工业硅电炉用无铁自焙电极探讨

第５期总第２１３期　１０月　冶金丛刊　Ｓｕｍ．２１３　Ｎｏ．５　Ｏｃｔｏｂｅｒ　２　０　１　４　２　０　１　４年ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ　Ｃ０ＬＬＥＣＴ１０ＮＳ　工业硅电炉用无铁自焙电极探讨　何小云　（中冶东方工程技术有限公司，北京０１４０１０）　摘要本文详细介绍了工业硅电炉用无铁自焙电极的结构组成和优缺点，以及在生产应用中的好处和它的经济　无铁自焙电极工业硅碳素电极石墨电极　效益。　关键词中图分类号：ＴＦ７４２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—３８１８（２０１４）０５—００４６—０３　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　ｏＮ　ＩＲｏＮ—ＦＲＥＥ　ＳＥＬＦ—ＢＡＫＩＮＧ　ＥＬＥＣＴＲｏＤＥ　ＦｏＲ　ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ　ＳＩＬＩＣｏＮ　ＥＡＦ　Ｈｅ　Ｘｉａｏｙｕｎ　（ＢＥＲＩＳ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　０１４０１０）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ｔｈｅ　ｉｒｏｎ——ｆｒｅｅ　ｓｅｌｆ——ｂａｋｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ＥＡＦ，ｉｔｓ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ｉｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｐｐｌｉ—　ｃａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｉｒｏｎ—ｆｒｅｅ　ｓｅｌｆ—ｂａｋｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ；Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｓｉｌｉｃｏｎ；Ｃａｒｂｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ；Ｇｒａｐｈｉｔｅ　ｅｌｅｃ－　ｔｒｏｄ　．　１　前言　铁合金是钢铁工业和机械铸造行业必不可少的　重要原料之一，其主要用途：一是作为脱氧剂，消除　钢液中过量的氧；二是作为合金元素添加剂，改善钢　下搅拌均匀后压制成形，最后在焙烧炉中缓慢焙烧　制得。石墨电极是以石油焦和沥青为原料制成碳素　电极，再放到温度为２２７３～２７７３Ｋ的石墨化电阻炉　中，经石墨化而制成石墨电极。自焙电极是用无烟　的质量与性能。随着我国钢铁工业持续、快速地发　展，钢的品种、质量的不断扩大和提高，对铁合金产　品提出了更高要求，铁合金工业日益成为钢铁工业　的相关技术和配套工程。近三十多年来，随着钢铁　煤、焦炭以及沥青和焦油为原料，在一定温度下制成　电极糊，然后把电极糊装入已安装在电炉上的电极　壳中，在电炉生产过程中依靠电流通过时所产生的　焦耳热和炉内传导热，自行烧结焦化。这种电极可　工业的发展和科学技术的进步，世界铁合金工业生　产在品种、冶炼工艺、技术装备、节能降耗、环境保　护、能量回收和资源利用等技术方面都有迅速的发　展和突破。　连续使用，边使用边接长边烧结成形，且可焙烧成大　直径的。自焙电极不仅工艺简单，成本也低，因此被　广泛用于铁合金生产。　电极材料应具有下列物理化学特性：　矿热炉冶炼所用电极有碳素电极、石墨电极和　１．导电性要好，电阻率要小，以减少电能的损　自焙电极三种。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，混合时加入粘结剂沥青和焦油，在适当的温度　作者简介：何小云（１９８３一），女，本科，工程师　失，减少短网压降，提高有效电压，以提高熔池功率；　２．熔点要高；　３．热膨胀系数要小，当温度急变时，不易变形，　一）ｒＩｒ暑。一／ｆ　最蹄　一ｇ　第５期　何小云：工业硅电炉用无铁自焙电极探讨　不能因温度变化带来的内应力产生细小的裂缝增加　电阻；　５．杂质要低，而且杂质不污染所冶炼的品种。　碳素电极、石墨电极和自焙电极的主要技术性　能如下表１和图１、图２所示。　表１　电极的主要技术性能　４．高温下要有足够的机械强度；　墨电极和碳素电极，。