專利名稱：用于減少石墨電極消耗的保護(hù)層的處理工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域及表面工程技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種電弧爐和爐外精煉鋼包爐用減少石墨電極消耗的保護(hù)層的處理工藝及裝置。
背景技術(shù)：
石墨電極是電弧爐和爐外精煉鋼包爐不可缺少的重要材料。石墨電極消耗過(guò)大是電弧爐煉鋼及LF精煉的主要問(wèn)題，目前我國(guó)的電爐用石墨電極平均單耗為7～8kg/t鋼，約占電爐煉鋼成本的8％。世界主要產(chǎn)鋼國(guó)石墨電極消耗平均低于5kg/t鋼，世界最好水平為2.4kg/t鋼。
冶金企業(yè)使用的石墨電極，原材料主要是石油瀝青和煤焦油瀝青，它具有良好的高溫性能，熱膨脹系數(shù)低、重量輕，耐腐蝕性強(qiáng)，易于加工，抗熱沖擊性能優(yōu)良，但是它在高溫下極易氧化，石墨的氧化從450℃開始，超過(guò)750℃后氧化急劇增加，且隨著溫度的升高而加劇，通常石墨電極表面溫度很高，并處在空氣環(huán)境下，造成嚴(yán)重的氧化。
在氧化性氣氛下，高溫使石墨很容易被氧化，因此石墨電極從氧化部位開始往下逐漸變細(xì)，使電極的抗耗性下降；另外由于電流的集膚效應(yīng)，較細(xì)的電極，電流密度增大，電極的抗大電流沖擊能力亦下降，從而導(dǎo)致了石墨電極的單耗增加。
從工藝角度分析，石墨電極在制造過(guò)程中受生產(chǎn)條件的限制，不可避免地在電極內(nèi)部殘留有微孔，電極表面和孔隙處與其它有序排列的碳原子相比，其活性較高，是石墨電極的氧化活性部位，在高溫狀態(tài)下，逐漸向內(nèi)部擴(kuò)展，形成整個(gè)石墨電極的氧化消耗，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，其空隙率達(dá)15％～25％。
通過(guò)檢索可以發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利CN91103258.4選擇多種氧化物及其它鹽類為熔劑，高溫熔化，高溫融體溫度控制在800～1500℃，將石墨電極浸入高溫融體內(nèi)進(jìn)行浸漬處理，此方法需將浸漬材料加熱至熔融態(tài)，因此，但該法工藝復(fù)雜，綜合經(jīng)濟(jì)效果不佳，而且隨著技術(shù)進(jìn)步，石墨電極尺寸和重量都越來(lái)越大，在使用中難以順利實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)檢索還發(fā)現(xiàn)，目前相關(guān)文獻(xiàn)及專利都是根據(jù)石墨電極的氧化特性，普遍采取降低電極表面溫度、防止氧化性氣體侵入石墨電極和延緩電極氧化反應(yīng)進(jìn)行的時(shí)間等方法，達(dá)到降低電極表面氧化的目的。如美國(guó)專利No.4588700和中國(guó)專利CN1052878以磷硅玻璃等結(jié)合碳化物、氮化物和TiO2等制成石墨電極防氧化涂料；日本特許公報(bào)46-35602和歐洲專利EP0134789以莫來(lái)石、SiC和SiO2為主要填料制成碳素涂料；中國(guó)專利CN103585和CN1070933以耐火材料與有機(jī)粘接劑制成底料和表面涂料，以上這些方法雖可對(duì)石墨電極起到一定的保護(hù)作用，但由于未解決石墨電極升溫過(guò)程中涂料與石墨電極熱膨脹系數(shù)差異較大的問(wèn)題，常導(dǎo)致在升至高溫過(guò)程中局部剝離或剝落，直接影響使用效果，而且這些方法使用大量有機(jī)粘接劑，導(dǎo)致涂料在使用過(guò)程中的高度揮發(fā)分解，造成涂層孔隙過(guò)多，不能形成有效的連續(xù)涂層，減弱了對(duì)保護(hù)的作用，此外還不能解決石墨電極內(nèi)部殘留有微孔問(wèn)題；中國(guó)專利CN1354206A以水玻璃作為粘結(jié)劑結(jié)合耐火材料制成石墨電極防氧化涂料，這種涂料最大的缺點(diǎn)是涂層不易干燥，無(wú)法使用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)以上石墨電極存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開一種用于減少石墨極消耗的保護(hù)層的處理工藝及裝置。
