UHP 石墨電極接頭栓的研究

UHP 石墨電極接頭栓的研究

自從 1899 年發明電弧爐煉鋼法以來, 經過一百多年的發展,電弧爐煉鋼已成為冶煉特鋼的主要工藝。 石墨電極擁有良好的導電導熱性能、較好的韌性、耐強電流沖擊、高溫不軟化不熔化、易加工、生產使用方便等優點,是電弧爐煉鋼不可替代的耐高溫導電材料。 近幾年隨著經濟的快速發展,對特種鋼材的需求越來越廣泛,致使電弧爐煉鋼技術發展相當迅速,大容量、大功率的電弧爐和大型爐外精煉技術已經成為現代化鋼鐵行業的標志。 根據電弧爐變壓器額定容量, 全球鋼鐵協會 (IISI)提倡 100~200 kVA/t 為低功率電弧爐,201~400 kVA/t 為中功率電弧爐,401~700 kVA/t 為高功率電弧爐, 701~1 000 kVA/t 為超高功率電弧。 與上述電爐相匹配的電極分別是 RP(普通功率)石墨電極、HP(高功率)石墨電極和 UHP(超高功率)石墨電極。

石墨電極使用中,通常是幾支電極通過接頭連接成電極柱。 石墨電極接頭采用圓錐形接頭,螺紋為三角形螺紋,這樣的螺紋接觸面積較大,以利用螺紋間的摩擦力實現牢固的連接,不同規格電極都規定了相應的連接擰緊力矩。 但是錐形接頭相比圓柱形接頭,出現退扣現象較嚴重。 特別是超高功率電弧爐具有低電壓、 大電流和高能密度的特征,由于持續電弧誘發振動強烈,相當大的力周期性地施加在電極柱上,極易引起接頭的退扣。 而且冶煉中電極柱的上下調節產生的擺動、爐料的沖擊等都會加劇電極與接頭螺紋連接的松動、退扣,使電極柱發生脫落或折斷事故,如圖 1。石墨電極產品

   圖 1 接頭退扣后的電極脫落.jpg

為防止電極使用時的松動和退扣,電極生產企業采取的主要措施有接頭栓(壓制或灌制)、接頭膏(圓片狀)、接頭銷、接頭粉、膠合劑等,目前常用的是接頭栓形式。 近幾年,中國平煤集團開封炭素有限公司一直外購接頭栓, 使用成效很不理想, 接頭栓幾乎沒有從栓孔流出,起不到固結接頭與電極的成效,見圖 2 中圓框內。

圖2質量差的接頭栓在實際使用中表現.jpg

接頭栓在使用過程中要滿足以下條件:一是要具備良好的流動性,發泡膨脹性能,在 150~250 ℃ 下能快速分布到電極和接頭的螺紋間;二是要能形成足夠的黏結焦, 而且黏結焦要有足夠的強度;三是隨溫度升高可轉化為具有良好導電性的材料。 為此,通過對接頭栓在鋼廠實際使用情況分析,并查閱文獻資料,然后制定試驗方案、實施方案、試驗結果對比、方案優化,研制 UHP 石墨電極接頭栓,并跟蹤樣品在 150 t 超高功率電爐上的使用情況。

 

試驗

1.1 原料選擇

傳統的接頭栓常常使用普通石油焦作為主要原料, 普通石油焦與針狀焦相比具有導電性差,而且在 600~800 ℃氧化損失大、顆粒易剝落的缺點。根據超高功率石墨電極接頭栓在較低溫度下應具有良好的流動性和膨脹性,較高溫度下具有良好的固結性、導電性的特點,選用石墨粉、煅后煤系針狀焦粉、硬瀝青、膨脹劑作原料。

1) 石墨粉與焦粉

石墨粉、 煅后煤系針狀焦粉具有較低的電阻率,較高的導電性,而且與瀝青炭化焦結后具有一定的強度。 石墨粉與焦粉的理化指標見表 1。

表_1_石墨粉與焦粉的理化指標.png

2) 硬瀝青

煤瀝青是熱塑性物質,在 140~250 ℃以內具有好的流動性,而且屬于親油憎水物質,與人造石墨、針狀焦性質相近, 在高溫下可形成強度高的焦炭, 硬瀝青較中溫瀝青具有較高的結焦值,適合于接頭栓的生產應用。 硬煤瀝青的理化指標見表 2。

表_2_硬瀝青的性能指標_%.png

3) 膨脹劑

利用膨脹劑在瀝青較低的黏度時能產生大量氣體的特點,使接頭栓糊快速流出栓孔,充滿螺紋之間,膨脹劑的指標要求見表 3。

表_3_膨脹劑的指標要求_%.png

圖_3_接頭栓制備工藝流程.png

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