石墨电极抗氧化涂料处理实验报告

石墨电极抗氧化涂料处理实验报告
—抗氧化涂料在 LF 钢包精 2 号炼炉的石墨电极上的试用效果
新钢集团第一炼钢厂精炼车间
2010-9-15
一 实验原因
我第一炼钢厂精炼车间的 3 台精炼炉，特别是 2 号精炼炉的石墨电极一直存
在电极消耗过快的问题。精炼车间的 3 台精炼炉每个月消耗电极大致 120 吨，每
吨的购进价格为 2.2 万元，这样精炼车间每月购进电极的成本为 264 万元，每年
则为 3168 万元。降低石墨电极消耗能为我厂在很大程度上节约电极购进的成本。
我们一直在寻求降低电极消耗解决方法，但收效不是非常的明显。
在炼钢过程中石墨电极消耗主要分两部分：一部分是电极端碳素由于电弧高
温（超高 3000℃）直接升华消耗；还有一部分则是电极侧面的碳素由于高温（600
℃~1800℃）与空气中氧气接触而发生氧化而消耗，这是因为电极的材料石墨在
高于 400 度的温度的空气中就开始氧化，温度越过氧化速度越快。一般后面一种
方式产生的电极消耗约占电极总体消耗的 50%~60%。
经过我们不断的了解和调查，在今年 7 月我们获知了一种用于 LF 精炼炉上
的降低电极消耗的技术。这种技术是通过在电极表面刷涂一层特种耐高温抗氧化
涂料来降低电极消耗的，一般通过这种技术可以降低电极消耗 20%~25%.在进一
步调查我们得知九江云华昕贸易有限公司能够提供这种技术和所需的涂料。我们
与该公司取得联系，该公司愿意无偿到场为厂进行降电极消耗的抗氧化处理实
验。 以下该公司提供的上述技术的涂料简介：
九江云化昕贸易有限公司
地址 江西九江市前进东路 686 号
电话 07928322551
邮箱 susyohe@163.com
负责人 邹经理
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九江云华昕贸易有限公司石墨电极抗氧化剂
产品简介：
电弧炉炼钢用石墨电极在使用过程中，由于处于高温氧化环境，电极侧面的氧化约占
总消耗的 60%。本公司所引进的的石墨电极抗氧化剂在 600~1800℃范围内，有效的隔断
电极与空气直接接触，从而减少石墨电极表面氧化消耗，延长电极使用寿命。分浸渍型
和喷涂的涂料型。浸渍型产品与涂料型产品配合使用，抗氧化性可大大提高。
石墨电极抗氧化处理效果
类型 电极寿命延长比率 吨钢电极消耗下降比率 吨钢电耗下降比率
浸渍剂 26% 20.5% 0.8-1.2%
涂料（预涂 70%） 30% 23.1% 0.9-1.3%
浸渍剂+涂料 70.4% 41.3% 2.0-2.5%
注：数据为苏钢集团电炉厂在 2007 年 9 月 4 日进行的石墨电极抗氧化试验结果。
电耗下降值为根据重钢炼钢厂实验结果估算。
我们的石墨电极抗氧化剂产品已应用于多家钢铁企业，如苏钢集团、兴澄特钢、重钢、沙钢、
太钢、鞍钢粉材等多家钢铁企业。同时，多家碳素企业如南通扬子碳素股份有限公司和合肥炭素
股份有限公司于09 年开始使用我公司产品。
石墨电极抗氧化处理两种方式优缺点比较
浸渍处理 侧面涂层
优
点
不改变电极外观；不改变表面电阻，不粘附
电极夹具。使用电极时与未处理电极相同；
抗氧化效果持续到端部。
处理简便，3 小时即可上炉使用；1450
℃ 以下电极侧面不氧化，与浸渍方式
相比抗氧化效果更好。
缺
点
需使用真空浸渍设备；处理周期较长，需自
然干燥时间（4 天）；需施工及电极存放专
用场地。
涂层不导电，需预留夹持器位置，无
法全涂（可在电极下降后补涂）；涂层
熔化后无抗氧化效果。
规格
类型 浸渍型 涂料型
性状 水性液体 水性涂料
外观 绿色半透明 淡绿色
生效温度（℃） 600-1800 600-1450
保质期（月） 12 （-20℃~30℃） 6 （-5℃~25℃）
抗氧化浸渍型产品是将Al2O3、SiO2、Cr2O3、NiO、ZrO2 为主成分的陶瓷粉末混合物分散在水中
