电弧炉冶炼中影响石墨电极消耗的因素

随着中国经济的快速发展，各行各业对特殊钢材的需求越来越广泛，致使电弧炉炼钢技术发展十分迅速，大容量超高功率电弧炉和大型炉外精炼技术已经成为现代化钢铁行业的标志。国内100T以上粗炼电弧炉，变压器容量65~150MV*A；50~100T的电弧炉约，变压器容量35~85MV*A；40~300T的LF精炼炉台，变压器容量10~45MN*A。这些电炉均使用不同规格的超高功率石墨电极。随着电弧功率的不断提高，冶炼工艺技术的不断优化，对石墨电极的理化指标要求越来越高具消耗指标越来越低。从大型化大容量化的超高功率电弧炉的平均消耗水平来看，吨钢电极消耗从过去平均3.5KG/T降到了1.2KG/T，而LF炉的平均消耗均低于0.5KG/T。由于石墨电极在冶炼中占有一定成本的比例而且消耗量很大，所以各使用厂家对石墨电极的消耗和使用效果均十分看重，而且也列入到生产中作为一项重要的考核指标。

炼钢工艺中的电弧炉冶炼有粗炼和精炼之分，但均由石墨电极把电能传入电炉内而转变成热能达到升温熔化固体炉料的目的。粗炼是以熔化废钢并排出有害气体和杂质为目的的氧化过程，精炼同是以升温来调整钢种元素和去气去杂质的还原过程。由此可见，电弧炉冶炼就是利用石墨电极调节炉温来实现氧化还原反应而达到炼钢工艺要求的。冶炼中文义的石墨电极的消耗可分为有功消耗，也自然消耗或叫技术消耗。无功消耗是未参加加热过程或未完全参加加热过程的有形消耗，也是非技术性消耗。

1 影响石墨电极消耗的主要因素
电炉炼钢中对石墨电极的消耗贯穿在整个冶炼工艺过程中，其消耗大小受许多因素影响，这里仅为冶炼过程的操作来做以剖析。

1.1 废钢质量差或配比不当致使造渣效果不好而延长冶炼时间；加料次数和穿井资料增多加大了电极底部的损坏及折断概率；冶炼时间加长是导致电耗与电极消耗与损失上升的直接因素。

1.2 电炉供电设备与电极规格品种不匹配
电弧炉送电是高流低压操作。若供电设备能力过大而超出电极极限负荷时，起弧5~10MIN内电极则有由下至上的发红现象，联接处界线十分明显且大多有折断事故发生；电流过高或波动过大，联接处接善类折断频率提高而且底部消耗呈锥尖状。若供电能力低，炉温在有效中热时间内达不到工艺要求将需延时操作。超负荷与超时操作对石墨电极的损失和消耗是最大的。

1.3氧化期强制增大化学能和提高冶炼强度
冶炼中强制加大吹氧量（一般小于45M3/T）以达到快速熔化和提高炉温，这样易使炉况恶劣而且炉内和炉上呈富状态，使每相电极都处在高温火焰之中。电极处在这种炉况环境时，大多有起层和表面氧化严重现象。

1.4 电炉的配置和操作的技术性
现代电弧炉与传统电炉有本质的差异，超高功率大型化电弧炉及热装炼钢工艺的出现提高了冶炼强度和产能，从而对石墨电极的质量也提出了更高的技术要求。操作中对送电曲线和挡位的选择，对起弧和稳弧电压电流的控制，对长、中、短弧的配合使用，水冷系统的配置和应用等，都对电极的使用寿命和消耗起到了关键作用。

1.5 石墨电极的质量
现在电弧炉的冶炼和工艺对石墨电极的抗氧代性能及抗热震性能要求越来越强烈，而且由于质量波动造成的消耗过高深受直接使用者的极大关注。所以石墨电极质量的均衡性和稳定性是决定消耗大小的最重要因素。

2 石墨电极消耗高低的对比分析
冶炼电弧炉在一定时期内的工艺和运行状况变化不大时，对石墨电极的消耗水平也是基本均衡的。随着炉龄的延长或工艺的变化，对电极的消耗也有所波动则是很正常的。那么，在同一台电弧炉上有同一家的产品是地，其消耗尘埃却被用户着得很重，就些提出的异议已经是普遍现象。任何一种产品的质量都有波动性，但波动的幅度大小则反映出了生产厂家的技术装备水平和综合管理水平。

3 对冶炼中石墨电极折断的进一步分析
电弧炉冶炼中偶发电极折断是正常现象而且是不可绝对避免的，而大型DC和AC及LF电炉的电极则视为事故。处理电极折断残体是操作中最辛苦的工作，其结果必然是消耗过高、加长冶炼周期、产量降低、成本提高。国内一般技术水平的AC电炉，月折断电极5~7次为政党先进的大型DC和AC电炉大多配有控制网络系统，大大降低了人为因素，月折电极小平2次；先进的大型LF炉基本不允许有电极折断现象。电炉冶炼操作中的电极折断原因是比较复杂的，对以下5方面应引起极大关注。

3.1 冶炼工艺
（1）原料配比，电极下方要避免有大块料和不导电物；
（2）穿井后产生“搭桥”现象时，要改用长弧操作而避免大的塌料碰击；
（3）电极升降与小炉盖必须同心，避免热震动时发生刮碰而折断。

3.2 送电制度
(1)确定初始起弧挡位而按顺序升位（每台炉至少有3条送电曲线），避免电流过大波动和炉内长、短弧频繁变化而产生热震动过大；
(2)随着炉温升高电极联接处要释放一定的内应力，起弧后通过电极单位面积的电流林有个逐步上升的过程，这就是电极与炉况的适应过程。
(3)超载运行，新型电炉的超负荷能力一般不大于20%，若起弧电流超过额定值接头最易发生折断，当电极与炉况适应后即使超载也会正常运行，但有接头发红现象。

3.3 冶炼炉况
（1）配加料和送电操作关系到炉况变化，但吹氧、烧嘴燃汽和燃油则是恶化炉况的关键。化学能的利用降低了电耗，但加大了电极表面和上端面的氧化程度。特别是负压过大时加快了电极表面的氧化速度，而使电极本体表面锥型化。
（2）炼钢过程就是造渣的过程。化学能的使用加大了钢水的搅动力而更利于泡沫渣的产生，钢水沸腾、渣层厚度、渣液流动性和埋弧效果不仅关系到冶炼效果，而且对电极的底部增碳消耗和掉头及圆周表面消耗也关系重大。
（3）炉恶化中的操作是频繁变化的，电极上震动并伴有左右摆动。电流的频繁变化加大了热震动，对富氧环境中的石墨电极不仅加快了表面消耗，而且对联接部位（接头强度）也是考验。

3.4 电极储运
（1）现场存储电极中要避免与液体介质接触，否则受热后将出现鱼鳞状掉块。
（2）现场存放接头中要避免与高温热源接近，否则受热后接头拴易熔化流出。

3.5电极质量
对大型UHP和HP上限的电炉，所提供的石墨电极必须要提高实物质量。
（1）一定消除结构缺陷或强度不足问题，否则在冶炼第一包料送电1~3min就会发生接头折断事故。
（2）电极端面的加工精度也至关重要，若有缝隙就会产生透气现象并伴有局部发红。送电10min左右联处明显发红，连续冶炼2~3炉后其内扣易氧化而发生折断或脱落事故。
（3）公差配合问题必须时刻关注，不论是松动还是连接不到位，只要有缝隙就会发生折断或脱落。从使用情况来看，部位出现的问题大多是由公差配合所引发的。