【doc】对国外生产高质量石墨电极接头技术路线的分析

【doc】对国外生产高质量石墨电极接头技术路线的分析 对国外生产高质量石墨电极接头技术路线 的分析 第14卷第4期 2004年12月 炭素科技 CARBONSCIENCEANDTECHN0L0GY Vo1.14No.4 DeC.20o4 对国外生产高质量石墨电极接头 技术路线的分析 孙义诚孙曙初 (兰州炭素集团有限责任公司,甘肃兰州730084) 1前言 接头是石墨电极柱在使用过程中一个重 要的联结部件,也是电极柱的要害部位,它的 质量好与差对电炉炼钢生产至关重要.国外 十分重视接头的生产,美,德,日等国生产的接 头其实物质量和使用性能等方面也是令人信 服的.针对目前电炉炼钢向大功率,直流化方 向发展,发达国家为适应市场的要求,提出大 功率直流电炉用超高功率石墨电极及其接头 新 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,推动了超高功率石墨电极制品的技术 进步,他们机动灵活的战略战术转机快而有 力,仍占领世界市场大量的份额.目前,我们 对生产超高功率大规格石墨电极用接头的技 术内涵缺少应有的认识,本来接头本身是一个 重要部件而下工夫不够.实际上,当前我国接 头生产有三个问题,一是接头内在质量较低, 难以满足使用要求;二是接头与本体配合上的 加工质量及公差不能满足使用要求,经常发生 断裂现象;三是对接头的使用性能研究不够, 缺少测试手段和模拟使用试验装置等,深入开 展一些研究工作不够.提高接头质量迫在眉 睫,争取在较短时间内有所突破,为我国电炉 钢工业的发展作出贡献! 下面的建议和看法仅供同行们参考,不当 之处请指正. 2工业发达国家石墨接头质量状 况 1)8O年代初期对日本三家和德国两家炭 素厂生产的实物接头,作了剖析,结果如下: 为日本东海炭素厂长接头 2)美日等国提供的接头质量标准,其水平也是相当高的,质量指标如下: l0炭素科技2004年 3)对接头质量的分析 从美,13,德三国接头质量情况看,13本接 头质量无论内在质量,加工质量及表观结构是 世界上最好的接头.从日本接头的四项指标 分析,体积密度大于1.80g/cm',抗折强度大 于25MPa,最高达到33MPa,电阻率小于41xf~ ?m,CTE值在100—600?时测定为1.0X 10/~C左右,充分体现出高密度,高强度,低 电阻率和低CTE值,即二高二低的基本性能. 13本炭素界生产的高质量接头有他们独到之 处,值得我们学习和借鉴.除了13本接头结构 致密,无2mm以上大颗粒的粒子,从外观上分 析粒子由小于lmm以下微粒组成,接头的各 个部位均质程度又较好,气孔率分布均匀,无 大气孔存在,这与制造工艺和选用的设备有极 大关系. 其次美国接头质量也是非常好的,从实物 表面观察它的粒度组成在lmm左右,无2mm 以上的大颗粒.结构致密,制品的关键质量指 标如抗拉强度达到12.4—20MPa,如换算成抗 折强度相当于25—40MPa,也是美,13,德三国 接头中强度最高的制品.美国UCAR公司规 定q~400—700mm电极本体,牌号AGR(普通 功率电极)和AGX(超高功率电极),使用一种 规格接头,即用高质量接头,说明UCAR公司 对接头生产也十分重视,接头质量高于电极本 体质量,保证了接头使用性能要求. 德国Si公司生产的接头质量也是很好 的,各项技术指标与13本接头相当,但接头配 比粒度有2mm以上大粒子,"白点"较多.从 表观结构上看不如13本和美国产品致密. 目前我国电炉钢生产使用550—600— 700mm及部分~500mm的超高功率电极主要 是以上三国的产品,吨钢消耗也比较低,就天 津大无缝钢管厂统计,96年平均消耗2.15kg/ t钢,到97年又进一步降低为1.69kg/t钢,总 之质量是好的,消耗是低的,偶尔也有折断现 象,能保证和满足使用要求. 