электрод для дуговой электропечи

Формула изобретения

Электрод для дуговой электропечи, содержащий графитовые цилиндрические секции, обладающие анизотропией удельного электрического сопротивления по торцам, соединенные посредством резьбовых соединений, отличающийся тем, что плотность резьбовых соединений так относится к плотности цилиндрических секций, как (1,06÷1,11):1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротермии, в частности к электродам дуговых электрических печей, состоящих из графитовых цилиндрических секций, и может быть использовано в дуговых электропечах при производстве стали и цветных металлов.

Установлено, что при комплектации графитовых секций и резьбовых соединений электродов дуговых электропечей как западных производителей, например, UCAR (Испания), SGL CARBON (Германия), так и Российских: НовЭЗ (Новосибирский электродный завод), НЭЗ (Новочеркасский электродный завод) не учитывается плотность (Dк) секций и вкручиваемых в них резьбовых соединений. При хаотической комплектации графитовых секций и резьбовых соединений в электрод (без учета их плотности) при работе электрода при высокой температуре возникают существенные различия в значениях коэффициента термического расширения (КТР), зависящего от Dк секций и резьбовых соединений. Возникающие при этом термические напряжения приводят к поломкам в зоне контакта, следствием чего являются повышенный расход электродов, выход их из строя и простой оборудования.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является электрод для дуговой электропечи (Патент РФ № 2070776, кл. МКИ 6 Н05В 7/085, приор. 07.12.94 г., «Электрод для дуговой электропечи» М.А.Леган), содержащий графитовые цилиндрические секции с резьбовым соединением по торцам, отличающийся тем, что участки материала, обладающего анизотропией удельного электрического сопротивления, расположены так, что удельное электрическое сопротивление минимально вдоль винтовых линий вокруг оси электрода, а направление витков резьбы на торцах секций выполнено противоположным направлению упомянутых винтовых линий.

К недостаткам данной конструкции электрода следует отнести то, что графитовые цилиндрические секции и резьбовые соединения комплектуются, в основном, хаотически, без учета их плотности. Это приводит к тому, что при работе электрода на дуговых печах при высокой температуре возникают существенные различия в значениях коэффициентов термического расширения секции и резьбового соединения (ниппеля). Возникающие при этом термические напряжения снижают механическую прочность соединения, приводят к поломкам цилиндрических секций и резьбовых соединений зоне контакта, следствием чего является значительное увеличение удельного расхода электродов, выход их из строя и простои оборудования.

Целью настоящего изобретения является разработка конструкции электрода для дуговой электропечи, обладающего пониженным удельным расходом материала электрода на тонну произведенной стали.

Эта задача решена тем, что в известной конструкции электрода, содержащей графитовые цилиндрические секции, обладающие анизотропией удельного электрического сопротивления по торцам и соединенные посредством резьбовых соединений, цилиндрические секции и резьбовые соединения укомплектованы между собой таким образом, что плотность резьбовых соединений так относится к плотности цилиндрических секций, как (1,06÷1,11):1.

Упорядочение комплектации цилиндрических секций и резьбовых соединений по плотности позволяет наиболее точно отрегулировать сочетание коэффициентов термических расширений графитированных материалов цилиндрических секций и резьбовых соединений. При превышении верхнего предела соотношения (плотность резьбовых соединений относится к плотности цилиндрических секций более чем 1,11:1) происходит образование зазоров между цилиндрическими секциями и резьбовыми соединениями.

Это приводит к уменьшению эффективного сечения секции, через который проходит электрический ток, в результате чего происходит разрушение резьбового соединения. При этом возможно опадание части секции (огарков) в расплав, приводящее к потере электродного материала. При снижении нижнего предела соотношения (менее 1,06) происходит образование трещин на торцах соединительных секций за счет высоких термических напряжений, возникающих из-за большой разницы коэффициентов термических напряжений (КТР) между секциями и резьбовыми соединениями (ниппелями). В результате также происходит опадание части секций (огарков) в расплав выплавляемого металла.

Оптимальность выбранного интервала соотношений подтверждается результатами промышленных испытаний, представленных в таблице. В соответствии с описанной выше конструкцией были изготовлены 50 опытных электродов, которые были подвергнуты сравнительным испытаниям с 50 электродами, изготовленными по описанию конструкции прототипа (контрольные электроды).

Таблица
Влияние соотношения плотностей (Dк) цилиндрических секций и резьбовых соединений на эксплуатационные характеристики электродов
Соотношение плотностей	Контролируемые параметры
Количество поломок (опадание огарков), шт.	Удельный расход электродного графита на тонну стали, кг/т
1,04	6	2,23
1,06	5	2,20
1,09	2	2,10
1,11	4	2,16
1,13	5	2,20
Контрольный - прототип	8	2,52

В качестве объекта испытаний были выбраны серийно выпускаемые на Новочеркасском электродном заводе графитовые цилиндрические секции диаметром 610 мм и резьбовые соединения к ним (ниппели) диаметром 340 мм, изготовленные в соответствии с ТУ 1911-109-052-2003 на игольчатом коксе фирмы «Коноко».

Промышленные испытания проводили на электродуговой сталеплавильной печи, оснащенной трансформатором мощностью 95 МВА, рабочая сила тока 60-70 кА, рабочая плотность тока до 24 А/см², максимальная плотность тока до 25,7 А/см². Средняя продолжительность процесса плавки около 75 мин, работы под током 45 минут.

Во время эксплуатации электродов печь работала в автоматическом и ручном режимах. В процессе плавления шихты и доводки плавки проводилась продувка металла кислородом.

Анализ полученных результатов показал, что удельный расход электродов производства ОАО «ЭНЕРГОПРОМ-Новочеркасский электродный завод», изготовленных по описанию прототипа, составил в среднем 2,52 кг/т, а изготовленных по предлагаемой конструкции (в заявляемом интервале) - 2,18 кг/т (таблица). Считаем, что предлагаемую конструкцию электрода можно рекомендовать и в случае использования графитированных электродов других фирм производителей. Полученные результаты дают основание заявлять, что разработанная конструкция электрода для дуговой электропечи позволяет снизить удельный расход электрода в среднем на 15,6%.