某廠電極糊的生產(chǎn)工藝技術(shù)

朱東旭，劉希文，史博川，劉徹

（東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院（有限公司），遼寧 沈陽110013）

1 電極糊的簡述

電極糊是由碳質(zhì)材料加入粘結(jié)劑配料，混捏、成型所形成的碳糊類制品，作為炭塑材料中的一種，是鐵合金和電石行業(yè)生產(chǎn)中必不可缺的一種基礎(chǔ)原料。其價(jià)格低廉、生產(chǎn)工藝簡單、具有良好的抗熱震性、導(dǎo)電性、抗氧化性，能適應(yīng)生產(chǎn)過程中較大的工作電流，極高的冶煉溫度。電極是鐵合金礦熱爐的關(guān)鍵部位，在生產(chǎn)電極糊時(shí)必須保證電極處于正常狀態(tài)。

電極糊的生產(chǎn)原料主要包括：固體碳素材料以及粘結(jié)材料。固體碳素材料包括：冶金焦、石油焦和瀝青焦及石墨電極碎屑。其中，基于無煙煤致密含碳量高，揮發(fā)分少，價(jià)格低廉等優(yōu)勢。在生產(chǎn)電極糊時(shí)受到廣泛應(yīng)用，通過加入無煙煤可有效提高電極的導(dǎo)電性以及導(dǎo)熱性。粘結(jié)材料主要包括：瀝青以及煉焦油。加入煉焦油的目的是用于調(diào)整軟化點(diǎn)，避免電極燒結(jié)變慢的現(xiàn)象出現(xiàn)，導(dǎo)致電極糊生產(chǎn)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。與此同時(shí)，電極糊中的粘結(jié)劑在燒結(jié)過程中能夠分解排除揮發(fā)物，起焦結(jié)作用，提高電極的堅(jiān)硬度。自焙電極由電極筒及其內(nèi)部的電極糊組成，由于在冶煉過程中，必然會(huì)產(chǎn)生電極的消耗，此時(shí)需要通過添加電極糊的方式，從上部不斷地接長電極桶。電極糊裝入電極筒內(nèi)，與電極筒同時(shí)上下移動(dòng)，不斷的消耗，不斷的補(bǔ)充，在此過程中，電極糊要經(jīng)過三個(gè)相態(tài)的變化，即固態(tài)——液態(tài)——固態(tài)。在室溫（25℃）時(shí)電極糊為固態(tài)，當(dāng)溫度由25℃上升到120～250℃時(shí)，電極糊融化成稀糊狀，同時(shí)電阻增大，溫度再升至300～750℃時(shí)，電極糊中的揮發(fā)物質(zhì)逐漸變黏稠，成焦?fàn)钗镔|(zhì)，電阻逐漸變小，當(dāng)溫度達(dá)到800～900℃時(shí)，電極糊基本燒結(jié)成電極，在此轉(zhuǎn)化過程中，電極糊焙燒為電極，其強(qiáng)度逐漸提高，而電阻率逐漸減低至100μΩ·m 以下。經(jīng)過1000℃以上的高溫焙燒，電極糊完全炭化而成炭電極，在礦熱電爐熔池內(nèi)起到導(dǎo)電并轉(zhuǎn)化能量的作用。

2 主要原材料

2.1 電煅無煙煤

電煅無煙煤要求灰分小于8%，揮發(fā)物小于5%，含硫量低。需用豎爐或回轉(zhuǎn)窯在隔絕空氣的條件下，經(jīng)1473K 的高溫下鍛燒18 ～24h，除掉揮發(fā)分，增加熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，機(jī)械強(qiáng)度有很大提高。電煅無煙煤質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)滿足或高于YB/T4600-2018中DDM-450 A 指標(biāo)，見表1。

2.2 煅后石油焦

石油焦是由石油殘?jiān)徒?jīng)焦化制得，要求焦灰分均小于1%，石油焦揮發(fā)分含量要小于7%，需鍛燒后才能使用。煅后石油焦標(biāo)準(zhǔn)為YS/T 625-2012，本項(xiàng)目應(yīng)選擇滿足或高于DDJ-2 的煅后焦標(biāo)準(zhǔn)。煅后石油焦的理化指標(biāo)見表2。

表2 煅后石油焦理化指標(biāo)（YS/T 625-2012）

2.3 煤瀝青

煤瀝青的灰分要小于14%，使用時(shí)需經(jīng)低溫鍛燒和烘干。煤瀝青是以煉焦油為原料，經(jīng)高溫干餾或延遲焦化而制得。要求焦灰分均小于1%，煤瀝青的揮發(fā)物含量通常小于1%，需鍛燒后才能使用。煤瀝青是由煉焦油初步分餾所得沸點(diǎn)大于633K 的殘留物，俗稱柏油，根據(jù)其軟化點(diǎn)又分為硬瀝青、中瀝青和軟瀝青。煤瀝青標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 2290-2012，本項(xiàng)目應(yīng)選擇滿足中溫瀝青作為原料。見表3。

