高溫抗氧化涂料在LF爐石墨電極的運用初探

牛進才

摘 要：現階段，石墨電極在LF爐得到了有效的運用，圍繞著石墨電極展開的討論，也變得更加全面、具體。文章首先介紹了石墨電極的常見損耗，并分析了被損耗的原因，然后以作用機制、使用方案和價值為切入點，圍繞著高溫抗氧化涂料的具體運用展開了討論，希望可以在某些方面給相關企業及個人以啟發。

關鍵詞：LF精煉爐;石墨電極;抗氧化涂料

前言：LF精煉爐的功能主要是成分微調、去除夾雜，因此，利用耐介質、導電性良好的石墨對電極進行制作，具有十分重要的作用，但是加熱LF爐會導致電極被消耗，從而出現斷裂、氧化等問題，合理應用抗氧化、耐高溫的涂料，可以延長石墨電極的使用壽命、提高其使用價值，本文所探究內容的意義不言而喻。

1石墨電極被損耗的原因

作為現實煉鋼生產的工具，LF精煉爐在生產高效、優質、低消耗、多品種特殊鋼的方面，具有重要的作用。生產過程中，LF爐的消耗以電耗、輔料消耗、耐材消耗和電極消耗為主，只有對電極消耗加以控制，才能降低生產成本，提高企業競爭力，下文主要分析了LF爐所使用石墨電極被消耗的原因，供相關人員參考。

1.1尖端消耗

電極尖端消耗的形式，包括熱剝落、電極蒸發和鋼水吸收，尖端消耗帶來的影響略低于氧化消耗，約占總消耗量的25%～35%，需要工作人員引起重視。

1.2折斷消耗

LF精煉爐在運行的過程中，存在電極突然斷裂的可能，導致該問題出現的原因，主要是電磁力、熱應力、機械應力和外力作用之和，超出電極能夠承受的強度。

1.3側面氧化

側面損耗的出現，主要是因為石墨電極和爐內氧氣發生化學反應，產生大量CO、CO2。研究表明，一旦運行溫度達到450℃，石墨電極就會出現氧化的情況，如果溫度不斷升高，電極氧化的情況也會變得更加嚴重[1]。一般情況下，石墨電極都具有較高的表面溫度，另外，爐門、電極孔的存在，為氧氣的進入提供了方便，氧化的情況難以避免。

研究表明，上述三個原因中，占消耗總量50%～70%的原因為氧化消耗，因此，要想盡量避免電極被不必要損耗，降低氧化消耗是關鍵。而對氧化消耗具有降低效果的途徑，主要有以下兩種：第一，如果運行環境的溫度較低，可以通過鈍化表面活性點、基體改性的方式，防護石墨材料;第二，通過涂層的方式，將氧氣和基體進行隔絕，實現氧化防護的目標。

2高溫抗氧化涂料的具體運用

通過上文的分析可以看出，由于石墨電極的原材料以石油焦、煤焦油瀝青為主，雖然具有重量輕、易于加工、膨脹系數較低等優點，但是，高溫環境會導致氧化速度加快，這不僅會導致生產效率受到影響，還會給企業帶來不必要的損失。如何使電極具備良好的高溫抗氧化性，自然成為人們討論的重點。

2.1涂料作用機制

高溫抗氧化涂料的優點，主要體現在以下方面：穩定的化學性質、耐高溫、良好的熱震性、與石墨相近的熱膨脹系數。涂刷在石墨電極表面的抗氧化涂料，經過干燥會形成封閉涂層，該涂層既滿足耐超高溫的要求，又具備耐化學品腐蝕、不易受高溫影響而開裂的特點，石墨電極的使用壽命，自然會在極大程度上得到延長。另外，該涂層在冶煉的過程中，可以將電極肌體表面和空氣中的氧氣進行隔絕，通過減少氧化消耗的方式，賦予石墨電極更加優秀的抗氧化性，石墨電極的單位消耗也會隨之降低。

2.2涂料使用方案

在LF爐A相的石墨電極上，對高溫抗氧化涂料進行涂刷，B相、C相仍舊使用傳統的石墨電極，通過觀察兩種電極在生產過程中所產生消耗的差別，確定抗氧化涂料是否具備使用價值。在涂刷涂料的過程中，以下內容需要引起工作人員的重視：其一，由于涂料只有在干燥、涂刷均勻的前提下，才可以充分發揮出自身在耐高溫、抗氧化方面具有的作用，因此，工作人員應反復對涂料進行均勻涂刷，再置于陰涼處自然風干，方可上線使用;其二，涂料本身并不具有導電性，在對石墨電極進行涂刷時，需要工作人員提前預留出導電面，在原電極2/3的面積上涂刷涂料;其三，涂層最外層的作用是組織氧氣侵入，這就要求所使用涂料，滿足氧滲透率低的要求;其四，基體和涂層間，需要具有高粘結強度，工作人員應以實際情況為依據，對工藝途徑加以選擇;其五，部分涂層存在含氧化物的情況，碳會導致氧化物被還原，因此，涂層需要具備減少碳的擴散的作用;其六，基體和涂層間，應滿足化學相容、機械相容的要求，即使外部溫度不斷升高，基體和涂層間也不能發生不必要的反應，例如，高溫分解、體積相變等[2]。

2.3涂料使用價值

某鑄造廠跟蹤并記錄了三個月內，兩種電極分別對應的數據，得出以下結論：一方面，在電極消耗方面，以相同的使用環境和時間為前提，無涂料電極表面的氧化速度、消耗量都明顯高于有涂料電極，由于電極的溫度較低，因此，使用前期，兩種電極在氧化速度、消耗方面的差別并不明顯，隨著使用時間增加，電極溫度變得更高，此時，無涂料電極的氧化速度變得更快，消耗量自然也變得更高，有涂料電極在使用后期逐漸被氧化，外表涂層轉為暗紅色并伴有涂層脫落現象，然而，涂料仍舊覆蓋電極整體，發揮著隔絕空氣的作用，無涂料電極則出現大幅變細的情況，由此可見，無涂料電極的氧化速度更快，涂刷高溫抗氧化涂料，既能夠賦予電極良好的耐高溫性、抗氧化性，還可以降低電極消耗，延長其使用壽命。需要注意一點，如果存在涂料沒有充分干燥的情況，在電極升溫的過程中，局部涂料會出現脫落的問題;另一方面，無涂料電極的表面溫度要比有涂料電極更高，雖然石墨電極的表面溫度會隨著使用時間增加而升高，但是，有涂料電極的升溫幅度明顯更小，這也從側面表明涂料在隔熱方面具有的價值，由于溫度快速升高，導致電極氧化程度變得更加嚴重的情況，因此而得到了一定程度上的緩解，實驗表明，涂料可以將石墨電極的溫度控制在700℃～750℃，避開會使氧化速度大幅增加的溫度的區間，電極的氧化速度自然能夠得到有效控制。

結論：通過上文的討論能夠看出，使用高溫抗氧化涂料對石墨電極進行涂刷，可以起到優化電極所具有耐高溫性和抗氧化性的效果，這對煉鋼工藝的完善、生產成本的降低具有重要意義，另外，資源利用率和生產效率，也會因此而得到大幅提高，鋼鐵市場的發展速度自然變得更快。

參考文獻：

[1]盧彬，陳亮，李艷龍，等.LF爐外精煉自動化冶煉研究與應用[J].山西冶金，2019，42（01）：46-47.

[2]廖增強，李勤學，張燦磊.LF爐降低電極消耗的工藝實踐[J].科技經濟導刊，2018，26（30）：56-57.