Результат интеллектуальной деятельности: 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 дуговых электропечах при производстве стали и цветных металлов.

Установлено, что при комплектации графитовых секций и резьбовых соединений электродов дуговых электропечей как западных производителей, например, UCAR (Испания), SGL CARBON (Германия), так и Российских: НовЭЗ (Новосибирский электродный завод), НЭЗ (Новочеркасский электродный завод) не учитывается плотность (Dк) секций и вкручиваемых в них резьбовых соединений. При хаотической комплектации графитовых секций и резьбовых соединений в электрод (без учета их плотности) при работе электрода при высокой температуре возникают существенные различия в значениях коэффициента термического расширения (КТР), зависящего от Dк секций и резьбовых соединений. Возникающие при этом термические напряжения приводят к поломкам в зоне контакта, следствием чего являются повышенный расход электродов, выход их из строя и простой оборудования.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является 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 электрическое сопротивление 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 и резьбовые соединения комплектуются, в основном, хаотически, без учета их плотности. Это приводит к тому, что при работе электрода на дуговых печах при высокой температуре возникают существенные различия в значениях коэффициентов термического расширения секции и резьбового соединения (ниппеля). Возникающие при этом термические напряжения снижают механическую прочность соединения, приводят к поломкам цилиндрических секций и резьбовых соединений зоне контакта, следствием чего является значительное увеличение удельного расхода электродов, выход их из строя и простои оборудования.

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 и резьбовые соединения укомплектованы между собой таким образом, что плотность резьбовых соединений так относится к плотности цилиндрических секций, как (1,06÷1,11):1.

Упорядочение комплектации цилиндрических секций и резьбовых соединений по плотности позволяет наиболее точно отрегулировать сочетание коэффициентов термических расширений графитированных материалов цилиндрических секций и резьбовых соединений. При превышении верхнего предела соотношения (плотность резьбовых соединений относится к плотности цилиндрических секций более чем 1,11:1) происходит образование зазоров между цилиндрическими секциями и резьбовыми соединениями.

Это приводит к уменьшению эффективного сечения секции, через который проходит электрический ток, в результате чего происходит разрушение резьбового соединения. При этом возможно опадание части секции (огарков) в расплав, приводящее к потере электродного материала. При снижении нижнего предела соотношения (менее 1,06) происходит образование трещин на торцах соединительных секций за счет высоких термических напряжений, возникающих из-за большой разницы коэффициентов термических напряжений (КТР) между секциями и резьбовыми соединениями (ниппелями). В результате также происходит опадание части секций (огарков) в расплав выплавляемого металла.

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).

В качестве объекта испытаний были выбраны серийно выпускаемые на Новочеркасском электродном заводе графитовые цилиндрические секции диаметром 610 мм и резьбовые соединения к ним (ниппели) диаметром 340 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 24 А/см², максимальная плотность тока до 25,7 А/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 «ЭНЕРГОПРОМ-Новочеркасский электродный завод», изготовленных по описанию прототипа, составил в среднем 2,52 кг/т, а изготовленных по предлагаемой конструкции (в заявляемом интервале) - 2,18 кг/т (таблица). Считаем, что предлагаемую конструкцию электрода можно рекомендовать и в случае использования графитированных электродов других фирм производителей. Полученные результаты дают основание заявлять, что разработанная конструкция электрода для дуговой электропечи позволяет снизить удельный расход электрода в среднем на 15,6%.