石墨電極抗氧化涂料處理實驗報告

石墨電極抗氧化涂料處理實驗報告
—抗氧化涂料在 LF 鋼包精 2 號煉爐的石墨電極上的試用效果
新鋼集團(tuán)第一煉鋼廠精煉車間
2010-9-15
一 實驗原因
我第一煉鋼廠精煉車間的 3 臺精煉爐，特別是 2 號精煉爐的石墨電極一直存
在電極消耗過快的問題。精煉車間的 3 臺精煉爐每個月消耗電極大致 120 噸，每
噸的購進(jìn)價格為 2.2 萬元，這樣精煉車間每月購進(jìn)電極的成本為 264 萬元，每年
則為 3168 萬元。降低石墨電極消耗能為我廠在很大程度上節(jié)約電極購進(jìn)的成本。
我們一直在尋求降低電極消耗解決方法，但收效不是非常的明顯。
在煉鋼過程中石墨電極消耗主要分兩部分：一部分是電極端碳素由于電弧高
溫（超高 3000℃）直接升華消耗；還有一部分則是電極側(cè)面的碳素由于高溫（600
℃~1800℃）與空氣中氧氣接觸而發(fā)生氧化而消耗，這是因為電極的材料石墨在
高于 400 度的溫度的空氣中就開始氧化，溫度越過氧化速度越快。一般后面一種
方式產(chǎn)生的電極消耗約占電極總體消耗的 50%~60%。
經(jīng)過我們不斷的了解和調(diào)查，在今年 7 月我們獲知了一種用于 LF 精煉爐上
的降低電極消耗的技術(shù)。這種技術(shù)是通過在電極表面刷涂一層特種耐高溫抗氧化
涂料來降低電極消耗的，一般通過這種技術(shù)可以降低電極消耗 20%~25%.在進(jìn)一
步調(diào)查我們得知九江云華昕貿(mào)易有限公司能夠提供這種技術(shù)和所需的涂料。我們
與該公司取得聯(lián)系，該公司愿意無償?shù)綀鰹閺S進(jìn)行降電極消耗的抗氧化處理實
驗。 以下該公司提供的上述技術(shù)的涂料簡介：
九江云化昕貿(mào)易有限公司
地址 江西九江市前進(jìn)東路 686 號
電話 07928322551
郵箱 susyohe@163.com
負(fù)責(zé)人 鄒經(jīng)理
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九江云華昕貿(mào)易有限公司石墨電極抗氧化劑
產(chǎn)品簡介：
電弧爐煉鋼用石墨電極在使用過程中，由于處于高溫氧化環(huán)境，電極側(cè)面的氧化約占
總消耗的 60%。本公司所引進(jìn)的的石墨電極抗氧化劑在 600~1800℃范圍內(nèi)，有效的隔斷
電極與空氣直接接觸，從而減少石墨電極表面氧化消耗，延長電極使用壽命。分浸漬型
和噴涂的涂料型。浸漬型產(chǎn)品與涂料型產(chǎn)品配合使用，抗氧化性可大大提高。
石墨電極抗氧化處理效果
類型 電極壽命延長比率 噸鋼電極消耗下降比率 噸鋼電耗下降比率
浸漬劑 26% 20.5% 0.8-1.2%
涂料（預(yù)涂 70%） 30% 23.1% 0.9-1.3%
浸漬劑+涂料 70.4% 41.3% 2.0-2.5%
注：數(shù)據(jù)為蘇鋼集團(tuán)電爐廠在 2007 年 9 月 4 日進(jìn)行的石墨電極抗氧化試驗結(jié)果。
電耗下降值為根據(jù)重鋼煉鋼廠實驗結(jié)果估算。
我們的石墨電極抗氧化劑產(chǎn)品已應(yīng)用于多家鋼鐵企業(yè)，如蘇鋼集團(tuán)、興澄特鋼、重鋼、沙鋼、
太鋼、鞍鋼粉材等多家鋼鐵企業(yè)。同時，多家碳素企業(yè)如南通揚(yáng)子碳素股份有限公司和合肥炭素
股份有限公司于09 年開始使用我公司產(chǎn)品。
石墨電極抗氧化處理兩種方式優(yōu)缺點比較
浸漬處理 側(cè)面涂層
優(yōu)
點
不改變電極外觀；不改變表面電阻，不粘附
電極夾具。使用電極時與未處理電極相同；
抗氧化效果持續(xù)到端部。
處理簡便，3 小時即可上爐使用；1450
℃ 以下電極側(cè)面不氧化，與浸漬方式
相比抗氧化效果更好。
缺
點
需使用真空浸漬設(shè)備；處理周期較長，需自
然干燥時間（4 天）；需施工及電極存放專
用場地。
涂層不導(dǎo)電，需預(yù)留夾持器位置，無
法全涂（可在電極下降后補(bǔ)涂）；涂層
熔化后無抗氧化效果。
規(guī)格
類型 浸漬型 涂料型
性狀 水性液體 水性涂料
外觀 綠色半透明 淡綠色
生效溫度（℃） 600-1800 600-1450
保質(zhì)期（月） 12 （-20℃~30℃） 6 （-5℃~25℃）
