我國碳電極行業現狀及未來發展趨勢

馮占一

摘 要：碳電極是一種可供導電的材料，將電煅無煙煤、石油焦、石墨碎以及煤瀝青等主要原料，經過配料、成型、焙燒以及機械加工等處理步驟進行處理之后，即可制成碳電極。碳電極在21世紀作為我國大力推廣并積極使用的新型材料，具有節能環保的明顯優勢。其主要被用作礦熱爐的導電電極，在工業硅、鐵合金、電石以及黃磷等技術或非金屬物質的冶煉過程中被廣泛的應用，并發揮著舉足輕重的作用。

關鍵詞：碳電極;行業現狀;未來發展

在碳電極還未走進千家萬戶之前，礦熱爐常用的導電材料為石墨電極以及電極糊。碳電極相較于傳統的石墨電極，具備降低電能消耗的作用，可以進一步擴大產品的規格，以此大幅度的降低生產的成本。相較于電極糊，碳電極的導電性能更加的優越，在其冶煉的過程中可以有效的降低粉塵以及有害氣體的排放，以此來降低安全事故發生的風險。現階段，我國已有70%的工業硅冶煉行業實現了對碳電極的使用，其中包括鈦合金的生產以及鈦合金相關的行業。同時，電石與黃磷相關的行業，也在逐步的推進對碳電極的研發以及實驗。

1 碳電極的優點

以冶煉品種的不同為依據，冶煉所用的礦熱爐可以使用石墨電極、碳電極或者電極糊來作為導電電極[1]。現階段，碳電極在國外工業硅以及黃磷的冶煉方面，其使用已經全面普及。但是我國對于碳電極的使用僅僅局限在工業硅敞口型礦熱電爐的生產方面。黃磷封閉性礦熱電爐的生產還是主要依賴于對石墨電極的使用，而鐵合金礦熱爐與電石礦熱爐的生產使用最為廣泛的是電極糊。

我國對于碳電極的研發與使用起步較晚，但其發展的態勢十分的迅猛。由于將碳電極應用于礦熱爐的導電，在降低成本、節能減排以及增強冶煉等方面具有絕對的優勢。同時，碳電極的理化指標也完全符合下游行業對產品生產的要求，因此，碳電極能夠成為石墨電極與電極糊極好的替代品。現階段，鐵合金行業對碳電極的使用已經獲得了巨大的進步，并已經大規模的投入生產，在電石以及黃磷等行業的使用也逐步的進入了全新的階段。

碳電極的生產需要經歷中碎、配料、混捏、成型、焙燒以及機加工等多個步驟環節。將已經焙燒成型的半成品按照具體的訂單規格要求，在機加工車間進行進一步的分割處理，這一過程將產生20%的邊角余料，這些余料能夠用作循環使用的材料，因此，碳電極還具備一定的循環經濟能力。

2 碳電極在我國的行業發展情況

現階段，碳電極在我國的使用主要集中在工業硅的冶煉領域，借助使用碳電極，把從爐用變壓器中輸送而來的低壓大電流傳輸至爐內，再通過電極端部電弧、爐料以及溶體的共同作用，將電能轉化為熱能之后再進行高溫冶煉。碳電極在礦熱爐冶煉過程中應用的實質，就是對導電體不斷消耗的過程。

在20世紀90年代末，國家為了降低工業硅冶煉的巨大能耗，提高冶煉的效率與質量，滿足工業硅爐大功率化發展的需求，碳電極的使用以及相關產品的研發得到了積極的推進，以此來實現用碳電極來代替工業硅冶煉中對石墨電極的使用[2]。近幾年，國內的碳電極生產廠家在對國外碳電極技術進行了總結與改進，不斷的研究自身的碳電極技術，極大的促進了我國碳電極生產技術的發展，促進了產品質量的不斷提高。碳電極相較于石墨電極，碳電極更能有效的投入更大的使用規模，能夠有效的節約生產成本，降低能源的消耗，并對生產的流程也具備積極的簡化作用，具備極其優良的性價比。因此，應加大力度推動碳電極的研制與使用。目前正在我國的工業冶煉行業，碳電極的使用已經獲得了積極的推廣，甚至部分商品已經打開了海外的銷售市場。

3 碳電極行業的未來

3.1 碳電極的使用

下游工業硅、鐵合金、電石以及黃磷等冶煉行業，均具備“兩高一資”的特點，因此，伴隨著未來對工業生產環保方面的極高要求，以及相關行業產業淘汰落后產能，需要對冶煉技術以及其相關的工藝設備進行改進與升級，這就使得碳電極的使用在我國的發展前景十分的廣闊。目前，碳電極在鐵合金冶煉方面的使用已經研制成功，并已進入了大規模生產的階段。相比之下，電石、黃磷以及鈦渣等冶煉礦熱爐對碳電極的使用還處于被研發的初級階段。

3.2 碳電極在工業硅生產中的市場發展前景

20世紀90年代以前，我國工業硅的生產大都依賴于石墨電極的使用。由于石墨電極的直徑存在一定的限制性，進而嚴重影響了工業硅爐容量的擴大。1999年，相關機構縝密的調查研究了國內外對石墨電極的具體使用情況，并以此為根基研制處理新型的碳電極。碳電極的研發，使得傳統電極所存在的灰分含量過高、強度差等問題得到了有效的改善。現階段，有我國自主研發的Φ700-1400mm碳電極，已經被廣泛的應用與工業硅爐的生產行業。近幾年，我國新建成的8000kVA以上容量的工業硅爐均以實現碳電極的使用。相較于石墨電極，碳電極具有生產用時短、價格低廉的優勢，它的廣泛使用實現了工業硅生產的低成本投入，促進了我國大容量工業硅爐的建設發展。

3.3 碳電極在鐵合金生產領域

長久以來，電極糊主要使用于鐵合金礦熱爐的生產，在其生產過程中會產生嚴重的污染。由于鐵合金冶煉的設備過于落后，其設計也不盡合理，同時，碳電極作為一種全新的節能環保型產品其研制與使用的投入起步較晚，因此，嚴重的制約了碳電極在鐵合金行業中的使用[3]。

雖然我國鐵合金行業的生產數量非常的龐大，但在工藝裝備水平方面存在嚴重的問題。根據相關的報道，2009年我國的鐵合金行業其總產量高達3400萬噸，其相關的生產企業數量多達2000家以上，但是年均產能在10萬噸的企業僅占極少數，而年均產能在1萬噸以下的企業占總數的一大半。全國鐵合金礦熱爐總數的百分之0.81為25000kVA以上鐵合金冶煉礦熱爐，數量極少。

4 結語

縱觀全文，碳電極的使用在我國工業硅行業具有極其光明的發展前景。同時在鐵合金、電石以及黃磷行業的發展在未來擁有更加強大的優勢以及市場空間。因此，相關企業應加大力度投入碳電極使用與投入，以此來促進我國工業產業的積極轉型。

參考文獻：

[1]缺陷態氧化鎢鋰電池或擺脫鈷鎳金屬依賴[J].有色冶金節能，2019，35（05）：63.

[2]劉士杰，蔡蘭蓉，李敏，陳立君.電極對準干式電火花表面強化TC4強化層組織與性能影響[J].機床與液壓，2019，47（19）：32-35.

[3]李晶.多元稀土鎢電極中稀土元素的作用機理[J].冶金與材料，2019，39（05）：104+106.