但随着工业硅电炉的不断发　展壮大，电炉容量也在不断增大，目前国内在建的工　业硅电炉炉容大部分为３０　０００ｋＶＡ、３３　０００　ｋＶＡ，最　小的炉容也是２７　０００　ｋＶＡ。对应这些炉子的电极　直径，２７　０００　ｋＶＡ的电极直径为１　２７２　ｍｍ，３３　０００　ｋＶＡ的电极直径已经达到１　３２０　ｍｍ。目前国内最　大的石墨电极直径为１　２７２　ｍｍ，碳素电极倒是有大　直径的，但是从表１、图１和图２可以看出，碳素电　极的性能要比石墨电极的性能差很多，而且石墨电　图１　碳素电极和石墨电极的导热率与温度的变化情况　极的价格有又比碳素电极的价格便宜，所以综合起　来，石墨电极的性价比比碳素电极的性价比要高，所　以如果电炉容量再增加的话，那么国内现有的石墨　电极尺寸已无法满足发展的需要。所以无铁自焙电　极有着很大的发展空间，原因在于无铁自焙电极所　用的石墨电极直径比较小，国内厂家有生产，性价比　也比较高，同时电极糊的价格也较低，石墨电极和电　极糊焙烧好的无铁自焙电极的性能虽然比单纯的石　墨电极的性能差一些，但也能满足工业硅冶炼的要　求，但价格上就降低了很多。据报道，目前国内只有　温厦／℃　一家工业硅生产企业使用无铁自焙电极，它的设备　图２碳素电极和石墨电极的电阻率与温度的变化情况　是从国外引进，使用效果不错。据计算每生产一吨　工业硅用无铁自焙电极的话就会比用石墨电极节省　１０００元左右的成本，对于１０万吨／年产量的大企业　来说，所节约的资金将是一笔不小的数目。所以开　发无铁自焙电极是必然的趋势。　由于冶炼工业硅对铝、钙、铁含量限制比较严　格，所以对原料的要求也比较严格，自焙电极在生产　过程中电极壳消耗比较快，所以带人产品中的铁量　也比较大，对产品的质量影响很大。所以冶炼工业　硅不能用自焙电极，一般冶炼工业硅所用电极为石　・４８・　冶金丛刊　第２１３期　２项目主要研发内容　无铁自焙电极是集石墨电极和自焙电极于一体　的电极，无铁自焙电极由电极壳、电极糊和石墨电极　组成，并且由大、小两套抱闸抱紧，大抱闸主要用来　抱紧电极壳，小抱闸主要用来抱紧石墨电极。在自　焙电极中心插入一个小直径的石墨电极，小直径的　石墨电极表面上每隔一定的间距加工一个凹槽，增　小抱闸的上抱闸上升一小抱闸的上抱闸抱紧一小抱　闸的下抱闸打开一小抱闸的上抱闸下降一小抱闸的　下抱闸抱紧一压放结束。当电极需要倒拔时，其程　序是：大抱闸的上下两个抱闸抱紧一小抱闸的下抱　闸打开一小抱闸的上抱闸上升一小抱闸的下抱闸抱　紧一小抱闸的上抱闸打开一小抱闸的上抱闸下降一　倒拔结束。在此程序实现的过程中，电极壳始终不　加电极糊与石墨电极的接触面积，使电极糊更好地　与石墨电极烧结在一起，同时电极壳内无筋片，这样　动，达到了产品不增铁的效果。但是当冶炼到一定　程度时，电极壳或多或少会消耗一部分，此时需要弥　补消耗掉的电极壳，则电极壳的压放与倒拔程序为：　压放时，小抱闸的上下抱闸均抱紧一大抱闸的上抱　在生产的过程中，电极糊在焦耳热和传导热的作用　下不断烧结焦化，最终与石墨电极芯烧结在一起。　当电极消耗一定的长度后，电极需要压放，由于此时　电极糊和石墨电极已经烧结成一体，而且电极壳内　也没有筋片，抱紧电极壳的大抱闸不动，依靠抱紧石　墨电极的小抱闸的作用力使烧结好的电极和电极壳　做相对运动，达到电极下放、电极壳不动的目的，这　闸打开一大抱闸的上抱闸上升一大抱闸的上抱闸抱　紧一大抱闸的下抱闸打开（同时压力环松开）一大　抱闸的上抱闸下降一大抱闸的下抱闸抱紧（同时压　力环抱紧）　压放结束。　３经济效益分析　与单纯用石墨电极和碳素电极相比，由于电极　糊比石墨电极和碳素电极的价格都低，所以无铁自　焙电极能很好地降低生产成本，节省投资，即在一定　程度上体现了其自身的经济效益。　样既能保证电极的正常压放，又不会使电极壳的铁　带入到炉内，即不会影响到产品的质量。但是由于　炉内的温度比较高，电极壳或多或少会有到一定的　损耗，一般电极壳的消耗量为１０　ｅｍ／天，电极壳厚　度按３　ｍｍ计算的话，那么每吨硅的增铁量为　０．０２％，此量对于产品的质量影响不大。　无铁自焙电极在需要倒拔与压放时，大小两套　抱闸需要密切配合才能达到生产的需要，。当电极　４　结论　通过对无铁自焙电极的研究、设计以及在实际　工程中的应用，该装置的最大突出优点即为降低生　产成本。　以下为无铁自焙电极的附图：　需要压放时，其程序是：大抱闸的上下两个抱闸抱紧　＿÷小抱闸的下抱闸也抱紧一小抱闸的上抱闸打开一　参［１］成大先．机械设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００８．　考文献　［２］　赵乃成，张启轩．铁合金生产实用技术手册［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９８