《电极材料》PPT课件.ppt
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1、电极材料,1.1 电极,电极是铁合金电炉的关键性部件,是短网的一部分。铁合金电炉冶炼就是通过电极,将来自电网经过炉用变压器变为低电压、大电流的电能输送到炉内,并通过电极电弧和炉料电阻,熔融炉渣和金属的电阻,把电能转变成热能,以满足冶炼所需的高温条件和补充化学反应所需的热量。,2.1.1 电极的分类、性能及其用途,2.1.1.1 电极的分类(1)对电极材料的要求:导电性要好,比电阻(长为1m,横截面积为1mm2的导体的电阻值,单位为mm2/m)要小,以减少电能的损失,减少短网压降,提高有效电压,提高熔池功率;熔点要高;线膨胀系数要小,当温度急变时不易变形,不能因温度变化带来的内应力产生细小的裂缝
2、而增加电阻;高温下要有足够的机械强度;杂质含量要低,而且杂质不污染所熔炼的产品。来源广、价格低廉的碳质还原剂同时具备上述各要求,是一种良好的电极 材料。,2.1.1 电极的分类、性能及其用途,(2)分类 碳质电极按其加工制作工艺不同分为三种:碳素电极、石墨电极和自焙电极。碳素电极是以低灰分的无烟煤、冶金焦、沥青焦和石油焦为原料,按一定的比例和粒度组成,混合时加人粘结剂沥青和焦油,在适当的温度下搅拌均匀后压制成型,最后在焙烧炉中缓慢焙烧制得。石墨电极以石油焦和沥青焦为原料制成碳素电极,再放到温度为20002500的石墨化电阻炉中,经石墨化而制成。,自焙电极是用无烟煤、焦炭以及沥青和焦油为原料,在
3、一定温度下制成电极糊,然后把电极糊装入已安装在电炉上的电极壳中,经过烧结成型。这种电极可连续使用,边使用边接长边烧结成型,自焙电极因工艺简单、成本低,因此被广泛用于铁合金电炉、电石炉等。自焙电极在焙烧完好后,其性能与碳素电极相差不大,但其制造成本仅为石墨电极的1/8,是碳素电极的1/3。,2.1.1.2 电极的主要性能,电极的主要性能,2.1.1.2 电极的主要性能,2.1.2 自焙电极的制作,自焙电极由电极壳和电极糊构成。自焙电极的外壳由薄钢板焊接成,安装在使用电极的电炉炉膛顶上,加入壳内的电极糊经高温焙烧制成自焙电极。自焙电极没有接头(而石墨电极接头占15%-20%),直径可大些,生产工艺
4、较简单,成本低廉。,2.1.2.1 电极壳,作用赋型和保护电极不受氧化;作为导电元件,当电极未烧好时能承受大部分电流,起导电作用;下放电极时,承受整个电极的自重,并能提高电极的机械强度。电极壳的钢板用碳素钢板制作,不能用生锈变质的钢板。,2.1.2.1 电极壳,2.1.2.2 电极糊,(1)原料 制造电极糊的原料由固体碳素材料和黏结材料组成,电极糊质量的好坏,与材料配方及工艺有关。固体碳素材料有无烟煤、冶金焦、石油焦、沥青焦及碎石墨电极;黏结材料有沥青和煤焦油,加入煤焦油是为了调整软化点。电极糊中的粘结剂在烧结过程中分解成挥发物排除,残碳转变为坚固的焦炭网,起焦结作用,使电极成为坚硬的整体。,
5、2.1.2.2 电极糊,无烟煤要求灰分小于8%,挥发物含量小于5,含硫量低。需用竖炉或回转窑在隔绝空气的条件下,经1200煅烧;18-24h,除掉挥发分,增加热稳定性和导电性,提高强度。无煤烟的优点是价格低、含碳高、挥发分少、机械强度高、致密。冶金焦的灰分要小于14%,用时需经低温煅烧和烘干。石油焦是由石油残渣经焦化制得。沥青焦是以炼焦油为原料,经高温干馏或延迟焦化而制得。要求两种焦灰分均小于1%,沥青焦的挥发物含量通常小于1%,而石油焦挥发分含量要小于7%,两种焦均需煅烧后才能使用。沥青是由炼焦油初步分馏所得的沸点大于360的残留物,俗称柏油,根据其软化点又分为硬沥青、中沥青和软沥青,生产电
