馮占一

摘 要：碳電極是一種可供導(dǎo)電的材料，將電煅無煙煤、石油焦、石墨碎以及煤瀝青等主要原料，經(jīng)過配料、成型、焙燒以及機(jī)械加工等處理步驟進(jìn)行處理之后，即可制成碳電極。碳電極在21世紀(jì)作為我國大力推廣并積極使用的新型材料，具有節(jié)能環(huán)保的明顯優(yōu)勢。其主要被用作礦熱爐的導(dǎo)電電極，在工業(yè)硅、鐵合金、電石以及黃磷等技術(shù)或非金屬物質(zhì)的冶煉過程中被廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著舉足輕重的作用。

關(guān)鍵詞：碳電極;行業(yè)現(xiàn)狀;未來發(fā)展

在碳電極還未走進(jìn)千家萬戶之前，礦熱爐常用的導(dǎo)電材料為石墨電極以及電極糊。碳電極相較于傳統(tǒng)的石墨電極，具備降低電能消耗的作用，可以進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)品的規(guī)格，以此大幅度的降低生產(chǎn)的成本。相較于電極糊，碳電極的導(dǎo)電性能更加的優(yōu)越，在其冶煉的過程中可以有效的降低粉塵以及有害氣體的排放，以此來降低安全事故發(fā)生的風(fēng)險?，F(xiàn)階段，我國已有70%的工業(yè)硅冶煉行業(yè)實(shí)現(xiàn)了對碳電極的使用，其中包括鈦合金的生產(chǎn)以及鈦合金相關(guān)的行業(yè)。同時，電石與黃磷相關(guān)的行業(yè)，也在逐步的推進(jìn)對碳電極的研發(fā)以及實(shí)驗(yàn)。

1 碳電極的優(yōu)點(diǎn)

以冶煉品種的不同為依據(jù)，冶煉所用的礦熱爐可以使用石墨電極、碳電極或者電極糊來作為導(dǎo)電電極[1]?，F(xiàn)階段，碳電極在國外工業(yè)硅以及黃磷的冶煉方面，其使用已經(jīng)全面普及。但是我國對于碳電極的使用僅僅局限在工業(yè)硅敞口型礦熱電爐的生產(chǎn)方面。黃磷封閉性礦熱電爐的生產(chǎn)還是主要依賴于對石墨電極的使用，而鐵合金礦熱爐與電石礦熱爐的生產(chǎn)使用最為廣泛的是電極糊。

我國對于碳電極的研發(fā)與使用起步較晚，但其發(fā)展的態(tài)勢十分的迅猛。由于將碳電極應(yīng)用于礦熱爐的導(dǎo)電，在降低成本、節(jié)能減排以及增強(qiáng)冶煉等方面具有絕對的優(yōu)勢。同時，碳電極的理化指標(biāo)也完全符合下游行業(yè)對產(chǎn)品生產(chǎn)的要求，因此，碳電極能夠成為石墨電極與電極糊極好的替代品。現(xiàn)階段，鐵合金行業(yè)對碳電極的使用已經(jīng)獲得了巨大的進(jìn)步，并已經(jīng)大規(guī)模的投入生產(chǎn)，在電石以及黃磷等行業(yè)的使用也逐步的進(jìn)入了全新的階段。

碳電極的生產(chǎn)需要經(jīng)歷中碎、配料、混捏、成型、焙燒以及機(jī)加工等多個步驟環(huán)節(jié)。將已經(jīng)焙燒成型的半成品按照具體的訂單規(guī)格要求，在機(jī)加工車間進(jìn)行進(jìn)一步的分割處理，這一過程將產(chǎn)生20%的邊角余料，這些余料能夠用作循環(huán)使用的材料，因此，碳電極還具備一定的循環(huán)經(jīng)濟(jì)能力。

2 碳電極在我國的行業(yè)發(fā)展情況

現(xiàn)階段，碳電極在我國的使用主要集中在工業(yè)硅的冶煉領(lǐng)域，借助使用碳電極，把從爐用變壓器中輸送而來的低壓大電流傳輸至爐內(nèi)，再通過電極端部電弧、爐料以及溶體的共同作用，將電能轉(zhuǎn)化為熱能之后再進(jìn)行高溫冶煉。碳電極在礦熱爐冶煉過程中應(yīng)用的實(shí)質(zhì)，就是對導(dǎo)電體不斷消耗的過程。

