[發明專利]一種石墨電極及其制備方法

在審

• 申請號: 202111134896.9
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113788710A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 廖龍輝
• 申請（專利權）人: 廈門佰事興新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B41/90
• 分類號: C04B41/90;H05B7/085
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 黃斌

本發明涉及一種石墨電極及其制備方法，所述石墨電極包括石墨芯材以及附著于石墨芯材表面的涂層，所述涂層的材質為陶瓷和復合金屬的混合物，所述復合金屬由金屬Ⅰ和金屬Ⅱ組成，所述金屬Ⅰ為鋁和/或鈦，所述金屬Ⅱ選自鎢、鉭、鐵、鎳、鈷、銅、錳中的至少一種，該石墨電極不僅電阻率低，而且還能夠明顯降低石墨損耗，極具工業應用前景。

技術領域

本發明涉及石墨電極領域，具體是涉及一種石墨電極及其制備方法。

背景技術

石墨電極是冶金領域應用的重要導電材料。石墨電極主要應用于電爐煉鋼，利用石墨電極向爐內導入電流，強大的電流在電極下端通過氣體產生電弧放電，利用電弧產生的熱量來進行冶煉。然而，石墨電極在煉鋼過程中損耗非常嚴重，一般分為有功損耗和無功損耗。有功損耗是在送電過程中電極側面的氧化消耗和電極下端面的氣化升華消耗。無功損耗主要來源于電極折斷、脫落、掉塊等。降低石墨電極的損耗對于降低電爐冶煉成本具有十分重要的意義，已經成為近年來科研工作者研究的重點。

CN111892833A公開了一種降低石墨電極損耗的方法，該方法包括將石墨電極采用超導性石墨電極納米抗氧化劑進行浸漬后熱處理，所述超導性石墨電極納米抗氧化劑由80-100重量份水、20-40重量份陶瓷粉、20-25重量份石墨烯、10-25重量份聚乙二醇、6-12重量份穩定劑(葡甲胺和氮化鋯的混合物)、5-10重量份抗氧化助劑(膨化鈣、二硼化釩和磷酸二氫鈉的混合物)、10-15重量份聚乙烯醇組成，這樣不僅能夠形成阻止氧氣和反應產物擴散到石墨電極內部的阻擋層，而且還可以提高石墨電極的抗折強度，從而降低石墨電極的損耗。

CN111996331A公開了一種降低電弧爐石墨電極消耗的冶煉方法，該方法包括如下步驟：(a)向電弧爐內加入第一批廢鋼鐵料，送電，當耗電量≥70kwh/噸時進行氧燃助熔，第一批廢鋼鐵料的熔化率達70～80％時進行吹氧助熔，加入石灰，噴吹碳粉造泡沫渣；(b)造渣結束后，第一批廢鋼鐵料的熔化率達90～95％時，向電弧爐中繼續加入第二批廢鋼鐵料，送電，當耗電量≥70kwh/噸時進行氧燃助熔，第二批廢鋼鐵料的熔化率達70～80％時進行吹氧助熔，噴吹碳粉；(c)第二批廢鋼鐵料的熔化率達90～95％時，向所述電弧爐中繼續加入第三批廢鋼鐵料，重復步驟b的操作，得冶金熔體；(d)將步驟(c)所得冶金熔體吹氧脫碳，噴吹碳粉造渣埋弧，升溫至溫度≥1580℃時流出45～55％的鋼渣，溫度≥1610℃、成分符合要求組織出鋼，出鋼后電弧爐內的留鋼量為鋼水總重量的18～22wt％；(e)重復步驟(a)至步驟(d)的操作繼續下一次的電弧爐冶煉；其中，步驟(a)至步驟(d)中，送電開始的同時，采用全水噴淋冷卻的方式冷卻超高功率石墨電極，使超高功率石墨電極下端的紅熱電極的長度不超過800mm。

發明內容

本發明旨在提供一種能夠明顯降低石墨損耗的石墨電極及其制備方法。

本領域技術人員公知，采用在石墨電極表面設置涂層的方式降低石墨的損耗需要考慮到涂層的導電性、電阻率、熱脹冷縮幅度等，該涂層不僅需要具備導電性好、電阻率低、熱脹冷縮幅度小的特點，而且還需要能夠很好地保護石墨芯材。此外，由于石墨芯材表面較為光滑，難以在其表面形成結合強度高的涂層。因此，涂層材質的選擇以及在光滑石墨芯材表面形成防止石墨損耗的涂層的方法一直是本領域的技術難點。本發明的發明人經過深入研究之后發現，將陶瓷和/或復合金屬(鋁和/或鈦以及其他金屬的復合物)作為材質并采用熱噴涂技術形成石墨涂層，使得涂層不僅導電性好、電阻率低、熱脹冷縮幅度小，而且還能夠明顯降低石墨損耗。基于此，完成了本發明。

具體方案如下：

一種石墨電極，所述石墨電極包括石墨芯材以及附著于石墨芯材表面的涂層，所述涂層的材質為陶瓷和復合金屬的混合物，所述復合金屬由金屬Ⅰ和金屬Ⅱ組成，所述金屬Ⅰ為鋁和/或鈦，所述金屬Ⅱ選自鎢、鉭、鐵、鎳、鈷、銅、錳中的至少一種。

進一步的，所述金屬Ⅰ和金屬Ⅱ的質量比為(7～11)：1。

進一步的，所述金屬Ⅰ和金屬Ⅱ的質量比為9：1。