Электродная масса для самообжигающихся электродов
Владельцы патента RU 2264981:
Открытое акционерное общество "Украинский графит" (UA)
Изобретение предназначено для электроферросплавного и сталеплавильного производства и может быть использовано при изготовлении самообжигающихся электродов. Электродная масса для самообжигающихся электродов содержит термоантрацит, каменноугольный пек и в качестве модифицирующей добавки - полимеры бензольного отделения при следующем соотношении компонентов, мас.%: термоантрацит 70-79; каменноугольный пек 20-28; полимеры бензольного отделения (отходы коксохимического производства) 1-2. Соотношение фракций термоантрацита в электродной массе составляет, мас.%: -16+6 мм - 11-21; -6+0,063 мм - 28-38; менее +0,063 мм - остальное. Полимеры бензольного отделения имеют следующий состав, мас.%: вещества, не растворимые в толуоле, 2,0-4,0; вода 0,05-0,10; зола 0,10-0,15; ароматические углеводороды - остальное. Механическая прочность электродов 19,7-22,3 МПа, пористость электродов - 19,8-20,6%. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к электротермическим процессам, а именно к электроферросплавному и сталеплавильному производству, и предназначено для использования при изготовлении непрерывных самообжигающихся электродов.
Известна электродная масса для самообжигающихся электродов рудовосстановительных электропечей (Струнский Б.М. Руднотермические плавильные печи. М., "Металлургия", 1972, с.165), содержащая термоантрацит 30-60%, кокс 20-55%, каменноугольный пек 20-28%.
Однако самообжигающиеся электроды, изготовленные из известной массы, имеют недостаточно высокие физико-механические характеристики по удельному электросопротивлению и прочности на сжатие.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является углеродная масса для получения самообжигающихся электродов, содержащая следующие компоненты, мас.%: полукокс 20-45, каменноугольный пек 20-28 и термоантрацит - остальное (Авторское свидетельство СССР №704896, МПК С 01 В 31/02, опубл. 25.12.79).
Однако известная масса, из-за содержания в ее составе полукокса, имеет высокую пористость, что отрицательно влияет на стойкость рабочего конца самообжигающегося электрода и снижает его механическую прочность.
В основу изобретения поставлена задача повышения механической прочности и снижения пористости электродов за счет введения в состав электродной массы, в качестве модифицирующей добавки, полимеров бензольного отделения, являющихся отходами коксохимического производства.
Поставленная задача решается тем, что электродная масса для самообжигающихся электродов, включающая термоантрацит и каменноугольный пек, согласно изобретению, дополнительно содержит, в качестве модифицирующей добавки, полимеры бензольного отделения, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| термоантрацит | 70-79 |
| каменноугольный пек | 20-28 |
| полимеры бензольного отделения | 1-2 |
При этом соотношение фракций термоантрацита в электродной массе составляет, мас.%:
| -16+6 мм | - 11-21 |
| -6+0,063 мм | - 28-38 |
| меньше +0,063 мм | - остальное |
Кроме того, полимеры бензольного отделения имеют следующий состав, мас.%:
| вещества, не растворимые в толуоле | 2,0-4,0 |
| вода | 0,05-0,10 |
| зола | 0,10-0,15 |
| ароматические углеводороды | остальное |
Причинно-следственная связь между совокупностью признаков заявляемого изобретения и техническим результатом, которого можно достичь, состоит в том, что ввод в состав электродной массы для самообжигающихся электродов полимеров бензольного отделения изменяет характер карбонизации пека за счет физико-химических свойств и, в первую очередь, за счет содержания высокомолекулярных ароматических углеводородов. В свою очередь ароматические углеводороды положительно влияют на формирование структур, которые способствуют лучшему коксообразованию пека. Молекулы связующего под термическим воздействием способны расчленяться по слабым звеньям на крупные структурные звенья - радикалы, которые в дальнейшем, в результате карбонизации, переходят в продукты разнообразных форм. Углубление процесса карбонизации приводит к накоплению высокомолекулярных соединений, благодаря которым происходит лучшее смачивание наполнителя и образование более тонкой адсорбционной пленки. Указанное обстоятельство, а также адсорбция связующего на поверхности наполнителя, обеспечивают лучшее спекание разрозненных компонентов шихты в одну монолитную систему. Кроме того, зола полимеров бензольного отделения содержит окислы типа R2О3, то есть окислы железа, алюминия и титана, которые в свою очередь вызывают развитие процесса поликонденсации, повышают выход коксового остатка и резко снижают энергию активации системы. Содержание полимеров бензольного отделения менее 1 мас.% не оказывает существенного влияния на физико-механические характеристики электродной массы. Повышение содержания полимеров бензольного отделения сверх 2 мас.% вызывает увеличение выхода летучих веществ.
Одним из факторов, обеспечивающих термическую и эксплуатационную стойкость рабочего конца самообжигающегося электрода, является оптимальное содержание в составе предлагаемой электродной массы твердого углеродистого наполнителя - термоантрацита и связующего - каменноугольного пека. Увеличение термоантрацита фракции -16+6 мм более 21 мас.% влечет за собой снижение механической прочности рабочего конца электрода, а уменьшение его доли ниже 11 мас.% ведет к уменьшению электропроводящего каркаса. При содержании термоантрацита фракции -6+0,063 мм более 38 мас.% уменьшается цементация зернового каркаса и смачиваемость более крупных фракций, а содержание менее 28 мас.% приводит к снижению механической прочности электрода.
