Защитная паста для самообжигающихсяэлектродов

Защитная паста для самообжигающихсяэлектродов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОЙ ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 05.10.79 (21) 2825160/22-02 (51)М. КЛ. с присоединением заявим ¹

Н 05 В 7/08

С 25 С 3/12

Государственный комитет

СССР

flo делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 300581. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 30. 05. 81 (53) УДК 669. 168:

:669.713.72 (088.8) М. И. Гасик, В. В. Кашкуль, A Г. Гриншпунт, В. Ф. Лйсеттке," ...

В. И. Матюшенко, Б. Ф. Величко, Г. A. Дунае, Л. ; И,",;Анелок, И. И. Люборец и Г. Д..Ткаф

I с

Ь

Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт 1 ! (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЗАЩИТНАЯ ПАСТА ДЛЯ САМООБЖИГАРЗЩИХСЯ

ЭЛЕКТРОДОВ

Изобретение относится к электрс, термическим процессам, в частности к электрометаллургии ферросплавов, цветных металлов и сплавов, к элек- тротермии фосфора, карбида кальция и др., и имеет своей целью разработку пасты для создания защитного покрытия на рабочем конце самоожигающегося электрода.

Известно, что непрерывные самоожигающиеся электроды являются одними из основных элементов рудовосстановительных электропечей и состоят из металлического кожуха, изготовленного из стали Ст 3 и углеродистой электродной массы, состоящей иэ термоантрацита (по ГОСТ 4794-75), прокаленного металлургического кокса (по ГОСТ 18686-73) и связующего, предпочительно каменноугольного пека. Твердые углеродистые материалы и связующее смешиваются, а готовая смесь предоставляет углеродистую массу для непрерывных самоожигающихся электродов.

Одной из особенностей самообжигающихся электродов является изготовление их непосредственно на действующих электропечах, единичная мощность которых в настоящее время достигает 63-75 МВА, причем установ ленные на них круглые самообжигающиеся электроды имеют диаметр до

2000 мм, а плоские — сечение 3000х

%50 мм.

Изготовление электродов этого типа начинается с установки, стального кожуха. Толщина стального листа для изготовления кожуха составляет 23 мм. Внутри кожух имеет ребра жесткости с отверстиями для обеспечения необходимого сцепления кожуха и углеродистого электродного блока. В кожух электрода загружается электродная масса, включающая, Ъ:

Термоантрацит 45

Каменноугольный кокс 30

Каменноугольный пек 25

При комнатной температуре и вплоть до температуры плавления связующего (65-70оС) углеродистая масса находится в электродном кожухе в виде кусков, а свыше 65-70 С расплав" ляется и заполняет кожух. По мере расходования электрода в ванне печи самообжигающийся электрод проходит

834944 через электроконтактный узел, где происходит коксование связующего и последующий обжиг электрода до . 1000eC и выше (1).

Однако при выходе электрода из контактного узла (из под щек) стальной кожух оплавляется и окисляется, и поверхность угдеродистого блока самообжигающегося электрода под воздействием ««кислительных газов на колошнике печи подвергается окислению. Причем, как установлено, первоначально выгорает кокс, образовавшийся из связующего (пека). Поэтому крупные частицы термоантрацита и кокса теряют связь с электродным блоком и наряду с их окислением еще

45 и осыпаются в ванну Это приводит в ряде случаев к сильному науглероживанию сплава, что сдерживает применение электродов этого типа для получения безуглеродистого ферро- 20 хрома, металлического марганца и др.

Известна паста для создания защитного поркытия на поверхности самообжигающегося электрода, включаю- 25 щая смесь порошков силикоалюминия, монокарбида титана и жидкого связующего — каменноугольного пека при следующем соотношении компонентов (2j, вес.Ъ:

Силикоалюминий 50-87

Ионокарбид титана 3-30

Каменноугольный пек 10-20 З5

Применение в составе покрытия титана, который при электроплавке переходит в выплавяемый сплав и загрязняет его, ограничивает использование указанного покрытия при плавке таких материалов, как силикоалюминий, @» кристаллический кремний, металлический марганец и,др. сплавов, а также корунда. Дефицит -и относительно высокая стоимость Монокарбида титана не позволяет применять его в 45 широких про«ышленных масштабах в составе покрытий самообжигающихся электродов для выплавки массовых электроферросплавов.

