CN109337576B - 一种石墨电极保护剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨电极保护剂，包括以下组分：有机硅树脂、有机蒙脱土、100％膨润土预胶、滑石粉、云母粉、导电云母粉、AC300消泡剂、HPA202防流挂剂、和炭黑，其中各组分的组分含量按重量份计为：有机硅树脂：15份‑125份、有机蒙脱土：0.3份‑3份、100％膨润土预胶：2份‑18份、400目滑石粉：1份‑10份、云母粉：2份‑20份、导电云母粉：7份‑64份、混合溶剂：0份‑10份、AC300消泡剂：0.06份‑0.5份、HPA202防流挂剂：0.6份‑5份和炭黑：0.6份‑5份；本发明具有显著的防氧化性，可以保持电极在熔炼高温下不氧化，电极端部不变形，可以保持不断弧或少断弧，提高熔炼效率，缩短熔炼时间，节约电能，有效延长整个供电系统的使用寿命，降低设备事故，减轻设备维修强度。
Description
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，尤其涉及一种石墨电极保护剂。
背景技术
炼硅、炼钢或其他冶炼炉使用的石墨电极，主要原料包括天然石墨、石油焦、沥青焦和煤沥青，它具有良好的高温性能，热膨胀系数低、重量轻，耐腐蚀性强，易于加工，抗热冲击性能优良，但是使用通常处于高温氧化气氛下，一般工作温度在1200℃-1500℃，石墨电极在高温下极易氧化，在600℃以上开始氧化，1000℃以上氧化加快，1400℃以上氧化骤增，氧化损耗占到总消耗的40％～60％，且随着温度的升高而加剧，温度越高氧化速度越快，电极的氧化损耗占总消耗高达60％以上。由于处于高温氧化性气氛下，使石墨电机很容易造成严重氧化，因此其从氧化部位开始往下逐渐变细，甚至连接部分出现断口，使电极的抗耗性下降；另外由于电流的集肤效应，较细的电极，电流密度增大，电极的抗大电流冲击能力亦下降，从而导致了石墨电极的单耗增加。
目前，中国专利CN92110580.0以耐火材料与有机粘接剂制成底料和表面涂料，虽然可对石墨电极起到一定的保护作用，但由于未解决石墨电极升温过程中涂料与石墨电极热膨胀系数差异较大的问题，常导致在升至高温过程中局部剥离或剥落，直接影响使用效果，而且使用的有机粘接剂，导致涂料在使用过程中的高度挥发分解，造成涂层孔隙过多，不能形成有效的连续涂层，减弱了对保护的作用。这已经成为引起石墨电极高消耗、高污染的重要原因，在节能减排提倡环保的今天，如何延长石墨电极使用寿命，减低电极消耗，提高石墨电极的抗氧化性和稳定性、保护剂与石墨电极结合的牢固性是业界亟待解决的技术问题，具有非常重要的社会意义。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种石墨电极保护剂，具有显著的防氧化性，可以保持电极在熔炼高温下不氧化、不变形，保持不断弧或少断弧，提高熔炼效率，缩短熔炼时间，节约电能，有效延长整个供电系统的使用寿命，降低设备事故，减轻设备维修强度。
为了实现上述目的，本发明提供的一种石墨电极保护剂，包括以下组分：有机硅树脂、有机蒙脱土、100％膨润土预胶、滑石粉、云母粉、导电云母粉、AC300消泡剂、HPA202防流挂剂、和炭黑，其中各组分的组分含量按重量份计为：有机硅树脂：15份-125份、有机蒙脱土：0.3份-3份、100％膨润土预胶：2份-18份、滑石粉：1份-10份、云母粉：2份-20份、导电云母粉：7份-64份、混合溶剂：0-10份、AC300消泡剂：0.06份-0.5份、HPA202防流挂剂：0.6份-5份和炭黑：0.6份-5份。
