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随着中国钢铁行业的发展,UHP石墨电极市场需求量越来越大,对超高功率电弧炉用石墨电极的使用性能要求也越来越高,加深对UHP石墨电极生产用粘结剂沥青的生产和应用研究,具有非常重要的意义。
在实验中,以CONOCO针状焦为骨料,分别以中温沥青和改质煤沥青为粘结剂,采用相同的工艺配方,加入不同比例添加剂,制得小样。借助偏光显微镜、扫描电镜和热失重等对小样理化性能进行表征,探讨了采用改质沥青生产超高功率石墨电极的工艺生产技术。小试研究表明,与中温煤沥青相比,改质煤沥青固定炭含量高出10%,粘结力更强,可将UHP电极一次焙烧试样的体积密度提高0.06g/cm3,机械强度提高16%。通过偏光显微镜图象研究,改质沥青焦化后形成的焦炭具有流线型结构,更容易石墨化,对提高UHP石墨电极的理化性能和实物质量具有重要的作用。但是,在同样温度条件下,改质沥青的动力黏度比中温沥青大,流动性较差。因此要适当提高混捏和挤压生产过程中的工艺温度,并且加入一定比例的硬脂酸添加剂,以降低改质沥青的软化点和粘度,改善糊料的塑性,以保证良好的糊料塑性和稳定的挤压压力和速度,保证产品内部结构优良。
在小试研究的基础上,在工业化装置上中试生产φ700mmUHP石墨电极。中试研究表明,改质沥青热稳定性比中温沥青高,受热挥发分逸出温度偏向高温侧。因此,在热处理过程,需要根据其热失重特点和工业化焙烧炉温度场测试结果,对现行的中温沥青产品焙烧升温曲线做相应的调整,延长其挥发分集中逸出阶段的对应时间。在此基础上,根据改质沥青产品的特点,调整了浸渍工序各种工艺参数,优化了工艺流程,减少了一次焙烧和浸渍工艺处理,并可以适当缩短石墨化送电曲线,加快石墨化升温速度,降低送电时间和消耗。中试研究得到的φ700mmUHP石墨电极理化性能如下:体积密度1.75g/cm3,抗折强度13.2MPa,弹性模量8.3GPa,热膨胀系数1.1×10-6/℃,电阻率4.1~4.8μΩ·1m,性能已达到国外大规格超高功率石墨电极产品指标。
炼钢试验结果表明,在UHP电极的生产中采用改质沥青做粘结剂,并对相应的工艺参数和生产流程进行改进和优化,提高了UHP石墨电极的抗热震性,减少电极在使用中的开裂掉块,降低了炼钢单耗,可以极大的提高UHP石墨电极的使用性能。