20-40

Наиболее близкой к предлагаемой является паста для создания защитного покрытия на угольном блоке са мообжигающегося электрода, которая включает порошок алюминия, карбид кремния, кристаллический кремний и связующее - каменноугольный пек при следующем соотношении компонентов, f3), вес.В:

Алюминий 30-60

Карбид кремния

Кристаллический кремний 7-12

Каменноугольный пек 13-20

Недостатки известной пасты заключаются в том, что применение в ее составе карбида кремния вызывает некоторбе повышение электросопротивления в контакте шина-электрод, так как электропроводность технически чистого карбида кремния при сравнительно низких температурах (100600 С), при которых работает контактный узел, ниже электропроводности блока самоспекающегося электрода в указанных условиях. Кроме того, относительно высокая стоимость и дефицит чистого карбида кремния и

1 кристаллического кремния ограничивают применение его в широких масштабах. При врастании карбида кремния в поверхностный слой блока электрода зерна S«С остаются в обособленной форме в коксовом каркасе этого слоя, в результате чего достигается недостаточно высокая прочность и связь покрытия с блоком электрода.

Цель изобретения - повышение электропроводности и жаростойкости защитной пасты, обеспечение надежной связи ее с блоком электрода и.увеличение в целом эксплуатационной стойкости рабочего конца самообжигающегося электрода.

Поставленная цель достигается путем нанесения на внутреннюю поверхность кожуха самообжигающегося электрода защитной пасты, состоящей из порошка алюминия и жидкого связующего — каменноугольного пека, дополнительно содержащей шунгитовый ма-, териал при следующем соотношении компонентов, весъЪ:

Шунгитовый материал 25-45

Каменноугольный пек 15-25

Порошок алюминия Остальное

Шунгитовый материал представляет собой древние докембрийские осадочные образования, содержащие в своем составе шунгитовое вещество — специфическую аморфную форму углерода - природный стеклоуглерод.

Как показывают исследования структуры вещественного и фазового состава углеродистых шугнитовых пород, последние представляют собой природный комплексный материал, со-. держащий углерод и кремнезем в весь ма мелкодисперсном состоянии. Шунги55 товое вещество характеризуется следующим химическим составом, вес.%:

С 20-55; Si0 35-70; А6 0 2-5, Fe0 1-5; Mg0 0,5-2,0, СаО 0,1-0,7, йа О+К О 0,02-2,0 и имеет глобулярЯ ную морфоструктуру с размером глобулей 100-500 А, размер кварцевых зерен колеблется от 1 до 5 мкм.

Аморфный углерод распределен в элементарных объемах шунгитового цатериала равномерно и окружает плен834944 кой каждую силикатную частицу. Это обеспечивает тесный контакт между. углеродом и кварцем и высокую электропроводность материала.

Выбор углеродистого шунгитового материала в качестве компонентов защитной пасты объясняется тем, что присущая шунгитовому материалу природа строения и существующее химические связи обеспечивают более высокую электропроводность шунгитов и хорошие кинетические условия физико-химических взаимодействий между составными компонентами его в процессе коксования электродов.

Тесный и разветвленный контакт углерода с ведущим окислом - кремне- 15 земом интенсифицирует процесс карби,.дообразования при температурах выше

1000 С. Содержание углерода и кремнезема в шунгитовом материале отве-. чает практически стехиометрическому 2(} соотношению их для осуществления

1 реакций образования карбида кремния, например S(О +ЗС=5!С+2СО.

Шунгитовое вещество, содеражщее углерод в приведенных выше количест- 25 вах, по своей природе и свойствам сходно с углеродистыми компонентами, входящими в состав электродной массы. Это способствует более глубокому проникновению пасты в жид- Зп кую электродную массу при плавлении последней, образованию утолщенного переходного слоя и, вследствие высокой адгезионной способности пасты и электродной массы, улучшению связи и контакта шунгитового вещества, а также других компонентов пасты с углеродом пека пасты и массы.