Увеличение каменноугольного пека более 28 мас.% требует значительных затрат электрической энергии на коксование электрода, а уменьшение менее 20 мас.% не обеспечивает прочной связи компонентов между собой.
Несоответствие состава полимеров бензольного отделения заявляемому приводит к существенным изменениям их свойств, что, в свою очередь, ухудшает физико-механические характеристики электродной массы.
Электродную массу готовят следующим образом. Термоантрацит прокаливают при 1200-1300°С, после чего подвергают дроблению с последующим рассевом на барабанных ситах или грохотах. Подготовленные материалы дозируют по гранулометрическому составу в соответствии с заданной рецептурой массы, затем загружают в смеситель, в который одновременно подают соответствующее количество исходного каменноугольного пека, и осуществляют тщательное их перемешивание. Полимеры бензольного отделения подвергают нагреву до температуры 40-60°С, а затем подают в смеситель. После перемешивания в смесителе электродную массу выгружают, формуют в брикеты и в виде брикетов доставляют на склад готовой продукции.
Для приготовления электродной массы использовали:
- термоантрацит с содержанием золы не более 5,0%, влаги - не более 1,5% и с удельным электросопротивлением не более 1000 Ом·мм2/м;
- каменноугольный пек, имеющий следующие показатели:
| температура размягчения, °С | 67-73 |
| зольность, % | не более 0,3 |
| содержание воды в пеке, % | не более 0,5 |
| выход летучих веществ, % | 58-63 |
Содержание компонентов в составах электродных масс приведено в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||||
| Компоненты | Состав электродной массы, мас.% | ||||||
| Прототип | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Термоантрацит | |||||||
| (фракции, мм): | |||||||
| - по прототипу* | 27-60 | ||||||
| - предлагаемый | 70-79 | ||||||
| - -16+6 | 21,5 | 21 | 20 | 11 | 21 | 10 | |
| - -6+0,063 | 26 | 28 | 24 | 28 | 28 | 37 | |
| - менее +0,063 | 33 | 30 | 30 | 31 | 21 | 35 | |
| Полукокс | 20-45 | - | - | - | - | - | - |
| Каменноугольный пек | 20-28 | 19 | 20 | 24 | 28 | 28 | 15 |
| Полимеры | 0,5 | 1,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 3,0 | |
| бензольного отделения | |||||||
| *По прототипу термоантрацит содержит: | |||||||
| фракции, мм | содержание, мас.% | ||||||
| 20 | 10 | ||||||
| 10-20 | 30-35 | ||||||
| 4-10 | 25-30 | ||||||
| 1-4 | 30-40 |
Результаты испытаний образцов электродных масс приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||||||
| Показатели | Состав электродной массы | ||||||
| Прототип | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Механическая прочность, МПа | 17,7-19,3 | 19,6 | 20,8 | 22,3 | 22,0 | 20,0 | 19,7 |
| Пористость, % | 20,9-24,1 | 20,9 | 19,8 | 19,5 | 20,5 | 20,3 | 20,6 |
| Удельное электросопротивление, Ом·мм2/м | 92,3-93,4 | 90,3 | 86,0 | 82,6 | 84,5 | 84,8 | 86,2 |
В результате испытаний установлено, что образцы массы, изготовленной из предлагаемого состава (варианты 2-5), обладают более высокой механической прочностью и меньшей пористостью, а также более низким удельным электросопротивлением по сравнению с массой, изготовленной из известного состава. Следовательно, и самообжигающиеся электроды, изготовленные из предложенной массы, будут иметь более высокую механическую прочность и меньшую пористость, а также более низкое удельное электросопротивление по сравнению с электродами, изготовленными из известной массы.
Наряду с улучшением эксплуатационных показателей самообжигающихся электродов, использование изобретения позволит расширить сырьевую базу за счет введения в состав массы мелких фракций термоантрацита и использования в ее составе, в качестве модификатора, полимеров бензольного отделения, которые являются отходами коксохимического производства.
Заявляемое изобретение базируется на экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях предприятия ОАО "Укрграфит".
1. Электродная масса для самообжигающихся электродов, включающая термоантрацит и каменноугольный пек, отличающаяся тем, что дополнительно содержит в качестве модифицирующей добавки полимеры бензольного отделения при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Термоантрацит | 70-79 |
| Каменноугольный пек | 20-28 |
| Полимеры бензольного отделения | 1-2 |
2. Электродная масса по п.1, отличающаяся тем, что соотношение фракций термоантрацита в ней составляет, мас.%:
| -16+6 мм | 11-21 |
| -6+0,063 мм | 28-38 |
| Меньше +0,063 мм | Остальное |
3. Электродная масса по п.1, отличающаяся тем, что полимеры бензольного отделения имеют следующий состав, мас.%:
| Вещества, нерастворимые в толуоле | 2,0-4,0 |
| Вода | 0,05-0,10 |
| Зола | 0,10-0,15 |
| Ароматические углеводороды | Остальное |
