Углеродсодержащая масса для самообжигающихся электродов

 

Б.ф. Величко и Г.А. Дунаев изобретения

Днепропетровский ордена Трудового Краснного. Знамени. металлургический институт

"м ".„ (7l ) Заявитель (54) УГЛЕРОДСОДЕРМАЩАЯ МАССА

ДЛЯ САИООБЖИГАИЩИХСЯ

ЭЛЕКТРОДОВ

Изобретение относится к области

,электротермичесю х процессов, в частности к электрометаллургии ферросплавов, цветных металлов и сплавов, к электротермии фосфора, карбида кальция и др., и предназначено для исполь-з зования при изготовлении непрерывных самообжигающихся электродов рудовосстановительных электропечей.

Самообжигающиеся электроды получили щирокое распространение при выплавке ферросплавов, стали, чугуна и др. в связи с увеличением единич" ной мощности дуговых печей и вследствие сравнительно низкой стоимости электродной массы самообжигающихся . электродов по сравнению с угольными и графитированными электродами.

Непрерывные самообжигающиеся элект" роды изготавливают непосредственно на действующих печах путем заполнения ме» таллического кожуха углесодержащей массой; Важной особенностью самообжи" гающихся электродов является то, что

2 все физико-химические процессы xoiccoвания, обжига и графитации углеродосодержащей массы, обуславливающие эксплуатационнуа стойкость электрода, протекают в щироком интервале температур непосредственно во время работы электрода в печи..

Так, от комнатной температуры и вплоть до температуры плавления входящегр в состав электродной массы свя-: зующего, масса находится в электродном кожухе в виде кусков, а при температуре, превышающей температуру плавления связующего вещества, масса расплавляется и заполняет кожух.

По мере расходования в ванне печи самообжигающийся электрод проходит че" рез электроконтактный узел, где про« исходит коксование связующего и обжиг электрода до 1000 С и тыще.

Эксплуатационная стойкость самообжигающихся электродов определяется комплексом электротехнических, теплофизических и механических свойств ра3 9907 IO бочего конца электрода, которые, в свою очередь, в значительной степени зависят от состава углеродсодержащих электродных масс.

Условия эксплуатации самообжигающихся электродов рудовосстановитель" ных электропечей дают, предпосылки возникновению процессов сегрегации компонентов электродной массы . Причиной расслоения компонентов является р оседание крупных фракций антрацита, перемещение которого в расплавленной углеродосодержащей электродной массе происходит за счет воздействия сил гравитации. 1S

Известна углеродсодержащая масса

f1 3 для самообжигающихся электродов, включающая, вес. Ф:

Термоантрацит 25-50

Кокс 25" 50 2е

Карбид кремния 1-20

Каменноу гольный пек 18-24

Однако. в такой электродной массе велико влияние процессов сегрегации И твердых компонентов на формирование рабочего конца электрода. Это приводит к анизотропии свойств рабочего конца и, следовательно, к его низкой эксплуатационной стойкости. Кроме зв. того, здесь велика доля дорогостоя-щих и дефицитных термоантрацита и кок" са которые, в основном, определяют

7 себестоимость электродных масс.

4 приводит к обрывам электродов по скоксованной части.

Кроме этого, в указанной электродной массе используются дефицитные и дорогие термоантрацит и кокс, опреде" ляющие, в основном, себестоимость массы, Целью изобретения является увеличение эксплуатационной стойкости самообжигающихся электродов за счет уменьшения процессов сегрегации твердых компонентов углеродсодержащей электродной массы при формовании и их удешевление.

Поставленная цель достигается тем, что углеродсодержащая масса для самообжигающихся электродов, включающая термоантрацит, кокс, карбид кремния, монокарбид титана и каменноугольный пек, дополнительно содержит пирит при следующем соотношении компонентов, вес.3:

Термоантрацит 18-30.

Кокс 15-30

Карбид кремния 1-2?

