Способ защиты электрода в шлаковом расплаве

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

И05 Н 05 В 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР 1 (21) 3371010/07 (22) 28.12,.81 (46) 23.05.92. Бюл. V - 19 (71) Государственный проектный н научно-исследовательский институт "Гипроникель" . (72) И.P.Русаков, E.Ë.Самсонов, В.Д.Линев, А.И.Гнедин, С.П.Кормилицьп, Г.В,Востриков и И.И.Гнедин (53) 621.365. 22 (088.8) (56) Патент CGA Р 3777042,, кл. El 05 В 7/06, 1973.

Патент Франции Р 2222821, кл. Н 05 В 7/06, 1974.

Авторское свидетельство СССР

Р 337019, кл. С 21 С 5/56, 1977.

Изобретение относится к черной и цветной металлургии, а именно к способам защиты электродов и hypM от разрушения при их взаимодействии с металлургическими расплавами и, в частности, может быть использовано при обеднении шпаковых расплавов, содержащих тяжелые цветные металлы (никель, кобальт, медь), путем продувки их в электропечах.. о

Известен способ защиты электрода в дуговой печи, предусматривающий нагнетание азота вдоль просверленного в электроде отверстия, которое закупорено пробкой на его конце. Газ увлекает вдоль отверстия частицы угле- водородистого материала.. Эти частицы .агломерируют и сплавляются одна с другой и с пробкой отверстия, вызывая рост пробки вдоль отверстия. Это

„,Я0„„1736013 А 1

2 (54) (57) СПОСОБ ЗАДИР ЭЛЕКТРОДА В

НПАКОВОИ РАСПЛАВЕ, при котором вдувают газ через по крайней мере одно от-. верстие на торце электрода, о т л ич а ю шийся тем., что, с целью повышения стойкости электрода, скорость v истечения газа поддерживают в диапазоне 50йv -300 м/с. компенсирует эрозию наконечника элект- 2 рода.

Однако этот способ эффективен лишь для защиты электродов в электродуговых печах для непогружных электродов, так как защищается лишь торцовая часть электрода от эрозии .в период горения дуги.

Известен также способ защиты .элек- © тродов дуговой печи, защищенных от атмосферы печи, при котором в полост электрода подают нейтральный газ, диффундирующий через электрод и защицающий его от атмосферы печи.

При погружении такого электрода в расплав наружная оболочка его начнет разрушаться, так как газ всплывает отдельными пузырями, т.е. диффузии газа через оболочку недостаточно для оттеснения расплава от поверхности

1736013 электрода, а следовательно, и для действенной его защиты. Кроме того, для продавливания газа через плотную оболочку необходимо создание высокого давления его в полости электрода.

Известен также способ защиты электродов, при котором с целью равномерного омывания потоками газовых пузырей газ подают в шлаковый расплав под электрод через радиальные направляющие каналы.

Недостатками указанного способа являются значительные эксплуатационные затраты: расход охлаждающей жидкости, значительные потери тепла с ней. Кроме того, пузырьковый режим газового потока, омывающий погруженную в расплав поверхность электрода, за«««ищает ее ненадежно, так как не образует достаточно насыщенной газом сплошной газо-шлаковой оболочки во" круг электрода.

Целью изобретения является повышение стойкости электрода.

Это достигается тем, что в способе защиты электрода в шлаковом расплаве, при котором вдувают газ через по крайнеи мере одно отверстие на торце электрода, скорость v истечения газа поддерживают в диапазоне 50(ч и 300 м/с.

При истечении газа в расплав со скоростью 50-300 м/с через погруженную сверху фурму или электрод образуется прямая и обратная струя. При этом обратная струя состоит из пузырей газа в жидкости, а прямая струя— чисто газовая. В зависимости от параметров продувки и наружного диаметра заглубленной части продувочного уст- 4ф ройства могут быть реализованы два случая взаимодействия обратной струи с ее основанием и оболочкой. В первом случае не происходит соударения обратной струи с основанием, а во втором — обратная струя соударяется с основанием Аурмы.

Именно обратная струя газа обеспечивает насыщенную газом сплошную газо-ылаковую оболочку вокрУг погружен- Щ ной части фурмы или электрода. Это приводит к .оттеснению горячих слоев расплава и понижению температуры его .вблизи зацищаеиой поверхности. Газоыпаковая оболочка имеет более низкий коэффициент теплопроводности по сравнению с липким оасплавом, что, B свою очередь, снижает тепловые по гоки на фурму.

Эксперииентально выявлена зависимость 1 н <6

Ar = 0,142 (- — — — — ) - 1 отв где Ar — критерий Лрхииеда, c1«« — наружный диаметр насадки, м, doTB — диаметр отверстия.