抗氧化浸漬型產(chǎn)品是將Al2O3、SiO2、Cr2O3、NiO、ZrO2 為主成分的陶瓷粉末混合物分散在水中
而形成的膠體溶液或涂料。主要元素成分為Al、Si、Cr （III）、Ni、Zr、O 等；成膜粘結(jié)劑
為磷酸鋁，粘度：5~10 mPa·s。
使用方法：（涂層面積：0.8 平方米/公斤）
浸漬型 只需通過自然浸泡、真空浸泡或超聲波浸泡方式浸泡 30 秒至 1 分鐘，取出后自
然干燥 4 天即可，保護(hù)層厚度為 0.01-0.05 mm。
涂料型 涂刷或噴霧的方法涂層，涂前需把涂料攪拌均勻，涂 2~3 次，第一次涂時盡量
涂的薄一點，能覆蓋體表即可，每次涂后需讓其自然干燥到手觸不粘的程度（20~30 分
鐘）。最后一次涂完后讓其自然干燥稍長一些，一般 4 個小時左右，手觸完全不粘即可
使用。
包裝規(guī)格： 塑料桶裝 20KG/桶
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二 實驗材料和方法
1）實驗材料
實驗電極為我廠購進(jìn)的超高功率石墨電極，石墨電極直接為 450mm，長為 1.8M 左右，
重為 500 公斤左右。
實驗用的抗氧化涂料為為九江云華昕貿(mào)易有限公司提供的涂料型抗氧化特種水性涂
料。
2）實驗介紹
九江云華昕貿(mào)易有限公司在我廠進(jìn)行了兩次實驗，先分別介紹如下：
第一次實驗
第一次實驗是在今年 7 月 14 號進(jìn)行的，實驗?zāi)康氖亲屛揖珶捾囬g的人可直接通過眼睛
觀察到電極通過刷涂抗氧化涂料的處理，其外形所發(fā)生的變化。實驗步驟如下：
1，在電極表面隔段環(huán)狀刷涂 4 圈抗氧化涂料，第一遍涂完后，等 30 分鐘再涂第二遍，
共涂 2 遍，實驗施工現(xiàn)場如下圖：電極被綠色涂料涂有 4 圈。每圈大致在 30 公分。
2，把電極放回原處，等到接電極時，把上圖的電極接上，因為涂料本身不導(dǎo)電，所以
夾頭要夾在沒有刷涂涂料的地方。電極接上后按正常操作，接通電源工作。等到所
接電極被燒到 1/3 時，在正常停爐時，可觀察到電極表面所發(fā)生的變化：涂有涂料
的地方呈環(huán)狀凸起，沒有涂涂料的呈環(huán)狀凹進(jìn)，整體看起來呈啞鈴狀。呈環(huán)狀凸出
來的地方正是上爐前涂有綠色抗氧化涂料的地方?，F(xiàn)場拍色照片如下圖：
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爐中呈啞鈴狀的電極 爐上呈啞鈴狀的電極
3， 實驗結(jié)果分析

通過現(xiàn)場觀察和現(xiàn)場拍攝照片，我們可以看到：上爐前隔段環(huán)狀（4 圈）涂有抗氧化
涂料的石墨電極進(jìn)爐通電工作后，如拍攝的電極一段的圖片所示的那樣，呈啞鈴狀。分
析其原因，這是因為呈啞鈴狀凹進(jìn)去的一圈是隔開的沒有刷涂涂料的地方，而其啞鈴狀
的兩端則是上爐前環(huán)狀隔斷涂有兩圈抗氧化涂料的地方。涂有抗氧化涂料的地方，涂料
在精煉爐爐 600℃~1800℃的溫度范圍內(nèi)能夠僅僅粘在電極表面，基本不脫落，隔斷空氣
與電極表面的直接接觸，從而延緩該部分電極的氧化速度，降低該部分的電極消耗量，
這樣我們就可以看到這部分呈環(huán)狀凸出來。而沒有刷涂涂料的一圈與涂有涂料的兩圈相
比，其直接與空氣接觸，氧化速度相對較快，石墨電極也相應(yīng)的消耗速度快。這樣我們
就能看到?jīng)]有刷涂涂料的這圈凹進(jìn)去。當(dāng)然涂料在超高 1800℃的溫度中本身會融化升華
而消失，所以涂料不能不能永久保護(hù)電極，而只在 600℃~1800℃溫度范圍內(nèi)發(fā)揮作用。
通過以上分析，我們能基本得出這樣結(jié)論：由九江云華昕貿(mào)易公司提供的抗氧化涂
料能在 600℃~1800℃溫度中很好的保護(hù)電極，延緩電極的氧化速度，降低電極的消耗。
但由于只在電極的部分段涂有涂料，實驗電極只有 2 根，從而不能從實驗得出該抗氧化
涂料刷涂在電極上的石墨電極消耗降低比例，須進(jìn)一步實驗。

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第二次實驗
為了進(jìn)一步得出石墨電極在刷涂抗氧化涂料后電極消耗下降比例，在九江云
