Способ установки токопроводов электрической печи сопротивления для графитации углеродных изделий

 

Способ включает определение сечения керна, подводимой к керну электрической энергии и количества токоподводов и равномерную установку токоподводов в торцовой стенке печи относительно сечения керна, при этом перед установкой токоподводов дополнительно определяют изотермы наибольших токовых нагрузок по сечению керна, измеряют удельное электросопротивление и скорость распространения ультразвука в токоподводах, сортируют токоподводы по измеренным значениям и размещают токоподводы с наибольшими значениями скорости прохождения ультразвука и наименьшим значением удельного электросопротивления в стенке или в участках , соответствующих изотермам наибольших токовых нагрузок керна, остальные токоподводы - в участках, соответствующих наименьшим токовым нагрузкам. Такая избирательная установка токоподводов повышает срок службы как токопроводов, так и самой печи. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s F 27 В 3/08, F 27 0 11/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ккл. с

Кд,Л, (21) 4793844/02 (22) 20.02.90 (46) 07.08.92. Бюл, М 29 (71) Государственный научно-исследователький, проектный и конструкторский институт электродной промышленности (72) Д.M,Êóçíåöîâ, Г.M,Ìèõàéëþê и M.Ю,Баб-. кин (56) Чалых Е.Ф. Оборудование электродных заводов. М.: Металлургия, 1990, с. 17-19, рис.9. . Соседов В.П и Чалых Е,Ф. Графитация углеродных материалов, М., 1987, с. 60-61. (54) СПОСОБ УСТАНОВКИ ТОКОПОДВОДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ ГРАФИТАЦИИ УГЛЕРОДНЫХ

ИЗДЕЛИЙ (57) Способ включает определение сечения керна, подводимой к керну электрической энергии и количества токоподводов и равноИзобретение относится к электродной промышленности, а именно к электрическим печам сопротивления для графитации углеродных материалов и изделий, Печь графитации содержит токоподводящий торец, включающий торцовые стенки из огнеупорного материала и графитовые электроды (токоподводы), составленные в пакет, габариты которого определяются геометрией керна печи графитации (1), В известном способе подвод электрической энергии осуществляется при помощи графитовых токоподводов, установленных в торцовых стенках печи и расположенных равномерно по всему поперечному сечению керна. Известно, что температурное поле по сечению керна неравномерно. Температура.БЦ,, 1753221А1 мерную установку токоподводов в торцовой стенке печи относительно сечения керна, при этом перед установкой токоподводов дополнительно определяют изотермы наибольших токовых нагрузок по сечению керна, измеряют удельное электросопротивление и скорость распространения ультразвука в токоподводах, сортируют токоподводы по измеренным значениям и размещают токоподводы с наибольшими значениями скорости прохождения ультразвука и наименьшим значением удельного электросопротивления в стенке или в участках, соответствующих изотермам наибольших токовых нагрузок керна, остальные токоподводы — в участках, соответствующих наименьшим токовым нагрузкам. Такая избирательная установка токоподводов повышает срок службы как токопроводов, так и самой печи. 2 ил. центральной части сечения керна превышает температуру периферийных участков сечения керна на 500-800 С. Это приводит к тому, что токоподводы находятся в различных температурных зонах, результатом чего является их неравномерная токовая нагрузка (2), Основная токовая нагрузка приходится на токоподводы, расположенные в йериферийных участках сечения керна. При размещении в этих участках токоподводов со сравнительно низкой прочностью и электропроводностью возникающие термические напряжения превышают предел прочности материала токоподвода и приводят к его разрушению (образованию трещины). Выход из строя хотя бы одного

1753221 токоподвода способствует разрушению других вследствие возрастания токовых и, соответственно, термических нагрузок на оставшиеся токоподводы, Следствием этого является низкая надежность токоподводов печи, токоподводящий торец которой требует замены один раз в полгода. Кроме того количество тепла, отданного в окружающую среду через токоподводы, зависит от перепада температур по длине токоподводов.

При установке токоподводов в центр токо подводящего торца печи графитации этот

30 нию керна в торцовой стене печи по изотермэ наибольших токовых нагрузок, при этом предварительно измеряют удельное элек-.росопротивление и скорость распространения ультразвука в токоподводах, сор35 тируюг токоподводы по измеренным значениям и размещают токоподводы с наибольшими значениям скорости прохбждения ультразвука и наименьшим значением удельного электросопротивления в стенке

40 печи в участках, соответствующих изотермам наибольших токовых нагрузок керна.

Тем самым снижается вероятность трещинообразования и разрушения токоподводов и повышается эксплуатационная

45 наде:кность токоподводящего торца печи и срок» службы. печи. Показателями прочностных и электрических свойств являютси параметры неразрушающего контроля; скорость (время) распространения ультразвука (УЗ) в материале токоподвод» и удельное электросопротивление (УЭ С), ПО предлагаемому способу элек i роды, имеющие наибольшие значения скорости ультразвука и наименьшие значения УЭС, устанавливаются по сечению керна по изо- 55 термам, соответствующим максимальным токовым нагрузкам.

