崔东岳    张佐

 

 

 

摘要：本文介绍了用国产电极石墨转子代替进口石墨转子的研发过程、技术难点和实现替代进口的技术路线，以及围绕这一替代目标所完成的几点技术创新。该产品已得到国内30多家企业的认可，年销售500根左右。国内主要铝加工企业在使用过程中认为：该产品满足铝液净化工艺的使用要求，产品使用寿命赶上或超过进口水平。本产品1998年申报国家专利，2000年2月获得专利证书。

   

石墨转子作为铝熔体在线除气装置的关键部件，它的稳定运行使铝熔体炉外净化得以实现，可确保铝熔体净化的连续性和产品质量的稳定性。该技术自问世以来，其先进的净化工艺和良好的净化效果，在国内外铝加工企业生产中得到广泛使用。北京华泰长运科贸有限公司主营项目就是这种石墨转子。

1 技术创新的出发点

上个世纪八十年代，我国从法国引进了Jumbo3C铸轧机，并随机进口石墨转子，进口转子使用寿命平均为30~40天，而每根价格在8000元以上。国产石墨转子虽然3000~4000元/根，但使用寿命最长者也仅有十几天。

我们的技术创新目标就是替代进口，生产国内企业乐于接受的石墨转子，其中的研究包括组织结构性质，力学性质，热学性质，化学性质，导电性质等。

我们认为，进口石墨和国产石墨因设备、工艺过程和参数等不同，造成其性能上有一定的差异，主要是抗折强度、气体渗透率、抗氧化性能和抗磨损性能四种，同时，影响整个转子使用寿命的，又是局部损坏，也就是说，因上述四种性能较弱造成的局部损坏。例如，进口转子的抗折强度约为25mpa,而国产电极石墨转子的抗折强度约为10mpa。但我们在研究中发现：国产转子易折部位往往为应力集中部位，只要把应力集中部位加强，整个转子就可能不易发生折断。经我们实验室初步试验表明，进口石墨的抗氧化性大约为普通电极石墨（国产）的5倍。但在使用中，氧化仅发生在液面以上部位，而且当炉子密封不是很差时，即使液面以上氧化也不太严重，只要进行简单处理，这一问题就能解决。进口石墨转子在净化炉中使用时，其抗磨损性能大约比国产电极石墨转子强2—3倍，但磨损主要发生在液面位置，只要在液面上下15cm段采取措施就能解决问题，同样气体渗透率也是类似情况。

总之，从实用角度出发，我们只要通过技术手段对国产石墨转子的上述四种性能在局部进行处理，就可以使其在使用寿命上超过进口石墨转子。更何况，许多企业的生产线有其特定性，既影响其石墨转子使用寿命的主要原因，往往仅是抗折强度、抗磨损性、抗氧化性和气体渗透率四种性能之一，只要能针对性地进行技术改进，就可大幅提高其使用寿命。这种适应性的技术创新，实际上就是在实现替代进口过程中形成了几项我公司专有的专利技术。

2 有关技术问题

我们不是从石墨的微观组织结构上，把国产石墨完全变成进口石墨，而仅仅是对国产电极石墨转子的薄弱环节进行改进。这显然使处理成本变小，技术可行性增大。但在具体实践中仍有不少技术难题。首先，成本要核算，决不能性能上去了，成本也提高一大截，使企业不能接受。其次，所要用的技术和选用的材料不能污染铝液。再者，不能提高某一性能，却降低了其他性能指标。最后，石墨转子的安装是受限的，石墨转子轴的尺寸不能随意更改，同时热膨胀也不能忽略。

经过多年的摸索和总结，我们认为，至少到目前为止，使用如下专用技术，是可以使国产电极石墨转子的使用寿命赶上甚至超过进口转子的。下面我们对四项专有技术做些简述。

2.1 制作力学强度高出石墨材料许多倍的局部强化制品。用以改善石墨转子易折断部位的强度品质，本技术的关键是强化制品的热膨胀效应和石墨材料相近，两者的受力能很好的互相传递，成本也不是太高。而且不污染铝液。

2.2将制造气密性较好，抗氧化，耐高温的部件，用在易氧化的部位。该部件应和石墨母体有很好的一体性，在石墨转子整个运行中自始至终完好无损。

2.3选用满足性能要求的无机非金属材料，制作强度更高、硬度更大，气密性质好的部件，用于运行环境较差的地方。例如，氧化较强又磨损较大的液面附近部位。

2.4根据功能要求，形成少数特殊功能部件。可以满足部分企业对气体渗透率较高要求，对氧化环境特别恶劣的部位，我们甚至可以制成基本不透气的制品。

合理使用以上四项专有技术，使他们相辅相成，和石墨母体组成整体，这在工艺上很有讲究。因为四项专有技术的工艺参数不尽相同，有时还相互制约，形成麻烦。我们已摸索出一些规律，形成一套工艺处理方法，以保障石墨转子的整体性能达到进口产品的指标。