Поскольку углерод в рассматриваемой системе находится в избытке, то .при взаимодействии его с кремнезе- 40 мом шунгитового вещества преимущественно образуется карбид кремния.

Образование карбида кремния способствует увеличению надежности связи покрытия и угольного блока электрода 4 в процессе коксования вследствие форМирования разветвленных карбидных цепей за счет углерода блока электрода и пасты, т.е. прорастания кристаллов карбида кремния, а также () карбидов и оксикарбидов алюминия в переходном слое и непосредственно покрытии.

Образующееся небольшое количество кремния при восстановлении кремнезема шунгитового вещества растворяется в алюминии и его соединениях,. улучшает смачиваемость твердого угольугольного блока и повышает надежность связи покрытия и рабочего конца электрода при повышенных темпера- 69 турах.

Использование в составе пасты шунгитового материала, содержащего около ЗОВ углерода кварцевых зерен, для создания защитного покрытия на поверхности самообжигающегося электрода обеспечивает хорошую электропроводность при сравнительно низких температурах (800-1000 С) и высокотемпературную устойчивость (выше

1Î00оС) поверхностного слоя блока самообжигающегося электрода.

Количество шунгитового материала в предлагаемом составе пасты должно находиться в пределах 25-45%.

Уменьшение количества шунгитового материала ниже 25% приводит к снижению электропроводимости и высокотемпературной устойчивости, а увеличение доли шунгитового материала выше 453 при обеспечении достаточно высокой жаростойкости не оказывает существенного влияния на повышение электротехнических свойств покрытия.

Оптимальное количество каменноугольного пека находится в пределах

15-25%. При уменьшении количества пека ниже 15 вследствие повышенной смачиваемости шунгитового материала резко снижается толщина вяжущей пленки между компонентами пасты и ухудшаются ее физические свойства, а именно адгезионная способность. Снижение адгезионной способности пасты не обеспечивает сплошности покрытия при нанесении ее на внутреннюю поверхность кожуха самообжигающегося электрода. Увеличение доли каменноугольного пека в пасте свыше 25% обуславливает снижение механических и жаропрочностных характеристик покрытия.

Нанесение пасты предлагаемого состава на внутреннюю поверхность кожухасамообжигающегося электрода производится на каждой секции до наварки ее на действующую печь или после установки секции и приварки ее к кожуху электрода.

После нанесеиия пасты на внутреннюю поверхность кожуха электрода в него загружают углеродистую электродную массу. По мере расхода электрода и его перепуска электродная масса вместе с кожухом перемещается постепенно в зону высоких температур, изменяя при этом в зависиыости от температуры несколько агрегатных состояний. При этом компоненты пасты взаимодействуют между собой, а ,также с углеродистой электродной массой, в результате чего к моменту оплавления науглероженного стального

Кожуха (1150-1350 C) на угольном блоке образуется защитный слой из оксикарбидов алюминия, карбидов кремния и алюминия, который предохраняет от окисления рабочий конец электрода, так как он слабо взаимодействует до температур 2500 С и выше с окислительными компонентами газа на колошнике печи и обладает высокой стойкостью против воздействия шлаковых расплавов.

834944

Т а б л и ц а 1

Вес образца после обжига в окислит. атмосфере при 1350" С, r

Вес образца после обжига до 900 С,г

Потеря веса

Состав

Известный

Предлагаемый:1

551,6

54 4, 1

543,0

543,6

528,4

520,8

525,7

524,5

23,2 4,2

23,3 4,3

17,3 3,2

19,1 3,5

Т а б л и ц а 2

Электроды с покрытием внутренней поверхности кожуха пас той предлагаемого сос-. тава

Электроды с покры тием внутренней поверхности кожуха пастой известного состава

3ROHO= мия, В

Показатели

684

652

4,7

11,8

12,4

4,8

869,5 0,5

Ю» Ю

Наряду с этим паста, нанесенная на внутреннюю поверхность кожуха самообжигающегося электрода, взаимодействует и с железным кожухом. Наличие.углерода связующего пасты и электродной массы усиливает химизм процесса взаимодействия в системе кожух-паста-углеродистая масса, в результате чего образуются интерметаллиды железа и кремния, а также карбиды железа, алюминия и кремния.