优选地，所述各组分的组分含量按重量份计为：有机硅树脂：40份-85份、有机蒙脱土：0.7份-2份、100％膨润土预胶：5份-18份、滑石粉：2份-7份、云母粉：5份-13份、导电云母粉：11份-49份、混合溶剂：0份-5份、AC300消泡剂：0.1份-0.4份、HPA202防流挂剂：1.2份-3份和炭黑：1份-4份；
优选地，所述各组分的组分含量按重量份计为：有机硅树脂50份、有机蒙脱土1.2份、100％膨润土预胶7份、滑石粉4份、云母粉8份、导电云母粉25.6份、混合溶剂4份、AC300消泡剂0.2份、HPA202防流挂剂2份和炭黑2份；
优选地，所述混合溶剂包括二甲苯、重芳烃和正丁醇；
优选地，所述二甲苯、重芳烃和正丁醇按重量比计为5:3:2；
优选地，所述滑石粉的粒度为400目；
优选地，所述保护剂的涂覆厚度为0.1mm-0.5mm。
本发明提供的，具有如下有益效果：
1.有机硅树脂、有机蒙脱土、100％膨润土预胶、滑石粉、云母粉、导电云母粉、AC300消泡剂、HPA202防流挂剂、和炭黑在保护剂抗氧化性能上相互促进，由于自身的热膨胀系数较低，可以很好的降低保护剂的热膨胀系数，提高保护剂与石墨电极基体结合的牢固性，进而在保护剂形成的涂层内形成复杂曲折的渗透扩散路径，提高涂层的抗渗透性，且形成紧密连续的导电层，可以更好保持电极在熔炼高温下不氧化，节约电极损耗最高达到40％，电极端部不变形，保持不断弧或少断弧，提高熔炼效率，缩短熔炼时间，节约电能。
2.涂覆保护剂后的石墨电极的电阻率较低，导电性能良好，且电极的电阻率与热导率呈线性关系，则热导率高，可使石墨电极内热量传递块，径向梯度缩小，有利于缓解热应力，免水冷、免氮保护，炉内减少了氢的存在，也减少了冷却水带走的热量，同时，由于电功率利用效率高，熔炼时间缩短，钢材质量和产量提高，减少了操作工人劳动量和危险系数。
3.由于电极熔炼中端部没有氧化烧损，端部除传递电功率外，很少发热，端部温度明显降低，热辐射强度和电弧辐射强度都大幅降低，保护炉衬，延长炉子寿命，降低护炉成本，减少了表面铁素的氧化，降低了钢的损失率，提高了钢的收得率，经济效益明显。
4.由于电极端部不氧化，起弧端面呈中心凹形状态，沿周边呈裙边状，利于埋弧操作，与节电、提高钢的质量、收得率、炉子的寿命、节约电极使用量等呈良性互动。同时也能有效延长整个供电系统的使用寿命，降低设备事故，减轻设备维修强度。
5.原料本身没任何污染因素，在使用过程的任何阶段没有任何污染物产生，是一种无任何污染的环保材料，对人体无害。对钢水成分、质量没有任何不良影响，残留物全部进入钢渣，对钢渣成分、性能无任何影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。
本发明提供一种石墨电极保护剂，包括以下组分：有机硅树脂、有机蒙脱土、100％膨润土预胶、滑石粉、云母粉、导电云母粉、AC300消泡剂、HPA202防流挂剂、和炭黑，其中各组分的组分含量按重量份计为：有机硅树脂：15份-125份、有机蒙脱土：0.3份-3份、100％膨润土预胶：2份-18份、400目滑石粉：1份-10份、云母粉：2份-20份、导电云母粉：7份-64份、混合溶剂：0-10份、AC300消泡剂：0.06份-0.5份、HPA202防流挂剂：0.6份-5份和炭黑：0.6份-5份。混合溶剂包括二甲苯、重芳烃和正丁醇，二甲苯、重芳烃和正丁醇按重量比计为5:3:2；保护剂的涂覆厚度为0.1mm-0.5mm。
本发明的制备按一般制备工艺过程进行，制备工艺流程如下：将原料组分按比例配好；将有机硅树脂、有机蒙脱土、100％膨润土预胶和400目滑石粉放入卧式砂磨机中研磨，研磨达到细度≤30μm后，将其和云母粉、导电云母粉、混合溶剂、AC300消泡剂、HPA202防流挂剂、炭黑一起放入高速搅拌器中搅拌均匀后即可得到保护剂。