表1 電煅無煙煤理化指標(biāo)（YB/T4600-2018）

表3 瀝青理化指標(biāo)（GB/T 2290-2012）

3 工藝方案流程

在眾多影響電極糊質(zhì)量的因素中，最關(guān)鍵的就是電極糊的生產(chǎn)工藝。電極糊的生產(chǎn)工藝流程主要包括：原料煅燒、破碎、篩分、磨粉、混捏以及成型六大階段，電煅無煙煤經(jīng)預(yù)碎、破碎、篩分等工序，煅后石油焦經(jīng)過磨粉工序，制取配方要求的各種顆粒料，包括：添加劑以及粘結(jié)劑，其中需要注意的是粘結(jié)劑必須進(jìn)行熔融、脫水以及調(diào)節(jié)等預(yù)處理，而后分別排入各自配料倉。然后，按配方要求采用電子秤準(zhǔn)確稱取干料量，混合后加入預(yù)熱鍋，調(diào)節(jié)軟化點(diǎn)，由常溫預(yù)熱至145℃左右，與145℃液體瀝青按配方量同時(shí)加入混捏鍋內(nèi)混捏，出糊溫度145℃。糊料經(jīng)運(yùn)糊小車將加入電極糊成型機(jī)中，制成電極糊。電極糊經(jīng)冷卻后送打包機(jī)打包，再由吊鉤橋式起重機(jī)堆放存貯。

4 工藝技術(shù)特點(diǎn)

（1）總體工藝技術(shù)水平及裝備水平；單位產(chǎn)品物耗、能耗低，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)能力和勞動(dòng)生產(chǎn)率較高，同時(shí)所連續(xù)化、機(jī)械化和自動(dòng)化程度較高，具有較高安全性和衛(wèi)生要求。生產(chǎn)電極糊通常采用的是軟化點(diǎn)為338-348K 的中瀝青，含游離碳為18% ～25%，揮發(fā)分55% ～70%，灰分小于0.5%，水分小于5%。煉焦油是由煤干餾而得到的褐色到黑色的油狀產(chǎn)物。要求含水量小于4%，灰分不大于0.15%，游離碳不大于10%。煤瀝青和煉焦油都需脫水后使用。

（2）原材料的處理：減少倒運(yùn)產(chǎn)生的二次損耗，并合理運(yùn)用流程縮短原材料運(yùn)輸距離及運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)。可以減小電極糊骨料的顆粒尺寸，確定合理的大顆粒用量，尤其是增加粉料用量，提高粉料細(xì)度，效果更明顯。在原材料的處理過程中，一旦發(fā)現(xiàn)電極表面呈灰白色，或微紅則說明焙燒良好；如電極表面發(fā)紅則表示焙燒時(shí)間過長；如表面發(fā)黑則說明焙燒時(shí)間過短，無論是焙燒時(shí)間過長還是過短均會(huì)對電極糊的生產(chǎn)產(chǎn)生不利的影響。因此，必須提高對此步驟的重視程度。

（3）合理的配方：電極糊整體揮發(fā)份過高，電極糊燒結(jié)的電極未到過早放熱。這個(gè)時(shí)候在電極糊配料的時(shí)候應(yīng)該注意成品的揮發(fā)份。應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)需要，調(diào)整配比，記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)。并從中找到最適合電極糊生產(chǎn)的配方。通常的方法包括：加大電極糊塊度，增加電極糊熔化時(shí)間，盡可能保持電爐平穩(wěn)操作，減少明弧、刺火現(xiàn)象。經(jīng)常檢查電極把持筒內(nèi)風(fēng)量的大小，銅瓦內(nèi)循環(huán)水的流量，出水溫度。還可以提高瀝青軟化點(diǎn)與降低揮發(fā)分，這二者之間是相互聯(lián)系的，提高了瀝青的軟化點(diǎn)，使電極燒結(jié)變慢，而為了加快電極燒結(jié)降低揮發(fā)分。

（4）智能化倉儲(chǔ)：根據(jù)不同原材料，進(jìn)行智能化分析，找出價(jià)格最合理，最適合生產(chǎn)的原料。利用全自動(dòng)高精度摻配裝置和摻配智能尋優(yōu)算法軟件實(shí)現(xiàn)上述功能。