CN108184279A - 一种电弧炉石墨电极 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及冶金新材料技术领域，具体涉及一种电弧炉石墨电极。钢渣表面附近温度高达1600℃，炉体内部以空气为主，炼钢吹氧后，炉内氧化性气氛大幅度增加，石墨电极的40％～60％被氧化而白白浪费掉。本申请提供一种电弧炉石墨电极，包括石墨电极本体，所述石墨电极本体包括夹持部和非夹持部，所述夹持部设置于所述石墨电极本体上端；所述石墨电极本体包括相互连接的石墨电极单元；所述非夹持部外表面设置有陶瓷基抗氧化涂层。使得石墨电极具有抗氧化性，有效解决石墨电极因被氧化而白白浪费的问题，延长石墨电极的使用寿命，从而降低生产成本。

Description

一种电弧炉石墨电极
技术领域
本申请涉及冶金新材料技术领域，具体涉及一种电弧炉石墨电极。
背景技术
电弧炉(electric arc furnace)利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000℃以上。对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于优质合金钢的熔炼。石墨电极，主要以石油焦、针状焦为原料，煤沥青作结合剂，经煅烧、配料、混捏、压型、焙烧、石墨化、机加工而制成，是在电弧炉中以电弧形式释放电能对炉料进行加热熔化的导体，根据其质量指标高低，可分为普通功率、高功率和超高功率。
石墨电极是石墨材料中的一种，用于电炉炼钢生产中，在冶炼过程中石墨电极被连续消耗，依电极消耗机理来看主要是三个方面的消耗：一是尖端起弧温度达3000℃，造成的高温升华，二是侧面与空气反应氧化消耗，三是机械损耗，而侧面氧化消耗占总消耗的50-70％。
石墨电极是一种被广泛用作为冶炼各种合金钢、铁合金、工业硅、黄磷、有色金属和稀有金属的工业材料，其最大的缺点就是高温抗氧化能力差。在炼钢过程中，上盖附近石墨电极温度600℃左右，钢渣表面附近温度高达1600℃，炉体内部以空气为主，炼钢吹氧后，炉内氧化性气氛大幅度增加，石墨电极的40％～60％被氧化而白白浪费掉。
发明内容
本申请的目的是为了解决上述石墨电极是一种被广泛用作为冶炼各种合金钢、铁合金、工业硅、黄磷、有色金属和稀有金属的工业材料，其最大的缺点就是高温抗氧化能力差。在炼钢过程中，上盖附近石墨电极温度600℃左右，钢渣表面附近温度高达1600℃，炉体内部以空气为主，炼钢吹氧后，炉内氧化性气氛大幅度增加，石墨电极的40％～60％被氧化而白白浪费掉的问题。
为此，本发明实施例提供了如下技术方案：一种电弧炉石墨电极，包括石墨电极本体，所述石墨电极本体包括夹持部和非夹持部，所述夹持部设置于所述石墨电极本体上端；
所述石墨电极本体包括相互连接的石墨电极单元；
所述非夹持部外表面设置有陶瓷基抗氧化涂层。
可选地，所述石墨电极单元之间螺纹连接。
可选地，所述石墨电极单元包括第一石墨电极和第二石墨电极，所述第一石墨电极底部设置有内螺纹，所述第二石墨电极顶部设置有外螺纹凸起，所述外螺纹凸起与所述内螺纹相互配合连接。
可选地，所述石墨电极本体两端设置有电极接头，所述电极接头与所述石墨电极本体相连接；
所述石墨电极本体中心设置有第一通孔，所述电极接头中心设置有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔相贯通。
可选地，还包括电极端盖，所述电极接头设置于所述电极端盖底部，所述电极接头与所述电极端盖相连接，所述电极端盖中心设置有第三通孔，所述第三通孔与所述第一通孔和第二通孔相贯通。
