中國鐵合金網訊：電極糊在電石行業中的應用研究

電極糊在電石行業中的應用研究

蘭州陽光炭素有限公司

作者：海秉良、黃永壽、海秉龍、呼友明

緒論

我國電石行業起步于上世紀30年代，1958年起，原國家化工部統一布點設計，在全國建成了十幾臺10000KVA的開放式電石爐；上世紀80年代，國家化工部從挪威?？瞎疽M組合式把持器的矮煙罩25500KVA密閉爐，進一步推進了電石密閉爐在我國的發展；進入21世紀，受原油價格的持續上漲，以電石法乙炔為原料的有機合成工業快速發展，煤炭資源相對豐富的新疆、內蒙、寧夏、陜西等省相繼建成集發電、焦化、電石生產和化工生產為一體的高效節能、循環式，規?；a業結構鏈，使我國電石工業進入井噴式的發展高潮。我國的電石行業經過80余年的發展，現在已經成為化學工業的一個重要組成部分。

我國電石行業的發展，帶動了我公司的炭素產品生產技術的進步，我公司技術進步和創新的同時也對電石行業的快速發展作出了應有的貢獻。蘭州陽光炭素集團公司自建立以來，在董事長和總經理的正確領導下，積極探索電極糊產品的原料、配方、生產及工藝流程，使我公司電極糊產品有了長足的發展與進步，現階段有200多臺電石爐使用我公司電極糊，其中大型密閉電石爐市場占有率達50%以上。公司建立初期，我公司電極糊產品僅供5000KVA和6300KVA的電石爐使用，但我們并沒有被當時的模式所束縛，而是積極探索中、大型電石爐使用的產品。在不斷的探索實驗和虛心采納同行專家的意見及建議的基礎上，不斷改進技術，電極糊的生產從小作坊式半機械化生產發展到現在的PLC電腦自動化控制配料，使得陽光炭素的產品獲得周邊電石企業的認可和好評。2001年新疆環鵬10000KVA電石爐、甘肅博祥10000KVA電石爐和甘肅維尼綸廠20000KVA等電石企業使我公司電極糊走出小型爐，邁向中型電石爐，新疆天業16500KVA、青海東勝25500KVA以及中泰化學30000KVA等電石爐企業的訂單又迫使我們成功開發出大型電石爐用電極糊產品。

我公司董事長海秉良先生，以超常的智慧和理念創建了研發優質電極糊的科研團隊，成立了研發部，并與湖南大學共同設立節能自焙電極研發基金，不斷進行產品的技術創新和升級換代。在2010年和2012年，分別在烏海和新疆建成烏海陽光炭素有限公司和新疆陽光炭素有限公司，產能高達100萬噸，確保我公司生產的電極糊數量夠、質量好。為了讓客戶能夠放心使用我公司電極糊，公司成立了專為客戶解決電極使用問題的服務團隊，相互學習技術經驗，加大與客戶溝通交流，誠信、熱情、周到的為客戶服務，以客戶的滿意為宗旨?，F在我公司已經可以生產供48000KVA電石爐使用的電極糊，并有能力研發生產出更加大型化電石爐使用的優質特種電極糊。

在電石爐設備中，電極是電石爐的“心臟”，電極的好壞直接影響電石生產，電極是以電極糊為主要原料，由電石生產者焙燒而成，電極糊的質量和電石生產者的操作水平共同影響著電極質量。電極在電石爐中起著傳導電流和將電能轉換成熱能的作用，在電石生產中，電流通過電極輸入爐內產生電弧，主要利用電弧能釋放熱量并高溫冶煉生產電石產品。電石爐生產運行效果的好壞直接取決于電極是否處于正常工作狀態，電極如果出現問題，如硬斷、軟斷、過短、過長、破裂、漏糊、刺火等事故，都會影響電石的正常生產，有時會造成幾小時甚至幾天的停爐，嚴重時可能發生人身事故，對人力、物力、財力都是極大的浪費。因此，了解和掌握電極上的設備及電石爐的電氣參數對電極的工作狀態的影響非常重要，只有掌握了這些知識，才能讓電極使用正常，減少電極事故，降低經濟損失，如果不重視電極的管理，就會導致電極事故，造成不必要的停電，給安全和正常生產帶來不良后果。