本發(fā)明采用如下工藝1)浸漬方法；其特點(diǎn)為采用濕法浸漬，a對(duì)待處理石墨電極進(jìn)行預(yù)處理，用鐵刷和壓縮空氣清理石墨電極表面；b將石墨電極吊裝至浸漬容器中，將通電加熱極接在石墨電極兩端；c在石墨電極兩端通電加熱，電壓20～30V，電流20～60A，加熱1～5min使石墨電極升溫至120～150℃后斷電，將石墨電極孔隙中的空氣加熱至稀薄狀態(tài)后，注入常溫的浸漬液(25℃左右)，由于石墨電極迅速降溫，石磨孔隙中的空氣降溫形成負(fù)壓，可將浸漬液吸入孔隙中。
d石墨電極在浸漬液中降溫后，在進(jìn)行間斷加熱，溫度為120～150℃，對(duì)浸漬液進(jìn)行蒸發(fā)處理，蒸發(fā)過(guò)程中，因?yàn)槭姌O作為發(fā)熱體，飽和浸漬液中的硼化物不斷析出在石墨電極的孔隙中和石墨電極表面。
e加熱蒸發(fā)20～30min后，打開排空閥，放出殘余浸漬液，再等2～3min后，斷電停止加熱石墨電極，浸漬處理完畢。
2)噴涂方法；將石墨電極用毛刷和壓縮空氣清除表面的污垢，采用高壓無(wú)氣噴涂工藝將保護(hù)涂料涂敷于石墨電極表面，無(wú)氣噴涂壓力為0.6Mpa～1.5Mpa，噴槍口徑為0.1～0.15mm，每次噴涂厚度為0.5～1mm，每層涂敷間隔20～30min，確保每層涂料表干后再進(jìn)行下一道次噴涂，涂層總厚度為2.5～3.5mm。
3)本發(fā)明的減少石墨電極消耗的保護(hù)層的處理工藝還可以采用浸漬加噴涂相結(jié)合的方法，先對(duì)石墨電極進(jìn)行浸漬處理，然后加噴涂處理，其效果更好。
本發(fā)明的浸漬液配方(重量百分比)為硼酸15～25％、硅化鉬1～3％、NNO擴(kuò)散劑5～10％、鹽酸(濃度4N)1～3％、余量為水。
本發(fā)明涂料采用下列配方(重量百分比)為B2O35～8％、MoSi28～15％、TiO25～10％、Cr2O33～10％、Al2O33～10％、磺化硅樹脂40～65％。
本發(fā)明石墨電極保護(hù)涂料的制作方法為首先，將各種原料粉末按比例在濕磨機(jī)中進(jìn)行充分混合，濕磨介質(zhì)為水或酒精，濕磨時(shí)間12～48小時(shí)，卸料后烘干制團(tuán)粒；第二，將粉末團(tuán)粒置進(jìn)行預(yù)熔燒結(jié)處理，融化溫度1400～1600℃，融化10～20min后出爐冷卻；
第三，將冷卻后的熔化燒結(jié)料進(jìn)行破碎處理，將熔化燒結(jié)料全部破碎至-180目；第四，將-180目粉末進(jìn)行進(jìn)一步篩分，分為-180～+300目作為A組填料，-300目粉末作為B組填料；第五，A、B兩組填料按7∶3比例混合成涂料固體填料；最后，將固體填料粉末與磺化有機(jī)硅樹脂在膠磨機(jī)和混合機(jī)中進(jìn)行混合、攪拌、溶解、分散、均質(zhì)，卸出裝罐即可使用。
本發(fā)明石墨電極浸漬處理裝置是一種筒體結(jié)構(gòu)，其特征在于在電極的上下兩端設(shè)置通電加熱電極并在其間加入電源，浸漬容器的下部設(shè)有排空閥。浸漬器采用整體或分體式結(jié)構(gòu)，分體式結(jié)構(gòu)由筒體和端蓋構(gòu)成。
采用本發(fā)明的保護(hù)涂料對(duì)用于鋼包精煉的石墨電極進(jìn)行保護(hù)處理后，在生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用中測(cè)試，減少石墨電極消耗15％～25％。
