新型超大直流石墨化炉的试生产及特点.pdf

新型超大直流石墨化炉 的试生产及特点 袁继昌 四川都江堰西马炭素公司 1 上j l 日| j舌 石墨电极是电炉炼钢不可缺少的消耗性辅助材料，特别是现代化大型高功率、超高功率 炼钢电炉所需的石墨电极为高功率和超高功率电极( 即h p 、u h p 电极) ，是国家明确规定的 高新技术产品，到目前为止我国用于现代化大型高功率、超高功率炼钢电炉所需要的大规格 高功率和超高功率电极还是依赖进口解决，每年耗费大量外汇，其主要原因就是我国还不拥 有生产该类产品的技术和装备，有待各有开发创新能力的炭素企业攻关突破。 新型超大直流石墨化炉的特点 炭素制品的石墨化加工是石墨电极生产的主要工序。该工序的技术水平直接影响产品的 质量等级，高功率和超高功率电极必须采用新型的大型石墨化炉才能满足产品质量的需要。 目前国内有很多企业利用当地的电力资源优势，形成和建设了专门的石墨化加工生产系 统，对外从事石墨化加工，有依托火电的河北赵县、元氏，山西霍州、内蒙兴河、开封、营 口等；有依托水电的四川都江堰、槽渔滩、射洪、宇宫等石墨化加工基地，其中都江堰西马 炭素公司的两组石墨化炉满负荷生产，年产量可以达到2 8 0 0 0 吨。已经形成了巨大的石墨化 加工市场，些企业采用了最新型的超大直流石墨化炉技术，以某厂为例，该技术具有以下 特点： 1 ) 超大型容量。供电设备容量1 8 0 0 0 k v a ，最大电流1 9 0 0 0 0 a ，是目前世界上最大容量 的石墨化电炉供电电源。变压器的功率因数相当高，一般在o 9 2 刈9 8 之间。当电流达到 1 8 0 0 0 0 a 时，功率因数都在0 9 2 以上。 2 ) 超大型石墨化炉。石墨化炉有效炉芯长度2 4 米，炉芯断面l l 1 2 平方米，是目前 世界上炉长最大，炉芯断面最大，炉容量最大的石墨化电炉 3 ) 炉型新异配置了高体型炉型和宽体型两种炉型适合于普通长度和国际上最大长 度( 2 8 0 0 咖) 电极的石墨化加工，也适应不同质量焙烧品的加工，由于炉子较长，不存在死 1 9 r 炉现象。 4 ) 新异的石墨化电炉纵向配置形式。可以在小跨度的厂房内配置长型的石墨化炉，大 幅度节省建设投资。 5 ) 能耗低。电单耗很低，目前有些厂石墨化电单耗最低已经达到3 2 0 0 度吨左右，如 果石墨化焦充分，产品又比较易石墨化，电单耗最低可以降到3 0 0 0 度吨。旧保温料除了碳 化硅之外，可以全部返回使用，因此辅料也比较省。 6 ) 送电时间短。装炉量在1 4 5 吨左右的单炉送电时间大约6 4 小时( 如果有足够的石墨 化焦，送电时间还会更短) 。月产量可以达到1 5 0 0 吨左右。 2 主体设备概况 1 ) 厂房长度1 3 2 米，跨度2 4 米，石墨化炉与厂房同向。 2 ) 1 8 0 0 0 k v a 变压器一台；最大二次电流2 0 0 0 0 0 a ，最大一次电流2 9 0 a ，最大二次电 压1 7 0 v ，全过程采用并联送电。 3 ) 石墨化炉6 台，其中有效工作炉芯长宽高为： 2 2 0 0 0 4 3 0 0 2 8 0 0 m m 两台：编号为1 # 、2 # ，两台炉芯一样： 2 2 0 0 0 3 9 0 0 x 2 8 0 0 m m 一台：编号为3 # ： 2 4 0 0 0 4 3 0 0 2 8 0 0 m m 两台：编号为4 抖、5 # ，两台炉芯一样； 2 4 0 0 0 3 9 0 0 3 2 0 0 m m 一台；编号为6 # ； 导电电极都是单墙9 支( 规格不一样) ，全是采用内冷方式。 4 ) 9 k w 油水冷却器一台。 5 ) 1 5 k w 纯水冷却泵两台，其中一台是备用。 6 ) 主母线采用6 3 0 1 8 0 m m 的大断面铝母线，共计4 片。 7 ) 5 吨双梁行车2 台。 8 ) 1 2 0 0 0 a 的变流器4 8 支，无专门的整流柜，采用变压器直接到交流器再直接到母线 的简单方式。 