山东慧敏科技开发有限公司是一家集材料表面技术研究、开发、生产和推广于一体的高新技术企业，自主研发的高辐射覆层技术已在炼铁工序的高炉热风炉和焦炉，轧钢工序的加热炉推广应用，取得显著的节能效果。

近期，慧敏科技研发取得新突破，研发出了在炼钢工序应用的石墨电极抗氧化涂层，减少石墨电极消耗约20%，降低吨钢电耗，提高生产效率，减少电极续接次数，增加安全系数。

1. 研发背景

在钢铁企业，石墨电极被应用于电弧炉炼钢、LF炉精炼，起到导电加热作用。炼钢过程中，石墨电极消耗主要分为两部分：一部分是电极末端碳素由于电弧高温（超过3000℃）直接升华消耗；另一部分则是电极侧面的碳素在高温（600℃~1800℃）条件下与空气中的氧气直接接触，被氧化而不断消耗。石墨材料在高于400℃的温度条件下，就能被空气氧化，温度越高氧化速度越快。电极侧面的氧化消耗约占电极总消耗的50%~60%。

由于环保所带来的限产、供应减少，以及清理中频炉所带来的电弧炉替代效应，石墨电极价格在2017年暴涨，供需矛盾在短时间内难以解决。所以，降低电极消耗对于节约炼钢成本显得更加急迫。

2. 抗氧化涂层抗氧化机理

抗氧化涂料为白色，主要成分为Al₂O₃、SiO₂、CaO等，与钢渣成分相似，对钢液不会产生任何影响；具有耐高温、抗氧化、粘结性强、抗热震性能良好等诸多优点。

涂刷抗氧化涂料后，可在石墨电极表面形成一层耐超高温的封闭抗氧化涂层。涂层可有效隔绝炉气，避免炉气与电极基体表面直接接触，减少石墨电极侧面的氧化消耗，降低石墨电极吨钢消耗。

3. 性能验证

3.1 涂层抗热震试验

试验描述：同一个石墨棒上分段涂覆抗氧化涂层，白色区域为涂覆区，黑色区域为未涂覆区。900℃马弗炉内加热7小时，高温取出后，直接冷水冲击，观察涂层变化情况。

试验结论：

（1）涂覆区域直径没有变化，而未涂覆区凹陷严重。

（2）高温取出后，直接冷水冲击石墨棒涂层，无任何开裂脱落现象。

3.2 涂层抗氧化效果验证

试验描述：涂覆抗氧化涂层的石墨块置于高温电阻炉中，升温至1700℃后降温，加热时间为21小时，连续测量石墨块失重情况。

 试验结论：涂层与石墨结合十分牢固；石墨块氧化失重仅有1.2%。

4. 施工工艺

用布将电极表面浮灰和炭渣擦除，使用毛刷在电极表面共涂覆三层涂料。每涂覆完一层晾干30min，共涂覆三层。

涂层在电极安装前进行涂覆，简便快捷，干燥快速，不影响炼钢工段生产节奏。

5. 工业试验

目前，石墨电极抗氧化涂层已在泰钢、莱钢等完成了定性工业试验。无论涂覆电极与不涂覆电极对比，还是涂覆区域和未涂覆区域对比，抗氧化涂层都能看出明显抗氧化效果。

（1）电极涂层区域保持了原直径，涂层下部边缘成环状并向内凹进，说明涂层有效降低了电极氧化消耗。

（2）电极涂层区域表面呈暗红色，对比电极相同位置则呈亮红色。此现象说明涂层区域温度相对较低，较低的表面温度有利于减缓氧化。

6. 经济效益分析

以炼钢厂精炼钢水量100万t/年，吨钢电极消耗0.5kg/t为例，涂覆抗氧化涂层后，节能率为20%，即节约电极100吨/年，产生经济效益500万元/年（电极价格按5万元/吨计算）。