Следовательно нанесение пасты на внутреннюю поверхность кожуха самообжигающегося электрода приводит к образованию сложного карбидного и оксикарбидного слоя, который обеспечивает защиту поверхности рабочего конца от окисления и наряду с этим взаимодействует со стальным кожухом с образованием алюминидов и карбиРезультаты проведения испытаний свидетельствуют, что использование предлагаемой пасты позволяет снизить окисляемость образцов электродной массы на 1,0% по сравнению с известной.

В крупнолабораторной трехфазной. дуговой электропечи мощностью

Израсходованная длина электродов, мм

Израсходованный вес электродов, кг

Израсходованная электроэнергия, кВт ч дов, имеющих более низкое электросопротивление, чем стальной кожух.

Пример . Производят обжиг электродной массы в кожухах иэ стали Ст 3 диаметром 60 мм, внутреннюю поверхность которых покрывают пас-! той предлагаемого состава. Для сравнения один образец электродной массы обжигают в кожухе, внетреннюю поверхность которого покрывают известной защитной пастой.

Обжиг производят без доступа воздуха до 900 С со скоростью 100 С в час. После охлаждения образцы извлекают из кожухов, взвешивают и подвергают обжигу в окислительной атмосфере при 1350 С в течение 1 ч.

Результаты испытания приведены в табл. 1.

160 кВА проводят сравнительные технологические испытания самообжигающихся электродов, причем в идентичных условиях проплавляют по 400 кг шихты по каждому их сравниваемых вариантов.

Усредненные результаты испытаний приведены в табл. 2.

834944

Таблица 3

Электропроводность образцов электродной массы, Ом мм /м

Температура, С с покрытием пастой известного состава с покрытием пастой предлагаемого состава

0,51 10

0;43 10

0,83 10

0,10 10

0„12 10

0 15 10 "

400

600

800

1000

1200

1400 целью повышения электропроводности и жаростойкости пасты, обеспечения надежной связи ее с угольным блоком электрода и увеличения его эксплуата,ционной стойкости, она дополнительно содержит шунгитовый материал при следующем соотношении компонентов, вес. %:

Шунгитовый ма40 териал 25-45

Каменноугольный пек

Порошок алюминия Остальное

15-25

Формула изобретения

Составитель Г. Титова

Редактор И. Михеева Техред И.Астэлош . Корректор Г. Решетник

Заказ 4122/88 Тираж 889 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Анализ результатов проведенных испытаний свидетельствует, что расход электрода, внутрення поверхность которого покрыта пастой предлагаемого состава, уменьшается на 4,8% и расход электроэнергии на 1 т сплава снижается на 0,5% в сопоставлении со сравнимыми показателями испыИз данных табл. 3 видно, что применение пасты предлагаемого состава для покрытия электродов обеспечивает более высокую электропроводность в сравнении с покрытием известной пастой в интервале температур до 1000 С, выше которой формируется полностью скоксованный углеродистый блой электрода. Этим, вероятно, объясняется снижение расхода электроэнергии в крупнолабораторных испытаниях (печи 160 кВА) работы сравниваемых электродов с предлагаемым и известным покрытиями.

Применение пасты предлагаемого состава для покрытия электродов обеспечивает экономический эффект в

248 тыс. руб. /год.

Защитная паста для самообжигающихся электродов, включающая порошок алюминия и каменноугольный пек, отличающаяся тем, что,с таний электрода с известной защитной пастой.

Результаты лабораторных испытаний электропроводности образцов электродной массы с покрытием поверхности пастой предлагаемого состава и образцов массы с покрытием известной пастой приведены в табл. 3.

0,16 10

0,49. 10

0,23. 10

0,07 10

0,28 10

0,20-10

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гасик М. И. Самообжигающиеся электроды рудовосстановительных электропечей. М., "Металлургия", .

1976, с. 386.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2634878/02, кл. Н 05 В 7/08, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 698173, кл. Н 05 В 7/08, 1977.