影响电炉电极生坯密度的6个要点因素

体积密度是电弧炉用石墨电极的一项重要指标，在满足电弧炉用石墨电极抗热震性要求的前提下，电极体积密度提高，气孔率就降低，一般机械强度就提高，折损就减小;电极抗氧化性就提高，消耗就降低。而提高成品电极密度最关键的途径就是提高电极生坯的密度，因此提高电极生坯的密度意义重大，而电极生坯的密度影响因素复杂，包括:①原料性能:煅后料的体积密度;②配方的设计:粒度组成与纯度控制、返回料使用，沥青用量;③温度制度:干料温度、凉料温度、型嘴温度;④真空度;⑤预压压力与预压时间;⑥挤压速度等因素。本文就这些因素对电极生坯密度的影响与大家一起探讨交流。

原料性能对生坯密度的影响

1)选用4种普通煅后焦，用同一配方与沥青，在相同工艺条件下生产Φ600mmRP电极，其4种普通煅后料的2～1mm粒子与-0.075mm粉子振实密度和生产的Φ600mmRP电极生坯的平均密度见表1。

表1煅后焦及由煅后焦制得的生坯体积密度g/cm³

2)选用5种针状焦用同一配方与沥青，在相同工艺条件下生产Φ500mmUHP电极，其5种针状焦的4～2mm粒子、2～1mm粒子的振实密度和Φ500mmUHP电极生坯的平均密度见表2。

表2 针状焦及由针状焦制得电极生坯体积密度g/cm³

从表1、表2可以看出:无论是普通焦，还是针状焦，煅后料的体积密度越高，压制生坯的密度越高。普通煅后焦中葫芦岛焦与大港焦虽然有较高的体积密度，但其热性能较抚顺和大庆焦差，石墨化时收缩较大易开裂，成品密度比抚顺和大庆焦要高0.4g/cm3左右。

配方设计对生坯密度的影响

粒度组成的影响

电极粒度组成的设计首先要考虑的是电极的使用条件与要求，如在大型EAF炉上使用，要求电极有很好的抗热震性能，粒度组成中大颗粒尺寸要大，用量也大，粉料用量少。国外的Ф700mm电极，大颗粒尺寸达到25.4mm。其次要考虑的是电极的密度尽可能高，在满足电极的使用条件与要求后，按最大堆积密度原理，考虑各种粒级料的比例。我国电极配方模型一般采用哑铃型设计，如图1所示。而国外有的采用梯形结构模型设计配方，也有的采用双梯形结构的模型设计配方，从实际生产来看，双梯形结构的模型更为有效，密度更高。双梯形结构的模型如图2所示。

图1哑铃型配方模型

图2双梯形配方模型

要提高堆积密度，还可适当增加粒级与料仓，在国外电极生产设计中一般比我国多2种以上粒级。在实际生产中，配料的粒度组成是否与工艺配方的最佳比例趋近，还取决于各种粒级料和粉料的纯度，粒子料纯度越高，纯度越稳定，颗粒料的比例越趋近工艺配方最佳值，有利于提高与稳定生坯密度;电极生产中粉料纯度一般是指-0.075mm粉料的含量，粉料的纯度对配方影响大，尤其对沥青用量影响大。通过实验对比与解剖分析:粉料粗，混捏效果较好，但填充效果不好，制品密度较低;粉料太细传统的双轴“Z”型混捏锅，混捏效果不好，填充效果也不好，制品密度较低，因此粉料的纯度控制要适中，才能改善制品结构与密度。

沥青用量的影响

图3是沥青用量与生坯密度和焙烧品密度的对应关系图，从图3中可看出，随着沥青用量的增加，生坯与焙烧品的密度先逐步提高，当沥青用量达到A值焙烧品密度最高，沥青用量超过A值后，生坯密度还能提高，焙烧品密度逐步下降，当沥青用量达到B值生坯密度最高，沥青用量超过B值后，生坯密度逐步下降。在生产中沥青用量应控制在A'(A+0.5%)附近较合适，既能保证生坯有好的成型，好的结构与密度，又可在后工序获得好的密度与强度。

图3 沥青用量与制品密度的关系图

返回料加入的影响

返回料分为生碎、焙烧碎与石墨碎。生碎的加入能提高生坯的密度，生碎的加入量在25%以内时，随着加入量的增加，生坯的密度也增加。电极生产生碎加入量一般不超过30%，在上世纪90年代一些中小厂压制过全生碎电极，生坯与焙烧品密度较高，但焙烧时易产生裂纹废品。焙烧碎的加入能提高生坯的密度，一般加入量控制在10%以内。石墨碎的加入对生坯密度影响较小。