9 ) 简易的破碎和筛料系统，保温料用铲车配料，有抓斗和料斗各3 个。 i 0 ) 铲车两台。 1 1 ) 2 0 万安大直流传感器一个。 3 生产运行和生产工艺 以某厂为例，2 0 0 3 年进行试生产，到现在已经生产了1 6 0 0 0 多吨( 其间有电力原因和 1 9 9 设备检修影响生产) 。由于该厂是对焙烧品来料进行石墨化加工，加工单位较多，产品多样 化，各厂产品的特点不一样，一些厂的产品易于石墨化，特别是用抚顺等优质石油焦生产的 石墨电极更易于石墨化：用国产针状焦或加入部分国产针状焦的高功率、超高功率石墨电极 不易石墨化；挤压成型产品比振动产品易于石墨化。根据不同产品的特点和客户要求，采用 了不同的生产工艺，但大体情况有： 1 ) 用机械强度较好的二级冶金焦，粒度2 5 m m - - 3 5 m m ，加入比例在2 0 _ - 3 0 ，电阻料是 用铲车混合后再进行筛分，一定要混合均匀和筛分干净。 2 ) 根据产品规格大小和长度选择高体还是宽体的炉子，确定炉芯，组间距有6 0 啦、 8 0 r a m 、1 0 0 咖三种；装炉炉芯宽一般有2 8 5 米到3 1 5 米多种。 3 ) 炉底焦用全冶金焦或冶金焦：石墨化焦= 6 ：4 的混合焦，厚度不低于1 3 0 r a m ，要根据 被加工的产品规格大小来确定，上垫层就用混和焦，与炉芯电阻料一样，厚度要比下垫层厚 5 0 r a m 。 4 ) 送电起始功率在2 7 0 0 - - - 3 0 0 0 k w ，时升功率为8 0 一2 0 0 k w h ，到后期冲功率时，可以 每小时升3 0 0 0 - - 5 0 0 0 k w ，要根据电流、产品规格大小、装炉量、产品是否易于石墨化、客 户对比电阻的要求等来决定电量，送电量太多和电阻料不合格，产品极易电氧化。 5 ) 由于只有6 台石墨化炉，要保证满足变压器满负荷生产，石墨化冷却方式采取了薄 水喷淋，强制冷却，冷却时间为6 天左右，只要操作认真，电极一般不存在水氧化。 4 石墨化生产统计 由于是对外石墨化加工，各个客户的产品特点不一样，生产焙烧品的原料不同，有用国 产针状焦生产的高功率和超高功率电极；产品成型方式不同，同样条件下，挤压产品比振动 成型产品易石墨化。下面的统计是以较大的企业和生产稳定的焙烧品单位的产品为例，具有 一定的代表性，统计如下： 1 ) 因为外网电力原因，在送电过程中l 炉停电4 次，共计1 8 小时；0 炉停电3 次，共 计1 l 小时，t 炉停电7 小时，同时这些炉次都因停电而追加电量。 2 ) a 、b 、c 、d 、e 、k 炉的焙烧品是用优质抚顺石油焦生产，易于石墨化。l 、m 、n 、0 、 p 、q 、r 、t 炉是用国产或加入不同比例的国产针状焦生产的，不易于石墨化( 客户要求提 高电单耗，并对因过度送电造成的产品电氧化负责，因此电氧化未在统计之中) ；使用的是 较慢的工艺送电曲线，但是这些没有让比电阻明显下降，反而使电极龟氧化，目前还在探索之 中 2 0 0 编生产产品规格 装炉量送电合格优级电单耗比电阻q 2 号炉次时阃 盎 品率 普通 吨 小时 度吨最高最低平均 5 # - 1 2r p 3 5 0 4 0 0 1 9 2 0 1 4 3 3 6 26 31 0 01 0 03 4 2 i8 3 96 0 26 7 2 b6 # - 1 3r p 由4 0 0 1 9 2 0 1 3 0 0 3 26 i9 9 21 0 03 5 0 38 0 06 2 97 0 6 c4 # - 1 5r p 垂4 0 0 1 9 2 01 4 2 7 9 6 5 61 0 01 0 03 3 6 97 9 86 0 36 8 l d2 # 一2 9r p 小4 0 0 x1 9 2 01 4 5 3 6 26 6 9 9 51 0 03 4 9 68 5 06 3 87 6 3 e 5 # - 3 6r p 由4 0 0 1 9 0 01 4 8 4 5 86 4 9 9 1 0 0 3 4 9 58 3 66 1 77 0 7 f6 # - 6 9r p 由5 0 0 2 2 0 01 4 7 7 3 9 6 81 0 01 0 03 5 9 38 4 26 2 47 4 3 g5 # 一9 9r p 巾5 0 0 2 2 5 0 1 5 9 6 8 68 01 0 01 0 03 6 4 68 4 36 4 67 5 4 h2 # 一1 0 2r p 由5 0 0 1 9 5 0 1 2 9 1 1 66 29 9 8 31 0 03 6 0 68 4 76 9 57 8 7 i6 # - 9 8r p 由6 0 0 2 4 5 0 2 2 0 0 1 4 1 2 6 47 89 8 5 38 7 83 9 7 89 4 l6 7 47 6 4 j 5 # - 2 4 h p 3 5 0 4 0 0x1 9 2 0 1 5 2 6 0 26 49 9 9 61 0 0 3 3 4 7 6 1 9 3 1 85 0 6 k3 # 一1 1 h p m4 0 0 x 1 9 2 01 2 9 6 2 26 09 8 3 01 0 0 3 8 5 7 6 0 l 3 1 75 0 6 l3 # - 3 7h p 由4 5 0 2 4 5 0 1 3 2 5 3 49 39 8 9 01 0 04 0 4 26 1 0 4 7 7 5 5 i m1 # - 9 1h p 由3 5 0 1 9 2 0 1 4 1 5 1 38 49 7 7 09 84 2 3 26 z 4 4 3 45 1 l n4 # - 9 5u h p 由3 5 0 1 9 2 0 1 5 6 2 3 69 49 9 1 81 0 0 4 2 2 65 9 84 4 05 0 9 0 4 # 一8 3u h p 由4 0 0 1 9 2 0 1 5 7 2 4 88 11 0 01 0 04 3 9 45 8 74 5 4 5 1 3 p4 嚣一1 0 l u h p 由4 5 0 1 9 2 01 4 9 0 2 38 2 9 8 8 71 0 04 2 3 05 9 04 2 05 3 5 q 6 # - 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- 达2 8 0 0 以上) 炉温度均匀，电极上下端部质量比较一致，可以生产质量优良的大规格高功率和超 高功率电极。从上表可以看出石墨化优级品率很高，产品比电阻均匀且很低，电耗还可以下 降。产品质量也在随着生产工艺的不断改进而稳定提高。3 ) 石墨化产量相当高。单炉最高 装炉量已经达到了1 5 9 4 5 吨；月出炉数在1 1 炉左右，最高月产量可达到1 5 0 0 吨以上。4 ) 能 耗低( 见特点5 ) o 从总结和分析看来，如果提高生产的辅助条件，用优质石油焦生产的普 通电极，加之有足够的石墨化焦，电单耗可以降到3 3 0 0 度吨以下，用优质针状焦生产的高 功率和超高功率电极，石墨化电单耗可以在3 5 0 0 度吨，这一点可以与国内现有的内串石墨 化炉相比。由于炉温相当高，产生的副产物也比较可观，基本上无废料丢弃。以某厂原辅料 单耗为例( 含中修换炉底) ，冶金焦为0 2 1 吨，焦粉为0 4 1 吨，石英砂为0 3 吨。 2 0 2 在生产过程中实际达到的最高功率为1 7 3 6 0 k w ，最大二次电流为1 8 3 8 0 0 a 。一般正常生 产时功率在1 6 0 0 0 - - - 1 7 0 0 0 k w 之间，最大二次电流控制在1 8 0 0 0 0 a ，这已经足够满足生产， 同时也保证了设备安全和其他因素，但是变压器的特点还有很大的发挥空间。生产工艺苒予 以改进，设计再更加合理，这种新型超大直流石墨化炉还大有潜力和发展远景。 炭素糊类产品分类及用途 炭素糊类产品可分为两大类，一类为导电材料( 如电极糊和阳极糊) ，另一类是用作砌 筑炭块时的粘结填料( 如底部糊、粗缝糊和细缝糊) ( 1 ) 电极糊 电极糊是生产电石、铁合金的重要消耗性导电材料，就其使用性质来讲是一种。自焙 电极”目