Электрическая печь графитации



Электрическая печь графитации
Электрическая печь графитации

 


Владельцы патента RU 2610083:

Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" (RU)

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении графитированных электродов и конструкционных графитовых материалов. Электрическая печь графитации содержит торцевые стены с встроенными в них графитовыми токоподводами, герметичный зонт, соединенный выходным каналом с дымососом, керн, в котором размещены графитируемые материалы, окруженные со всех сторон слоями теплоизоляционной пересыпки, боковые стены 3 с каналами воздушного охлаждения, коллекторы, расположенные в нижней части стен 3, объединяющие все каналы каждой стены, под с охлаждаемыми подинными каналами. Перекрывающие элементы, расположенные в подинных каналах, обеспечивают в половине из них, чередующихся через один или несколько, движение воздуха по каналу слева направо и его выход последовательно в воздушный коллектор правой стены, а в другой половине - движение воздуха справа налево и его выход в воздушный коллектор левой стены. Перекрывающие элементы выполнены в виде пластин-перекрытий 6 из металла с температурой размягчения не ниже 1000°С, снабженных бортиками-фиксаторами 7 из металла высотой 20-50 мм и имеющих на внутренней поверхности поперечные валики диаметром 3-4 мм, турбулизирующие воздушный поток охлаждения. Расстояние между краями пластин-перекрытий 6 соседних каналов охлаждения не менее 15 мм. 2 ил.

 

Изобретение относится к электрической печи графитации углеродных изделий, в том числе графитированных электродов для электросталеплавильных печей и конструкционных графитовых материалов.

Известна электрическая печь графитации (1). Она содержит торцевые стены с встроенными в них токоподводами, под с поперечно расположенными в нем каналами воздушного охлаждения, боковые стены с каналами охлаждения и зонт, соединенный выходным каналом с дымоходом. Графитируемые заготовки размещают в керне, окруженном со всех сторон слоями теплоизоляционной пересыпки. Каналы охлаждения стен последовательно соединены с каналами охлаждения пода. Охлаждение стен и пода осуществляется прохождением воздуха с заданной скоростью через каналы стен, а затем пода, имеющим такие же размеры каналов охлаждения.

Основным недостатком этой печи является то, что под печи в процессе ее работы нагревается гораздо более интенсивно, чем стены, поэтому для сохранения целостности печи необходимо увеличивать скорость движения воздуха в каналах пода для увеличения значений коэффициента теплоотдачи, а следовательно, и в каналах охлаждения стен, для которых было бы достаточно скорости воздуха значительно меньшей. Это связано с конструкцией пода печи графитации, в которой толщина теплоизоляционного слоя в каналах больше, чем такой же слой в стеновых каналах.

На фиг. 1 представлена типичная конструкция пода печи. Он выполняется из стандартного прямого шамотного кирпича с размерами 250×125×65 мм. Несущими элементами пода являются железобетонные ригели 1, опирающиеся на фундаментные блоки печи. На ригели положен опорный слой кирпича 2, на котором выкладывают боковые стенки каналов охлаждения 3. Каналы перекрывают слоем кирпича 5, на который уложен слой кирпича на ребро 4, воспринимающий все статические и динамические нагрузки при работе печи. Как в каналах пода печи, так и в стеновых каналах процесс теплообмена осуществляется теплопередачей через стенки каналов и конвективный съем тепла в каналах. При равных скоростях в каналах стен и пода коэффициент теплопередачи α будет одинаков, так как он определяется зависимостью:

Nu=0,02Rе0,8, где

Здесь: α - коэффициент теплоотдачи,

ω - скорость воздуха,

dэ - эквивалентный диаметр канала охлаждения,

νв и λв - кинематическая вязкость и коэффициент теплопроводности воздуха соответственно.

Следовательно:

qстены=α*(tст-tв)*S и qпод=α*(tпод-tв)*S, и

qст=qпод, и tст=tпод, где S - площадь поверхностей охлаждения в каналах на длине стены или пода в 1 м.

