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  （民和光大炭素有限公司青海 中国８１０８００） 摘要本文介绍了矿热炉用电极糊的性能分析方法，结合电极糊生产和使用实践，较为详细 地研究讨论了目前能了解到的所有的电极糊技术指标及其测试方法，希望能对电极糊厂家产 品质量的稳定和提高有所裨益。 关键词矿热炉电极糊探讨技术指标 ＳＴＵＤＹ ＯＮ ＴＨＥ ＴＥＣＨＮ ＩＣＡＬ ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ ＯＦ ＴＨＥ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＰＡＳＴＥＳ ＦＯＲ ＳＵＢＭＥＲＧＥＤ ＡＲＣ ＦＵＲＮＡＣＥＳ ＭＡ ＬＩ—ｑｌＡＯ，ＲＡＮ ＷＡＮ—ＱＩＡＮＧ， ＨＥ ＳＨＩ—－ＲＯＮＧ Ｍａ Ｌｉｑｉａｏ Ｒａｎ Ｗａｎｑｉａｎｇ Ｈｅ Ｓｈｉｒｏｎｇ （Ｍｉｎｈｅ Ｇｕａｎｇｄａ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，ｑｉｎｇｈａｉ Ｈａｉｄｏｎｇ ８１０８００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂａｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐａｓｔｅｓ ｓｕｂｍｅｒｇｅｄａｒｃ ｆｕｒｎａｃｅｓ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐａｓｔｅｓ，ａ１１ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｔｓｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐａｓｔｅｓ ｓｔｕｄｉｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｉｔ ｉＳ ｈｏｐｅｄ ｐａｐｅｒＣＯＴｔ ｈｅｌｐ ｆａｃｔｏｒｉｅｓ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐａｓｔｅｓ ｅｏｎｔｒａｌｐｒｏｃｕｃｔｓ ｑｕｌｉｔｙ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｍｐｒｏｖｅｗｅｌｉ． ＫｅｙＷｏｒｄｓ ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ ａｒｃ ｆｕｒｎａｃｅ，ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｐａｓｔｅ，ｓｔｕｄｙ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ 在矿热炉中，连续自焙电极的作用是将 电能从变压器导入炉内的冶炼区，从而完成 冶炼过程。连续自焙电极是由装入电极桶的 电极糊，经熔化、焙烧致密化而形成的。在 矿热炉的运行成本中，电极糊所占比例很 小，只有２％左右，但是却起着至关重要的 作用，自焙电极被称为矿热炉的“心脏”。 矿热炉的操作几乎都是围绕着为保证自焙 电极的正常工作而展开的。 为确保自焙电极始终处在良好的工作 状态，不发生软断、硬断、流糊、过度氧化、 掉头、开裂碎裂等等非正常现象，需要对矿热 炉进行精心操作，比如按要求的程序进行加 糊、下放电极等作业“１，电极桶和筋板的设 计要合理“１，在停炉和重新开炉时要对电极 做必要的维护，。除此之外，电极糊的质 量和性能的稳定性就成为保证自焙电极良 好运行的最主要的因素。 在国内，日常测试用来控制电极糊质量 的技术指标只有很少的几项。比如中华人民 共和国黑色冶金行业标准《电极糊 ＹＢ／Ｔ５２１５－１９９６）中，只规定了六项技术指 标。对于生糊只要求测试灰分、挥发分和延 伸率；对于焙烧糊样，只要求测试体积密度、 抗压强度和电阻率。而且这一标准自１９９６ 年以来就再也没有修订过。实践证明，上述 六项指标并不能完全反应电极糊的使用性 能，必须引入其他更能全面反应电极糊质量 的技术指标，才可能正真的保证得到性能好的矿热 炉自焙电极。 本文通过综合分析文献中介绍的电极 糊性能分析方法，结合电极糊生产和使用实 践，较为详细地研究讨论了目前能了解到 的所有的电极糊技术指标及其测试方 作者简介马历乔男，１９６９年生，毕业于北京化工学院化学工程系，高级工程师，主要是做炭素工艺研究。 ４０４第２３届全国铁合金学术研讨会论文集 法，希望能对电极糊厂家电极糊质量的稳定 和提高有所裨益。 １生糊技术指标 电极糊生糊的技术指标主要是体积密 度、灰分、挥发分、可塑性、流动性、延伸 率、可压缩性、粘度等。生糊的关键指标是 可塑性，实际上流动性、延伸率、可压缩性、 粘度等等，反应的也都是电极糊的塑性行 １．