ЭЛЕКТРОД ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ Российский патент 1995 года по МПК H05B7/14 

Изобретение относится к электротермии, в частности к электродам дуговых электропечей.

В дуговых электропечах для плавки, например, стали и металлизованных окатышей используются графитированные электроды с длиной свечи от 4 до 7 м. По каждой свечи может проходить ток до 100 кА, под действием которого материал нагревается. Таким образом, свеча имеет температуру от 200^оС в электрододержателе до 3000^оС в зоне дуг. В результате осевых и радиальных градиентов температуры имеют место термические напряжения, которые достигают и даже превосходят предел прочности материала, зависящий от свойств материала электрода и ниппеля, значения тока и условий в печи.

Для повышения прочности электродов известна конструкция ниппельного гнезда, в которой последний виток резьбы ниппеля выходит ниже последнего витка внутренней резьбы и находится в кольцевой полости, образованной тороидальной поверхностью и донышком гнезда. Форма и размер поверхности позволяют равномерно распределить механические напряжения по всему гнезду, что вдвое повышает его прочность [1]
Известна конструкция электрода с соединительными элементами, которая имеет незначительное переходное сопротивление [2] Для этого на торцовой стороне электрода выполнен внутренний усеченный конус с цилиндрическим резьбовым отверстием, а другая торцовая сторона выполнена в форме соответствующего по размерам внешнего усеченного конуса с цилиндрической резьбовой цапфой. Увеличение контактной поверхности электрода повышает механическую прочность и электропроводность.

Известен электрод, в котором для снижения механических напряжений, возникающих из-за неравномерности температурного нагрева в месте соединения частей электрода, предложено выполнять соединительный ниппель с различной высотой верхнего и нижнего конусов. При этом происходит выравнивание электрических сопротивлений в месте контакта резьбы ниппеля и электродных гнезд [3]
Соединительные ниппели во время работы печи имеют значительно большие токовые нагрузки и соответственно температуры, чем участки электродов, находящиеся между ниппелями. Это объясняется тем, что поверхность раздела в резьбовом соединении между ниппелем и электродом не позволяет обеспечить теплопередачу от перегретого ниппеля к охлаждающейся поверхности в той степени, как в целом электроде. Ниппель помимо высоких электрических нагрузок выдерживает значительные механические нагрузки от веса нижерасположенных электродов свечи.

В связи с тем, что при работе печи ниппель имеет значительно большую температуру, чем участки электродов находящиеся между ниппелями, то и термический коэффициент линейного расширения ниппеля также выше. Расчеты показывают, что при протекании тока через ниппель и наличии осевых и радиальных градиентов температуры происходит расслоение между секциями электрода и ток протекает не через контакт электродов, а почти полностью проходит через связующий стержень или ниппель, перегружая его электрически. Ниппель и прилегающие участки электродов разрушаются вследствие перегрева.

Наличие расслоения и образование зазора между электродными секциями приводит к десятикратному снижению предельной боковой нагрузки, вызывающей поломку электрода.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости электрода.

Достигается это тем, что в электроде дуговой печи, содержащем электродные секции, соединенные между собой по торцам с помощью ниппелей, ниппели выполнены из материала, удельное электрические сопротивление которого в 4.15 раз выше удельного электрического сопротивления секций.

В качестве примера конкретного выполнения предлагаются графитированные электроды диаметром 610 мм. Такие электроды в настоящее время широко используются на высокомощных дуговых сталеплавильных печах емкостью 100.150 т. Удельное электрическое сопротивление электродных секций и ниппелей таких электродов составляет 5.6,5 мкОм˙м. Стойкость таких электродов невысока, так как при протекании рабочего тока порядка 70.90 кА ниппели сильно разогреваются и по ним происходит обрыв. Были опробованы электроды предлагаемой конструкции. При этом удельное электрическое сопротивление электродных секций составляло 6,0 мкОм˙м, а удельное электрическое сопротивление ниппелей изменяли от 20 до 90 мкОм˙м путем изменения состава электродной массы и термообработки ниппелей. Были получены следующие результаты. При увеличении электрического сопротивления до 24 мкОм˙м наблюдается перегрев ниппелей и при этом произошел обрыв одной электродной свечи. При удельном электрическом сопротивлении 24 мкОм˙м ниппель нагревался меньше, обрывов не было. При дальнейшем увеличении удельного сопротивления ниппелей нагрев их уменьшался и превышение его величины 90 мкОм˙м уже практически не влияло на температуру ниппеля. Поэтому считаем, что оптимальное соотношение удельных электрических сопротивлений ниппеля и электродной секции находится в интервале от 4 (24/6 мкОм˙м) до 15 (90/6 мкОм˙м). Электроды предлагаемой конструкции были испытаны на 100-тонной дуговой сталеплавильной печи с трансформатором 60МВ.А. Удельное электрическое сопротивление электродных секций составляло 6,0.6,5 мкОм˙м, ниппелей-35.40 мкОм˙м. Испытания показали, что стойкость электродов повысилась в два раза. При этом поломок электродов по ниппелям не наблюдалось.

Существо изобретения: электрод дуговой электропередачи содержит электродные секции, соединенные между собой по торцам с помощью ниппелей, выполненных из материала, удельное электрическое сопротивление которого в 4. . . 15 раз выше удельного электрического сопротивления электродных секций. Использование изобретения позволит значительно повысить эксплуатационную стойкость электродов.

ЭЛЕКТРОД ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащий электродные секции, соединенные между собой по торцам с помощью ниппелей, отличающийся тем, что ниппели выполнены из материала, удельное электрическое сопротивление которого в 4 15 раз выше удельного электрического сопротивления секций.