UHP 石墨电极接头栓的研究

自从 1899 年发明电弧炉炼钢法以来， 经过一百多年的发展，电弧炉炼钢已成为冶炼特钢的主要工艺。 石墨电极拥有良好的导电导热性能、较好的韧性、耐强电流冲击、高温不软化不熔化、易加工、生产使用方便等优点，是电弧炉炼钢不可替代的耐高温导电材料。 近几年随着经济的快速发展，对特种钢材的需求越来越广泛，致使电弧炉炼钢技术发展相当迅速，大容量、大功率的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。 根据电弧炉变压器额定容量， 全球钢铁协会 （IISI）提倡 100～200 kVA/t 为低功率电弧炉，201～400 kVA/t 为中功率电弧炉，401～700 kVA/t 为高功率电弧炉， 701～1 000 kVA/t 为超高功率电弧。 与上述电炉相匹配的电极分别是 RP（普通功率）石墨电极、HP（高功率）石墨电极和 UHP（超高功率）石墨电极。

石墨电极使用中，通常是几支电极通过接头连接成电极柱。 石墨电极接头采用圆锥形接头，螺纹为三角形螺纹，这样的螺纹接触面积较大，以利用螺纹间的摩擦力实现牢固的连接，不同规格电极都规定了相应的连接拧紧力矩。 但是锥形接头相比圆柱形接头，出现退扣现象较严重。 特别是超高功率电弧炉具有低电压、 大电流和高能密度的特征，由于持续电弧诱发振动强烈，相当大的力周期性地施加在电极柱上，极易引起接头的退扣。 而且冶炼中电极柱的上下调节产生的摆动、炉料的冲击等都会加剧电极与接头螺纹连接的松动、退扣，使电极柱发生脱落或折断事故，如图 1。石墨电极产品

为防止电极使用时的松动和退扣，电极生产企业采取的主要措施有接头栓（压制或灌制）、接头膏（圆片状）、接头销、接头粉、胶合剂等，目前常用的是接头栓形式。 近几年，中国平煤集团开封炭素有限公司一直外购接头栓， 使用成效很不理想， 接头栓几乎没有从栓孔流出，起不到固结接头与电极的成效，见图 2 中圆框内。

接头栓在使用过程中要满足以下条件：一是要具备良好的流动性，发泡膨胀性能，在 150~250 ℃ 下能快速分布到电极和接头的螺纹间；二是要能形成足够的黏结焦， 而且黏结焦要有足够的强度；三是随温度升高可转化为具有良好导电性的材料。 为此，通过对接头栓在钢厂实际使用情况分析，并查阅文献资料，然后制定试验方案、实施方案、试验结果对比、方案优化，研制 UHP 石墨电极接头栓，并跟踪样品在 150 t 超高功率电炉上的使用情况。

1 试验

1.1 原料选择

传统的接头栓常常使用普通石油焦作为主要原料， 普通石油焦与针状焦相比具有导电性差，而且在 600～800 ℃氧化损失大、颗粒易剥落的缺点。根据超高功率石墨电极接头栓在较低温度下应具有良好的流动性和膨胀性，较高温度下具有良好的固结性、导电性的特点，选用石墨粉、煅后煤系针状焦粉、硬沥青、膨胀剂作原料。

1） 石墨粉与焦粉

石墨粉、 煅后煤系针状焦粉具有较低的电阻率，较高的导电性，而且与沥青炭化焦结后具有一定的强度。 石墨粉与焦粉的理化指标见表 1。

2） 硬沥青

煤沥青是热塑性物质，在 140～250 ℃以内具有好的流动性，而且属于亲油憎水物质，与人造石墨、针状焦性质相近， 在高温下可形成强度高的焦炭， 硬沥青较中温沥青具有较高的结焦值，适合于接头栓的生产应用。 硬煤沥青的理化指标见表 2。

3） 膨胀剂

利用膨胀剂在沥青较低的黏度时能产生大量气体的特点，使接头栓糊快速流出栓孔，充满螺纹之间，膨胀剂的指标要求见表 3。