В другие положения по сечению керна допускается устанавливать токоподводы с меньшими значениями скорости УЗ и больперепад будет максимальным, так как температура в центре сечения керна выше, чем на периферии. Следовательно, тепловые по- 15 тери через центральный токоподвод максимальны, хотя электрическая нагрузка на него в 2,5-3 раза меньше, чем на периферийные токоподводы. Это обстоятельство также является недостатком известного 20 способа установки токоподводов, Целью изобретения является повышение срока службы. печи путем избирательной стдновки токоподводов.

Указанная цель достигается тем, что со- 25 гласно способу определяют сечение керна, величину подводимой к керну электрической энергии и количество токоподводов, котс рые располагают равномерно по сечешими значениями УЭС, так как они испытывают меньшую токову.о нагрузку.

Предлагаемый способ установки токоподводов в печь сопротивления для графитации углеродной продукции реализован следующим образом, Перед установкой в печь графитации токоподводящле электроды подвергаются неразрушающему контролю с целью выделения из них электродов повышенного качества, способных выдерживать максимальные токовые и термические нагрузки, Параметрами контроля являются удельное электросопротивление (УЭС) электродов и скорость распространения ультразвука (УЗ), характеризующая прочностные свойства материала электродов.

Критерии отбора качественных электродов являются среднее значение УЭС,:установленное статистически на произвольно выбранной партии электродов объемом не менее 3". изделий, и допустимое значение скорости УЗ, соответс.твующее допустимому пределу прочности на разрыв материала электродов и определяемое с помощью предварительно установленной линейной корреляционной зависимости предела прочности от скорости УЗ. Для оценки допустимого значения пр .дела прочности на разрыв авторами проведен математический расчет на ЭВМ ЕС-1022 термических напряжений, возникающих в графитированном материале ток подводящего электрода диаметром 400 мм при его i работе в печи графитации. При расчете термических напряжений рассматривался случай стационарного температурного поля, Расчет проводился методом последовательных приближений до и лучения полной сходи-: мости по температуре На основе полученных тепловых полей, в предположении полной круговой симметрии, вычислялись термические напряжения по формулам теории упругости для графитового цилиндра, постоянного по толцине. Температура внешнего торц» токоподводэ, охлаждаемого водой, соста :ляет 20-100 С. Температура внутреннего тсрца, н ходящегося в печи, достигает 2800 С, Проведенный расчет показывает, что при таком перепаде температур разрывные напряжения в материале токоподвода д аме ром 400 мм достигают величины 30 кгс/см . Это значение близко к г нормативному значению предела прочности на разрыв 35 кгс/см, устанавливаемому г для графитированных электродов диаметром 250-400 мм действующим ГОСТ 442680 (6).

Про этому стандарту допускается снижение прочности электрода íà 25% ниже

1753221 нормативного, TG есть годными считаются измерения УЭС партии токоподводов диаизделия с пределом прочности на разрыв не метром 400 мм объемом 38 изделий. Устаг менее 26 кгс/см . Такие электроды:с пони- новлено, что УЭС токоподводов меняется в женной прочностью на выдерживают тер- пределах 7,0-10,5 MKOM м со средним знамических напряжений, возникающих в 5 чением 8,5. процессе эксплуатации электродов в каче- Согласно предлагаемым критериям отстве токоподводов печи графитации. Таким бора (удельное электросопративление ,образом за допустимое следует принять 8,5 мкОм м; скорость ультразвука 1730 нормативное значение предела прочности м/с) совокупность электродов диаметг на разрыв 35 кгс/см . 10 ром 400 мм, предназначенных для установДля оценки величины скорости УЗ, со- ки в печь графитации в качестве ответствующей допустимому пределу проч- токоподводов, разделяется на две группы. ности, строится линейная корреляционная зависимость предела прочности на разрыв Электроды первой. группы, имеющие

° от скорости УЗ на образцах, изготовленных 15 наименьшее УЭС не выше 8,5 мкОм м и наи- ) из графитированных электродов. Для по- большую скорость УЗ не менее 1730 м/с, строения этой зависимости от нескольких устанавливаются"в периферийные части по: электродов отрезаются дискй, которые перечного сечения керна печи, то есть в . прозвучиваются в направлении оси прес- места наибольших токовых нагрузок. Устасования. Из прозвученных участков йзго- 20 новка токоподводов по предлагаемому спотавливаются неменеедвух цилиндрических собу осуществляется в соответствии с образцов; на которых методом диаметраль- осесимметричной формой температурного ного сжатия определяется предел прочйо- поля керна, а именно, по йзотермической сти на разрыв. Среднее арифметическое кривой максимальных токовых нагрузок усзначение прочности каждого участка. ста- 25 танавливаются токонодводы первой группы вится в соответствие со значением скорости . (фиг. 1, угловые положения 1,3,6,8). 8 полоУЗ в этом участке. Количество участков, та- жения более близкие к центру керна (фиг, 1, ким образом, определяет число точек корре- положения 2,4,5,7) могут устанавливаться ляционного поля, которое должно быть не электроды второйгруппы,имеющиесравнименее 30, . 30 тельно низкие значения скорости ультраУравнение линейной связи предела звука и электропроводности, прочности со скоростью УЗ, полученное ав- В представленных графических материторами для электродов диаметром "400 мм " алах проиллюстрирован пример размещепроизводства Новочеркасского электрод- ния токоподводов для -печей переменного ного завода, имеет вид . 35 тока секций Q 6-9. цеха графитации Новочеркасского электродйого завбда, йа. кото0р = 0,03 С вЂ” 17, . рых изображено;