温度制度对压型生坯密度的影响

干料温度的影响

国内一般企业糊料的制备是在“Z”型双轴单层混捏锅内完成，骨料干混与湿混在同一锅内完成，传统的混捏锅传热效率不高，干混时间又不宜太长，而导热油温度一般在210℃以内，提高导热油温度则糊温又过高，因此加入黏结剂前干料温度较低，在98～110℃之间，沥青加入时降温，沥青黏度增加，对干料的浸润与渗透效果差，则生坯的密度与制品的强度难以提高。而国外一般采取干料预热，温度达到145～170℃，与沥青温度基本一致，湿混的过程基本不需加热，这样沥青对干料的浸润与渗透效果好，压制的生坯密度与强度都较好。现在我国不少企业对传统的混捏工艺也进行了改进，开始对干料预热，干料预热的方法有电加热、导热油加热、烟气预热等，并开始使用双层混捏锅，达到既能提高干料温度，又能控制好糊料温度。还有进口的爱立许高速混捏机，干料加热后，湿混时就不需要加热。压制出来的生坯密度很高，比传统的混捏工艺要高出0.02g/cm3。

凉料温度的影响

凉料温度对产品的结构与密度有着较大的影响，图4是凉料温度与压出生坯密度的关系。从图4可以看出在t1点温度以前随温度升高，生坯密度提高，在t2点温度以后随温度升高，生坯密度降低，在t0点时密度最好。凉料温度在t2-t1区间压制生坯密度较好，称为凉料高密温度带，使用不同的沥青，此高密温度带不同。

图4 生坯密度与凉料温度关系图

型嘴温度的影响

型嘴温度设定对压制生坯的密度与结构也有着较大影响，图5是型嘴温度与压出生坯密度的关系。从图5可以看出在ta点温度以前，随温度升高，生坯密度提高，在tb点温度以后随温度升高，生坯密度降低，在tx点时密度最好。型嘴温度在ta-tb区间压制生坯密度较好，称为型嘴高密温度带，不同的型嘴，不同颗粒大小的产品，此高密温度带不同。

图5 型嘴温度与生坯密度关系图

真空度对生坯密度的影响

真空度的高低对制品的密实度与结构有着较大影响，真空度越高，糊料中夹带的热气就越少，压出的制品密度就高，制品内部缺陷就少。当真空度达到-0.086MPa时，压出生坯密度比没有抽真空时，要高出0.015g/cm3。

预压压力与预压时间对制品密度的影响

预压压力的大小对制品的密度起着重要作用，预压压力与制品密度的关系如图6所示。当预压压力低于p1时，随着压力增大，压出生坯密度增大，当预压压力高于p1，随着压强增大，压出生坯密度变化不明显。因此压机压强的设计一般选择在22～26MPa范围内就能满足制品密度要求，生产当中p1达到21～22MPa时，压制Ф600mm电极仍可获得较高的密度。如日本设计的25MN压机就可压密度较好的Ф700mm电极。

图6 预压压力与生坯密度关系图

在一定预压压力下，预压时间适当延长，可改善制品结构，提高制品密度。当料缸内糊料已预压密实保持一定时间后，再延长预压时间，制品密度变化不大。

挤压速度对制品密度的影响

挤压速度的控制对电极生产十分重要，它不仅对制品的结构有较大影响，而且对制品密度也有一定影响，尤其是生产UHP电极挤压速度慢，制品内部颗粒趋向性好，内部微细裂纹少，制品的密度也会提高，放慢挤压速度生坯密度可提高0.02g/cm3，挤压速度还应根据型嘴特征来控制，型嘴变径大，摩擦力大，挤压速度应控制更慢。

结  论

影响生坯密度的因素多而复杂，其与生坯密度的关系总结为:

①煅后焦的振实密度高，则生坯密度相应也高;

②采用双梯形结构模型设计配方有利于密度的提高。粒子纯度高，合适而稳定的粉子纯度是获得稳定与较高密度的基础;

③加入适量的生碎与焙烧碎是提高生坯密度的有利措施;

④沥青量控制在A+0.5%时，既可保证较好的生坯密度与生坯结构，又能获得高的焙烧品密度;

⑤提高干料温度有利于提高制品密度与强度;

⑥凉料温度与型嘴温度控制在凉料高密度温度带与型嘴高密度温度带，是获得高密生坯重要环节;

⑦提高真空度有利于提高制品密度;

⑧保证合适的预压压力与预压时间，才能获得较好的生坯密度;

⑨适当放慢挤压速度，有利于提高制品的密度和改善制品结构。