本發(fā)明對(duì)石墨電極進(jìn)行浸漬處理提高其密度減少孔隙率，浸漬處理后，減少石墨電極表面孔隙率，從而減少高溫氧化反應(yīng)的接觸面積，提高了石墨電極的的使用壽命。
本發(fā)明采用獨(dú)特浸漬液及保護(hù)涂料，在涂料中加入具有與石墨材料熱膨脹系數(shù)相近的微量硅化鉬，提高涂層與石墨電極的結(jié)合強(qiáng)度，并保證涂層在升溫的各溫度區(qū)間均可保持與石墨電極近似的熱膨脹系數(shù)，而且控制涂料固體成分的粒度組成，可快速形成穩(wěn)定連續(xù)的具有梯度結(jié)構(gòu)的涂層，都可避免涂層剝離或剝落，實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)效果。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果還在于在對(duì)石墨電極進(jìn)行浸漬處理提高其密度減少孔隙率的基礎(chǔ)上，結(jié)合高溫防氧化涂層對(duì)石墨電極進(jìn)行抗高溫氧化保護(hù)，提高了保護(hù)涂層與石墨基體的機(jī)械相容性和化學(xué)相容性，而且避免在升溫過(guò)程中，石墨孔隙種氣體因加熱外溢破毀連續(xù)的涂層，可確保涂層具有明顯有效的保護(hù)作用。
通過(guò)采用本發(fā)明的浸漬液及相關(guān)工藝對(duì)石墨電極進(jìn)行保護(hù)處理，在生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用中測(cè)試，減少石墨電極消耗10％～16％；采用本發(fā)明的高溫保護(hù)涂層的方式單獨(dú)進(jìn)行石墨保護(hù)，經(jīng)測(cè)試，減少石墨電極消耗11％～15％；采用本發(fā)明的浸漬結(jié)合涂料保護(hù)工藝進(jìn)行石墨電極保護(hù)處理，減少石墨電極消耗15％～25％。


附圖為本發(fā)明浸漬方法的裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明采用浸漬與噴涂的方法對(duì)石墨電極進(jìn)行加保護(hù)層處理，減少消耗，下面對(duì)具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說(shuō)明1)浸漬方法；其特點(diǎn)為采用濕法浸漬，a對(duì)待處理石墨電極進(jìn)行預(yù)處理，用鐵刷和壓縮空氣清理石墨電極表面。
b石墨電極10上端安裝懸掛器7、懸掛器7的外面加絕緣層，將石墨電極10吊裝至筒式結(jié)構(gòu)浸漬容器中；電極的上下兩端設(shè)置通電加熱電極3、4并在其間加入電源5，石墨電極10放入后，當(dāng)浸漬容器采用分體式時(shí)，將端蓋2安裝到上浸漬容器1的下端，筒體1與端蓋2之間加密封絕緣圈8并用螺栓9連接，注意密封嚴(yán)密，對(duì)通電加熱電極通電，。
c在石墨電極7兩端通電加熱，電壓20～30V，電流20～60A，加熱1～5min使石墨電極升溫至120～150℃后斷電，將石墨電極孔隙中的空氣加熱至稀薄狀態(tài)后，注入常溫的浸漬液(25℃左右)，由于石墨電極迅速降溫，石磨孔隙中的空氣降溫形成負(fù)壓，可將浸漬液吸入孔隙中。
d石墨電極在浸漬液中降溫后，在進(jìn)行間斷加熱，溫度為120～150℃，對(duì)浸漬液進(jìn)行蒸發(fā)處理，蒸發(fā)過(guò)程中，因?yàn)槭姌O作為發(fā)熱體，飽和浸漬液中的硼化物不斷析出在石墨電極的孔隙中和石墨電極表面。
e浸漬容器的下部設(shè)有排空閥，加熱蒸發(fā)20～30min后，打開排空閥，放出殘余浸漬液，再等2～3min后，斷電停止加熱石墨電極，浸漬處理完畢。
2)噴涂方法；將石墨電極用毛刷和壓縮空氣清除表面的污垢，采用高壓無(wú)氣噴涂工藝將保護(hù)涂料涂敷于石墨電極表面，無(wú)氣噴涂壓力為0.6Mpa～1.5Mpa，噴槍口徑為0.1～0.15mm，每次噴涂厚度為0.5～1mm，每層涂敷間隔20～30min，確保每層涂料表干后再進(jìn)行下一道次噴涂，涂層總厚度為2.5～3.5mm。