而形成的胶体溶液或涂料。主要元素成分为Al、Si、Cr （III）、Ni、Zr、O 等；成膜粘结剂
为磷酸铝，粘度：5~10 mPa·s。
使用方法：（涂层面积：0.8 平方米/公斤）
浸渍型 只需通过自然浸泡、真空浸泡或超声波浸泡方式浸泡 30 秒至 1 分钟，取出后自
然干燥 4 天即可，保护层厚度为 0.01-0.05 mm。
涂料型 涂刷或喷雾的方法涂层，涂前需把涂料搅拌均匀，涂 2~3 次，第一次涂时尽量
涂的薄一点，能覆盖体表即可，每次涂后需让其自然干燥到手触不粘的程度（20~30 分
钟）。最后一次涂完后让其自然干燥稍长一些，一般 4 个小时左右，手触完全不粘即可
使用。
包装规格： 塑料桶装 20KG/桶
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二 实验材料和方法
1）实验材料
实验电极为我厂购进的超高功率石墨电极，石墨电极直接为 450mm，长为 1.8M 左右，
重为 500 公斤左右。
实验用的抗氧化涂料为为九江云华昕贸易有限公司提供的涂料型抗氧化特种水性涂
料。
2）实验介绍
九江云华昕贸易有限公司在我厂进行了两次实验，先分别介绍如下：
第一次实验
第一次实验是在今年 7 月 14 号进行的，实验目的是让我精炼车间的人可直接通过眼睛
观察到电极通过刷涂抗氧化涂料的处理，其外形所发生的变化。实验步骤如下：
1，在电极表面隔段环状刷涂 4 圈抗氧化涂料，第一遍涂完后，等 30 分钟再涂第二遍，
共涂 2 遍，实验施工现场如下图：电极被绿色涂料涂有 4 圈。每圈大致在 30 公分。
2，把电极放回原处，等到接电极时，把上图的电极接上，因为涂料本身不导电，所以
夹头要夹在没有刷涂涂料的地方。电极接上后按正常操作，接通电源工作。等到所
接电极被烧到 1/3 时，在正常停炉时，可观察到电极表面所发生的变化：涂有涂料
的地方呈环状凸起，没有涂涂料的呈环状凹进，整体看起来呈哑铃状。呈环状凸出
来的地方正是上炉前涂有绿色抗氧化涂料的地方。现场拍色照片如下图：
3
炉中呈哑铃状的电极 炉上呈哑铃状的电极
3， 实验结果分析

通过现场观察和现场拍摄照片，我们可以看到：上炉前隔段环状（4 圈）涂有抗氧化
涂料的石墨电极进炉通电工作后，如拍摄的电极一段的图片所示的那样，呈哑铃状。分
析其原因，这是因为呈哑铃状凹进去的一圈是隔开的没有刷涂涂料的地方，而其哑铃状
的两端则是上炉前环状隔断涂有两圈抗氧化涂料的地方。涂有抗氧化涂料的地方，涂料
在精炼炉炉 600℃~1800℃的温度范围内能够仅仅粘在电极表面，基本不脱落，隔断空气
与电极表面的直接接触，从而延缓该部分电极的氧化速度，降低该部分的电极消耗量，
这样我们就可以看到这部分呈环状凸出来。而没有刷涂涂料的一圈与涂有涂料的两圈相
比，其直接与空气接触，氧化速度相对较快，石墨电极也相应的消耗速度快。这样我们
就能看到没有刷涂涂料的这圈凹进去。当然涂料在超高 1800℃的温度中本身会融化升华
而消失，所以涂料不能不能永久保护电极，而只在 600℃~1800℃温度范围内发挥作用。
通过以上分析，我们能基本得出这样结论：由九江云华昕贸易公司提供的抗氧化涂
料能在 600℃~1800℃温度中很好的保护电极，延缓电极的氧化速度，降低电极的消耗。
但由于只在电极的部分段涂有涂料，实验电极只有 2 根，从而不能从实验得出该抗氧化
涂料刷涂在电极上的石墨电极消耗降低比例，须进一步实验。

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第二次实验
为了进一步得出石墨电极在刷涂抗氧化涂料后电极消耗下降比例，在九江云
华昕贸易有限公司的帮助和指导下在 2010 年 8 月 20 日开始，8 月 29 日结束，
为期 9 天，进行了第二次实验，具体如下：
