关于镍铁冶炼用电极的实践研究

关于镍铁冶炼用电极的实践研究

覃延龙

广西华友工程项目管理有限公司

摘要：镍铁冶炼实践中，电极往往起着重要作用，通过电极的合理化应用，可确保镍铁冶炼高效化完成。鉴于此，本文主要围绕镍铁冶炼当中电极应用实践开展深入的研究和探讨，期望可以为后续更多技术工作者和研究学者对此类课题的实践研究提供有价值的指导或者参考。

关键词：镍铁；电极；冶炼

前言：

镍铁合金，其属于耐热铸钢、不锈钢及结构钢等重要的生产原料，对钢自身变形力、屈服点、冲击韧性、抗拉强度均有着一定改善作用，现阶段在轻工业、国防、医疗、机械等众多领域当中应用的相对广泛。由于电流较低密度烧结缓慢，以至于电极作业端会过于短，无法满足于负荷供电需求，软断事故极易产生。因而，积极开展镍铁冶炼当中电极应用实践的综合分析，有着一定的现实意义和价值。

1. 简述镍铁

镍铁，它属于镍与铁的合金，内含磷、硅、碳及其余各项元素。炼钢工业当中，镍铁通常用于合金元素一类添加剂，对钢自身硬度及抗弯强度可起到提升作用，铸铁当中可确保结构具备较高密度及均匀性，可用为含镍或是含镍铬的铸铁轧辊及其余铸造合金类加入剂^[1]。

2. 镍铁冶炼当中电极应用实践

2.1 在电碳热法之下镍铁生产技术工艺层面

我国所生产内含Ni＞10%镍铁合金，大部分均实行电碳热法之下镍铁生产技术工艺，工艺原理即选定碳为其还原剂，电能高温下，针对于镍矿当中NiO和其余氧化物实施选择性地还原。熔炼最佳温度把控至1550℃范围，处于该温度环境，合金和渣可实现良好分离，产品呈较高含镍量。冶炼设备主要是矿热炉，相比较锰硅铜、硅铁等功率的矿热炉相关参数，镍铁电炉电极呈较大直径，极心圆及炉底部均呈较低的功率密度，且呈较高的二次电压。

2.2 在电炉对于电极各项要求层面

镍铁冶炼当中电极应用期间，技术员只有把握好镍铁冶炼过程电炉对于电极材料要求才能更好地发挥电极优势，确保镍铁冶炼得以高效完成，镍铁冶炼过程电炉对于电极材料要求详细如下：一是，低电阻率、优良导电性、低电能消耗、承载电流较强负荷能力；二是，热膨胀较小系数、优良抗热震性，由于温度骤变所致电极折断或裂纹掉块等情况发生率可得到有效控制；三是，较高温度环境，机械强度务必充足，不会受机械及电气负荷所影响而产生折断情况，应承受住生产期间炉料崩塌所致冲击；四是，电极原料应确保较低杂质含量，不会对熔炼产品造成污染，且具备优良抗氧化特性，较低的电极消耗等。

2.3 在自焙电极应用层面

国内现有的镍铁电炉，通常选定自焙电极。该自焙电极，其以煤沥青、冶金焦、低灰分类无烟煤等为原料，依照着所要求粒度及比例处于特定温度环境，实施混捏及压制成为电极糊，装入至电极壳内部，处于特定糊柱压力之下，冶炼过程当中缓慢焙烧且有着特定性状及强度导电性的电极碳块。因使用、成型、焙烧均同步实施，故成型及焙烧工序得以省略，整个制作工艺相对简单，呈较低成本。镍铁冶炼具体生产过程当中，借助自焙电极期间往往还存在着一些不良因素，这就需技术员们在实操过程能够予以高度重视起来。如由于自镍铁冶炼期间呈较低电流密度，烧结相对缓慢，以至于电极工作端往往过于短，无法满足满负荷条件下供电需求，软断事故问题极易产生^[2]；由于较大的劳动强度，实际使用该自焙电极期间需要实施电极筒的制作及装接，以至于工程量会有所增加；此外，因较高能耗，自焙电极整个焙烧过程当中需一定热能，该部分热能源自于电流所通过电极自身产生相应电阻热，还有炉面辐射、电极自身热传导等。烧结电极实际所需求电能是总体输入功率约4%~5%。