То есть tст=tпод - температура внутренних теплоотдающих поверхностей пода и стены. Но тепло, передаваемое от внешних поверхностей стен и пода путем теплопроводности через слои шамотной кладки, отделяющих каналы охлаждения, будет:

и

где t1 и t2 - соответственно температура внешних (внутри печи) поверхностей стены и пода, λ - коэффициент теплопроводности шамота, слабо зависящий от температуры, и δ1 и δ2 - толщина стенок каналов стены и пода, причем δ21 на толщину слоя перекрытия каналов пода. Из равенства qст=qпода следует:

так как δ21, поэтому

то есть температура внешней поверхности пода (внутри печи) больше, чем на внешней стороне стены (внутри печи), что может привести к разрушению пода печи.

Для снижения температуры внешней поверхности пода необходимы определенные меры.

Известна электрическая печь графитации (2) (прототип), состоящая из тех же основных частей, перечисленных выше. В ней также стеновые каналы охлаждения последовательно соединены с каналами охлаждения пода. В нижней части обоих боковых стен выполнены воздушные коллекторы, объединяющие все каналы каждой стены, а в подинных каналах установлены перекрывающие элементы, позволяющие весь воздух из каналов левой стены пропускать по половине подинных каналов при движении слева направо с выходом в подподовое пространство или в любой другой общий коллектор, а весь воздух из каналов правой стены по другой половине подинных каналов пропускать справа налево также с выходом в подподовое пространство или другой коллектор. Таким образом достигается увеличение скорости воздуха в подинных каналах в два раза по сравнению со скоростью движения воздуха в стеновых каналах, что приводит к росту значений Re и повышению коэффициента теплоотдачи α.

Эта печь также имеет ряд недостатков. Съем тепла в каналах пода ограничен из-за низкой теплопроводности двух слоев теплоизоляционного слоя шамота (фиг. 1, п. 4; 5), что может приводить к повышению температуры на поверхности пода выше допустимой, особенно при длительных кампаниях графитации. Кроме того, при ударных нагрузках на под кирпичи перекрывающего слоя часто разрушаются, засоряя каналы охлаждения и снижая эффективность охлаждения. Кроме того, кирпичи слоя перекрытия опираются на боковые стенки через слой асбеста, что ограничивает площадь канала, участвующую в процессе конвективного теплообмена, ширина которого не может быть больше половины длины кирпича.

Перечисленные недостатки прототипа исправлены в заявленном решении. В частности, усилена прочность пода, повышена его стойкость к ударным нагрузкам; повышена площадь конвективного теплообмена в каналах охлаждения; повышена проводимость тепла через слой пода за счет уменьшения его толщины. Целью предлагаемого технического решения является увеличение работоспособности наиболее напряженной в теплотехническом отношении части печи, его пода, повышение его срока службы. Использование предлагаемой конструкции приводит к возможности более эффективного охлаждения пода печи графитации, что в свою очередь позволит значительно уменьшить толщину подинного теплоизоляционного слоя пересыпки.

Сущность предлагаемого изобретения заключается во введении новых элементов конструкции пода печи графитации. Предлагаемая электрическая печь графитации содержит торцевые стены с встроенными в них графитовыми токоподводами, герметичный зонт, соединенный выходным каналом с дымососом, керн, в котором размещены графитируемые материалы, окруженные со всех сторон слоями теплоизоляционной пересыпки, боковые стены с каналами воздушного охлаждения и с расположенными в нижней части стен коллекторами, объединяющими все каналы каждой стены, под с охлаждаемыми подинными каналами, в которых установлены перекрывающие элементы для обеспечения в половине из них, чередующихся через один или несколько, движения воздуха по каналу слева направо с выходом его последовательно в воздушный коллектор правой стены, а в другой половине - движения воздуха справа налево с выходом в воздушный коллектор левой стены. В печи взамен слоя перекрытия каналов охлаждения пода из шамотного кирпича предлагается использовать пластины-перекрытия из металла. Пластины-перекрытия опираются своими краями на стенки канала. Во избежание возможного закорачивания электрической цепи через эти пластины их укладывают таким образом, чтобы расстояние между краями пластин соседних каналов находилось не ближе 15 мм друг от друга. Кроме того, материал пластин должен иметь температуру размягчения не ниже 1000°С. Пластины-перекрытия можно снабдить дополнительными элементами, фиксирующими их положение, в виде бортиков фиксаторов шириной 20-50 мм, приваренных в продольном направлении на расстоянии ширины канала охлаждения друг от друга. Эти бортики фиксаторы дополняют поверхность слоя пластин перекрытия, участвующую в конвективном теплообмене, что усиливает эффективность охлаждения пода.