1，实验方法

我精炼车间 LF 钢包精炼炉内三项电极分为 A,B，C 位置。本次实验选用了 B
位置连续接 6 根刷涂抗氧化涂料的处理电极之后，再联系接 3 根未处理电极。
同时在 A 位置连续接 9 根未处理电极作为对照。实验过程中记录在 B 位置和
A 位置进行连续接电极时的炉数。以下是实验刚开始时刷涂的石墨电极和电
极上炉不久的现场拍摄图片：
2,实验结果
首先，使用石墨电极抗氧化涂料对我精炼车间超高功率石墨电极刷涂处理后，在实
验过程中未发现石墨电极的使用过程中有任何异常，对精炼车间也未发现任何负面影
响。
同时，从下面的表 1 数据可以得出以下结论：
1，在精炼 114 包钢水过程中 A 位置电极共消耗了 8 根未处理电极，也即平均每精炼
处理 14.25 包钢水消耗 1 根 A 位置电极。
2，在精炼处理 136 包钢水过程中 B 位置共消耗了 8 根电极，包括 6 根抗氧化涂料处
理电极和 2 根未处理电极。根据 A 位置的电极消耗数据，即每根未处理电极可处
理 14.25 包钢水，可计算出得到 B 位置的 2 根未处理电极能够精炼处理 28.5 包
钢水。B 位置 6 根处理电极则精炼处理了 107.5 包钢水（136—28.5=107.5），每
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根处理电极可精炼处理 17.92 包钢水（107.5/6=17.92）。处理电极的使用寿命为
未处理电极的 1.26 倍。（17.92/14.25=1.26）.吨钢电极消耗则相对较少 20.5%。
（[1/17.92-1/14.25]/[1/14.25]= -20.5%。
表 1
序号 实验电极 炉数（包） 未处理电极 炉数（包）
1 B 位置接处理电极 1 根 0
2 A位置接未处理电极1 根 0
3 B 位置接处理电极 1 根 13
4 A位置接未处理电极1 根 13
5 B 位置接处理电极 1 根 29
6 A位置接未处理电极1 根 26
7 B 位置接处理电极 1 根 49
8 A位置接未处理电极1 根 43
9 B 位置接处理电极 1 根 65
10 A位置接未处理电极1 根 57
11 A位置接未处理电极1 根 75
12 B 位置接处理电极 1 根 86
13 A位置接未处理电极1 根 86
14 B 位置接未处理电极 1 根 100
15 A位置接未处理电极1 根 101
16 B 位置接未处理电极 1 根 116
17 A位置接未处理电极1 根 114
18 B 位置接未处理电极 1 根 136
＊ 为不影响正常生产，电极 BW 位置和 C 位置连续接电极的其实时间不同。
三 实验结论
我精炼车间与九江云华昕贸易有限公司进行合作，共同完成的石墨电极上刷涂抗氧化涂
料的实验结果可以得到以下结论：
1，使用抗氧化涂料对电极进行处理刷涂处理后，电极表面未发生任何异常现象，对我
精炼车间的生产为产生任何负面影响。
2，经过抗氧化涂料刷涂处理后的石墨电极比未处理的电极，其侧面抗氧化能力显出提
高，使用寿命提高 1.26 倍，吨钢电极消耗则较少了 20.5%。
四 效益分析
1，按吨钢电极消耗较少 20%，月消耗超高功率电极 120 吨，每根超高功率电极购进价
2.2 万元计算，每月可以较少成本 52.8 万元。（120 吨*2.2 万元*20%=52.8 万），每
年则可节约陈本 633.6 万元（52.8 元/月*12 月=633.6 万）。
2，引进该技术的每吨电极所需成本大致为其所产生效益的 35%，即 633.6*35%=211.76
元。则每年可为我精炼车间节省成本 411.84 元。（633.6—211.76=411.84 元。
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