1ритерий Архимеда выражается следующим соотношением: Р«Ar 7

Pp 8 с1 ото где т — скорость истечения, и/с, pã « р г и — плотности газа и расплава гц-« соответственно, кг/м, p - ускорение свободного падения, м/с .

После преобразования получают соотношение для скорости истечения газа:

3,3 с н PP

v 1,2 -- — — — — —— — p«Расчет скорости по данной зависимости позволяет на основе заданных значений диаметров и плотностей рабочих тел (шлака и газа) получить ее значение, обеспечивающее взаимодействие обратной струи с фурмой или электродом, когда струя не соударяется с основанием, и снижает тепловой поток.

Вдувание газа, содержаце? о углеводо- роды, дополнительно снижает температуру за счет его пиролиза, создает восстановительную защитную оболочку..

Поддержание скорости истечения в пределах 50-300 м/с является необходимым условием защиты электродов и фурм и связано с тем, что в процессе вдувания газа в расплав неизбежно происходит изменение противодавления гидростатического столба расплава за счет насыщения его пузырями газа, а также изменение исходного давления газа, под которым он вдувается в расплав, из-за возможного забивания отверстия расплавом, изменение внутреннего сопротивления системы подачи газа из-за отложения углерода на стенках канала или разгара отверстия истечения. Это приводит к изменению скорости истечения газа и ухудшению структуры обратной струи, снижению насыщения прилегающих слоев расплава пузырями газа, а следовательно, снижает эффективность зациты, гак как действительная скорость истечения газа зависит от соотношения давления имечание

0,468 .

0,0974

0,0610

0,0503

0,0025

101

25 2

5 17 газа, под которым он вдувается, и давления сопротивления среды, в которую он истекает.

Вдувание газа со скоростью ниже

50 и/с не обеспечивает эффективного формирования обратной струи и необходимого угла раскрытия ее, что приводит к соударению ее с торцом погружной части. При этом также не образуется насыщенной газо-шлаковой оболочки вокруг фурмы. Все это приводит к быстрому разрушению насадки. Вдувание газа со скоростью. выше 300 м/с не оказывает дополнительного положительного эффекта, однако приводит .к ненужному интенсивному барботажу ванны расплава, дополнительному переохлаждению за счет вовлечения периферийных слоев расплава в энерго- и массообменные процессы. Это приводит также к значительному разбрызгиванию расплава и его уносу с отходящими газами.

Проводилось экспериментальное определение скорости расходования по-. груженного в шлаковый расплав стального неводоохлаждаемого электрода. В опытах использовались электроды различного диаметра с разными отверс.тия.— ми для истечения газа. Скорость расходования определялась по убыли в весе погружной части электрода, отнесенной к единице ее поверхности, в минуту. Опыты проводились на электропечи могщостью 225 кВЛ и емкостью по

36013 6 шлаку 0,8 т, Температура шлака изменялась от 1250 до. 1600 С.

В электропечи наплавляли шлаковый расплав, затем заменяли средний графитовый электрод на испытуемый ме-. таллический, состоящий.из водоохлаждаемой непогружной части и неводоохлатдаемой погружной. Перед погружением через электрод с определенной скоростью под определенным давлением вдували газ. Затем электрод погружали на определенную глубину и на всех электродах выравнивали нагрузку. В процессе эксперимента контролировали формирование обратной струи (визуально), давление в начале электрода, температуру шпака, нагрузку на электрод, разбрызгивание расплава и запыленность отходящих газов. По окончании опыта (отдельные продолжались

8 ч и более) погружная часть электрода взвешивалась. !

Полученные характерные результаты представлены в таблице.

Использование предлагаемого способа обеспечивает снижение расхода дефицитного углеродистого материала в

3-5 раз при защите погружной части электрода, повышение стойкости фурм для продувки шпакового расплава .в 4 6 раз. Использование металлических насадок позволяет исключить расход . углеграфитового материала, упростить конструкцию электрической печи и в

35 целом снизить эксплуатационные расходы на 11-13К.

Быстрое забивание канала и оплавление электрода (10 — 12 мин) Работоспособность поддерживалась 2-3 ч

Работоспособность 4-6 ч

Работоспособность 6-8 ч

Электрод. практически не расходовался

Разбрызгивание и охлаждение расплава

0,0020

300

Сильное .разбрызгивание и переохлаждение расплава, препятствующее нормальной работе электродов и печи

0,0020

320.Составитель.Г.Тараканова

Техред A,Êðàâ÷óê Корректор .,(, амборская

Редактор

Заказ 1825 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101