S=(b+2h)l, где

b - ширина канала охлаждения; h - высота бортиков фиксаторов, положения пластин-перекрытий; l - длина эффективной зоны охлаждения канала, практически равная ширине печи (пода).

Размер пластин-перекрытий по длине не имеет особого значения. Но при укладке их в процессе монтажа пода по торцам следует оставлять зазоры в 1-2 мм, имея в виду более высокие значения коэффициента линейного температурного расширения у металлов по сравнению с шамотом. В качестве материала для пластин-перекрытий наиболее удобно использовать листовую сталь толщиной 3-6 мм, причем для изготовления их можно применить технологию штамповки. Можно изготовить эти пластины и из чугуна методом литья пластин толщиной ~6 мм.

Поверхность пластин, особенно из листовой стали, гладкая, без шероховатостей, поэтому при невысоких скоростях движения воздуха в каналах движение потока может носить ламинарный характер, что снижает коэффициент теплоотдачи α. Поэтому целесообразно на поверхности пластин расположить турбулизирующие поток воздуха «шероховатости» в виде поперечных валиков наплавок сваркой. Высота наплавок 3-4 мм. Или точечной приваркой небольших прутков ∅3-4 мм (кусков проволоки) в поперечном направлении.

На фиг. 2 представлен фрагмент предлагаемой конструкции пода печи графитации. Основные элементы традиционной конструкции остались - это ригели 1, опорный слой кирпича 2, боковые стенки каналов 3 и верхний «силовой» слой кирпича на ребро 4. Здесь введены пластины-перекрытия 6 с бортиками-фиксаторами 7.

Предлагаемое изменение конструкции пода печи графитации заменой перекрывающего каналы охлаждения слоя шамотного кирпича специальными пластинами, выполненными из металла, не отменяют других предложений по усилению эффективности охлаждения пода печи графитации, в частности и прототипа, в котором эффект достигается за счет повышения скорости движения воздуха в каналах охлаждения пода, т.е. по существу увеличения коэффициента теплоотдачи α. В нашем случае усиление эффективности охлаждения пода печи достигается дополнительно за счет повышения температуры теплоотдающей поверхности канала охлаждения путем замены теплоизолирующего шамотного слоя перекрытия каналов слоем высокотеплопроводных и высокопрочных металлических пластин-перекрытий, которые практически можно считать прозрачными для прохождения тепла. Температура tп на поверхности пластины-перекрытии, принимающей участие в конвективном теплообмене, значительно увеличится и будет почти равна температуре нижней поверхности кирпичного «силового» слоя 4 (фиг. 2). Кроме этого предлагаемое изменение конструкции позволяет увеличить ширину каналов охлаждения до заданных значений путем увеличения ширины самих пластин и тем самым увеличить площадь теплообмена. Высокая прочность стали или чугуна на изгиб, значительно превышающая прочность на изгиб шамотного кирпича, позволяет усилить прочность пода в целом.

В формуле конвективного теплообмена в каналах охлаждения пода:

q=α*(tп-tвозд)*S*n

предлагаемое изменение конструкции приведет к росту tпода и S - суммы площадей пластин-перекрытий и бортиков фиксаторов на длине канала при n - количестве каналов на длине пода в 1 м.

Предлагаемое изменение конструкции пода печи графитации было проверено в промышленных условиях на одной из печей цеха графитации одного из электродных заводов. Каналы имели ширину ~125 мм, боковые стенки каналов были шириной тоже 125 мм. Пластины-перекрытия были изготовлены из стального листа толщиной 3 мм. Ширина пластины была ~220-225 мм и длина ~2400, т.е. сразу на всю ширину печи. Каналы были перекрыты на длине печи 4 м, что составляло ~20% от ее длины. После проведения кампании графитации и разгрузки печи было отмечено, что на участке, где были заложены пластины-перекрытия каналов, поверхность пода была без нарушений, в то время как на остальной части печи верхний слой шамотной кладки был разрушен на глубину ~10-15 мм.

Источники информации

1. Соседов В.П., Чалых Е.Ф. «Графитации углеродных материалов», Металлургия. 1987, с. 52-58.