Ионокарбид титана 1-22

Каменноу гол ь ный пек l 8-? 8

Пирит 1" 18

Выбор пирита (VeS2) в качестве компонента, улучшающего эксплуатационную стойкость самообжигающегося электрода, способствующего уменьшению процессов сегрегации твердых компонентов углеродсодержащей массы и позволяющего снизить себестоимость массы, обусловлен следующим.

Наиболее близкой по. составу ингре- диентов к предлагаемой является угде родсодевжащая масса 1.21, содержащая, вес.4:

Термоантрацит 25-30

Кокс 25-30

Карбид кремния 1-20Ионокарбид титана 1-20

Каменноугольный пек 18"28

Ионокарбид титана в качестве до» 4 бавки к основной углеродсодержащей массе повышает эксплуатационную стойкость электродов.

Однако известная электродная мас" са в значительной степени подвержена процессам сегрегации, происходящим вследствие разности удельных весов термоантрацита и пека и возрастающим пропорционально уменьшению вязкости пека. Это обуславливает формирование рабочего конца электрода с весьма различными физико-механическими характеристиками отдельных участков и

Сера пирита, являясь сильным ка" тализатором полимеризации, играет роль акцептора свободных радикалов ингиби» тора конденсации . Следовательно, при низких температурах пиритная сера спо собствует протеканию процессов полимеризации за счет образования сульфогрупп, которые термически неустойчивы и с повышением температуры улетучи" ваются, тем самым более полно вовпекая в процесс коксования легкокипящие фракции и обуславливая формирование более плотной структуры рабочего конца самообжигающегося электрода. К тому же, в процессе коксования пирит.ная сера способствует молекулярному структурированию и, следовательно, снижению окисляемости рабочего конца электрода за счет уменьшения воздей" ствия окислительных газов на колошни5 990740 6 яет сохранить рас".:уменьшение содержания дорогостоящих самообжигающегося термоантрацита и кокса компенсируется в эквивалентном количестве по вес.4 пирита образуется введением в электродную массу пири" более 50 ат.б се" $ та " более термостойкого и дфшевого а проходит три эта- материала по сравнению с термоантрапроцесс не сопро- цитом, повышающего в целом физикоревращением. Сохра-;механические свойства углеродсодержалическая фаза, по" щей массы (табл. 2); введение пирита ся серой. Следова- 10 (отходы ) вместо дорогостоящих термодиссоциации воз",антрацита и кокса снижает себестоиердого раствора же" мость электродной массы на 4 руб/т. ирите. 8ерхние пределы содержания термоантрацита и кокса являются наиболее д ухкомпо"ент 1$ оптимальными для возможности введения нде сированной " в электродную массу других компоненсистема располагасвободы 8 этих Увеличение содержания карбида крем« д"ссоциация зави" ния более 223 повышает электросопрос р с ора 30 тивление электродных масс, а при его и состава раств однои кристалли- ческая стойкость электрода " ю. Составы фаз поч- Содержание монокарбида.титана в

< довариан н " . предлагаемом составе углеродсодержадиссоциация снова 2$ щей массы должно находиться в предедвУхваРиантной лах 1-22>. При содержании его менее зУетсЯ обеднением 1ф снижается стойкость электрода, а . повышение доли монокарбида титана бо» дестРУкции пРоис" лее 223 не приводит к дальнейшему из" социация пирита, 30 менению свойств электродных масс. ке печи, что позвол ходные коэффициенты электрода.

При диссоциации продукт, содермащии ры. При этом систем

na. Ha первом этапе вождается фазовым п няется одна кристал степенно обедняющая тельно, сначала при никает фаза типа тв леза (или FeS) в и

При существовани ной системе одной к одной газовой фазы ет двумя степенями условиях упругость сит от температуры

На втором этапе кает с превращением ческой фазы в другу ти постоянны. Систе

На третьем этапе вступает в условия системы и характери твердого раствора се

При термической ходит не только дис но и его химическое взаимодействие с различными углеродныю компонентами углеродсодержащих электродных масс, способствуя тем санам формированию рабочего конца самообжигающего элект3S рода с высокими эксплуатационными характеристи ка м.

