Электрод для дуговой электропечи

Изобретение относится к электротермии, в частности к электродам дуговых электрических печей, состоящих из графитовых цилиндрических секций, и может быть использовано в трехфазных дуговых электропечах при производстве стали и цветных металлов. Электрод для дуговой электропечи содержит графитовые цилиндрические секции, соединенные посредством резьбовых соединений. Графитовые цилиндрические секции обладают анизотропией удельного электрического сопротивления по торцам. Цилиндрические секции соединены между собой таким образом, что торцы с высоким удельным электрическим сопротивлением прилегают к торцам с низким удельным электрическим сопротивлением, при этом высокое удельное электрическое сопротивление превышает низкое в 1,2÷2 раза. Техническим результатом является разработка конструкции электрода для дуговой электропечи, обладающего пониженным удельным расходом материала электрода на тонну произведенной стали. 1 ил., 1 табл.

 

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

Установлено, что в силу технологических особенностей изготовления графитовые секции для электродов дуговых электропечей как западных производителей, например, UCAR (Испания), SGL CARBON (Германия), так и Российских фирм: НовЭЗ (Новосибирский электродный завод), НЭЗ (Новочеркасский электродный завод), обладают существенной разницей удельного электрического сопротивления по торцам. Это обусловлено структурной неоднородностью в теле электрода и особенно по торцам. При хаотической сборке секций в электрод (без учета в указанном различии удельного электрического сопротивления по торцам) при работе электрода возникает значительный перегрев узла соединения. Возникающие при этом термические напряжения снижают механическую прочность соединения, следствием чего являются частые обрывы и поломки, повышенный расход электродов из-за значительного бокового окисления, простой оборудования.

Известен 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 электросопротивление 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 собираются в основном хаотически, без учета различий в удельном электрическом сопротивлении по торцам секций. Это приводит к тому, что зачастую в месте резьбового соединения совпадают торцы с высоким удельным электрическим сопротивлением. Это ведет к повышению суммарного удельного электрического сопротивления в зоне резьбового соединения. При этом возрастают термические напряжения, которые снижают механическую прочность соединения, приводят к поломкам соединительного ниппеля, одновременно возрастает и боковое окисление секций. Все указанные факторы приводят к значительному увеличению удельного расхода электрода, что недопустимо.

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 соединены между собой таким образом, что торцы с высоким удельным электрическим сопротивлением прилегают к торцам с низким удельным электрическим сопротивлением, при этом высокое удельное электрическое сопротивление превышает низкое в 1,2÷2 раза.

Упорядочение соединений торцов путем совмещения в зоне резьбового соединения торцов с высоким и низким удельным электрическим сопротивлением позволяет уменьшить суммарное удельное электрическое сопротивление в зоне контакта, не допуская при этом совпадения торцов с высоким значением удельного электрического сопротивления. При превышении верхнего предела соотношения (высокое удельное электрическое сопротивление относится к низкому более чем в 2 раза) возрастает суммарное удельное электрическое сопротивление соединения. Это приводит к значительному перегреву в зоне соединения и, соответственно, возрастает количество поломок, повышается боковое окисление и, как следствие, увеличивается удельный расход. Снижение нижнего предела соотношения (менее 1,2) практически не влияет на дальнейшее уменьшение удельного расхода электрода. Кроме того, равенство УЭС торцов (соотношение равно 1) достигается крайне редко (в силу указанных структурных различиях графитовых секций по торцам).

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена сущность предлагаемого электрода. Графитовые цилиндрические секции 1,2 соединены между собой с помощью резьбового соединения непосредственно или с помощью ниппеля 3. При этом торец, имеющий более высокое значение УЭС прилегает к торцу с низким значением УЭС.

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). Относительная ошибка результатов испытаний составила 5-8%.

Таблица
Влияние соотношения удельного электрического сопротивления (УЭС) торцов на эксплуатационные характеристики электродов
Соотношение УЭС торцов	Контролируемые параметры УЭС, ρ×10-6 Ом*м	Удельный расход, кг/т
Торец с высоким УЭС	Торец с низким УЭС
1,0	4,5	4,5	2,10
1,2	6	5	2,13
1,6	8,3	5,2	2,40
2,0	11,0	5,5	2,52
2,2	13,2	6,0	2,85
Контрольный-прототип	14,4	6,0	3,10

В качестве объекта испытаний были выбраны серийно выпускаемые на Новочеркасском электродном заводе графитовые цилиндрические секции диаметром 610 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 24А/см², максимальная плотность тока до 25,7А/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 «Новочеркасский электродный завод», изготовленных по описанию прототипа, составил в среднем 3,10 кг/т, а изготовленных по предлагаемой конструкции (в заявляемом интервале) - 2,35 кг/т (таблица). Считаем, что предлагаемую конструкцию электрода можно рекомендовать и в случае использования графитовых электродов других фирм производителей. Полученные результаты дают основание заявлять, что разработанная конструкция электрода для дуговой электропечи позволяет снизить удельный расход электрода на 18÷31%.

Электрод для дуговой электропечи, содержащий графитовые цилиндрические секции, обладающие анизотропией удельного электрического сопротивления по торцам, соединенные посредством резьбовых соединений, отличающийся тем, что цилиндрические секции соединены между собой таким образом, что торцы с высоким удельным электрическим сопротивлением прилегают к торцам с низким удельным электрическим сопротивлением, при этом высокое удельное электрическое сопротивление превышает низкое в 1,2÷2 раза.