１体积密度、灰分和挥发分生糊的体积密度是将电极糊加热后装 入模具，加压成型后通过称重和测量体积测 定的。体积密度的大小与电极糊的组分有 关。低密度电极糊往往是无烟煤基的，而以 石油焦或残阳极为骨料的电极糊，具有较高 的体积密度。实际上电极糊中加入越多的石 墨，则具有越高的体积密度；电煅煤比普煅 煤更加有助于提高电极糊的体积密度。通过偏 光显微镜可以鉴别电极糊中存在的各种原 料组分。当然，粘结剂的用量对体积密度影 响也很大。 灰分提供了所使用无烟煤种类和用量 的信息，因为在总灰分中，无烟煤对灰分贡 献最大。比如，当灰分出现重大变化时，通 常说明所用的无烟煤类型和用量发生了变 挥发分是控制糊料中沥青用量变化或沥青类型改变的有用参数。无烟煤的煅烧程 度或无烟煤质量，在～定程度上也会影响挥 １．２可塑性“１理想的电极糊应该拥有非常良好的可压缩 性，而且在１００～５００的液态下不发生偏 析。可塑性试验是将一个圆柱形糊块缓慢加 热，在加热终了时，经过测量最终样品的直 径，用计算出的直径变化百分比来表示可塑 性。在某一时间段，可塑性是控制电极糊生 产稳定性的最佳指标。混捏过程中出现的问 题，能够最终靠可塑性值的变化得到检测。比 如在几年前，有一个电极糊生产厂商改变了 他们的混捏锅，决定往电极糊中添加一些 油。图１表示这种变化之后电极糊可塑性的 差异。两种电极糊样品的混捏程序相同。显 然，变化之后的电极糊可塑性超出了要求范 围，导致电极出现了问题。 图１可塑性差异 Ｆｉｇ．１ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ沥青用量在一些范围内时，可塑性是可 控的，超出这个范围时，问题往往会出现。 如果可塑性太大，电极糊流动，就好像配方 中没有骨料一样，如图２所示，在焙烧试样 中有可能会出现偏析。 图２可塑性大发生了偏析Ｆｉｇ．２ Ｈｉｇｈ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ偏析会导致很多问题，尤其是在使用柱 状糊的情况下。一块糊柱的性能指标超出了 范围，所产生的危险区就足以导致断电极。 当偏析区到达铜瓦部位时，电极上的空洞会 使得电极桶承载过大的电流，因此导致电极 桶熔化，结果是流糊和电极软断，见图３。 Ｓｅｍ＇ｅｇａｔ ａｒｅａ ２Ｉｔｌｅ ｓｅｎｅｇａｔｅｄ ａｌｅａ １Ｎｏｒｍｌ ｓｉｔｕｌｍｏｎ ｒｅａｃｈｅｓ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｈｏｅｓ ｃ蠲吨ｍｅｌｔｓ３Ｗｈｃａｓｉｎｇ ｍｅｌｔｓ ｐａｓｔｅ ｌｅａｋｓ ｈａｐｐ图３偏析导致流糊 Ｆｉｇ．３ Ｓｃｈｅｍｅ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ 另一方面，可塑性小，会导致电极糊可 压缩性不好，因为这样的电极糊流动性差， 不能充分填充电极桶，在焙烧电极结构中会 出现孔洞。这些孔洞会产生电弧，使得铜瓦 区域过热，对设备造成了严重的伤害。 ｌｅａｋ １．３流动系数 前些年，国内一些企业在向原独联体国 家，比如俄罗斯、哈萨克斯坦等出口电极糊 时，对方要求测试流动系数，由此引进了流 动系数的测试方法，目前这种方法在国内电 ４０６第２３届全国铁合金学术研讨会论文集 极糊厂比较流行。流动系数的测试方法是将 一定量的电极糊放在如图４所示的容器内， 在２５０１０的温度下，恒温３０分钟后， 测量电极糊流到容器下面铁板上，并延伸开 形成的电极糊饼的平均直径，该直径与容器 出口直径的比值，即为电极糊的流动系数。 容器出口的直径是５０衄。 经验表明，这种测试流动系数的方法， 简单易行。适合用于电极糊现场质量控制。 通常铁合金炉使用的电极糊，流动系数在 １．５～２．０之间较为合适。低于１．５，电极糊 发干，可压缩性不好，不易形成致密的电极； 高于２．０，电极糊易发生偏析，导致电极 发生硬断。 ＩＬ犁＼＼～图４电极糊流动系数检测装置 Ｆｉｇ．４ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｆｌｏｗｃｏｅｆｆｃｉｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐａｓｔｅｓ １．４延伸率 中华人民共和国黑色冶金行业标准《电 极糊延伸率的试验方法ＹＢ／Ｔ５２８９—２００１））规 定了电极糊延伸率的测定方法。该方法是将 电极糊加热装入特制模具，压制成中２５８０ 舢的圆棒试样，然后将圆棒试样放入一个 特制的斜板上的圆槽内，斜板的斜度为 ８．３３。，在２００下恒温１ ｈ，测量圆棒试 样伸长的百分比，即为电极糊的延伸率。因 为此方法需要压制圆棒试样，较为麻烦，不 适合现场对电极糊进行质量控制。 １．５可压缩性”１ 可压缩性试验是在固定的低压下将电 极糊样品（小块糊或柱状糊）加热，如 图５所示。在实际的自焙电极体系中，加在 液体电极糊上的压力表现为小块糊的重量。 当温度上升时，电极糊开始流动，充 满模具。