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超高功率石墨电极生产工艺技术探讨

时间:2022-05-17 11:35:04 浏览次数:

工作环境卫生比较好,本系统配套有大型真空保持罐,浸渍效果比较理想。

管式浸渍的电极不需要装框,辅助环节少,装出罐方便,浸渍后的电极直接推入水槽中冷却,工艺流程简单,但由于浸渍罐直径较小,主要考虑单根制品浸渍,要求浸渍制品规格不能有大的变化,否则影响其生产效率。

目前以上三种形式的浸渍系统都已经可以国产化,可根据各个项目的实际情况进行选用。

5)石墨化

在UHP石墨电极生产中,石墨化炉是石墨化工序的核心设备。石墨化炉主要有直流艾奇逊石墨化炉和内热串接石墨化炉。与艾奇逊石墨化炉比较,串接石墨化炉炉芯温度梯度小,产品质量均匀稳定,生产效率高,工艺电耗低。所以目前国内外新建设项目都选用内热串接石墨化炉生产技术以及配套设备。

目前UHP石墨电极的石墨化采用串接石墨化炉还普遍存在些问题,因为石墨化温度高达2500~2800℃,目前测温技术还无法测量,所以不可能实现反馈控制。所以串接石墨化炉必须建立数学模型,通过实验修正模型,用数学模型计算出炉内升温速率,控制串接石墨化炉的送电功率,降低能耗;另外,还需要测试电极在升温和冷却过程中的膨胀性及收缩性,进行力学性能分析,从而可合理的控制升温速度、冷却速度及加压大小,防止产品开裂,提高石墨化过程的成品率。

4 生产过程控制与管理

为了生产优质的UHP石墨电极,不仅需要选择合理的生产工艺流程, 选择先进可靠的生产工艺方案和选择优质的原料外,生产过程控制与管理也是一个非常重要的环节。为降低人为因素对生产的影响,在生产过程中应尽量采用全自动控制系统。

a.生坯体积密度的控制

生坯体积密度是配方、混捏工艺和成型工艺的综合反映。控制好生块的体积密度是提高UHP石墨电极总合格率的有效手段,根据电炉炼钢的相关要求,UHP石墨电极生坯体积密度需要控制在1.75~1.80g/cm3之间。

在混捏、凉料工序中,需根据沥青特性制定工艺参数,按沥青粘度制定温度制度。由于改质沥青粘度大,干料温度要高混捏效果才好,应提高混捏、凉料温度,从而提高糊料流动性,也可加入少量增塑剂降低沥青粘度。

b.焙烧温度控制

在焙烧过程中,各温度阶段的温度控制尤为重要。生坯加热的温度制度被编成曲线称为升温曲线,升温曲线反映了开始加热到最终结束的各个温度阶段所给定的升温速度。焙烧升温曲线是焙烧的关键,制定合理的升温曲线,是焙烧炉正常运行和产品质量的保证。因此必须根据生坯在焙烧过程中各物理化学反应的规律,来确定各温度阶段的升温速度的快慢。另外,必须考虑焙烧炉的结构、填充料的种类、焙烧的品种和规格、生坯中的挥发分含量等因素。

c.石墨化温度控制

石墨化过程主要分为三个阶段:重复焙烧电极阶段(850℃以下);电极结构变化阶段(850~1800℃);石墨晶体完善阶(1800℃以上)。在石墨化过程的第二阶段,随着温度的升高,电极的各项理化指标发生较大的变化,碳结构开始向三维有序结构转化,但此阶段如果加热控制不当,就容易产生废品。而石墨化炉是一个复杂的工业对象,其具有大惯性、纯滞后等特点,而且在石墨化过程中,炉阻、炉温等参数的变化,都呈现出很强的非线性和不确定性,很难建立石墨化炉的精确数学模型,这就使得无法采用普通的PID(比例积分微分)控制来实现精确的控制。

目前,国内生产石墨电极主要是按照一条预先设定好的功率曲线进行送电加热,如此以来,存在如下的缺点:

(1) 按照预先设定好的功率曲线进行升温,但是该功率曲线并不一定适合该炉的实际情况,从而不能很好的控制炉子的升温速度;

(2) 一些生产厂家,在石墨化过程中为了缩短每炉的送电时间,使功率上升过快造成温升速度过快,从而使热应力超过了允许的范围,使产品出现了裂纹,导致废品率的上升;

(3) 现行石墨化生产末期对结束时间的控制有很多的弊病,很多厂家根据经验来进行判断,虽然对结束时间的控制也进行了试验,但每炉的具体情况不一样,保温料的差别对石墨化送电曲线有很大的影响。如保温料含水量大,送电时间长;含水量少,送电时间短,所以说,对送电时间没有合理的控制往往造成很大的误差。

因此,如果采用预先设定的功率曲线进行加热控制,很容易出现如下的现象:有时电量到了,温度不高;有时炉温很高,电量却有余。这样,不但耗电量高,而且产品质量也得不到可靠的保证,容易造成能源浪费,从而增加生产的成本。而实际上,影响石墨化电极质量的决定因素是最终温度,如果采用温度来进行控制就可以确保电极制品的质量。因为一方面可以控制炉子的升温速度,另一方面可以控制炉子的通电结束时间,当达到预定的温度时就可以实行停炉,从而提高产品的质量,减少生产成本。但由于目前受国内测温技术的限制,无法对如此高温的串接石墨化炉进行温度测量,在实际的生产中,多数是根据炉阻的变化来制定送电制度,从而控制炉子的升温速度。因此,研究石墨化炉在升温过程中,其它工艺参数对炉阻变化的影响也尤其重要。如果能够建立起正确的炉阻变化数学模型,将可以对炉子的升温速度进行精确的控制。因而串接石墨化炉技术的关键是对各工艺参数的合理设计,建立精确的数学模型。当然对炉子的升温速度进行控制,也可采用模糊控制,模糊控制则不依赖于对象的数学模型,采用模拟人脑的思维方式来达到精确的控制目的;对于石墨化炉具有纯滞后的特性,则可以采用预估的方式来提前进行校正,保证系统的控制的精度。

5 结语

UHP石墨电极的生产是一个系统工程,为了生产优质的UHP石墨电极,首先需要选择合理的生产工艺流程,其次是选择先进可靠的生产工艺方案,然后是选择优质的原料,另一方面是要对生产过程各个环节进行严格控制,尽量采用全自动控制系统,提高生产管理水平。

参考文献:

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[2]钱湛芬.炭素工艺学[M]. 北京:冶金工业出版社,2008:121-150

[3]徐帮学.炭(碳)材料与石墨制品创新生产技术及应用标准大全[M]. 香港:中国科技文化出版社,2006:585-600

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