華昕貿(mào)易有限公司的幫助和指導(dǎo)下在 2010 年 8 月 20 日開始，8 月 29 日結(jié)束，
為期 9 天，進(jìn)行了第二次實驗，具體如下：
1，實驗方法

我精煉車間 LF 鋼包精煉爐內(nèi)三項電極分為 A,B，C 位置。本次實驗選用了 B
位置連續(xù)接 6 根刷涂抗氧化涂料的處理電極之后，再聯(lián)系接 3 根未處理電極。
同時在 A 位置連續(xù)接 9 根未處理電極作為對照。實驗過程中記錄在 B 位置和
A 位置進(jìn)行連續(xù)接電極時的爐數(shù)。以下是實驗剛開始時刷涂的石墨電極和電
極上爐不久的現(xiàn)場拍攝圖片：
2,實驗結(jié)果
首先，使用石墨電極抗氧化涂料對我精煉車間超高功率石墨電極刷涂處理后，在實
驗過程中未發(fā)現(xiàn)石墨電極的使用過程中有任何異常，對精煉車間也未發(fā)現(xiàn)任何負(fù)面影
響。
同時，從下面的表 1 數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：
1，在精煉 114 包鋼水過程中 A 位置電極共消耗了 8 根未處理電極，也即平均每精煉
處理 14.25 包鋼水消耗 1 根 A 位置電極。
2，在精煉處理 136 包鋼水過程中 B 位置共消耗了 8 根電極，包括 6 根抗氧化涂料處
理電極和 2 根未處理電極。根據(jù) A 位置的電極消耗數(shù)據(jù)，即每根未處理電極可處
理 14.25 包鋼水，可計算出得到 B 位置的 2 根未處理電極能夠精煉處理 28.5 包
鋼水。B 位置 6 根處理電極則精煉處理了 107.5 包鋼水（136—28.5=107.5），每
5
根處理電極可精煉處理 17.92 包鋼水（107.5/6=17.92）。處理電極的使用壽命為
未處理電極的 1.26 倍。（17.92/14.25=1.26）.噸鋼電極消耗則相對較少 20.5%。
（[1/17.92-1/14.25]/[1/14.25]= -20.5%。
表 1
序號 實驗電極 爐數(shù)（包） 未處理電極 爐數(shù)（包）
1 B 位置接處理電極 1 根 0
2 A位置接未處理電極1 根 0
3 B 位置接處理電極 1 根 13
4 A位置接未處理電極1 根 13
5 B 位置接處理電極 1 根 29
6 A位置接未處理電極1 根 26
7 B 位置接處理電極 1 根 49
8 A位置接未處理電極1 根 43
9 B 位置接處理電極 1 根 65
10 A位置接未處理電極1 根 57
11 A位置接未處理電極1 根 75
12 B 位置接處理電極 1 根 86
13 A位置接未處理電極1 根 86
14 B 位置接未處理電極 1 根 100
15 A位置接未處理電極1 根 101
16 B 位置接未處理電極 1 根 116
17 A位置接未處理電極1 根 114
18 B 位置接未處理電極 1 根 136
＊ 為不影響正常生產(chǎn)，電極 BW 位置和 C 位置連續(xù)接電極的其實時間不同。
三 實驗結(jié)論
我精煉車間與九江云華昕貿(mào)易有限公司進(jìn)行合作，共同完成的石墨電極上刷涂抗氧化涂
料的實驗結(jié)果可以得到以下結(jié)論：
1，使用抗氧化涂料對電極進(jìn)行處理刷涂處理后，電極表面未發(fā)生任何異?，F(xiàn)象，對我
精煉車間的生產(chǎn)為產(chǎn)生任何負(fù)面影響。
2，經(jīng)過抗氧化涂料刷涂處理后的石墨電極比未處理的電極，其側(cè)面抗氧化能力顯出提
高，使用壽命提高 1.26 倍，噸鋼電極消耗則較少了 20.5%。
四 效益分析
1，按噸鋼電極消耗較少 20%，月消耗超高功率電極 120 噸，每根超高功率電極購進(jìn)價
2.2 萬元計算，每月可以較少成本 52.8 萬元。（120 噸*2.2 萬元*20%=52.8 萬），每
年則可節(jié)約陳本 633.6 萬元（52.8 元/月*12 月=633.6 萬）。
2，引進(jìn)該技術(shù)的每噸電極所需成本大致為其所產(chǎn)生效益的 35%，即 633.6*35%=211.76
元。則每年可為我精煉車間節(jié)省成本 411.84 元。（633.6—211.76=411.84 元。
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