3生产高质量接头的技术路线讨 论 3.1原料的选择上坚持精料方针 生产超高功率石墨接头使用的针状焦有 油系和煤系两种,经过多年的实践认为油系针 状焦优于煤系针状焦,因此,选用油系针状焦 生产接头.13本水岛厂生产的两个牌号的油 系针状焦即M级和X一1级,X一1级优于M 级,因此,接头生产宜选用X一1优质油系针 状焦.据介绍,在X一1焦生产时多加5%催 化裂化澄清油,针状焦质量得到进一步提高. 3.2接头生产用煤沥青粘结剂 对于煤沥青有更严格的要求,据说特制的 煤沥青系列的粘结剂,其价格相当于煤系针状 焦的价格,特制的煤沥青可充分保证粘结剂中 组份的更高要求,由于组份合理,颗粒之间粘 结能力有较高强度,增加了抗氧化性能.我国 第4期孙义诚等对国外生产高质量石墨电极接头技术路线的分析11 接头生产基本上采用中温煤沥青,由于组份含 量低且不合理,颗粒之间粘结强度低,抗氧化 性差,在电炉使用过程中,在其氧化表面上粘 结剂焦优先被氧化掉,大颗粒暴露在表面上, 经热气流的冲刷而被折断,是接头内在强度 低,消耗高的一个重要原因,所以必须选用优 质的煤沥青作粘结剂.印度生产石墨电极对 粘结剂也有严格要求,首先对二次喹啉不溶物 间相产物易生成各向异性炭,影响粘结剂的强 度,9O年代欧洲提出粘结剂沥青要求,中间相 3%. >lm? 3.3接头生产用浸渍剂煤沥青 对于接头生产用浸渍剂煤沥青,要求喹啉 不溶物在0.1%以下的优质煤沥青.日本人 在这方面作的比较好.日本的浸渍剂沥青主 要特点是高软化点,高含炭量,低粘度,低QI (也称次生喹啉不溶物)不允许有,因它是中含量.其指标是: 日本炭素厂生产的浸渍剂沥青是煤焦油 沥青,其中QI含量在0.1%以下,相当于煤系 针状焦生产用的软沥青指标.也是近年来研 究成功的一种新型浸渍剂,原来的老产品QI 为3%.因为QI是难石墨化的微粒,同时生 成更多的同性炭,将影响制品的石墨化度,增 加石墨制品的CTE值和电阻率.除此还对被 浸渍品的渗透率有所影响,因QI的固体颗粒 (无机QI)它在多孔材料表面形成过滤焦饼, 增加渗透阻力,其次是有机QI的固体颗粒也 是胶体状,也会有更大的渗透阻力,同样形成 过滤焦饼或接近不透性的界面层.如果沥青 中无QI时,浸渍剂对多孔材料渗透仅受压力, 温度和粘度的影响.因为高质量的接头一般 情况下要浸渍三次达到高强高密的目的.如 沥青中含有大量的QI时,经过1—2次浸渍后 其表面已形成不渗透的界面层时,将影响以后 的浸渍效果,达不到均质的要求,造成外层密 度大,芯部密度小的状况.所以生产高质量接 头制品应采用QI小于0.1%的优质沥青是十 分必要的.印度某炭素厂对浸渍工艺模拟一 个近似于浸渍工序的条件,把沥青加热到浸渍 温度后在真空和加压条件下,让沥青通过一个 2O一301~m孔径的过滤器,发现QI<0.1%时, 渗透率较好,而普通沥青QI较高而渗透效率 较低,留有大量的残留物. 除以上三种主要原材料外还有催化剂,电 弧稳定剂及增塑剂等,在此不作具体分析.选 择优质原料才能保证生产出优质产品,所以坚 持精料方针是不可忽视的重要前提. 3.4接头生产压型工序是关键 同国外同行技术交流中他们承认压型工 序有很多诀窍(KnowHow)是不公开的,配方, 混捏工序温度,时间及加压混捏状态控制等, 除此还有型嘴尺寸即型嘴曲线,压型速度控 制,干料预热程度,沥青加入方式等等. 干料预热温度在200—220~C容器内加 热,干料的实际温度在150—16OqC,原则上应 与熔化沥青的温度同步,预热时间2O分钟左 右.一次混捏温度150—160qC,时间2O一3O 分钟,二次混捏温度150—160qC,时间也是2O 一 3O分钟.凉料采用Wemer式凉料机,温度 控制在105—115~C,时间约3O分钟,冷却介 质为水. 控制制品压型速度是关键,我们参观日本 炭素厂时看到成型速度是非常慢的,压一根长 3m生制品要2O分钟左右,看不到工厂有什么 废品产生.