6、极糊通常采用的是软化点为6575的中沥青,含游离碳为18-25%,挥发分55%,-70%,灰分小于0.5%,水分小于5%。煤焦油是由煤干馏而得到的褐色到墨色的油状产物。要求含水量小于4%,灰分不大于0.15%,游离碳含量不大于10%。沥青和煤焦油都需要脱水后使用。,电极糊的配方,2.1.2.2 电极糊,2.1.2.2 电极糊,(2)电极糊的生产过程,自焙电极的烧结,自焙电极的烧结过程是随着温度的升高,黏结剂逐渐分解排出挥发物的过程。,自焙电极的烧结,自焙电极的烧结,第一阶段称为软化段,温度从室温升到200,电极糊由块状熔化。此间,仅其中的水分和低沸点的成分开始挥发。第二阶段称为挥发段,温度从2
7、00升至600,此间已全部熔化的液态电极糊中的粘结剂全部开始分解、气化,排出挥发物,尤其在400左右进行得更为激烈,电极糊由可塑性状态逐渐变成固态。第三阶段称为烧结段,温度从600升到800,此时少量的残余挥发物继续挥发,经4-8h,当电极从铜瓦中出来后,电极烧结基本结束。,电极在烧结过程中的物理化学变化,电极糊在烧结过程中,随着温度升高,挥发物含量逐渐降低。电极糊在低温时比电阻很大,在焙烧过程中,比电阻逐渐降低。当温度低于100时,由于沥青熔化,电极糊比电阻上升;当温度为100-700时,比电阻大幅度降低;当温度继续并高,比电阻平稳降低。因此,大部分电流是通过铜瓦下部已烧结好的电极输入到炉内
8、,而铜瓦在电极糊未烧结好的部位时,电流大部分通过电极壳输入到炉内,这便有可能烧穿电极壳而产生漏糊事故。电极在焙烧过程中强度逐渐增加,温度低于400时,电极变软,机械强度在下降;但当温度为400-700时,电极机械强度急剧上升到最大值;再加热至1200时保持不变。,电极在烧结过程中的物理化学变化,表25 电极焙烧速度对其质量的影响,2.1.4 自焙电极的接长和下放,2.1.4.1 电极壳的接长 在冶炼过程中电极不断的消耗和下放,需及时接长电极壳和添加电极糊。电极壳在装接之前,必须进行检查,如发现变形不圆时,要矫圆,凡变形严重、焊缝脱落和生锈严重的电极壳不得使用。新装上的电极壳要插人原有的电极壳上
9、,并保持上下两节垂直,而且筋片需完全吻合对齐。接长电极壳应采用气焊焊接,焊接时,先在圆周的四等分处焊上四点,然后再连续地焊好整个圆周,焊缝要密实、平整和均匀。带有钢带的电极,两根钢带应分别垂直地焊在电极壳的二等分处;并且随电极的下放,每隔300-400mm均衡地对焊两段,每段焊缝不应小于100mm。,2.1.4.2 添加电极糊,电极糊存放时应保持洁净,如表面有灰尘或泥土要除掉。添加电极糊前对电极糊进行破碎,粒度不能大于筋片距离,否则可能会出现悬糊事故。电极糊的添加量应按规定加入。糊柱高度的控制量与炉子容量、电极直径的大小、炉子工作条件、电极糊的性质及生产季节变化有关,但主要决定于电极直径的大小
10、。,2.1.4.2 添加电极糊,2.1.4.3 电极的下放,在熔炼过程中电极的工作端应保持一定长度,并且其消耗速度与焙烧随度相适宜,这样就需按一定的间隔时间和一定的长度下放电极是电极处于正常工作状态。然而实际并非如此,由于熔炼操作上的某些原因,电极埋入料过浅,不能按规定时间下放电极时,易引起电极过烧;相反,电极埋入辽中过深电极焙烧跟不上时,易发生漏糊盒软断事故。所以,不能忽视冶炼操作对电极正常烧结的影响,保证正常的冶炼操作,有助于电极处于正常的工作状态。保证按规定下放电极,一般无压放装置的小型电炉每8-12h下放200mm;有压放装置的大、中型电炉应本着勤放少放的愿者,每隔1h或2h下放20m
11、m或50mm。,2.1.4.3 电极的下放,电极消耗长度基本上就是下放长度。三相电极每昼夜下放量等于每昼夜消耗量。三相电极每昼夜下放量=3Sh S=D2/4 三相电极每昼夜消耗量PQ 因为三相电极每昼夜下放量等于每昼夜消耗量,则有 3 D2/4h PQ则 h=4PQ/3 D2,2.1.4.3 电极的下放,如果一台电炉的电极直径为1000mm,冶炼硅75,昼夜产量为27t,则每相电极一昼夜应下放长度为:h=4PQ/3 D2=4 2758 1000 1000/33.14 10002 1.5=443mm,2.1.4.3 电极的下放,每相电极一昼夜应下放450mm,如采用顶紧式把持器,每昼夜下放3次,