可选地，所述电极接头与所述石墨电极本体螺纹连接。
可选地，所述电极端盖上端与进风管相连接。
可选地，所述陶瓷基抗氧化涂层包括以下原材料：
异丙醇铝，氮化钒，氧化铝粉，碳化硅，三氧化二钇，纳米二氧化硅，氧化钍，氧化锆，二氧化钼，三氧化镍，石墨，粘土，三氧化二镍、三氧化二铁、氧化锌，紫木节，纳米氧化钼，二氧化钛，钛酸丁脂，高岭土，四氧化三钴，纳米碳纤维，电气石粉，海泡石，麦饭石。
可选地，所述非夹持部外表面的陶瓷基抗氧化涂层厚度为0.04～1mm。
可选地，所述夹持部高度与所述非夹持部高度比例为1：(7-9)。
本发明实施例提供的技术方案包括以下有益效果：本申请通过在石墨电极本体的非夹持部外表面设置导电陶瓷基抗氧化涂层，可有效隔绝空气，避免石墨电极表面与氧气接触而进行反应，使得石墨电极具有抗氧化性，有效解决石墨电极因被氧化而白白浪费的问题，延长石墨电极的使用寿命，从而降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电弧炉石墨电极第一结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电弧炉石墨电极第二结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电弧炉石墨电极第三结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电弧炉石墨电极局部结构示意图；
图5为本发明实施例提供的电弧炉石墨电极失重率变化曲线示意图；
图1～5的符号表示为：
1-石墨电极本体，2-夹持部，3-非夹持部，4-石墨电极单元，5-陶瓷基抗氧化涂层，6-电极接头，7-第一通孔，8-第二通孔，9-电极端盖，10-第三通孔，11-进风管。
具体实施方式
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
实施例一
参见图1～3，为本发明实施例提供的一种电弧炉石墨电极，包括石墨电极本体1，所述石墨电极本体1包括夹持部2和非夹持部3，所述夹持部2设置于所述石墨电极本体1上端；
所述石墨电极本体1包括相互连接的石墨电极单元4；
所述非夹持部3外表面设置有陶瓷基抗氧化涂层5。
本申请具体工作过程如下：将石墨电极本体1的夹持部2进行遮盖放置于陶瓷基抗氧化涂层5的混合物中进行自然浸泡、真空浸泡或者超声浸泡30s至1min，取出后自然干燥4天即可在石墨电极本体1夹持部3的外表面形成一层陶瓷基抗氧化涂层5，对石墨电极进行保护。
或者将陶瓷基抗氧化涂层5的混合物搅拌均匀，对非夹持部3使用涂刷或喷雾的方式涂覆2～4次，第一次涂时尽量涂得薄一点，能覆盖体表即可，每次涂后需让其自然干燥到手触不粘的程度，大约持续20～30min,最后一次涂完后让其自然干燥时间稍长一些，一般4小时左右，手触完全不粘即可使用。
这里的石墨电极单元4在生产中进行组装连接成为石墨电极本体1，使用完后进行拆卸成石墨电极单元4，便于存放。
本申请通过在石墨电极本体1非夹持部3外表面设置陶瓷基抗氧化涂层5，可有效隔绝空气，避免石墨电极表面与氧气接触而进行反应，使得石墨电极具有抗氧化性，有效解决石墨电极因被氧化而白白浪费的问题，延长石墨电极的使用寿命，从而降低生产成本。
实施例二
参见图1～5，为本发明实施例提供的一种电弧炉石墨电极，包括石墨电极本体1，所述石墨电极本体1包括夹持部2和非夹持部3，所述夹持部2设置于所述石墨电极本体1上端；