生制品在成型过程中速度快与慢 决定了最终成品的模量,体积密度,针状焦是 否沿着生制品轴向有序排列,以及生制品的内 l2炭素科技2004年 部结构是否有分层,裂纹,大电极中套有一个 小电极套管式结构等.这些都与压型速度有 关,压型品的缺陷一直带到成品电极中.加强 压型工序技术管理的严密的技术操作至关重 要,均质的产品要做到均衡操作. 3.5浸渍工艺也是非常重要的工序 对大规格超高功率电极生产,本体要浸两 次,接头要浸三次,是制品增密不可缺少的工 ,我国从德,日两国共引进6条浸 序.近年来 渍生产线,基本上解决了浸渍工艺关键技术问 题.主要是产品预热达到足够高的温度,受热 均匀,表面和内层温差不大于3O?,一般情况 下加热时间不少于l2小时,预热温度不低于 360~C.同时也要有较高的真空度,罐内经抽 真空后残余气体少,浸渍效果好,如真空度低 气体排不净,在加压浸渍时气体被压缩体积缩 小,当解除压力后气体膨胀,将浸渍制品的沥 青挤出来,这种现象我们经常看到,影响了浸 渍效果,现我国浸渍技术已基本掌握,与发达 国家无差别.当务之急是选用优质浸渍剂. 3.6焙烧工序的工艺和设备 国外环式焙烧炉(Riedhammer)基本情 况: (1)国外的环式炉一般情况下一台炉有 2O个炉室,分为二个火焰系统,每个火焰系统 有lO个炉室.由于系统炉室减少,系统负压 得到保证,运行曲线有保证,容易操作. 品 (2)焙烧品最高温度在l00O?左右,产 实际温度不低于800?,达到节能的目的. (3)炉室上下温差小,一般情况下不大于 IO0~C.为减少炉室上下温差,日本的焙烧炉 一 半在地上一半在地下,燃料从中间高度送 人,热气流的流向,先到炉底部,从底部再返到 炉顶部,炉底部产品加热充分,达到减少上下 温差的要求.另一个原因是对成品电极长度 达2800mm以上的长电极,采取单层装炉,这 也有利于减少上下温差.我国有的炭素厂也 采用单层装炉的措施. (4)产品规格单一采用长条形炉子,传热 效果好,加热温度均匀,减少废品的产生. 除上述环式炉外,美国等国家采用车底式 焙烧炉(CarBottomFurnace),车底式焙烧炉 主要优点是: 1)灵活性大.车底式炉是单炉运行,不 受曲线的限制,可装一次焙烧品,也可装二次 焙烧品,根据产品规格大小不同,焙烧时间可 长可短. 2)炉子上下温差小,可控制在?15~(2,保 证产品质量可靠性. 3)自动化水平高,有专门工作间和除尘 设备,集中装出炉,工作环境好.炉子升温操 作采用计算机控制,温升曲线可靠,有利于提 高产品质量. 4)炉子占地面积小,在露天运行,可减少 投资. 不足之处是能耗偏高,据介绍一次焙烧品 耗能量约180万大卡.车底式炉子结构复杂, 机械设备多,增加维修量.投资高,年产1.5 万吨焙烧品,车底式炉需4000万元,而环式炉 只需2500万元. 3.7接头的石墨化工艺 据了解接头石墨化采用Acheson炉,小炉 芯大电流送电工艺,接头的电阻率可达到 4txl~m以下,为世界先进水平,国外很多工厂 是这样的.如采用L_w.G工艺比较麻烦,将 接头捆成一束才能去石墨化,且因接头的数量 只占本体的4%,量又小.采用Acheson炉完 全能达到质量要求,通电时电量要加大. 3.8加工工序 (1)除压型工序是关键工序外,另一个更 关键的工序就是制品的机械加工工序,加工质 量直接关系到使用性能能否满足用户要求,接 头部位不折断,不氧化,电极柱连接合理不出 现偏心和超规定标准的缝隙等.工业发达国 家接头加工采用高精度数控组合机组,在加工 线上同时测出接头的电阻率,弹性模量,体积 密度,几何尺寸和重量等,并配有高精度专用 环规检验接头尺寸.我国先后从国外引进两 第4期孙义诚等对国外生产高质量石墨电极接头技术路线的分析13 套高质量加工线,使加工质量得到改善.对加 工的电极接头技术要求应达到如下标准: 项目允许公差 制品总长度 最大螺纹外径 锥度9.2644 有效径 螺距 锥度四点差 有效径四点差 螺纹牙形半角 O.O一一1.0mm O.O一一O.3mm ?1 一 O.O5.