12、每次下放长度约为150mm。实践经验证明,电极每次下放量不应超过铜瓦长度的1/4,每次下放长度不大于200mm。,2.1.4.3 电极的下放,下放电极应注意以下事项:铜瓦下端距料面200300mm时、才可以下放电极,以防产生电极下陷现象。为了保持电极正常的烧结过程,一般情况下,每相电极下放的时间间隔不少于8h,不大于24h。将铜瓦、水圈上挂的灰清理干净。降低该相电极负荷。按规定的操作顺序和安全规程下放电极。下放电极时,如发现流糊或有软断的可能时,应立即停电,同时坐回电极(即将铜瓦退回原位置),并拧紧铜瓦。下放电极时,如发现电极烧结不良,应坐回电极或缓慢提升负荷。电极下放之后,要存细观察,以防发
13、生电极事故。,2.1.4.3 电极的下放,电极下放一般在出铁后进行,以免由于电极的上下移动而破坏炉内正常的熔炼过程和出铁出渣。下放电极时,应降低该相电极负荷,其原因如下:已装入电极壳内的电极糊,在铜瓦的上半部分仍未烧结好;电导率不均匀。如果下放电极时不降低负荷,下放时电极突然向下移动,电流剧增,这时电极壳的导电性仍比电极糊的导电性强,大量电流沿电极壳通过,容易击穿电极壳,而使电极产生流糊或软断。下放电极降低负荷可减少或防止在铜瓦部位发生打弧现象。下放电极时电流突然增大,如不降低负荷,容易引起“跳闸”。,2.1.4.3 电极的下放,下放电极的操作一般情况下是正常的,但有时下放电极工作不顺利,影响
14、冶炼的正常进行,电极放不下来,往往有以下几种原因:电极壳焊接质量较差。电极壳接长时没有对准中心线,角度相差较大,或者从电极壳焊缝处流出较多的电极糊与铜瓦烧结,或电极壳几何形状不合要求,均易使电极被卡住。压放式的操作顺序搞错,或油压缸压力不足。电极过早烧结,电极在铜瓦的上端失去可塑性,将电极卡住。电极壳内糊柱高度过低,自重过小,电极不易下来。采用不合理的下放电极操作,多次顶电极,使电极壳变形。,2.1.5 自焙电极常见事故及其处理,电极事故会引起停电或降低负荷,造成炉况恶化,而炉况又反作用子电极,使电极焙烧不良,造成折断电极等恶性电极事故,而且兰相电极之间也往往会互相影响,其结果往往会形成恶性循
15、环,使技术经济指标全面降低。自焙电极很少断裂,但也会因操作不当或某种原因产生事故。常见的事故有:过早烧结、电极糊悬糊、漏糊、软断和硬断。,2.1.5.1 过早烧结,过早烧结是指在电极下沿300mm以上,甚至在铜瓦上沿以上就已烧结变硬。过早烧结的电极会使铜瓦夹不紧,造成打弧,烧坏铜瓦。产生过早烧结的原因有:铜瓦冷却强度不够;铜瓦与电极接触不良,接触电阻增大,造成局部过热甚至打弧,使局部电极糊烧结加快;因冶炼原因造成电极下插困难,长时间没有下放电极;炉料透气性不好,刺火严重而频繁,使电极周围热量过分集中。解决的办法有:降低该相电极负荷、加强电极冷却。,2.1.5.2 电极糊悬料,电极糊悬料是由于电
16、极糊块大,电极糊悬在电极壳内,使糊柱内出现较大空间。产生的原因有:糊柱上部温度低,使电极糊不能熔化下沉,电极糊块大或夹在两筋片之间而绷住。电极糊悬料多发生在冬季和新开炉期间,并多见于封闭电炉或糊柱太高的情况。此时要及时处理,否则会烧坏铜瓦、电极壳,出现电极脱落。悬料状态可靠测量糊柱高度来判断,当出现悬料时可用以下方法解决:用木棒敲击电极,促使悬料下落;在电极铜瓦上沿用火焰烘烤,并关小铜瓦冷却水;对敞口炉可停止送风,使其熔化下落;用重锤从电极壳内砸落悬料;对封闭炉,必要时可停电,割开悬料处的电极壳,捅落悬料或加温使其熔化下落,再焊上切下部分的电极壳。,2.1.5.3 漏糊,液态电极糊从电极壳损坏
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