電極糊的產品質量直接影響著電極的焙燒質量和使用效果，因此，電石生產管理者對于密閉式電石爐使用的電極糊產品質量不斷提出更高的要求。優質電極糊必須具有連續的穩定性，適宜的流動性，良好的導熱性，高度的抗氧化性和優良的導電性；同時電極應能夠耐高溫，熱膨脹系數要小，具有較小的氣孔率，較低的電阻率以降低電能損耗；還要具有較高的機械強度，不致因機械、電氣負荷的影響和爐料崩塌導致的輕微沖擊使電極折斷。

第一章自焙電極概述

礦熱電爐生產（電石、鐵合金、黃磷和工業硅等產品）所用的電極多為炭和石墨電極，其具有良好的導電、導熱性和抗熱震性能，在高溫時熱膨脹系數小、機械強度高、熱導率高。這類電極可分為三種：石墨電極、炭電極和自焙電極。

石墨電極以石油焦和瀝青焦為主要原料先制成炭素電極，再放到溫度為2000~2500℃的石墨化電阻爐中，經石墨化制成石墨電極，石墨電極由于成型機的限制，其直徑一般不超過800mm，滿足不了大電爐的要求，而且價格居高不下，石墨電極每噸13000~40000元。

炭電極以無煙煤、殘極、冶金焦和石油焦為原料，按一定的比例混合再加入粘結劑瀝青和焦油，在適當的溫度下攪拌均勻后壓制成型，最后在焙燒爐經30天左右的時間緩慢焙燒制得，炭電極每噸8000~15000元。

自焙電極（糊）以無煙煤、殘極、石墨碎、石油焦和瀝青為主要原料，通過一定工藝流程制備而成，把電極糊裝入已經安裝在電石爐上的電極筒中，在電石爐生產的過程中依靠電流通過時所產生的焦耳熱和爐內的傳導熱，自行焦化燒結。自焙電極可連續使用，邊使用邊接長邊燒結成型。制做自焙電極的工藝較為簡單，生產周期較短，但其對原料和配料配方以及技術指標控制等要求很高。電極糊已廣泛地應用于電石、鐵合金、黃磷等各種礦熱電爐的生產中。

1.自焙電極

自焙電極也稱索德伯格電極，其發展歷史可追溯到1909年，當時挪威工程師索德伯格做了這樣一個實驗，將未經焙燒的炭素材料放在電爐中，利用輸入電流的焦耳熱和電爐表面輻射熱來焙燒，結果成功獲得自焙電極。

自焙電極由電極筒及其內部的電極糊組成，電極筒由厚1~2.5mm的鋼板卷制焊接而成，內有翅片和鐵筋，起到傳遞電流并增加電極強度的作用。電極筒的立筋和橫截面的開孔，解決了電極糊與電極筒的脫離問題，使得電極筒和電極糊結合得更牢固，便于電流傳導。電極筒安裝在電極把持器內，通過電極夾緊裝置延伸到爐中反應區內。電極在爐內工作時不斷地消耗，所以要不斷地下放電極、填裝電極糊和焊接新的電極筒。

電極糊裝入電極筒內，與電極筒同時向下移動，不斷地消耗，不斷地補充，在此過程中，電極糊要經過三個相態變化，即固態—液態—固態。在室溫（25℃）時電極糊為固態，當溫度由25℃上升到120~250℃時，電極糊融化成稀糊狀，同時電阻增大，溫度再升至300~750℃時電極糊中的揮發分物質揮發而逐漸變粘稠，成焦狀物質，電阻逐漸變小，當溫度達到800~900℃時，電極糊基本燒結成電極，在此轉化過程中電極糊的電阻率逐漸降低至100μΩm以下。