针对不同企业，我们都要研究其工艺条件和转子应满足的要求，设计出不同的处理方法。为了保障质量，公司对每批产品实行跟踪管理，对每根转子轴进行编号，并把号码打在产品上。同时对处理方式、制作人员和生产日期等进行登记，因此我们的产品具有个性化特点，渗透着技术人员、管理人员和生产人员的心血，有人戏称为“心血轴”。

某一型号的“华泰长运”牌石墨转子见图1。

公司网址是:www.htcy.info，网站还有更多的文字和图片介绍。

产品经国内多家企业使用后，效果很好，于1998年底申报专利，于2000年2月获得国家专利局颁发的专利证书。专利号为98249271-5。项目名称为“净化装置的石墨转子轴”。

本文仅从开发思路和技术路线层面阐述该项目的技术问题，没有详细说明生产方法、工艺参数、所用材料和设备等具体技术问题。这是因为专有技术和专利技术涉及到公司的知识产权，还请读者谅解。

3 产品的使用效果

“华泰长运”牌石墨转子1997年开始在华北铝业有限公司试用。2001年被华北铝业有限公司认定为该厂石墨转子的A类供应商。平均使用寿命在45天以上，最长使用寿命达到116天，这两项指标均超过进口石墨转子的水平。

2001年底渤海铝业有限公司开始使用我们提供的石墨转子。该公司熔铸分厂的技术负责人王旭华2004年写了一篇文章“高寿命石墨转子的开发与应用”，发表在《轻合金加工技术》杂志总第32期上。文章说：“2001年初，一种带有特殊材料保护套和涂层的石墨转子经北京华泰长运科贸有限公司研制成功，此转子一经问市就引起了诸多铝熔铸生产厂家的关注。我公司熔铸厂于2001年12月21日~2002年3月1日在1#铸轧生产线上首次试用北京华泰长运科贸有限公司生产的石墨转子，连续使用寿命69天，效果很好。两年来，经实践验证这种新型转子的连续使用寿命平均为72天，是进口转子寿命的2倍以上。”

西南铝业（集团）有限责任公司熔铸厂牟大强、马国俊、唐剑和李成利合写了一篇文章“在线除气装置石墨转子的使用效果评价”，发表在《全国第十三届轻合金加工学术交流会论文集》上。文章说：“通过对四个厂家生产的同一种石墨转子的使用寿命和价格进行分析比较，不同厂家生产的石墨转子寿命和价格差距都较大，其中北京华泰长运科贸有限公司石墨转子寿命平均为150熔次，寿命最长，远超过国内另外两家和进口转子，其独特的生产工艺是高寿命的重要保障，价格也最低，应具有广泛的市场前景。”

目前我们的产品除在国内主要铝加工企业，诸如华北铝业有限公司、渤海铝业有限公司、西南铝业（集团）有限责任公司和哈尔滨东轻铸轧有限责任公司等推广使用外，也逐步得到国内40余家企业的认可。年销售量在900根左右，市场占有率是国内同类产品的佼佼者。其使用寿命基本赶上甚至超过进口石墨转子的水平，而价格仅为进口产品的三分之一。

“华泰长运”牌石墨转子性价比高，有助于客户单位降低铝加工的吨成本。

我们的产品使用寿命虽达到国内同类产品的三倍以上，但个别性能与进口产品还有一些差距，这种情况主要发生在我公司的新客户身上。究其原因是我们和新客户的沟通还没完全完成，对企业的使用环境，对影响使用寿命的主要原因还没摸准，或者我们的设计方案、工艺参数和设备的改进还没调整到位，也就是说产品正处在磨合和改进过程中。

我们的目标是使用寿命上全面超过进口的石墨转子。

顺便说一句，采用北京华泰长运科贸有限公司的四项专有技术，对任何金属溶液中使用的消耗品，均有把握改善其品质，延长其使用寿命。如果在炉温不超过1000度，则效果更好。

4 结束语

北京华泰长运科贸有限公司一定坚持技术创新之路，将石墨转子的技术水平进一步提高，帮助客户单位降低铝加工的吨成本，为客户单位提供更好的产品和服务。