实施例1：
原料配方以组分重量份数计：有机硅树脂50份、有机蒙脱土1.2份、100％膨润土预胶7份、400目滑石粉4份、云母粉8份、导电云母粉25.6份、AC300消泡剂0.2份、混合溶剂4份、HPA202防流挂剂2份和炭黑2份，制备保护剂。
在规格20mm*20mm*60mm的石墨电极上涂覆0.2mm上述保护剂制备实验的试样，将试样在空气条件下加热至1600℃并保温72h后，自然冷却至室温，氧化损耗结果为5.7％，电阻率为2.8μΩ·m，热导率为420W/(m*℃)，涂层不脱落、不产生裂纹。将其用于炼钢厂精炼炉石墨电极表面，可节电20％。
对比例1：
原料配方以组分重量份数计：有机硅树脂50份、有机蒙脱土1.2份、100％膨润土预胶7份、400目滑石粉4份、混合溶剂4份、AC300消泡剂0.2份、HPA202防流挂剂2份和炭黑2份，制备保护剂。
在规格20mm*20mm*60mm的石墨电极上涂覆0.2mm上述保护剂制备实验的试样，将试样在空气条件下加热至1600℃并保温72h后，自然冷却至室温，氧化损耗结果为53％，电阻率为8μΩ·m，热导率为150W/(m*℃)，涂层微脱落、存在至少两处裂纹。
对比例2：
原料配方以组分重量份数计：有机硅树脂50份、有机蒙脱土1.2份、100％膨润土预胶7份、400目滑石粉4份、混合溶剂4份、云母粉8份、AC300消泡剂0.2份、HPA202防流挂剂2份和炭黑2份，制备保护剂。
在规格20mm*20mm*60mm的石墨电极上涂覆0.2mm上述保护剂制备实验的试样，将试样在空气条件下加热至1600℃并保温72h后，自然冷却至室温，氧化损耗结果为47％，电阻率为5μΩ·m，热导率为260W/(m*℃)，涂层不脱落、出现轻微裂纹。
对比例3：
原料配方以组分重量份数计：有机硅树脂50份、有机蒙脱土1.2份、100％膨润土预胶7份、400目滑石粉4份、混合溶剂4份、导电云母粉25.6份、AC300消泡剂0.2份、HPA202防流挂剂2份和炭黑2份，制备保护剂。
在规格20mm*20mm*60mm的石墨电极上涂覆0.2mm上述保护剂制备实验的试样，将试样在空气条件下加热至1600℃并保温72h后，自然冷却至室温，氧化损耗结果为32％，电阻率为6.7μΩ·m，热导率为200W/(m*℃)，涂层不脱落、出现轻微裂纹。
结果表明，增加组分云母粉和导电云母粉，与有机硅树脂、有机蒙脱土、100％膨润土预胶、滑石粉等组分结合在保护剂抗氧化性能上相互促进，大幅降低电阻率，电阻率与热导率呈线性关系，电阻率低则热导率高，可使石墨电极内热量传递块，径向梯度缩小，有利于缓解热应力，可以更好保持电极在熔炼高温下不氧化，节约电能。
实施例2：
原料配方以组分重量份数计：有机硅树脂42份、有机蒙脱土2份、100％膨润土预胶6份、400目滑石粉7份、云母粉5份、导电云母粉47份、AC300消泡剂0.4份、HPA202防流挂剂1.5份和炭黑4份，制备保护剂。
在规格20mm*20mm*60mm的石墨电极上涂覆0.1mm上述保护剂制备实验的试样，将试样在空气条件下加热至1500℃并保温60h后，自然冷却至室温后称重，其氧损耗5.9％，电阻率为2.9μΩ·m，热导率为416W/(m*℃)涂层不脱落、不产生裂纹。
实施例3：
原料配方以组分重量份数计：有机硅树脂20份、有机蒙脱土2份、100％膨润土预胶5份、400目滑石粉9份、云母粉3份、混合溶剂3份、导电云母粉60份、AC300消泡剂0.1份、HPA202防流挂剂4份和炭黑1份，制备保护剂。
在规格20mm*20mm*60mm的石墨电极上涂覆0.4mm上述保护剂制备实验的试样，将试样在空气条件下加热至1450℃并保温48h后，自然冷却至室温后称重，其氧损耗5.7％，电阻率为3μΩ·m，热导率为392W/(m*℃)，涂层不脱落、不产生裂纹。
