《超高功率石墨电极机械加工关键技术开发与应用》

《超高功率石墨电极机械加工关键技术开发与应用》项目针对超高功率石墨电极理化性能特点及其在电弧炉炼钢过程中的使用特性,在对石墨电极使用过程中温度场变化引起的应力场分布进行系统研究的基础上,设计开发出一种计算和选择石墨电极本体与接头机械加工配合参数的有效方法和保证加工精度的专用工装设备;并依据石墨坩埚使用特点,开发出了提高石墨电极废品附加值的坩埚加工刀具和高性能石墨坩埚;最终形成了超高功率石墨电极机械加工的成套关键技术成果。

超高功率石墨电极属于国家《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》(2016版)规定的八大新兴战略产业中的新材料产业,是短流程炼钢中电弧炉炼钢的关键耗材。该项目的成功开发对于推动国家钢铁工业发展、实现资源综合利用、发展绿色循环经济具有重要意义。

1、项目主要技术内容:

(1)创造性的利用超高功率石墨电极使用过程中温度场和热应力分布特点,开发出行之有效的计算和选择石墨电极本体与接头机械加工配合参数的方法,为超高功率石墨电极加工配合参数的确定提供了理论基础,并形成能够可视化输出的模拟系统软件;

(2)分析了加工超高功率石墨电极的专用螺纹梳刀各项检查参数的几何意义,及其测量参数对产品加工精度的影响;

(3)开发了一套包括用以测量石墨电极内锥螺纹的塞规和用以测量石墨电极接头外锥螺纹的环规组成的石墨电极测量工具,其可以通过百分表和标准高度量块比较的方法测量量规之间的相对位置,从而计算被测石墨电极的锥度及直径;

(4)针对石墨电极本体与接头制品结构性差异造成的配合间隙随温度变化而变化的特点,通过常温下理论间隙计算、理论旋入度计算、两根电极连接时非组装端电极与非组装端接头间隙计算、高温理论间隙计算、理论温差推算等数学推导,最终得到石墨电极与接头在常温及高温下的配合间隙量,从而直观评价加工配合精度与实际使用的契合程度;

(5)针对加工及使用过程中所产生的石墨电极废品,为实现其再利用,开发出一种坩埚加工刀具和高性能石墨坩埚,提高了成品率,降低了工人的劳动强度,保证了切削质量的稳定性;

(6)依据该技术成果加工的超高功率石墨电极经过多次炼钢试验,得到了客户认可,形成了稳定工艺技术规程和加工标准;加工的石墨坩埚制品通过推广应用,获得用户满意评价,实现了产业化生产。

2、创新支撑材料情况:该项目获批发明专利2项,实用新型专利2项;发表中文核心期刊论文4篇;备案河南省科技成果2项;形成企业标准1项。

3、技术经济指标:该项目主要产品超高功率石墨电极及接头的直径控制范围可达到0.1mm以内,锥度控制范围可达到1′以内,二者螺纹连接时,旋入度控制范围为0.4mm;加工的石墨坩埚制品体积密度≥1.70g/cm3,抗折强度≥8.5MPa,热膨胀系数≤1.8×10-6/℃,电阻率4.5-7.0μΩm,磷≤12ppm,硼≤3ppm;产品质量达到了进口产品质量水平,形成了稳定工艺技术规程和加工标准,修订的《超高功率石墨电极》(Q/PMKTS001-2017)产品标准已在企业标准信息公共服务平台发布。

4、应用推广及效益情况:该项目技术成果自2016年开始推广使用。项目技术的成功开发,促进了国内炭素行业的技术进步和发展;同时也对国内钢铁行业、多晶硅行业、锂电池行业降低生产成本和技术进步起到较大的推动作用。截止2018年底,使用该技术的超高功率石墨电极和石墨坩埚产品新增销售收入3.78亿元,实现盈利1.72亿元。

成果说明

超高功率石墨电极机械加工关键技术开发与应用项目从2013年开始研发,使用该技术的超高功率石墨电极产品于2015年在宝山钢铁股份有限公司试用,吨钢消耗与进口产品相当,满足钢厂考核要求,获得用户满意评价;应用该技术的高性能石墨坩埚产品2016年经包头市三隆稀有金属材料有限责任公司试用,完全满足其使用要求,已实现批量供货。 目前该项目生产技术已在中国平煤神马集团开封炭素有限公司推广使用,并实现了产业化生产。批量生产的超高功率石墨电极产品已在宝山钢铁股份有限公司、山西太钢不锈钢股份有限公司、福建福欣特殊钢有限公

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