我国碳电极行业现状及未来发展趋势
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作者:冯占一
摘 要：碳电极是一种可供导电的材料，将电煅无烟煤、石油焦、石墨碎以及煤沥青等主要原料，经过配料、成型、焙烧以及机械加工等处理步骤进行处理之后，即可制成碳电极。碳电极在21世纪作为我国大力推广并积极使用的新型材料，具有节能环保的明显优势。其主要被用作矿热炉的导电电极，在工业硅、铁合金、电石以及黄磷等技术或非金属物质的冶炼过程中被广泛的应用，并发挥着举足轻重的作用。
关键词：碳电極;行业现状;未来发展
在碳电极还未走进千家万户之前，矿热炉常用的导电材料为石墨电极以及电极糊。碳电极相较于传统的石墨电极，具备降低电能消耗的作用，可以进一步扩大产品的规格，以此大幅度的降低生产的成本。相较于电极糊，碳电极的导电性能更加的优越，在其冶炼的过程中可以有效的降低粉尘以及有害气体的排放，以此来降低安全事故发生的风险。现阶段，我国已有70%的工业硅冶炼行业实现了对碳电极的使用，其中包括钛合金的生产以及钛合金相关的行业。同时，电石与黄磷相关的行业，也在逐步的推进对碳电极的研发以及实验。
1 碳电极的优点
以冶炼品种的不同为依据，冶炼所用的矿热炉可以使用石墨电极、碳电极或者电极糊来作为导电电极[1]。现阶段，碳电极在国外工业硅以及黄磷的冶炼方面，其使用已经全面普及。但是我国对于碳电极的使用仅仅局限在工业硅敞口型矿热电炉的生产方面。黄磷封闭性矿热电炉的生产还是主要依赖于对石墨电极的使用，而铁合金矿热炉与电石矿热炉的生产使用最为广泛的是电极糊。
我国对于碳电极的研发与使用起步较晚，但其发展的态势十分的迅猛。由于将碳电极应用于矿热炉的导电，在降低成本、节能减排以及增强冶炼等方面具有绝对的优势。同时，碳电极的理化指标也完全符合下游行业对产品生产的要求，因此，碳电极能够成为石墨电极与电极糊极好的替代品。现阶段，铁合金行业对碳电极的使用已经获得了巨大的进步，并已经大规模的投入生产，在电石以及黄磷等行业的使用也逐步的进入了全新的阶段。
碳电极的生产需要经历中碎、配料、混捏、成型、焙烧以及机加工等多个步骤环节。将已经焙烧成型的半成品按照具体的订单规格要求，在机加工车间进行进一步的分割处理，这一过程将产生20%的边角余料，这些余料能够用作循环使用的材料，因此，碳电极还具备一定的循环经济能力。
2 碳电极在我国的行业发展情况
现阶段，碳电极在我国的使用主要集中在工业硅的冶炼领域，借助使用碳电极，把从炉用变压器中输送而来的低压大电流传输至炉内，再通过电极端部电弧、炉料以及溶体的共同作用，将电能转化为热能之后再进行高温冶炼。碳电极在矿热炉冶炼过程中应用的实质，就是对导电体不断消耗的过程。
在20世纪90年代末，国家为了降低工业硅冶炼的巨大能耗，提高冶炼的效率与质量，满足工业硅炉大功率化发展的需求，碳电极的使用以及相关产品的研发得到了积极的推进，以此来实现用碳电极来代替工业硅冶炼中对石墨电极的使用[2]。近几年，国内的碳电极生产厂家在对国外碳电极技术进行了总结与改进，不断的研究自身的碳电极技术，极大的促进了我国碳电极生产技术的发展，促进了产品质量的不断提高。碳电极相较于石墨电极，碳电极更能有效的投入更大的使用规模，能够有效的节约生产成本，降低能源的消耗，并对生产的流程也具备积极的简化作用，具备极其优良的性价比。因此，应加大力度推动碳电极的研制与使用。目前正在我国的工业冶炼行业，碳电极的使用已经获得了积极的推广，甚至部分商品已经打开了海外的销售市场。
3 碳电极行业的未来
3.1 碳电极的使用
下游工业硅、铁合金、电石以及黄磷等冶炼行业，均具备“两高一资”的特点，因此，伴随着未来对工业生产环保方面的极高要求，以及相关行业产业淘汰落后产能，需要对冶炼技术以及其相关的工艺设备进行改进与升级，这就使得碳电极的使用在我国的发展前景十分的广阔。目前，碳电极在铁合金冶炼方面的使用已经研制成功，并已进入了大规模生产的阶段。相比之下，电石、黄磷以及钛渣等冶炼矿热炉对碳电极的使用还处于被研发的初级阶段。
3.2 碳电极在工业硅生产中的市场发展前景
20世纪90年代以前，我国工业硅的生产大都依赖于石墨电极的使用。由于石墨电极的直径存在一定的限制性，进而严重影响了工业硅炉容量的扩大。1999年，相关机构缜密的调查研究了国内外对石墨电极的具体使用情况，并以此为根基研制处理新型的碳电极。碳电极的研发，使得传统电极所存在的灰分含量过高、强度差等问题得到了有效的改善。现阶段，有我国自主研发的Φ700-1400mm碳电极，已经被广泛的应用与工业硅炉的生产行业。近几年，我国新建成的8000kVA以上容量的工业硅炉均以实现碳电极的使用。相较于石墨电极，碳电极具有生产用时短、价格低廉的优势，它的广泛使用实现了工业硅生产的低成本投入，促进了我国大容量工业硅炉的建设发展。
3.3 碳电极在铁合金生产领域
长久以来，电极糊主要使用于铁合金矿热炉的生产，在其生产过程中会产生严重的污染。由于铁合金冶炼的设备过于落后，其设计也不尽合理，同时，碳电极作为一种全新的节能环保型产品其研制与使用的投入起步较晚，因此，严重的制约了碳电极在铁合金行业中的使用[3]。
虽然我国铁合金行业的生产数量非常的庞大，但在工艺装备水平方面存在严重的问题。根据相关的报道，2009年我国的铁合金行业其总产量高达3400万吨，其相关的生产企业数量多达2000家以上，但是年均产能在10万吨的企业仅占极少数，而年均产能在1万吨以下的企业占总数的一大半。全国铁合金矿热炉总数的百分之0.81为25000kVA以上铁合金冶炼矿热炉，数量极少。
4 结语
纵观全文，碳电极的使用在我国工业硅行业具有极其光明的发展前景。同时在铁合金、电石以及黄磷行业的发展在未来拥有更加强大的优势以及市场空间。因此，相关企业应加大力度投入碳电极使用与投入，以此来促进我国工业产业的积极转型。
参考文献：
[1]缺陷态氧化钨锂电池或摆脱钴镍金属依赖[J].有色冶金节能，2019，35（05）：63.
[2]刘士杰，蔡兰蓉，李敏，陈立君.电极对准干式电火花表面强化TC4强化层组织与性能影响[J].机床与液压，2019，47（19）：32-35.
[3]李晶.多元稀土钨电极中稀土元素的作用机理[J].冶金与材料，2019，39（05）：104+106.
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