实施例4：
原料配方以组分重量份数计：有机硅树脂110份、有机蒙脱土0.4份、100％膨润土预胶15份、400目滑石粉2份、云母粉20份、混合溶剂2份、导电云母粉9份、AC300消泡剂0.5份、HPA202防流挂剂0.6份和炭黑5份，制备保护剂。
在规格20mm*20mm*60mm的石墨电极上涂覆0.3mm上述保护剂制备实验的试样，将试样在空气条件下加热至1300℃并保温48h后，自然冷却至室温后称重，其氧损耗5.7％，电阻率为3.5μΩ·m，热导率为360W/(m*℃)涂层不脱落、不产生裂纹。
实施例5：
原料配方以组分重量份数计：有机硅树脂80份、有机蒙脱土0.7份、100％膨润土预胶18份、400目滑石粉3份、云母粉13份、混合溶剂1份、导电云母粉15份、AC300消泡剂0.4份、HPA202防流挂剂1.2份和炭黑4份，制备保护剂。
在规格20mm*20mm*60mm的石墨电极上涂覆0.5mm上述保护剂制备实验的试样，将试样在空气条件下加热至1200℃并保温36h后，自然冷却至室温后称重，其氧损耗5.7％，电阻率为4μΩ·m，热导率为311W/(m*℃)，涂层不脱落、不产生裂纹。
将实施例1扩大试验在某钢炼钢厂，其为现吨钢消耗石墨电极约2.8公斤，年钢产能为120万吨；使用保护剂后吨钢节约石墨电极损耗减少约1公斤，石墨电极以8万/吨，吨钢仅石墨电极一项可以节约80元/吨，仅电极一项年节约14400万元。而且生产中石墨电极可以免水冷，提高炼钢质量，工作电流由2-4万A跳变并基本稳定到2-3万A左右，节电至少5％以上，吨钢节电22度左右。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种石墨电极保护剂，其特征在于，包括以下组分：有机硅树脂、有机蒙脱土、100％膨润土预胶、滑石粉、云母粉、导电云母粉、AC300消泡剂、HPA202防流挂剂、和炭黑，其中各组分的组分含量按重量份计为：有机硅树脂：15份-125份、有机蒙脱土：0.3份-3份、100％膨润土预胶：2份-18份、滑石粉：1份-10份、云母粉：2份-20份、导电云母粉：7份-64份、混合溶剂：0份-10份、AC300消泡剂：0.06份-0.5份、HPA202防流挂剂：0.6份-5份和炭黑：0.6份-5份。
2.根据权利要求1所述的一种石墨电极保护剂，其特征在于，所述各组分的组分含量按重量份计为：有机硅树脂：40份-85份、有机蒙脱土：0.7份-2份、100％膨润土预胶：5份-18份、滑石粉：2份-7份、云母粉：5份-13份、导电云母粉：11份-49份、混合溶剂：0份-5份、AC300消泡剂：0.1份-0.4份、HPA202防流挂剂：1.2份-3份和炭黑：1份-4份。
3.根据权利要求2所述的一种石墨电极保护剂，其特征在于，所述各组分的组分含量按重量份计为：有机硅树脂50份、有机蒙脱土1.2份、100％膨润土预胶7份、滑石粉4份、云母粉8份、导电云母粉25.6份、混合溶剂4份、AC300消泡剂0.2份、HPA202防流挂剂2份和炭黑2份。
4.根据权利要求3所述的一种石墨电极保护剂，其特征在于，所述混合溶剂包括二甲苯、重芳烃和正丁醇。
5.根据权利要求4所述的一种石墨电极保护剂，其特征在于，所述二甲苯、重芳烃和正丁醇按重量比计为5:3:2。
6.根据权利要求3所述的一种石墨电极保护剂，其特征在于，所述滑石粉的粒度为400目。
7.根据权利要求3所述的一种石墨电极保护剂，其特征在于，所述保护剂的涂覆厚度为0.1mm-0.5mm。
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