3)本發(fā)明的減少石墨電極消耗的保護(hù)層的處理工藝還可以采用浸漬加噴涂相結(jié)合的方法，先對(duì)石墨電極進(jìn)行浸漬，然后加噴涂處理，其效果更好。
本發(fā)明的浸漬液配方(重量百分比)為硼酸15～25％、硅化鉬1～3％、NNO擴(kuò)散劑5～10％、鹽酸濃度4N1～3％、余量為水。
上述配方中，硼酸工業(yè)級(jí)，H3BO3≥99％，B2O5≥56.0％，全硫(SO4)≤150ppm，全氯(Cl)≤500ppm，鐵(Fe)≤20ppm。
硅化鉬工業(yè)級(jí)，MoSi2≥99％，可利用工業(yè)爐消耗后廢棄的硅鉬電熱棒粉碎后使用可大幅度降低成本。
NNO擴(kuò)散劑工業(yè)級(jí)，分解溫度≥220℃，顏色為暗褐色液體，水溶液為棕色透明液體，無(wú)滲透起泡現(xiàn)象。
鹽酸工業(yè)級(jí)，濃度為4N。
將上述原料按比例放入容器中攪拌均勻即可。
本發(fā)明涂料采用下列配方(重量百分比)為B2O35～8％、MoSi28～15％、TiO25～10％、Cr2O33～10％ Al2O33～10％、磺化硅樹脂40～65％。
本發(fā)明石墨電極保護(hù)涂料的制作方法為首先，將各種原料粉末按比例在濕磨機(jī)中進(jìn)行充分混合，制備中，注意將各種原料粉末按一定比例進(jìn)行充分混合，最佳濕磨介質(zhì)為酒精，濕磨時(shí)間12h～48h，卸料后烘干制團(tuán)粒；第二，將粉末團(tuán)粒置進(jìn)行預(yù)熔燒結(jié)處理，融化溫度1400～1600℃，融化10～20min后出爐冷卻；第三，將冷卻后的熔化燒結(jié)料進(jìn)行破碎處理，將熔化燒結(jié)料全部破碎至-180目，破碎過(guò)程中注意防止金屬污染。
第四，將-180目粉末進(jìn)行進(jìn)一步篩分，分為-180～+300目作為A組填料，-300目粉末作為B組填料；第五，A、B兩組填料按7∶3比例混合成涂料固體填料；最后，將固體填料粉末與磺化有機(jī)硅樹脂在膠磨機(jī)和混合機(jī)中進(jìn)行混合、攪拌、溶解、分散、均質(zhì)，卸出裝罐即可使用。
下表為實(shí)施例在170噸LF精煉生產(chǎn)相同條件下試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。
實(shí)施例1～3為采用單一涂料保護(hù)處理測(cè)試結(jié)果，實(shí)施例4為采用單一浸漬處理的測(cè)試結(jié)果，實(shí)施例5為采用浸漬處理結(jié)合涂料保護(hù)處理的測(cè)試結(jié)果。

權(quán)利要求
1.一種用于減少石墨電極消耗的保護(hù)層的處理工藝，采用浸漬渡層的方法，其特征在于石墨電極保護(hù)采用濕法浸漬，其工藝過(guò)程如下，a對(duì)待處理石墨電極進(jìn)行預(yù)處理，用鐵刷和壓縮空氣清理石墨電極表面；b將石墨電極吊裝至浸漬容器中，將通電加熱極接在石墨電極兩端；c在石墨電極兩端通電加熱，電壓20～30V，電流20～60A，加熱1～5min使石墨電極升溫至120～150℃后斷電，將石墨電極孔隙中的空氣加熱至稀薄狀態(tài)后，注入常溫的浸漬液(25℃左右)，由于石墨電極迅速降溫，石磨孔隙中的空氣降溫形成負(fù)壓，可將浸漬液吸入孔隙中；d石墨電極在浸漬液中降溫后，在進(jìn)行間斷加熱，溫度為120～150℃，對(duì)浸漬液進(jìn)行蒸發(fā)處理，蒸發(fā)過(guò)程中，因?yàn)槭姌O作為發(fā)熱體，飽和浸漬液中的硼化物不斷析出在石墨電極的孔隙中和石墨電極表面；e加熱蒸發(fā)20～30min后，打開排空閥，放出殘余浸漬液，再等2～3min后，斷電停止加熱石墨電極，浸漬處理完畢。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于減少石墨電極消耗的保護(hù)層的處理工藝，石墨電極保護(hù)采用涂料噴涂渡層的方法，其特征在于將石墨電極用毛刷和壓縮空氣清除表面的污垢，采用高壓無(wú)氣噴涂工藝將保護(hù)涂料涂敷于石墨電極表面，無(wú)氣噴涂壓力為0.6Mpa～1.5Mpa，噴槍口徑為0.1～0.15mm，每次噴涂厚度為0.5～1mm，每層涂敷間隔20～30min，確保每層涂料表干后再進(jìn)行下一道次噴涂，涂層總厚度為2.5～3.5mm。