2.4 在炭电极应用层面

炭电极，其所用原料包含着煤沥青、石墨碎、石油焦、电煅式无烟煤等，通过配料及成型焙烧处理、机械加工等所形成炭质类导电材料。现阶段，炭电极在黄磷、电石、铁合金、工业硅等各种金属或是非金属的冶炼当中应用的相对广泛。铁合金的矿热炉当中炭电极应用优势集中表现于可促使冶炼过程当中电耗及污染得以减少，减少或是避免自焙电极产生硬断或是软断等事故问题，对生产环境可起到一定改善作用，促使矿热炉的冶炼质量得以提升，电耗及电极消耗、劳动强度等均降低，对整个生产工艺予以简化，一部分运行费用得以节约。某电极企业生产 800、1020mm的炭电极，其分别于某厂区12.5MVA、6.3MVA的镍铁电炉当中开展应用试验。那么，通过一年多实践应用现场试验获取初步成效，炭电极有效应用后，吨焙砂实际电耗为780kWh，而吨焙砂的电极消耗则是3.7~4.2kg。但具体应用期间，电极连接位置多次产生了氧化掉头问题现象，经电炉检修及细致观察了解到， 800的炭电极进入做功区域后，便氧化至900mm，电极在呈锥尖形。通过细致后确定，其可能是因炭电极抗氧化实际温度相对较低，高温氧化环境当中停留较长时间，则氧化现象会相对严重。针对这一情况，企业便需开发更加适宜大型的镍铁电炉专用类型石墨电极，并投放使用，上述问题便得以解决。

2.5 在镍铁专用类型石墨电极应用层面

此企业开发比较适宜大型的镍铁电炉专用类型石墨电极，其实以沥青焦及石油焦为主要颗粒料。其中，煤沥青属于黏结剂，通过混捏及成型焙烧处理、石墨化及机械加工处理，再实施纳米陶瓷类抗氧化的涂层处理过后，促使耐高温一种石墨导电类型材料形成。针对冶炼电炉实际生产作业期间重要指标，相比较于炭电极及自焙电极，石墨电极优势最为突出，应当与实际要求相结合，实施规格不同电极合理化选择。那么，镍铁冶炼当中若想更好地应用及发挥镍铁专用类型石墨电极作用，要求技术员们务必全面掌握镍铁专用类型石墨电极所具备应用优势，详细如下：一是，镍铁专用类型石墨电极有效应用之下，其可对镍铁电炉实际运行期间干扰源起到消除作用。石墨电极所承载电流密度相对较高，入炉效率可起到有效提升，充分满足于镍铁生产相关企业的超负荷运行现实需求，冶炼时间及电耗得以减少，热效率及产量均可得以提升；二是，防止断裂所致安全风险产生。相比较于自培电极焙烧过程，该镍铁专用类型石墨电极焙烧过程往往不会受到电炉实际生产运行状况所干扰，软断情况不易产生。该企业所研发镍铁专用类型石墨电极应用至镍铁冶炼几台电炉当中，经长时间的使用并未因电极自身质量所致掉炉情况出现，电极消耗及生产损失均得以降低^[3]；三是，通过对粉料的充分利用，原料消耗可得以减少。伴随大型的镍铁电炉逐渐增加，更能够显示出规格较大空心的石墨电极优越性。专用电极空心当中可适当添加细颗粒的矿粉及焦粉，自电极空心逐渐将粉料吹入至电炉的反应区内，电极端头会逐渐变冷，如此便会降低电极实际消耗。该企业所研发生产镍铁专用类型石墨电极投放应用至较多家镍铁冶炼的电炉当中，均达到良好的应用效果。

3. 结语

综上所述，通过此次对于镍铁冶炼当中电极应用实践所开展研究可了解到，镍铁专用类型石墨电极应用优越性最为显著，可作为镍铁冶炼当中最佳电极应用，便于更好地将电极应用作用发挥出来，高效、标准化地开展镍铁冶炼生产作业，避免相关事故问题的发生。

参考文献：

[1] 刘大勇， 殷华倩， 方旭. 镍铁矿热炉电极软断原因分析及预防措施[J]. 铁合金， 2021, 52(001):612-613.

[2] 徐超， 周建波， 崔小莹，等. 电沉积制备镍铁钨合金析氢电极的工艺研究[J]. 电镀与涂饰， 2020, 39(009):529-530.

[3] 余鹤雷, 宫嘉辰, 孙阳. 熔融制样——X射线荧光光谱法测定镍铁冶炼炉渣中多元素[J]. 科学大众:科技创新, 2020,14(002.:343-344