經過1000℃以上的高溫焙燒，電極糊完全炭化而成炭電極，在電石爐熔池內起到導電并轉化能量的作用，因為電極筒在不停電的情況下焊接，電極糊也是在不停電的情況下加入，電極不斷消耗，電極糊連續進行焙燒而形成電極，所以叫做連續自動焙燒電極，簡稱自焙電極。自焙電極廣泛用于電石爐和鐵合金爐，這種電極的特點是直徑可增大到2m，為應用到大負荷容量的礦熱爐創造了有利條件，并且價格低廉，操作簡單。

2.自焙電極的指標要求

     我國黑色冶金行業對電極糊質量要求的標準于上世紀八十年代制定，將電極糊分為密閉糊、標準電極糊和化工電極糊，經過電石行業大型密閉電石爐在國內突飛猛進的發展，以及各種技術日新月異地的創新和升級，現有的電極糊國家標準早已經遠遠不能滿足電石行業對電極糊的質量要求。根據國家對環保要求及落后產能的調控政策，現在6300KVA以下的電石爐都在逐步淘汰，電極糊中的標準電極糊和化工電極糊已經基本淘汰，更大型化的電石爐對電極糊質量有著更高的要求。

蘭州陽光炭素集團公司十幾年來一直致力于密閉電石爐使用電極糊的研發，針對電石爐爐型、幾何參數、電氣參數、工藝參數、設備特性及電極殼尺寸等詳細的電爐信息，為客戶的各種電石爐量身定做出使用合適的電極糊，并根據客戶實際生產的使用效果進行微調，使電極糊的各項指標與客戶的爐型、工藝操作得到很好地匹配，現在形成了自己的五類指標的電極糊，以方便各種客戶的選擇。

第二章自焙電極生產原料

電極糊的理化指標在很大程度上取決于所用的原料，同類原料若產地和制備方法不同，所生產的成品質量也有很大的差異，因此，必須正確的選擇原料，才能生產出符合技術指標要求的電極糊。制備電極糊的原料基本有以下兩類：固體炭素原料（無煙煤、殘極、石油焦、石墨碎）和粘結劑（瀝青、煤焦油、蒽油）。各原料的性質和指標簡述如下。

1.煅后無煙煤

煅后無煙煤是電極糊的主要成分，含碳量一般在90％以上，具有較高的機械強度。煅后無煙煤可分為電煅無煙煤和普煅無煙煤，它們都結構致密、局部石墨化、導電性能好、收縮率小。當電極燒結后，它就成為電極的骨架，其特點是含碳量高，機械強度大，揮發分少，價格低，資源豐富，具有良好的導電性能和熱穩定性。

采用通電加熱方式煅燒出來的無煙煤稱之為電煅無煙煤。電煅爐內周圍最高溫度約2200℃，靠近爐襯附近的溫度大于1350℃，爐內平均溫度1800℃左右，無煙煤經電煅燒后已經局部半石墨化，以此電煅無煙煤做骨料，可提高有關炭制品的強度和導電性。

用普通燃料燃燒方法煅燒的無煙煤稱為普煅無煙煤，其煅燒溫度一般低于1300℃。普煅無煙煤電阻率比電煅無煙煤高且灰分也較大，但強度較好，電極糊里添加部分普煅無煙煤有利于提高強度。

2.殘極

殘極是預焙陽極在電解槽上使用以后的殘余部分。在預焙陽極的使用周期內，隨著炭陽極被逐漸消耗，陽極炭塊變得很?。?3~18cm），為防止陽極鋼爪被電解質熔化，必須更換新的陽極炭塊組，為此而取出的這些殘余炭塊即為殘極。殘極量一般占預焙陽極量的15%~20%。

殘極長期與電解質接觸，含有較高的電解質成分，外表常附有電解質所形成的硬殼。對于更換下來的殘極組，應先清除殘極表面的電解質硬殼，然后用殘極壓脫機或人工操作使殘極與鋼爪分離。

