高温抗氧化涂料在LF炉石墨电极的运用初探

牛进才

摘 要：现阶段，石墨电极在LF炉得到了有效的运用，围绕着石墨电极展开的讨论，也变得更加全面、具体。文章首先介绍了石墨电极的常见损耗，并分析了被损耗的原因，然后以作用机制、使用方案和价值为切入点，围绕着高温抗氧化涂料的具体运用展开了讨论，希望可以在某些方面给相关企业及个人以启发。

关键词：LF精炼炉;石墨电极;抗氧化涂料

前言：LF精炼炉的功能主要是成分微调、去除夹杂，因此，利用耐介质、导电性良好的石墨对电极进行制作，具有十分重要的作用，但是加热LF炉会导致电极被消耗，从而出现断裂、氧化等问题，合理应用抗氧化、耐高温的涂料，可以延长石墨电极的使用寿命、提高其使用价值，本文所探究内容的意义不言而喻。

1石墨电极被损耗的原因

作为现实炼钢生产的工具，LF精炼炉在生产高效、优质、低消耗、多品种特殊钢的方面，具有重要的作用。生产过程中，LF炉的消耗以电耗、辅料消耗、耐材消耗和电极消耗为主，只有对电极消耗加以控制，才能降低生产成本，提高企业竞争力，下文主要分析了LF炉所使用石墨电极被消耗的原因，供相关人员参考。

1.1尖端消耗

电极尖端消耗的形式，包括热剥落、电极蒸发和钢水吸收，尖端消耗带来的影响略低于氧化消耗，约占总消耗量的25%～35%，需要工作人员引起重视。

1.2折断消耗

LF精炼炉在运行的过程中，存在电极突然断裂的可能，导致该问题出现的原因，主要是电磁力、热应力、机械应力和外力作用之和，超出電极能够承受的强度。

1.3侧面氧化

侧面损耗的出现，主要是因为石墨电极和炉内氧气发生化学反应，产生大量CO、CO2。研究表明，一旦运行温度达到450℃，石墨电极就会出现氧化的情况，如果温度不断升高，电极氧化的情况也会变得更加严重[1]。一般情况下，石墨电极都具有较高的表面温度，另外，炉门、电极孔的存在，为氧气的进入提供了方便，氧化的情况难以避免。

研究表明，上述三个原因中，占消耗总量50%～70%的原因为氧化消耗，因此，要想尽量避免电极被不必要损耗，降低氧化消耗是关键。而对氧化消耗具有降低效果的途径，主要有以下两种：第一，如果运行环境的温度较低，可以通过钝化表面活性点、基体改性的方式，防护石墨材料;第二，通过涂层的方式，将氧气和基体进行隔绝，实现氧化防护的目标。

2高温抗氧化涂料的具体运用

通过上文的分析可以看出，由于石墨电极的原材料以石油焦、煤焦油沥青为主，虽然具有重量轻、易于加工、膨胀系数较低等优点，但是，高温环境会导致氧化速度加快，这不仅会导致生产效率受到影响，还会给企业带来不必要的损失。如何使电极具备良好的高温抗氧化性，自然成为人们讨论的重点。

2.1涂料作用机制

高温抗氧化涂料的优点，主要体现在以下方面：稳定的化学性质、耐高温、良好的热震性、与石墨相近的热膨胀系数。涂刷在石墨电极表面的抗氧化涂料，经过干燥会形成封闭涂层，该涂层既满足耐超高温的要求，又具备耐化学品腐蚀、不易受高温影响而开裂的特点，石墨电极的使用寿命，自然会在极大程度上得到延长。另外，该涂层在冶炼的过程中，可以将电极肌体表面和空气中的氧气进行隔绝，通过减少氧化消耗的方式，赋予石墨电极更加优秀的抗氧化性，石墨电极的单位消耗也会随之降低。

2.2涂料使用方案

在LF炉A相的石墨电极上，对高温抗氧化涂料进行涂刷，B相、C相仍旧使用传统的石墨电极，通过观察两种电极在生产过程中所产生消耗的差别，确定抗氧化涂料是否具备使用价值。在涂刷涂料的过程中，以下内容需要引起工作人员的重视：其一，由于涂料只有在干燥、涂刷均匀的前提下，才可以充分发挥出自身在耐高温、抗氧化方面具有的作用，因此，工作人员应反复对涂料进行均匀涂刷，再置于阴凉处自然风干，方可上线使用;其二，涂料本身并不具有导电性，在对石墨电极进行涂刷时，需要工作人员提前预留出导电面，在原电极2/3的面积上涂刷涂料;其三，涂层最外层的作用是组织氧气侵入，这就要求所使用涂料，满足氧渗透率低的要求;其四，基体和涂层间，需要具有高粘结强度，工作人员应以实际情况为依据，对工艺途径加以选择;其五，部分涂层存在含氧化物的情况，碳会导致氧化物被还原，因此，涂层需要具备减少碳的扩散的作用;其六，基体和涂层间，应满足化学相容、机械相容的要求，即使外部温度不断升高，基体和涂层间也不能发生不必要的反应，例如，高温分解、体积相变等[2]。

2.3涂料使用价值

某铸造厂跟踪并记录了三个月内，两种电极分别对应的数据，得出以下结论：一方面，在电极消耗方面，以相同的使用环境和时间为前提，无涂料电极表面的氧化速度、消耗量都明显高于有涂料电极，由于电极的温度较低，因此，使用前期，两种电极在氧化速度、消耗方面的差别并不明显，随着使用时间增加，电极温度变得更高，此时，无涂料电极的氧化速度变得更快，消耗量自然也变得更高，有涂料电极在使用后期逐渐被氧化，外表涂层转为暗红色并伴有涂层脱落现象，然而，涂料仍旧覆盖电极整体，发挥着隔绝空气的作用，无涂料电极则出现大幅变细的情况，由此可见，无涂料电极的氧化速度更快，涂刷高温抗氧化涂料，既能够赋予电极良好的耐高温性、抗氧化性，还可以降低电极消耗，延长其使用寿命。需要注意一点，如果存在涂料没有充分干燥的情况，在电极升温的过程中，局部涂料会出现脱落的问题;另一方面，无涂料电极的表面温度要比有涂料电极更高，虽然石墨电极的表面温度会随着使用时间增加而升高，但是，有涂料电极的升温幅度明显更小，这也从侧面表明涂料在隔热方面具有的价值，由于温度快速升高，导致电极氧化程度变得更加严重的情况，因此而得到了一定程度上的缓解，实验表明，涂料可以将石墨电极的温度控制在700℃～750℃，避开会使氧化速度大幅增加的温度的区间，电极的氧化速度自然能够得到有效控制。

结论：通过上文的讨论能够看出，使用高温抗氧化涂料对石墨电极进行涂刷，可以起到优化电极所具有耐高温性和抗氧化性的效果，这对炼钢工艺的完善、生产成本的降低具有重要意义，另外，资源利用率和生产效率，也会因此而得到大幅提高，钢铁市场的发展速度自然变得更快。

参考文献：

[1]卢彬，陈亮，李艳龙，等.LF炉外精炼自动化冶炼研究与应用[J].山西冶金，2019，42（01）：46-47.

[2]廖增强，李勤学，张灿磊.LF炉降低电极消耗的工艺实践[J].科技经济导刊，2018，26（30）：56-57.