2. Патент RU 2452910 С2, 04.08.2010.

Электрическая печь графитации, содержащая торцевые стены с встроенными в них графитовыми токоподводами, герметичный зонт, соединенный выходным каналом с дымососом, керн, в котором размещены графитируемые материалы, окруженные со всех сторон слоями теплоизоляционной пересыпки, боковые стены с каналами воздушного охлаждения с расположенными в нижней части стен коллекторами, объединяющими все каналы каждой стены, под с охлаждаемыми подинными каналами, в которых установлены перекрывающие элементы для обеспечения в половине из них, чередующихся через один или несколько, движения воздуха по каналу слева направо с выходом его последовательно в воздушный коллектор правой стены, а в другой половине - движения воздуха справа налево с выходом в воздушный коллектор левой стены, отличающаяся тем, что перекрывающие элементы подинных каналов охлаждения выполнены в виде пластин-перекрытий из металла с температурой размягчения не ниже 1000°С, снабженных бортиками фиксаторами из металла высотой 20-50 мм и имеющих на внутренней поверхности поперечные валики диаметром 3-4 мм, турбулизирующие воздушный поток охлаждения, причем расстояние между краями перекрывающих пластин-перекрытий соседних каналов охлаждения должно быть не менее 15 мм.



 

Похожие патенты:

Данное изобретение относится к способу для извлечения металла из содержащего металл шлака, во время которого содержащий металл шлак нагревается в по меньшей мере одном реакторе с перемешиванием и во время которого жидкий шлак периодически перемешивается в реакторе с перемешиванием при помощи направленного соответствующим образом магнитного поля, путем включения и выключения магнитного поля в течение от 5 секунд до 10 минут.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к устройству электродуговых печей постоянного тока. Печь содержит корпус плавильной камеры с рабочим окном, образованный металлической оболочкой и футеровкой из слоев огнеупорного неэлектропроводящего материала, сливной желоб, свод и сводовый электрод, расположенный по оси плавильной камеры, подовые электроды, смещенные относительно оси плавильной камеры, дисковые катушки-соленоиды с блоком управления, термочувствительные элементы в виде термопар, рабочие спаи которых установлены с возможностью измерения температуры на поверхности слоя футеровки корпуса плавильной камеры и под слоем обмазки футеровки на кольцевом торце плавильной камеры, и расположены на расстоянии не более 0,5 метров друг от друга, блок управления дисковыми катушками-соленоидами, число входов которого равно числу термочувствительных элементов, подсоединенных к соответствующим выводам термочувствительных элементов, а число выходов равно числу дисковых катушек-соленоидов, подсоединенных к выходам указанного блока, причем блок управления дисковыми катушками-соленоидами выполнен заодно целое с низковольтным источником постоянного тока в виде многоходового программируемого микроконтроллера.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в электродуговой печи для ее загрузки, подъема крышки и обслуживания с помощью подъемно-поворотного устройства для крышки печи.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при квазинепрерывном проведении последовательных плавок в дуговой электропечи. Дуговая электропечь содержит нижнюю емкость для плавления железосодержащих материалов с выпускным устройством для регулярного выпуска расплава, крышку для установки на нижнюю емкость, по меньшей мере один электрод, удерживающее электрод устройство для удерживания по меньшей мере одного электрода через первое отверстие в крышке внутри дуговой электропечи и устройство электроснабжения для создания питающего электрического напряжения для электрода.

Изобретение относится к металлургии, в частности к электрометаллургии стали с использованием способа подачи металлизованных окатышей через полые электроды в зону электрических дуг и на поверхность менисков при контакте этих дуг с жидким металлом под шлаком.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к выплавке стали из железорудных металлизованных окатышей (ЖМО) в дуговой печи. Подачу ЖМО ведут непрерывно в зону испарения металла, образующуюся при контакте электрических дуг с металлическим расплавом, и осуществляют их плавление с обеспечением оптимального угара металла в упомянутой зоне с учетом соотношения расхода ЖМО в упомянутой зоне с параметрами теплового состояния шлако-металлической ванны печи.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к электропечам с погруженными в шлаковый расплав графитовыми электродами, имеющими осевые отверстия, через которые в зону электрических дуг подают железорудные металлизованные окатыши (ЖМО), осуществляют их плавление с дожиганием окиси углерода кислородом, поступающим из сопел водоохлаждаемой фурмы в пространство между электродами над шлаком, и дополнительный подогрев шлакометаллической ванны.