在实验过程中，电极糊样品的体积 密度逐步的提升，最后达到电极糊能达到的最 大值。与生糊的最大体积密度相关联，计算 出每一温度点所达到的压缩百分比。 通过这种方法，我们大家可以得到有关在 第２３届全国铁合金学术研讨会论文集 ４０７电极糊柱中何种电极糊的可压缩性更好的 比，见表１。 信息，我们测定了每一温度点的压缩百分 表１电极糊的可压缩性 Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｅａｃｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 编号 电极糊１ 电极糊２ 电极糊３ １００时的体积密度（ｇ／ｃｍ３） １．１９（７５％） １．０７（６７％） １．４８（９０％） １５０时的体积密度（ｇ／ｃｍ３） １．３６（８６％） １．４４（９０％） １．５３（９４％） ２００时的体积密度（ｇ／ｃｍ３） １．３６（８６％） １．４５（９０％） １．６１（９８％） ２５０时的体积密度（ｇ／ｃｍ３） １．４２（９０％） １．４７（９１％） １．６２（９９％） ３００时的体积密度（ｇ／ｃｍ３） １．４５（９２％） １．５０（９３％） １．６３（９９％） 图５电极糊的压缩试验 Ｆｉｇ．５ Ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｔｒｉａｌ ｐａｓｔｅ１．６粘度“１ 在压缩试验中，当密度达到或超过最 大可达到密度的９０％时，电极糊中的粘结剂 成分有充足的流动性使得电极糊充满电 极桶。在保证压缩性后，研究电极糊的粘度 是很重要的，这是为了评价电极糊的偏析性 能，因为电极糊的粘度越大，发生偏析的可 能性就越小。通常，粘度也与沥青含量有关。 电极糊中的沥青必须要提供足够的可塑性以 便于电极糊的压缩，但是沥青含量必须尽可 能的小，以避免发生偏析。 粘度试验是将与模具同形的电极糊样 品在一个锥形体下面加热，如图６所示。如 图７所示的曲线，在每一温度点，锥形体在 电极糊中的针入度，用与锥形体总高度有关 的位移百分比表示。如果电极糊的针入度值 大于７０％，则说明电极糊粘度小，很容易发 生偏析，因此是不值得推荐的。 本试验也能够适用于确定电极糊熔化的 开始温度，电极糊的熔化开始温度与炉子的 种类（密闭、半密闭）和所生产的铁合金的 种类（金属硅温度很高而锰铁温度低）有关。 ４０８第２３届全国铁合金学术研讨会论文集 Ｆｉｇ．６Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｅ 图７粘度曲线 ＶｉＳＣＯＳｉｔｙ ｃｕｒｖｅｓ ２焙烧糊技术指标 电极糊样品经９００焙烧后，测定其 力学性能和电学性能，能提供有关评价焙烧 电极抗应力形变和电流传导能力方面的有 价值信息。 国内采用中华人民共和国黑色冶金行 业标准《炭糊类检测试样焙烧方法 ＧＢ／Ｔ３４２５—１９８２》（该标准已经多年没有修 订了）中规定的办法来进行电极糊焙烧试样的 制作。制作的过程是先将电极糊加热，然后装 入用铁皮制作的圆筒中敦实，再在小焙烧炉 里焙烧到９００。 文献［４】中采用的电极糊焙烧样品制备 方法有两种：加压成型后焙烧和不加压焙 烧，如图８所示。前者是先将电极糊加热到 １６０，装入模具加压成型，施加的压力较 大，之后将样品缓慢焙烧到５００。后者 是将电极糊装入模具，在较低的恒压下缓慢 加热到５００。然后再将样品焙烧到 ９００。通常，如果电极糊的压缩性能很好， 两种方法没什么大的区别，但是在后一种 方法中，有时候因为没有压好，其结果是样 品的力学性能很差。这也说明电极糊可塑性 是在一个较低的范围内，会导致电极出现问 ２．１体积密度和气孔率电极糊焙烧试样的体积密度和气孔率， 是反应电极糊骨料粒度组成是不是合理，沥青 用量是不是合理的重要技术指标。 ２．２力学性能 电极必须有足够的强度，而且要能适 应炉子正常运行期间产生的应力冲击。对于 大多数商品电极糊来说，强度和对应力冲击 的适应能力之间是矛盾的，因此二者之间要 保持适当的平衡。 反应强度的技术指标是抗压强度、抗 折强度和抗拉强度；反应抗热冲击能力的技 术指标是弹性模量。对自焙电极建立数学模 型，通过数学模型预测显示，对于低弹性模 量的电极糊，适中的抗折强度３ ＭＰａ，就能 抵抗经充分安全放大的热应力的冲击。 为得到脆性小的、适应性更好的电 极，低杨氏模量是较为理想的，最佳范围是 ＧＰａ。图８电极糊压缩试验 Ｆｉｇ．８ Ｐａｓｔｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ２．３电阻率 在焙烧区域，电极糊要有足够的导电性 能，以便能够把电能从铜瓦传导到电极端 部。焙烧后电极糊的电阻率值至少要达到 １００ ｕＱ．ｍ，才可能正真的保证电流的正常传导。大 型的矿热炉要求电极糊的电阻率要达到６５

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