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摘要：石墨电极作为LF精炼炉工作过程中重要的消耗物料之一，其消耗量的多少直接关系着精炼工序的生产成本。文章根据电极在工作过程中的主要消耗方式确定石墨电极消耗主要有端面消耗、侧面消耗和折断消耗三种，并对三种消耗的影响因素进行了详细分析研究。通过分析提出，合理的温度、供电、底吹气体流量控制和渣料使用等，可有效降低石墨电极的端部消耗，炉内微正压操作，并在电极表面喷涂抗氧化涂料，是减少电极侧面消耗的有效方法，钢包包沿钢渣的及时清理、规范电极操作及使用可大大减少电极折断事故发生几率。通过实践及跟踪对比，通过各环节严格控制及跟踪对比，最终达到了降低LF精炼过程电极消耗的目的。
关键词：LF炉；电极消耗；抗氧化涂料
LF精炼炉是国内外钢铁企业在进行钢水炉外处理时所采用的主要手段，具有良好的脱氧、造渣、调整钢水成分和温度等诸多功能，同时在提高钢水质量、稳定生产节奏等方面也起着重要的作用。在LF精炼炉工作过程中，其生产成本主要包括耐火材料消耗，电极消耗、电力消耗、氩气消耗以及合金料、造渣料消耗等等。其中电极消耗成本约占LF精炼炉总成本的20%左右。因此，减少电极消耗对于降低精炼成本具有重要意义。
1电极消耗分析
在LF精炼炉使用过程中，通过采用三相交流电与钢水之间形成的电弧对钢水进行加热。石墨电极作为导体其消耗方式主要有以下三种：端部消耗、侧面消耗和折断损耗。
1.1端部消耗
端部消耗是电极消耗的主要方式，包括三种形式：石墨升华、热剥落和侵蚀溶解，如图1所示。
（1）电极的主要成分是石墨，升华温度为3650℃。在电极加热过程中，弧光的表面温度超过5500℃,所以在精炼加热过程中，电极端部会发生升华。电流密度越大，则电弧温度越高，相应的电极端部蒸发速度越快［1］。
（2）电极端部的热剥落主要是由于各部位温差产生的热应力所引起。在电极起弧之前，电极温度较低，起弧后在热应力的作用下使其剥落，热应力随着电弧电流密度的增加而增大。
（3）在LF精炼炉工作过程中，为快速提高钢水温度，减少电弧对钢包包衬的热辐射，需采取埋弧操作，此时电极端部就要受到炉渣的冲刷侵蚀。
电极在炉渣中的反应式如下：
C+FeO=CO↑+Fe C+MnO=CO↑+Mn C+SiO2=2CO↑+Si 3C+CaO=CO↑+CaC2
1.2侧面消耗
电极侧面消耗是指电极圆柱体表面被氧化消耗。侧面侵蚀使电极表面形成缺口，容易产生应力集中，最终造成电极折断。LF精炼炉由于采用侧吸式除尘，所以电极侧面侵蚀尤为严重，如图2所示。
在高温条件下，石墨电极表面将与炉气中的氧发生以下反应：C+O2=2CO
在不同温度区域电极的氧化机理也不相同。根据相关资料可知：电极的氧化速度主要取决于电极表面的温度，气体流速和氧分压。当电极表面温度超过400℃,空气中的氧气便能渗入石墨电极表面发生氧化。随着温度的升高，反应速度开始加快，在1500℃时达到顶峰，之后即使温度再升高，氧化消耗的速度基本保持不变［2］。
由于LF炉精炼过程主要在还原性气氛中进行，炉内氧分压较低，所以侧面氧化消耗比端部消耗小得多。但是由于精炼除尘烟道采用侧吸方式，造成靠近除尘口位置的电极消耗较大。
1.3折断损耗
电极折断属于LF炉精炼过程中的突发性事件，主要包括高位折断、低位折断和意外折断。
（1）电极高位折断主要发生在电极夹持器附近的电极接缝处，由于此处力矩最大，在加热过程中受电磁力、热应力的影响，当这些力的综合作用超过电极本身强度时就会造成电极折断。
（2）电极低位折断主要发生在电极下端接头部位，如图3所示，由于局部氧化变细，为避免掉入钢包内增碳，通常在被发现后，操作人员将会提前处理［3］。
（3）电极意外折断主要是由于操作人员失误或观察不仔细引起。例如，接、滑电极过程中，电极夹持器以下部分较长、水冷炉盖故障、钢包沿积渣较多等。
2电极消耗控制措施
2.1降低端部消耗
2.1.1合理的温度控制
通过提高转炉操作水平和加强管理，适当提高并稳定转炉出钢温度，从而保证钢水LF炉到站温度，缩短化渣时间；在满足不同钢种连铸要求条件下，尽可能地降低LF炉出站温度，以缩短LF炉精炼时间。
2.1.2渣料的合理利用
在转炉出钢过程中加入小颗粒石灰或复合精炼渣，或者循环利用具有一定碱度和温度的精炼还原渣，缩短精炼过程化渣时间，降低精炼过程降低电极及电耗；精炼过程精炼渣熔化后，可向渣面加入碳化硅、铝粉等脱氧剂降低炉渣氧化性，降低电极氧化气氛，从而降低电极消耗。
2.1.3优化供电参数