為了在電極糊生產中重新利用殘極，殘極上的殘余電解質應認真清理，因為電解質會影響電極糊的焙燒性能及電極的強度和抗氧化性。清理后的殘極經過破碎、篩分，分成不同的粒度，在電極糊的生產配料時，殘極顆粒作為一種骨料顆粒加入。

3.煅后石油焦

石油焦是石油提煉時的殘渣經過高溫處理而炭化的產物。其特點是灰分雜質含量低，高溫下液相排列，易石墨化，它是石油煉制過程中的副產品之一。

從煉油廠出來的石油焦一般是生焦，內含約10~14%左右的揮發分，石油焦需要1350℃高溫煅燒去除揮發分后才能作為炭素原料使用，石油焦的煅燒質量可通過測定煅后石油焦的真密度、電阻率、灰分、揮發分和水分等項指標來評價，這些質量指標的高低主要取決于煅燒溫度和高溫下的持續時間。高溫及持續時間越長，相應的電阻率越低，真密度越大。煅后石油焦在高溫下具有膨脹系數小、熱穩定性好、易石墨化等特點，是制造電極糊的優質材料。

4.石墨碎

石墨碎是在生產各種石墨制品時，生產時的廢品以及加工時產生的切削碎屑?；曳趾康?、電阻率小、導電性能好。生產電極糊時加入一定比例的石墨碎，可以增加電極的導電系數和熱穩定性，但強度有一定程度的下降。

5.冶金焦

冶金焦是用煉焦煤按一定配比在焦爐中高溫干餾焦化而得到的焦炭。冶金焦可用于生產各種炭塊和電極糊等炭制品，還可作為焙燒爐的填充料以及石墨化爐的保溫料和電阻料，冶金焦一般情況下與無煙煤混合使用，冶金焦能與粘結劑緊密結合，從而提高炭素制品的機械強度。冶金焦灰分較高，炭素制品用冶金焦主要質量指標如下。

冶金焦生產出來時含大量的水分，需要曬干后才能使用，由于冶金焦生產工藝是在近1000℃結焦，所以不需要進一步煅燒，曬干后可以直接用于電極糊生產，添加少量冶金焦有利于提高產品強度，但同樣也會一定程度提高產品電阻率，適用于低功率爐型，增加電阻熱，提高燒結速度。

石墨化冶金焦是用于石墨化爐的保溫料和電阻料的冶金焦經石墨化溫度加熱之后的產品，石墨化冶金焦保留原冶金焦高強度的基礎上，極大的降低了電阻率，粉末電阻率有時低至260μΩm以下，是一種非常好的電極糊原料，在應用于高功率電石爐的電極糊中可適量添加。

6.煤瀝青

煤瀝青為煤焦油蒸餾后的殘余物，主要含有稠環芳烴，脂肪族化合物很少，硫分和灰分都很低，煤瀝青是熱塑性物質，在常溫下為固體，稍加熱就能熔化成液體，在適當溫度下熔化成液態的煤瀝青，具有良好的粘結性能。煤瀝青屬于親油憎水物質，混捏時能很好地浸潤和滲透各種炭質物料的表面和孔隙，使炭質物料塑化而形成具有良好塑性狀態的糊料，容易壓制成一定形狀、具有足夠密度和強度的生坯，生坯冷卻后即能硬化而固定。

煤瀝青中高分子芳烴含量較多（即C/H原子比高），具有較高的含碳量和結焦值，焙燒時煤瀝青熱解縮聚生成較多的瀝青焦，把炭質骨料牢固地粘結成整體。煤瀝青炭化后形成的瀝青焦不僅將炭質骨料粘結在一起，同時賦予焙燒品較高的機械強度和導電導熱性能。煤瀝青炭化生成的瀝青焦具有與骨料相似的理化性能，具有較好的石墨化性能，是炭素材料生產中最理想的粘結劑材料。

來源：蘭州陽光炭素集團網站

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