Неханизм влияния на эксплуатационную стойкость электрода пирита и совместно карбида кремния и монокарбида

° 0 титана различный. Повышение эксплуатационной стойкости электрода за счет взаимодействия пека с серой пирита достигается при относительно низких температурах (250-450 С ) в некоксо45 ваннои массе.При этом повышаотся адгезионные характеристики пека и уменьшаются нежелательные процессы сегре" гации.

8 предлагаемом составе по сравнеwo с известным для снижения себесто$0 имости массы и воэможности введения пирита, уменьшены нижние пределы содержания термоантрацита и кокса (соответственно с 25 до 183 и с 25 до

° 153, см, табл. 1 }.

Это .не повлечет за собой ухудшения физико-механических характерис" тик электродной массы, поскольку

Положительное влияние карбида кремния и монокарбида титана на повышение физико-механических характеристик электродных масс достигается, в основном, за счет, положительного воздействия карбидов на процесс графитации, на снижение реакционной способности и т.д. (действие карбидов начинается при температуре 1300 С и выше }.

Одним из факторов обеспечения высокой эксплуатационной стойкости самообжигающихся электродов является оптимальное содержание связующего в составе .электродных масс. Иноголетней практикой установлено, что содержа" ние связующего должно составлять 18"

283. Электродная масса с содержанием каменноугольного пека более 283 тре" бует значительных затрат энергии на коксование электрода, не обеспечивает оптимального уровня и положения зоны коксования. Уменьшение количества пека менее 183 не обеспечивает прочной связи компонентов между собой, резко снижает физико-механические свойства самообжигающагося электрода.

Содержание пирита в предлагаеьюм составе углеродсодержащей электродной

7 99074 массы должно находиться в пределах ю

1-184. Уменьшение доли пирита менее

13 не оказывает существенного влияния ш на свойства электрода.

Таблица

Составы электродных масс, вес.Ф:

2 3 4 5 6 7.

Компоненты

8 9

20 25 18 20

30 23 15 16

1 10 18 8

Термоантрацит 25

20

35 30

35 16

25

Кокс

0,5 20

Карбид кремни1 . 10

Ионокарбид титана

20 1 15 8

11 15 17 18

05 . 10

0 5

Пирит

Каменноуголь" ный пек

18 26 17 30

18

20 28 5 23

Таблица 2

Показатели свойств электродных масс

Свойства электродных масс

2 3 4 5 . 6

7 8 9

Механическая прочность на разрыв, ИПа 24,8

24,2 25,8 23,9 25,1 25,2 25,4 22е3 24э5

Удельное электросопротивление, 10

Ом м 87,2 88,7 82,6 86,8 86,2 84,9 84,2 94,3 88,1

Повышение доли пирита более 183 не приводит к дальнейшему значительному изменению свойств углеродсодержа" щих электродных масс.

Приготовление электродной массы 10 указанного компонентного состава осу" ществляют следующим образом.

Твердые исходные компоненты углеродистой электродной массы термоантрацит, кокс, карбид кремния, моно- l$ карбид титана, пирит ) дробят, рассеивают по фракциям, дозируют и перемеаиваО, 8 т в обогреваених паром шнековых порогревателях при 130" l50 С. Затеи сме" анные твердые компоненты поступают в смеситель, куда одновременно подается соответствующее количество каменноугольного пека, и осуществляется тщательное перемешивание. После смесите" ля углеродсодержащая электродная масса поступает на формовочную машину, где ее формируют в брикеты и по транспортеру подают в короба, в которых и доставляют в плавильные цеха для загрузки в электроды.

Составы углеродсодержащих масс и свойства полученных углеродных масс в сравнении с известными представлены в табл. 1 и. 2 соответственно.