在20世紀(jì)90年代末，國家為了降低工業(yè)硅冶煉的巨大能耗，提高冶煉的效率與質(zhì)量，滿足工業(yè)硅爐大功率化發(fā)展的需求，碳電極的使用以及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)得到了積極的推進(jìn)，以此來實(shí)現(xiàn)用碳電極來代替工業(yè)硅冶煉中對石墨電極的使用[2]。近幾年，國內(nèi)的碳電極生產(chǎn)廠家在對國外碳電極技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)與改進(jìn)，不斷的研究自身的碳電極技術(shù)，極大的促進(jìn)了我國碳電極生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高。碳電極相較于石墨電極，碳電極更能有效的投入更大的使用規(guī)模，能夠有效的節(jié)約生產(chǎn)成本，降低能源的消耗，并對生產(chǎn)的流程也具備積極的簡化作用，具備極其優(yōu)良的性價比。因此，應(yīng)加大力度推動碳電極的研制與使用。目前正在我國的工業(yè)冶煉行業(yè)，碳電極的使用已經(jīng)獲得了積極的推廣，甚至部分商品已經(jīng)打開了海外的銷售市場。

3 碳電極行業(yè)的未來

3.1 碳電極的使用

下游工業(yè)硅、鐵合金、電石以及黃磷等冶煉行業(yè)，均具備“兩高一資”的特點(diǎn)，因此，伴隨著未來對工業(yè)生產(chǎn)環(huán)保方面的極高要求，以及相關(guān)行業(yè)產(chǎn)業(yè)淘汰落后產(chǎn)能，需要對冶煉技術(shù)以及其相關(guān)的工藝設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)與升級，這就使得碳電極的使用在我國的發(fā)展前景十分的廣闊。目前，碳電極在鐵合金冶煉方面的使用已經(jīng)研制成功，并已進(jìn)入了大規(guī)模生產(chǎn)的階段。相比之下，電石、黃磷以及鈦渣等冶煉礦熱爐對碳電極的使用還處于被研發(fā)的初級階段。

3.2 碳電極在工業(yè)硅生產(chǎn)中的市場發(fā)展前景

20世紀(jì)90年代以前，我國工業(yè)硅的生產(chǎn)大都依賴于石墨電極的使用。由于石墨電極的直徑存在一定的限制性，進(jìn)而嚴(yán)重影響了工業(yè)硅爐容量的擴(kuò)大。1999年，相關(guān)機(jī)構(gòu)縝密的調(diào)查研究了國內(nèi)外對石墨電極的具體使用情況，并以此為根基研制處理新型的碳電極。碳電極的研發(fā)，使得傳統(tǒng)電極所存在的灰分含量過高、強(qiáng)度差等問題得到了有效的改善?，F(xiàn)階段，有我國自主研發(fā)的Φ700-1400mm碳電極，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用與工業(yè)硅爐的生產(chǎn)行業(yè)。近幾年，我國新建成的8000kVA以上容量的工業(yè)硅爐均以實(shí)現(xiàn)碳電極的使用。相較于石墨電極，碳電極具有生產(chǎn)用時短、價格低廉的優(yōu)勢，它的廣泛使用實(shí)現(xiàn)了工業(yè)硅生產(chǎn)的低成本投入，促進(jìn)了我國大容量工業(yè)硅爐的建設(shè)發(fā)展。

3.3 碳電極在鐵合金生產(chǎn)領(lǐng)域

長久以來，電極糊主要使用于鐵合金礦熱爐的生產(chǎn)，在其生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。由于鐵合金冶煉的設(shè)備過于落后，其設(shè)計也不盡合理，同時，碳電極作為一種全新的節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品其研制與使用的投入起步較晚，因此，嚴(yán)重的制約了碳電極在鐵合金行業(yè)中的使用[3]。

雖然我國鐵合金行業(yè)的生產(chǎn)數(shù)量非常的龐大，但在工藝裝備水平方面存在嚴(yán)重的問題。根據(jù)相關(guān)的報道，2009年我國的鐵合金行業(yè)其總產(chǎn)量高達(dá)3400萬噸，其相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量多達(dá)2000家以上，但是年均產(chǎn)能在10萬噸的企業(yè)僅占極少數(shù)，而年均產(chǎn)能在1萬噸以下的企業(yè)占總數(shù)的一大半。全國鐵合金礦熱爐總數(shù)的百分之0.81為25000kVA以上鐵合金冶煉礦熱爐，數(shù)量極少。

4 結(jié)語

縱觀全文，碳電極的使用在我國工業(yè)硅行業(yè)具有極其光明的發(fā)展前景。同時在鐵合金、電石以及黃磷行業(yè)的發(fā)展在未來擁有更加強(qiáng)大的優(yōu)勢以及市場空間。因此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)加大力度投入碳電極使用與投入，以此來促進(jìn)我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的積極轉(zhuǎn)型。

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[3]李晶.多元稀土鎢電極中稀土元素的作用機(jī)理[J].冶金與材料，2019，39（05）：104+106.