所述石墨电极本体1包括相互连接的石墨电极单元4；
所述非夹持部3外表面设置有陶瓷基抗氧化涂层5。
可选地，所述石墨电极单元4之间螺纹连接。
可选地，所述石墨电极单元4包括第一石墨电极和第二石墨电极，所述第一石墨电极底部设置有内螺纹，所述第二石墨电极顶部设置有外螺纹凸起，所述外螺纹凸起与所述内螺纹相互配合连接。
可选地，所述石墨电极本体1两端设置有电极接头6，所述电极接头2与所述石墨电极本体1相连接；
所述石墨电极本体1中心设置有第一通孔7，所述电极接头6中心设置有第二通孔8，所述第一通孔7与所述第二通孔8相贯通。
可选地，还包括电极端盖9，所述电极接头6设置于所述电极端盖9底部，所述电极接头6与所述电极端盖9相连接，所述电极端盖9中心设置有第三通孔10，所述第三通孔10与所述第一通孔7和第二通孔8相贯通。
可选地，所述电极接头6与所述石墨电极本体1螺纹连接。
可选地，所述电极端盖9上端与进风管11相连接。
可选地，所述陶瓷基抗氧化涂层5包括以下原材料：
异丙醇铝，氮化钒，氧化铝粉，碳化硅，三氧化二钇，纳米二氧化硅，氧化钍，氧化锆，二氧化钼，三氧化镍，石墨，粘土，三氧化二镍、三氧化二铁、氧化锌，紫木节，纳米氧化钼，二氧化钛，钛酸丁脂，高岭土，四氧化三钴，纳米碳纤维，电气石粉，海泡石，麦饭石。
可选地，所述非夹持部3外表面的陶瓷基抗氧化涂层5厚度为0.04～1mm。
可选地，所述夹持部2高度与所述非夹持部3高度比例为1：(7-9)。
这里的石墨电极单元4在生产中进行组装连接成为石墨电极本体1，使用完后进行拆卸成石墨电极单元4，便于存放。第一石墨电极底部有凹进去的内螺纹，第二石墨电极顶部有凸出的外螺纹，内螺纹和外螺纹相互吻合。当然，第二石墨电极底部也设置有凹进去的内螺纹，如上与第三石墨电极相互连接。
本申请具体工作过程如下：按照配比将异丙醇铝，氮化钒，氧化铝粉，碳化硅，三氧化二钇，纳米二氧化硅，氧化钍，氧化锆，二氧化钼，三氧化镍，石墨，粘土，三氧化二镍、三氧化二铁、氧化锌，紫木节，纳米氧化钼，二氧化钛，钛酸丁脂，高岭土，四氧化三钴，纳米碳纤维，电气石粉，海泡石，麦饭石等原材料进行混合，将石墨电极本体1的夹持部2进行遮盖放置于陶瓷基抗氧化涂层5的混合物中进行自然浸泡、真空浸泡或者超声浸泡30s至1min，取出后自然干燥4天即可在石墨电极本体1夹持部3的外表面形成一层陶瓷基抗氧化涂层5，对石墨电极进行保护。
或者按照配比将异丙醇铝，氮化钒，氧化铝粉，碳化硅，三氧化二钇，纳米二氧化硅，氧化钍，氧化锆，二氧化钼，三氧化镍，石墨，粘土，三氧化二镍、三氧化二铁、氧化锌，紫木节，纳米氧化钼，二氧化钛，钛酸丁脂，高岭土，四氧化三钴，纳米碳纤维，电气石粉，海泡石，麦饭石等原材料进行混合，将混合物搅拌均匀，对非夹持部3使用涂刷或喷雾的方式涂覆2～4次，第一次涂时尽量涂得薄一点，能覆盖体表即可，每次涂后需让其自然干燥到手触不粘的程度，大约持续20～30min,最后一次涂完后让其自然干燥时间稍长一些，一般4小时左右，手触完全不粘即可使用。
该陶瓷基抗氧化涂层5完全满足电弧炉高温、高氧化气氛的苛刻环境，最高使用温度高达1700℃，与石墨材料表面结合牢固，使用过程中不脱落，抗热震能力强，其抗氧化性能明显优于市场同类产品。降低吨钢石墨电极消耗25％以上。
在高温电阻炉，900℃，空气气氛下氧化20小时，对比分析了该导电陶瓷基抗氧化涂层5和其他涂层的抗氧化性能，如图3所示。