Изобретение относится к области электрометаллургии, в частности к дуговым печам для плавки стали. Печь выполнена с возможностью измерения температуры металла и шлака на выходе из выпускного отверстия летки посредством радиационного пирометра.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к восстановительной печи для производства кремния. Печь содержит корпус и множество электродов, в частности с круглым поперечным сечением, которые установлены в корпусе печи с определенным расположением друг относительно друга вдоль дуги окружности.

Изобретения относятся к области металлургии, в частности к способу получения стали и конструкции электродуговой печи для его осуществления. В способе осуществляют загрузку в рабочее пространство печи шихты, состоящей из металлолома и окускованных оксидоуглеродных материалов, подают электроэнергию, топливо, науглероживатель, флюс и газообразный кислород, осуществляют нагрев и плавление электрическими дугами шихты с обезуглероживанием металлической ванны, выпуск металла и шлака из печи.

Изобретение относится к химической промышленности и нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении композитов и волокон для дисплеев, противообледенительных контуров, газонепроницаемых композитов и экранов.

Изобретение относится к производству графитированных конструкционных материалов, а конкретно к операции графитации. Прелагаемый новый способ определения температуры керна печи графитации отличается тем, что измеряют температуру в теплоизоляционном слое по нормали к поверхности керна в нескольких, но не менее чем в трех, точках одновременно, причем в той части слоя, температура которой не превышает 1500°C.

Изобретение может быть использовано при получении наномодифицированных композитных материалов для машиностроения, строительства, энергетики, электроники и медицины.

Изобретение может быть использовано при изготовлении элементов памяти для вычислительных машин, микропроцессоров, электронных паспортов и карточек. Измельчают природный очищенный графит, в полученный порошок интеркалируют растворитель, не приводящий к химическому окислению графита, но способствующий расслоению графита, например диметилформамид или N-метилпирролидон.
Изобретение может быть использовано при изготовлении конструкционных материалов для атомной энергетики, теплотехники, а также как исходное сырье для получения коллоидного графита, окиси графита и расширенного графита.

Изобретение относится к химической промышленности и нанотехнологии. В термическую зону, в которой инертная атмосфера и содержится плазма, вводят углеводородный предшественник, способный образовывать двухуглеродные фрагментированные частицы, который содержит н-пропанол, этан, этилен, ацетилен, винилхлорид, 1,2-дихлорэтан, аллиловый спирт, пропионовый альдегид, винилбромид или метан.

Изобретение предназначено для авиационной, космической и ракетной техники и может быть использовано при изготовлении объемных термостойких широкодиапазонных радиопоглощающих материалов (РПМ) для защиты от электромагнитного излучения.

Изобретение может быть использовано в производстве адсорбентов газов, катализаторов и носителей катализаторов, электродов в высокоёмких источниках тока и в топливных элементах, фильтров, материалов для хранения водорода и метана, теплоизолирующих покрытий, покрытий для защиты от электромагнитного излучения.

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано в химической промышленности, электронике и медицине. Графитсодержащий материал обрабатывают последовательно газовой и жидкой фазами безводного фтористого водорода, затем на обработанный фтористым водородом графитсодержащий материал намораживают гептафторид йода.
Изобретение относится к технологиям получения композиционных материалов на основе оксидов металлов и неметаллических веществ - терморасширенного графита, и может быть использовано в производстве токосъемных элементов электроподвижного состава, скользящих щеток в электродвигателях малой мощности, электродов для электрохимического производства и анодных заземлителей и др.

Изобретение может быть использовано в производстве уплотнительных материалов, низкоплотных теплораспределяющих материалов и сорбентов. Сначала частицы гидролизованного нитрата графита смешивают с гранулированными частицами карбамида в количестве от 5 до 20 масс. %. Полученную смесь нагревают до температуры термического расширения – не ниже 1000°С и выдерживают при этой температуре. Полученный терморасширенный графит имеет насыпную плотность 1-5 г/л и рН от 7 до 8. Изобретение позволяет уменьшить трудоёмкость процесса и количество вредных газовых выбросов в атмосферу. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.
Наверх