Электропроводящий состав для соединения электродов
Владельцы патента RU 2355134:
Закрытое акционерное общество "УНИХИМТЕК" (ЗАО "УНИХИМТЕК") (RU)
Изобретение относится к электропроводящему составу для стыкового соединения расходуемых углеродсодержащих электродов, используемых в дуговых электрических печах. Состав содержит, мас.%: интеркалированный графит с размером частиц 100-400 мкм - 40-60 и жидкое стекло - остальное. Изобретение позволяет повысить электропроводность углерод-углеродных резьбовых соединений расходуемых электродов для дуговых печей при температуре эксплуатации до 2000°С и выше, уменьшить контактное сопротивление в месте соединения, а также снизить удельный расход электродов в процессе плавки. 2 табл.
Изобретение относится к электропроводящему составу для стыкового соединения расходуемых углеродсодержащих электродов, используемых в дуговых электрических печах.
В процессе работы электродуговой печи необходимую для плавки шихты энергию подводят через графитизированные электроды, соединенные в колонны, выполненные в виде набора электродов, соединенных между собой с помощью ниппелей. По мере расходования электрода электродные колонны периодически удлиняют путем свинчивания заранее подготовленных новых электродов и ниппелей к ним. Для предотвращения развинчивания резьбового соединения часто применяют клеевые составы или штифты.
Из патента GB 1409334 известна электропроводящая клеевая композиция на основе эпоксидного, фуранового или фенолформальдегидного полимера с отвердителем.
Из патента US 4208149 известна клеевая композиция на базе полиуретана, способная испаряться при достижении температур ≈200°С.
Из патента RU 2107413 известно использование в качестве клеевого состава фенольных синтетических смол с низким молекулярным весом, точка плавления которых перемещается в область температур выше 60°С после добавления в качестве катализатора полимеризации некоторого количества гексамина (гексаметилентетрамина (CH2)6N4).
В патенте ЕР 0260529 раскрывается электропроводящий состав, наиболее близкий к предложенному, содержащий частицы пека и других углеродных материалов - графита, кокса, углерода в смеси с вспенивающим агентом, в качестве которого применяют серу, нитрированное отфильтрованное масло или 2,4-динитроанолин или их смесь.
К недостаткам известных материалов относится большое удельное сопротивление образующегося переходного слоя - контакта при температуре выше 900°С.
Задачей изобретения является повышение электропроводности резьбовых соединений расходуемых электродов для дуговых печей при температуре их эксплуатации до 2000°С.
Поставленная задача решается электропроводящим составом для стыкового резьбового соединения расходуемых углеродсодержащих электродов, используемых в дуговых электрических печах, содержащим графит, в соответствии с которым он дополнительно содержит жидкое стекло, а в качестве графита - интеркалированный графит с размером частиц 100-400 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Интеркалированный графит | 40-60 |
| Жидкое стекло | остальное |
Сущность изобретения состоит в следующем.
При нагревании резьбового соединения с использованием заявленного состава происходит интенсивное расширение интеркалированного графита, электропроводящий состав расширяется и уплотняет резьбовое соединение углеродных стержней (заполняются все пустоты, раковины, поры и т.п.), таким образом получается практически монолитное соединение с равномерной электропроводностью.
Размер частиц интеркалированного графита, используемого в заявленном составе, оказывает следующее влияние:
- при размере частиц менее 100 мкм происходит недостаточное уплотнение расширенного материала и, как следствие этого, снижение электропроводности соединения;
- при размере частиц более 400 мкм нарушается равномерность распределения пасты в резьбовом соединение и снижение электропроводности.
Соотношение компонентов в заявленном составе является оптимальным, так как при содержании интеркалированного графита менее 40% происходит заметное снижение электропроводности, а при более 60% консистенция состава не позволяет качественно нанести состав на соединяемые элементы.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Для получения состава брали интеркалированный (окисленный) графит по ТУ 5728-006-12267785-96 и жидкое стекло по ГОСТ 13078-81.
Указанный состав перемешивали в смесителе Z-образного типа без подогрева до получения однородной массы (20-30 минут).
На одном графитовом электроде диаметром 120 мм нарезали наружную резьбу с шагом 6,35 мм, на втором электроде - внутреннюю с тем же шагом.
Резьбовое пространство соединенных электродов промазывали приготовленным составом. Изготовленное резьбовое соединение помещали в муфельную печь, где моделировали разогрев электродов в процессе эксплуатации до температуры 1500°С.
К концам электродов подводили электрические контакты, которые позволяли определять сопротивление графитового резьбового соединения при различных температурах.
При достижении температуры эксплуатации графитовых электродов выше 250°С в массе электропроводящего состава происходит разложение интеркалированного графита со значительным увеличением его объема, что приводит к уплотнению резьбового соединения и, как следствие, к увеличению электропроводности образца. Дальнейшее повышение температуры до 1500°С существенно не влияет на электропроводность резьбового соединения, которое, практически, не отличается от электропроводности массива графитового стержня.
В таблице 1 приведены три примера электропроводящего состава.
В таблице 2 приведены результаты испытаний.
| Таблица 1 | ||||
| Компоненты состава | Содержание компонентов в составе, мас.% | |||
| Состав 1 | Состав 2 | Состав 3 | ||
| Интеркалированный графит с величиной частиц, мкм | 100 | 40 | - | 60 |
| 400 | - | 50 | ||
| Жидкое стекло | 60 | 50 | 40 |
| Таблица 2 | |||||
| Температура, °С | Удельное сопротивление образца, мкОм·см | ||||
| Электрод графитовый монолитный | Резьбовое соединение | ||||
| Образец 11 | Образец 22 | Образец 33 | Образец 44 | ||
| 25 | 750 | 1248 | 936 | 952 | 911 |
| 100 | 743 | 1210 | 902 | 917 | 901 |
| 150 | 738 | 1179 | 886 | 897 | 883 |
| 200 | 730 | 1164 | 864 | 881 | 861 |
| 250 | 715 | 1115 | 803 | 844 | 810 |
| 300 | 706 | 1087 | 769 | 775 | 771 |
| 400 | 648 | 1007 | 704 | 709 | 700 |
| 600 | 611 | 986 | 652 | 659 | 645 |
| 800 | 581 | 957 | 601 | 611 | 593 |
| 1000 | 568 | 917 | 584 | 582 | 571 |
| 1500 | 510 | 892 | 525 | 527 | 515 |
| 1 без электропроводящего состава | |||||
| 2 состав 1 (см. таблицу 1) | |||||
| 3 состав 2 | |||||
| 4 состав 3 |
Таким образом, предложенные составы электропроводящих материалов обеспечивают прочное бездефектное резьбовое графит-графитовое соединение при минимальных потерях электроэнергии в месте контакта соединяемых материалов.
Электропроводящий состав для стыкового резьбового соединения расходуемых углеродсодержащих электродов, используемых в дуговых электрических печах, содержащий графит, отличающийся тем, что он дополнительно содержит жидкое стекло, а в качестве графита - интеркалированный графит с размером частиц 100-400 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Интеркалированный графит | 40-60 |
| Жидкое стекло | Остальное |