未处理石墨块经过20小时氧化后，失重率高达52％，氧化十分严重。其他方式处理的石墨电极，虽然氧化速度较慢，但是经过十小时后，空气透过浸渍层直达内部空隙，尽管被处理的表面1cm炭素较完整，但是里面已经被严重氧化了，致使外壳脱落，10小时后氧化速率明显升高，逐渐失效。该陶瓷基抗氧化涂层5涂覆的石墨电极经过20小时氧化后，失重率小于1％，由900℃高温直接丢入水中，没有明显开裂，没有任何脱落现象，与炭素基底结合仍然十分牢固，抗热震性能极佳。该陶瓷基抗氧化涂层5涂覆的石墨电极在1300℃高温氧化10小时，失重率不足1％，与石墨基体结合十分牢固，表现出优良的抗氧化性能，完全满足电弧炉工况下石墨电极抗氧化要求。
石墨电极夹持器通过夹持部2夹紧石墨电极放入电弧炉内部。一般情况下，石墨电极高度为2米，夹持部2的高度为20～25厘米。
本申请通过在石墨电极本体1非夹持部3外表面设置陶瓷基抗氧化涂层5，可有效隔绝空气，避免石墨电极表面与氧气接触而进行反应，使得石墨电极具有抗氧化性，有效解决石墨电极因被氧化而白白浪费的问题，延长石墨电极的使用寿命，从而降低生产成本。
以上所述仅是本发明实施例的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电弧炉石墨电极，其特征在于，包括石墨电极本体(1)，所述石墨电极本体(1)包括夹持部(2)和非夹持部(3)，所述夹持部(2)设置于所述石墨电极本体(1)上端；
所述石墨电极本体(1)包括相互连接的石墨电极单元(4)；
所述非夹持部(3)外表面设置有陶瓷基抗氧化涂层(5)。
2.如权利要求1所述的电弧炉石墨电极，其特征在于，所述石墨电极单元(4)之间螺纹连接。
3.如权利要求2所述的电弧炉石墨电极，其特征在于，所述石墨电极单元(4)包括第一石墨电极和第二石墨电极，所述第一石墨电极底部设置有内螺纹，所述第二石墨电极顶部设置有外螺纹凸起，所述外螺纹凸起与所述内螺纹相互配合连接。
4.如权利要求1所述的电弧炉石墨电极，其特征在于，所述石墨电极本体(1)两端设置有电极接头(6)，所述电极接头(2)与所述石墨电极本体(1)相连接；
所述石墨电极本体(1)中心设置有第一通孔(7)，所述电极接头(6)中心设置有第二通孔(8)，所述第一通孔(7)与所述第二通孔(8)相贯通。
5.如权利要求4所述的电弧炉石墨电极，其特征在于，还包括电极端盖(9)，所述电极接头(6)设置于所述电极端盖(9)底部，所述电极接头(6)与所述电极端盖(9)相连接，所述电极端盖(9)中心设置有第三通孔(10)，所述第三通孔(10)与所述第一通孔(7)和第二通孔(8)相贯通。
6.如权利要求5所述的电弧炉石墨电极，其特征在于，所述电极接头(6)与所述石墨电极本体(1)螺纹连接。
7.如权利要求6所述的电弧炉石墨电极，其特征在于，所述电极端盖(9)上端与进风管(11)相连接。
8.如权利要求1～6中任一项所述的电弧炉石墨电极，其特征在于，所述陶瓷基抗氧化涂层(5)包括以下原材料：
异丙醇铝，氮化钒，氧化铝粉，碳化硅，三氧化二钇，纳米二氧化硅，氧化钍，氧化锆，二氧化钼，三氧化镍，石墨，粘土，三氧化二镍、三氧化二铁、氧化锌，紫木节，纳米氧化钼，二氧化钛，钛酸丁脂，高岭土，四氧化三钴，纳米碳纤维，电气石粉，海泡石，麦饭石。
9.如权利要求7所述的电弧炉石墨电极，其特征在于，所述非夹持部(3)外表面的陶瓷基抗氧化涂层(5)厚度为0.04～1mm。
10.如权利要求8所述的电弧炉石墨电极，其特征在于，所述夹持部(2)高度与所述非夹持部(3)高度比例为1：(7-9)。
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