3.如權(quán)利要求1和2所述的一種用于減少石墨電極消耗的保護(hù)層的處理工藝，其特征在于采用浸漬加噴涂渡層的方法，先對(duì)石墨電極進(jìn)行浸漬液處理，然后再進(jìn)行涂料噴涂處理的方法。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于減少石墨電極消耗的保護(hù)層的處理工藝，其特征在于浸漬液的配方(重量百分比)為硼酸15～25％、硅化鉬1～3％、NNO擴(kuò)散劑5～10％、鹽酸(濃度4N)1～3％、余量為水。
5.如權(quán)利要求2所述的一種用于減少石墨電極消耗的保護(hù)層的處理工藝，其特征在于石墨電極保護(hù)涂料的配方(重量百分比)為B2O35～8％、MoSi28～15％、TiO25～10％、Cr2O33～10％、Al2O33～10％、磺化硅樹脂40～65％。
6.如權(quán)利要求2或5所述的一種用于減少石墨電極消耗的保護(hù)層的處理工藝，其特征在于石墨電極保護(hù)涂料的制作方法為首先，將各種原料粉末按比例在濕磨機(jī)中進(jìn)行充分混合，濕磨介質(zhì)為水或酒精，濕磨時(shí)間12h～48h，卸料后烘干制團(tuán)粒；第二，將粉末團(tuán)粒置進(jìn)行預(yù)熔燒結(jié)處理，融化溫度1400～1600℃，融化10～20min后出爐冷卻；第三，將冷卻后的熔化燒結(jié)料進(jìn)行破碎處理，將熔化燒結(jié)料全部破碎至-180目；第四，將-180目粉末進(jìn)行進(jìn)一步篩分，分為-180～+300目作為A組填料，-300目粉末作為B組填料；第五，A、B兩組填料按7∶3比例混合成涂料固體填料；最后，將固體填料粉末與磺化有機(jī)硅樹脂在膠磨機(jī)和混合機(jī)中進(jìn)行混合、攪拌、溶解、分散、均質(zhì)，卸出裝罐即可使用。
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于減少石墨電極消耗的保護(hù)層的處理工藝的裝置，它是一種筒體結(jié)構(gòu)，其特征在于在電極的上下兩端設(shè)置通電加熱電極并在其間加入電源，浸漬容器的下部設(shè)有排空閥，浸漬器采用整體或分體式結(jié)構(gòu)，分體式結(jié)構(gòu)由筒體和端蓋構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于減少保護(hù)層的處理工藝及裝置，對(duì)石墨電極采用浸漬與噴涂及兩種方法結(jié)合的工藝，采用特殊的浸漬裝置實(shí)現(xiàn)濕法浸漬，并且使用與石墨電極親合力好涂料成分，通過(guò)這兩種方法都可實(shí)現(xiàn)減少石墨電極消耗的目的，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果還在于在對(duì)石墨電極進(jìn)行浸漬處理提高其密度減少孔隙率的基礎(chǔ)上，結(jié)合高溫防氧化涂層對(duì)石墨電極進(jìn)行抗高溫氧化保護(hù)，提高了保護(hù)涂層與石墨基體的機(jī)械相容性和化學(xué)相容性，而且避免在升溫過(guò)程中，石墨孔隙種氣體因加熱外溢破毀連續(xù)的涂層，可確保涂層具有明顯有效的保護(hù)作用。
文檔編號(hào)B05D1/18GK1968551SQ20051004775
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者李德剛, 廖相巍, 黃玉平, 姜振生, 冷松, 李廣幫 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司