电弧炉石墨电极的氧化分析与保护措施

电弧炉炼钢是以电能作为热源的炼钢方法，它是靠电极和炉料间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助电弧辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属炉料和炉渣，冶炼出各种成分合格的钢和合金的一种炼钢方法。

         电极是电弧炉的主要组成部分，电极的作用是把电流导入炉内，并与炉料产生电弧，将电能转化为热能。电极要能传导很大的电流、电极工作时受到高温、炉气氧化及塌料撞击等作用，工作条件非常恶劣，目前绝大多数电弧炉均采用石墨电极,石墨电极主要以石油焦、针状焦为原料，煤沥青作结合剂，经煅烧、配料、混捏、压型、焙烧、石墨化、机加工而制成。石墨电极通常又分为普通功率石墨电极(RP)、高功率石墨电极(HP)、超高功率石墨电极等(UHP)，石墨电极的价格都比较贵，一般在8000元以上每吨，石墨电极的消耗直接影响着钢的生产成本。国家规定的电极消耗指标为每吨钢消耗电极不大于6kg，而在实际生产中石墨电极消耗要远大于这个数据。根据研究，石墨电极消耗由五部分组成：端部消耗、侧面氧化、残端损失、表面剥落及掉块、电极折断等，其中端部消耗、侧面氧化通常被称之为有功消耗。

端部消耗：包括电弧高温引起的石墨材料升华以及电极端部与钢水及炉渣发生化学反应的损失。

侧部氧化：电极的化学成分是碳，碳在一定条件下与空气、水蒸气、二氧化碳都会发生氧化反应，电极侧部氧化量与单位氧化速率和暴露面积有关。一般情况下，电极侧部氧化量要占电极总消耗量的50%左右。近年来为了提高电炉冶炼速度，更增加了吹氧操作的频次，导致电极的氧化损失增加。

残端损失：电极连续使用到上下两根电极连接处时，一小段电极或接头（即残体）因本体的氧化变细或裂纹的贯通而产生脱离。

表面剥落及掉块：在冶炼过程中急冷急热，电极自身的抗热振性能差导致表面剥落掉块。

电极折断：与电极自身质量有关。

而端部消耗和侧面氧化分别占到电极消耗的30-70% .因此减少端部消耗和侧面氧化消耗最重要。

根据研究表明：侧面氧化速率与电极表面温度呈非线性关系，根据氧化速度不同分为低温氧化和高温氧化两种，400度以下为低温氧化，400度以上为高温氧化。高温氧化比低温氧化快得多，在温度超过550-600度时氧化加剧，且随电极温度升高，石墨氧化加快。此时石墨电极附近的氧浓度和石墨表面气流速度对电极氧化速率有明显的影响。

通过对电弧炉石墨电极的有功消耗原因分析，志盛威华推出了ZS-1021石墨耐高温抗氧化涂料，涂料采用自交联成膜溶液，溶液中含有极性基团，如多聚酸基，耐温高；羧基(-COO-)内交联调整好；氨基(-NH3)成膜网状交联致使涂层致密，这些官能团发挥协同效应，使ZS-1021石墨耐高温抗氧化涂料溶液耐高温，耐温可以达到2600℃，粘结强度高，附着力好。填料材料选用了Er-Y－Ls稀土双层连续立方体结构，抗氧扩散率在96%以上，具有抗氧化性能好、耐酸碱、耐高温、自愈修复能力强、抗熔渣和高温杂物侵蚀及渗透侵蚀等优点。

通过长时间在石墨电极上的应用数据分析，涂刷zs-1021石墨耐高温抗氧化涂料比没有涂刷的要降低有功消耗30%-50%左右，延长了石墨电极使用寿命，降低了电弧炉炼铁成本，也减少了频繁停炉更换石墨电极的次数，极大的提高了钢铁冶炼的生产效率。