-一O.2O 8.467?0.01 累积误差25.4?0.02ram 6.350?0.01mm ?0.05mm ?0.05ram 30.?10 加工精度公差控制的原则,接头孔尺寸比 接头尺寸大一点,以避免使用时因接头CTE 值而产生热应力而使接头孔胀裂或使接头在 最大直径处断裂,因此,本体接头孔处和接头 连接时要有一定的间隙,使产生的热应力得到 释放.经考察日本某炭素厂加工公差控制在 接头孔尺寸公差:0.. . ? 17 mm,接头尺寸公差: mm是很严格的,我们应向这方面努力. 各国学者对电极本体和接头两者加工公 差的配合控制观点:日本学者认为,电极和接 头加工没有标准,二者配合无法规定,只能凭 经验操作.德国学者认为,两者结合应力的消 除,除电极本身质量外,电极和接头的连接形 状和缝隙已成为许多学者研究的课题,并建议 围绕减少应力的目的采用脆性螺纹,德国某些 炭素厂对加工件达到标准化,用一个金属接头 来逐根测试每一加工件,日本东海炭素厂对电 极和接头选择配套使用,一是保证接头的CTE 值应低于本体,其二是二者配合时要有一定的 间隙,因各厂加工手法不一,防止二者接合过 紧过松,然后加以固定. 除上述基本要求外,现将我国和日本的接 头孔和接头中径公差介绍如下,加以比较提出 我们今后应改进的建议. 电极本体接头孔和接头加工中径最大允 许偏差如下表所示: 日本的JISR7201--79标准中对锥螺纹的 角度有规定,就20"一24电极规定说明如下: 接头孔的角度比接头大4,除以2时是一 面的空隙量,在螺纹旋合时易拧进,因有一定 的间隙,也有利于热应力的消除. 日本的标准是偏松的,但企业标准是非常 严格的,连接后最大间隙仅有0.31mm,我国 目前的加工水平还达不到,在行业标准的基础 上作适当的修改,建议以接头孔中径为+0.3/ +0.10ram,接头中径为一0.30/一0.10ram,这 样有利于改进使用性能. 关于加工刀具的问题,加工刀具尺寸精度 的高低是保证接头加工精度的关键.加工件 的螺距及牙形角等主要由螺纹梳刀来保证,如 梳刀精度达到要求,加工件也就不存在问题, 除此接头的有效径四点差是一项比较综合的 14炭素科技2004年 精度,更重要的是反应了电极柱的连接质量, 这与梳刀本身精度有极大关系,如接头孔尺寸 精度达到要求的前提下四点差有较大差异的[1] 接头组装后,会出现电极端面有间隙,电极两 螺孔中心有偏移现象,也会出现内外螺纹啮合J 不均匀现象,导致受力不均.当然,加工件精,, 度与机床自身位置精度有极大关系.国外对:: 加工用刀具十分重视,要求严格,一般情况下 在工具显微镜下测定刀具尺寸精度,国内生产r1 的梳刀厂家较多,因种种原因,刀具精度达不 到要求,石墨电极生产厂又没有条件作严格检『6] 查,所以加工精度无法保证,在用户使用时折 断现象十分严重,这与加工精度有关,当然也[7] 与接头的内在质量,装配条件有关,有条件的 工厂对加工件应用环规和塞规作检查.J 参考文献 刘明非,电极连接试验的研究,炭素材料第十三 次学术交流会论文汇编(1998). 日本SDK(株)向中国某钢厂报价单提出质量 指标(1998). 美国UCAR公司向中国提供的技术 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 . 我国某厂赴乌克兰,俄罗斯考察加工设备的报 告(1995.11). 孙曙初,对日本不二越(株)接头加工线精度分 析 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 (2002,11). 徐万顺,孙义诚,对几种石墨电极接头剖析,甘 肃冶金No.2(1992). 孙义诚,进一步提高煤沥青质量的探讨,炭素科 技No.4(1999). 许斌,潘立慧着,炭材料用煤沥青的制备,性能 和应用,湖北科学技术出版杜(2002.10).