990740

Продолжение табл. 2

Показатели свойств электродных масс

Свойства электродных масс

1 2 3 4 5 6

Критерий термостойкости, Вт/м

1344 1280 1490 1305 1370 1390 1410 1070 1305

Склонность к

35,2 34,5 34 0 33.1 25,3 . 24,5 234 23е0 22 ° 8 сегрегации, мм/ч

Формула и зобретения

Термоантрацит

Кокс

Карбид кремния

Ионокарбид титана

18-30, 15 30

1-22

1-22

Испытания электродов проводят на однофазной печи мощностью l40 кВА при. выплавке углеродистого ферромарганца. С каждым электродом проплавлено по 200 кг шихты одинакового состава при постоянном расходе электроэнергии и постоянной мощности.

2$

Полученные обожженные образцы опыт ных электродных масс подвергались . технологическим испытаниям согласно

ТУ 48-12-8-72.

Для определения склонности твердых компонентов к сегрегации от каждой партии массы отбирали усредненную пробу весом 3 кг и расплавляли s тигле высотой 500 мм и диаметром

60 мм. На поверхность массы помещали образцы термоантрацита в форме куба зз со стороной 20 мм. Иассу нагревали до 250 С и выдерживали в атмосфере

СО в течение 5 ч. Затеи массу охлаж- дали до комнатной температуры и определяли положение образцов термоантрацита Склонность массы к сегрегации определяли по скорости перемещения об" разцов.

Склонность к сегрегации определяли по скорости перемещения частиц термоантрацита фракции 20 мм в электродной массе при 250 С.

Результаты опытов свидетельствуют, что при 250 С скорость перемещения крупных фракций термоантрацита для

$0 электродных масс с содержанием пирита

0,5-18 вес.Ф снижается с 35,2 до

22,8 мм/ч (по фракциям 20 мм ).

Как следует из данных табл. 2, наиболее оптимальным можно считать содержание пирита в электродной углеродсодержащей массе в пределах 1-183, поскольку в этих пределах достигается наилучшее соотношение между содержанием пирита в массе и интенсивностью подавления склонности твердых компонентов к сегрегации. ю.

Таким образом, в предлагаемой электродной массе по сра внению с и з вестной снижена склонность компонентов к сегрегации в среднем на 303, что способствует увеличению э ксплуатационной стойкости электродов на 6-8Ж .

Введение пирита вместо дорогостоящих тер моантр ацита и кокса снижает себестоимость электродной массы на 4 руб, на 1 т массы .

Ожид аемый годовой экономи ческий эффект от внедрения предлагаемой . углеродсодержащей электродной массы co" ставит 1 76 0 0 0 руб в год . Пр и макси» мал ьном объеме использования массы "

1 0000 0 0 руб/ год .

У глеродсодержащая масса для самообжи гающихся электродов, включающая термоантраци т, кокс, карбид кремния, монокарбид титана и каменноугольный пек, отличающаяся тем, что, с целью увеличения э ксплуатаци " онной стойкости электродов за счет уменьшения процессов сегрегации т вер" дых компонентов при формовании . и удешевлении, она дополнительно содержит пи рит при следующем соотношении ком" понентов, вес . Ф

Каменноугольный пек 1 8-28

Пирит 1"18

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

990740

2. Авторское свидетельство СССР

Н 715647, кл. С 25 В 11/12, 1978.

1. Авторское свидетельство СССР

F 6002Ц, кл. С 25 В 11/12, 1975.

Составитель В. Соколова

Релактоо Н. Егоюова Техюед Л.Пекарь Коооектор Л. Бокаан

»ае || »»Ыа|Фф»»»»»»»»»»»»»»»»|«\»»»»а ° »»»»

Заказ 45/33 Тираж 620 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва N-35 Рачаская наб. д. 4/5

|| « ° |»»|«»| «В»Ф«4»»»»»»et»»»аь В»»в»»»»»»»»»4» е»»»»е»»»»у» |»» °

Филиал AllA "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, Ч