)及電爐煉鋼工藝的(de)改進，每噸電爐鋼的(de)石墨電極消耗已由70年代的(de)6～8kg降低到80年代的(de)4～6kg(普通功率電爐)，采用(yòng)超高(gāo)功率石墨電極的(de)大型電爐每噸鋼的(de)電極消耗已降低到2.5kg左右，而超高(gāo)功率直流電弧爐(隻用(yòng)1根石墨電極)每噸鋼的(de)石墨電極消耗可降低到1.5kg左右。80年代末******上工業發達國家電爐煉鋼工業多數(shù)電爐的(de)噸位已提高(gāo)到80～200t，因此大量使用(yòng)的(de)是直徑550～750mm的(de)高(gāo)功率或超高(gāo)功率石墨電極。
      根據所用(yòng)原料的(de)不(bù)同和成品物(wù)理(lǐ)化(huà)(huà)學(xué)指标的(de)區(qū)别，石墨電極分為(wèi)普通功率石墨電極(RP級)，高(gāo)功率石墨電極(HP級)和超高(gāo)功率石墨電極(UHP級)3個(gè)品種。這(zhè)是因為(wèi)石墨電極主要供電弧煉鋼爐作為(wèi)導電材料使用(yòng)，20世紀80年代國際電爐煉鋼工業把電弧煉鋼爐按每噸爐容量的(de)變壓器(qì)輸入功率大小分為(wèi)3類：普通功率電爐(RP爐)、高(gāo)功率電爐(HP爐)和超高(gāo)功率電爐(UHP爐)。20t以上的(de)普通功率電爐每噸爐容量的(de)變壓器(qì)輸入功率一般為(wèi)300kW/t左右；高(gāo)功率電爐為(wèi)400kW/t左右；把40t以下的(de)電爐輸入功率500～600kW/t、50～80t的(de)電爐輸入功率400～500kW/t、100t以上的(de)電爐輸入功率350～450kW/t稱為(wèi)超高(gāo)功率電爐。
      到了20世紀80年代末，經濟發達國家大量淘汰50t以下的(de)中小型普通功率電爐，新(xīn)建的(de)電爐多數(shù)是80～150t的(de)超高(gāo)功率大電爐，并将輸入的(de)電功率提高(gāo)到800kW/t，90年代初期一部分超高(gāo)功率電爐又(yòu)進一步提高(gāo)到1000～1200kW/t。高(gāo)功率和超高(gāo)功率電爐使用(yòng)的(de)石墨電極在(zài)更加苛刻的(de)條件(jiàn)下運行(xíng)，由于通過電極的(de)電流密度明顯增大，
      結果産生下列問題：(1)因電阻熱和熾熱氣流導緻電極溫度升高(gāo)，使得電極及接頭的(de)熱膨脹量都增加了，同時電極的(de)氧化(huà)(huà)消耗也提高(gāo)了。
      電極中心部位和電極外圓的(de)溫度差增大了，由溫度差引起的(de)熱應力也相應提高(gāo)，電極容易産生裂紋和表面剝落。
      (3)增大了電磁作用(yòng)力，引起劇烈的(de)振動，在(zài)劇烈振動下，電極因連接松動、脫扣而導緻折斷的(de)幾率增多了。因此高(gāo)功率和超高(gāo)功率石墨電極的(de)物(wù)理(lǐ)機械性能必須優于普通功率石墨電極，如電阻率較低，體積密度較大及機械強度較高(gāo)，熱膨脹系數(shù)要小，有良好(hǎo)(hǎo)的(de)抗熱震性能。表1列出了20世紀80年代末期3種不(bù)同功率電弧煉鋼爐的(de)通用(yòng)标準系列和配用(yòng)的(de)石墨電極直徑。為(wèi)了适應煉鋼廠大量發展高(gāo)功率及超高(gāo)功率電爐的(de)需要，80年代起歐美、日本的(de)炭素廠主要生産兩種質量标準的(de)石墨電極，即高(gāo)功率石墨電極和超高(gāo)功率石墨電極，普通功率石墨電極因銷路(lù)不(bù)大而很少生産。  直流電弧爐用(yòng)石墨電極 直流電弧爐是20世紀80年代初發展成熟的(de)新(xīn)型電爐煉鋼設備，初期的(de)直流電弧爐是在(zài)原來的(de)交流電弧爐基礎上改造而成，有的(de)使用(yòng)3根石墨電極，有的(de)使用(yòng)2根石墨電極。