精炼过程中，根据生产钢种及精炼渣不同，采用合适的电弧电压和电流，保持电弧的稳定性，减少电磁力的变化和冲击，降低电流密度，减少石墨升华。
2.1.4底吹气体流量控制
根据生产钢种、精炼时间和目的、钢包底吹转透气性等因素，调节底吹气体流量，降低炉渣、钢水对电极的侵蚀［4］。
2.2降低侧面消耗
2.2.1炉内微正压操作控制
在侧吸除尘系统连接处设置移动挡板阀，在保证LF炉精炼过程除尘效果条件下，根据工艺不同，通过控制阀门开口度，保证炉内微正压操作，杜绝负压操作，避免精炼过程大量空气进入钢包氧化电极，降低电极氧化消耗［5］。
2.2.2电极抗氧化涂料的应用
在石墨电极表面涂刷抗氧化涂料，可减少空气对电极表面的氧化，电极抗氧化涂料理化指标如表1所示，刷涂前后的电极对比如图4所示。
为检测石墨电极抗氧化涂料使用效果，对其中的U相、W相电极刷抗氧化涂料，V相电极作为对比相，不刷抗氧化涂料，涂料干燥后进行生产试验。为减少测量误差，对试验电极的初始重量、接电极重量、实验最终重量采用同一电子秤进行称量，通过计算电极消耗量，对抗氧化涂料使用效果进行评价。电极抗氧化涂料使用效果如表2所示。
由表2可知，U、W相平均消耗电极4290kg，V相消耗4868kg，与V相对比，通过计算，电极消耗量降低11.87%，抗氧化涂料使用效果显著，且电极未发生侧面氧化现象。
2.3防止电极折断
（1）钢水浇注结束后，应及时对钢包包沿钢渣进行清理，以保证在精炼过程中钢包与LF炉炉盖间的配合，防止包沿包渣使炉盖偏斜，增加石墨电极折断概率。
（2）规范接电极操作
①接电极前认真检查电极孔、接头，确保螺纹完好无损。
②对电极表面、螺纹孔、连接处等的杂物、灰尘用压缩空气进行吹扫，同时，电极存在裂纹或接头处存在裂纹时，该电极严禁使用。
③尽量使用同一厂家的电极进行连接，当出现不同厂家电极连接时，使用转换插头连接［6］。
④使用悬臂吊或天车安装电极时，应保证电极停稳对正后再垂直缓慢下放。
⑤当电极拧到接头缝距15mm左右时，应再吹扫一遍端面，然后再彻底拧紧，保证接口处整体接触良好，严禁电极间有间隙［7］。
（3）在滑电极过程中，电极夹上、下部位距离电极接缝大于150mm，同时确保电极降至最低位后高于钢包包沿200mm。
3实践效果
通过在LF炉精炼过程中实施以上控制措施，可显著降低石墨电极消耗。在LF精炼过程中，通过近8个月的跟踪，未发生电极折断工艺事故，电极侧面消耗得到显著改善。电极消耗量由原来的0.31kg/吨钢，降低至0.24kg/吨钢，在稳定生产节奏、降低生产成本等方面起到了良好的效果。
4结语
LF炉精炼过程中，石墨电极的消耗主要有端面消耗、侧面消耗和折断消耗。通过对三种消耗的影响因素分析，合理的温度、供电、底吹气体流量控制和渣料使用等，可有效降低石墨电极的端部消耗，炉内微正压操作，并在电极表面喷涂抗氧化涂料，是减少电极侧面消耗的有效方法，钢包包沿钢渣的及时清理、规范电极操作及使用可大大减少电极折断事故发生几率。通过各环节严格控制及跟踪对比，电极石墨消耗由0.31kg/吨钢降低到0.24kg/吨钢，电极石墨消耗显著降低，且在此过程中未发生电极折断事故。
参考文献
［1］李晶.LF炉精炼技术［M］.北京：冶金工业出版社，2009.
［2］廖增强，李勤学，张灿磊.LF炉降低电极消耗的工艺实践［J］.科技经济导刊，2018（30）：2.
［3］李凯茂，缪辉俊，韩可喜，等.降低石墨电极消耗的工艺研究［J］.中国有色冶金，2017，46（2）：49-52.
［4］李海，张洪彪，陆曼，等.LF精炼炉石墨电极降耗分析［J］.冶金设备，2018（4）：47-49+10.
［5］刘鸿旭.降低LF精炼炉电极消耗的实践［J］.河北冶金，2013（6）：68-69+36.
［6］李京社，张晋，刘成松.电弧炉石墨电极节能降耗与成本控制［J］.河南冶金，2012，20（4）：1-5+11.
［7］刘宇，亢旭晨，王飞宇.减少LF石墨电极折损的措施［J］.山东冶金，2023，45（5）:22-24.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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人参与 2024-10-11 10:46:12 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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