I — изотермическая кривая, соответствугде up — предел прочности на разрыв, ющая максимальной токовой нагрузке керкгс/смг;: .:: 40 íà t = 2630 С.

С вЂ” скорость УЗ. м/с. il — изотермическая кривая, соответстЭто уравнение справедливо для трафи- вующая t = 29800C. тированных электродов диаметрами 250- . Цифрами 1-8 обозначены положения . 400 мм отечественного производства, - токоподводящих электродов по сечению удовлетворяющих ГОСТ 4426-80, При суще- 45 керна, ственном изменении технологии или сырья . Изотермические кривые, в соответстдля производства электродов и при исполь- вии с .которыми устанавливаются токоподзовании электродов иностранного произ- воды, определяются расчетным путей с водства необходимо заново построить помощью методов математического модеуравнение связи прочности на разрыв. от 50 лирования. скорости УЗ по вышеизложенной процедуре. Пример. Для оценки возможности

Подстановка в полученное уравнение использования заявленного способа примедопустимого предела прочности 35 кгс/см нительно к токоподводам других сечений г дает значение скорости УЗ = 1730 м/с, кото- 55 проведен расчет на математической модели рое является критерием отбора токоподво-. термонапряженного состояния токоподводящих электродов диаметром 400 мм.. дов О = 300 мм при той же плотности тока

Для оценки критерия отбора по элект- для периферийных токоподводов Iрическим свойствам авторами проведены = 10 А/см .

Проведенный расчет показывает., что в токоподводах 0 =- ЗОО мм воз-,èêààò разрывные напряжения до 26 кгс/см, Используя электрическую зависимость (1): ор =-О,ОЗ С вЂ” 17, Определяем значение скорости УЗ, которое должно соответствовать значению (тр = 26 кгс/см . Подстановка его в уравне2 ние (1) дает значение 1433 м/с, Данное значение является критерием отбора токоподводящих электродов диаметром 300 мм.

Значение удельного электросопротивления для электродов диаметром 300 мм варьируется в пределах 7,0-10.,5 мкОм м со средним значением 8,5 мкОм м. Это значение выбрано в качестве браковочного показателя по удельному злектросопротивлению для токоподводов 0 = 300 мм.

Установка отсортированных токоподводов с максимальным значением скорости УЗ и минимальным значением УЭС по предлагаемому способу осуществляется в соответствии с осесимметрической формой температурного поля керна, а именно, по изотермической кривой максимальных токовых нагрузок, соответствующей температуре торцов верхнего и нижнего рядов графитирующихся изделий, В положения, более близкие к центру керна, а именно, по изотерме торцов среднего ряда изделий керна могут устанавливаться электроды второй группы, выходящие за браковочное значение скорости УЗ -- 1433 мlс и значение > J:,."—

8,5 мкОм: м.

Подбор и установка токоподводов повышенного качества в места максималь5 ных токовых нагрузок в соответствии с температурным полем керна печи позволяет повысить надежность и срок службы токоподводящего торца печи.

Предлагаемый способ установки тока10 подводов увеличивает срок безаварийной службы токоподводящего торца печи графитации до одного года, Формула изобретения

Способ установки токоподводов элект15 рической печи сопротивления для графитации углеродных иэделий, включающий определение сечения керна, подводимой к керну электрической энергии и количества токоподводов и равномерную установку то20 коподводов в торцовой стенке печи относительно сечения керна, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы печи пут:.м избирательной установки токоподводов, перед установкой токоподводов

25 дополнительно определяют изотермы наибольших токовых нагрузок по сечению керна, .измеряют удельное электросопротивление и скорость распространения ультразвука в токоподводах, сортируют

30 токоподводы по измеренным значениям и размещают токоподводы с наибольшими значениям скорости прохождения ультразвука и наименьшими значениями удельного электросопротивления в стенке печи в

35 участках, соответствующих иэотермам наибольших токовых нагрузок керна, остальные токоподводы — в участках, соответствующих изотермам наименьших токовых нагрузок, 1753221

Составитель О.Ткаченко

Редактор С,Кулакова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Ïeòpoeà

Заказ 2756 Тираж .. : Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиями при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4 5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, y»,Гагарина, I01