ЭЛЕКТРОДНАЯ МАССА ДЛЯ САМООБЖИГАЮЩИХСЯ ЭЛЕКТРОДОВ Российский патент 2005 года по МПК C01B31/02 C04B35/52 

Изобретение относится к электротермическим процессам, а именно к электроферросплавному и сталеплавильному производству, и предназначено для использования при изготовлении непрерывных самообжигающихся электродов.

Известна электродная масса для самообжигающихся электродов рудовосстановительных электропечей (Струнский Б.М. Руднотермические плавильные печи. М., "Металлургия", 1972, с.165), содержащая термоантрацит 30-60%, кокс 20-55%, каменноугольный пек 20-28%.

Однако самообжигающиеся электроды, изготовленные из известной массы, имеют недостаточно высокие физико-механические характеристики по удельному электросопротивлению и прочности на сжатие.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является углеродная масса для получения самообжигающихся электродов, содержащая следующие компоненты, мас.%: полукокс 20-45, каменноугольный пек 20-28 и термоантрацит - остальное (Авторское свидетельство СССР №704896, МПК С 01 В 31/02, опубл. 25.12.79).

Однако известная масса, из-за содержания в ее составе полукокса, имеет высокую пористость, что отрицательно влияет на стойкость рабочего конца самообжигающегося электрода и снижает его механическую прочность.

В основу изобретения поставлена задача повышения механической прочности и снижения пористости электродов за счет введения в состав электродной массы, в качестве модифицирующей добавки, полимеров бензольного отделения, являющихся отходами коксохимического производства.

Поставленная задача решается тем, что электродная масса для самообжигающихся электродов, включающая термоантрацит и каменноугольный пек, согласно изобретению, дополнительно содержит, в качестве модифицирующей добавки, полимеры бензольного отделения, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

термоантрацит70-79каменноугольный пек20-28полимеры бензольного отделения1-2

При этом соотношение фракций термоантрацита в электродной массе составляет, мас.%:

-16+6 мм- 11-21-6+0,063 мм- 28-38меньше +0,063 мм- остальное

Кроме того, полимеры бензольного отделения имеют следующий состав, мас.%:

вещества, не растворимые в толуоле2,0-4,0вода0,05-0,10зола0,10-0,15ароматические углеводородыостальное

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков заявляемого изобретения и техническим результатом, которого можно достичь, состоит в том, что ввод в состав электродной массы для самообжигающихся электродов полимеров бензольного отделения изменяет характер карбонизации пека за счет физико-химических свойств и, в первую очередь, за счет содержания высокомолекулярных ароматических углеводородов. В свою очередь ароматические углеводороды положительно влияют на формирование структур, которые способствуют лучшему коксообразованию пека. Молекулы связующего под термическим воздействием способны расчленяться по слабым звеньям на крупные структурные звенья - радикалы, которые в дальнейшем, в результате карбонизации, переходят в продукты разнообразных форм. Углубление процесса карбонизации приводит к накоплению высокомолекулярных соединений, благодаря которым происходит лучшее смачивание наполнителя и образование более тонкой адсорбционной пленки. Указанное обстоятельство, а также адсорбция связующего на поверхности наполнителя, обеспечивают лучшее спекание разрозненных компонентов шихты в одну монолитную систему. Кроме того, зола полимеров бензольного отделения содержит окислы типа R₂О₃, то есть окислы железа, алюминия и титана, которые в свою очередь вызывают развитие процесса поликонденсации, повышают выход коксового остатка и резко снижают энергию активации системы. Содержание полимеров бензольного отделения менее 1 мас.% не оказывает существенного влияния на физико-механические характеристики электродной массы. Повышение содержания полимеров бензольного отделения сверх 2 мас.% вызывает увеличение выхода летучих веществ.

Одним из факторов, обеспечивающих термическую и эксплуатационную стойкость рабочего конца самообжигающегося электрода, является оптимальное содержание в составе предлагаемой электродной массы твердого углеродистого наполнителя - термоантрацита и связующего - каменноугольного пека. Увеличение термоантрацита фракции -16+6 мм более 21 мас.% влечет за собой снижение механической прочности рабочего конца электрода, а уменьшение его доли ниже 11 мас.% ведет к уменьшению электропроводящего каркаса. При содержании термоантрацита фракции -6+0,063 мм более 38 мас.% уменьшается цементация зернового каркаса и смачиваемость более крупных фракций, а содержание менее 28 мас.% приводит к снижению механической прочности электрода.

Увеличение каменноугольного пека более 28 мас.% требует значительных затрат электрической энергии на коксование электрода, а уменьшение менее 20 мас.% не обеспечивает прочной связи компонентов между собой.

Несоответствие состава полимеров бензольного отделения заявляемому приводит к существенным изменениям их свойств, что, в свою очередь, ухудшает физико-механические характеристики электродной массы.

Электродную массу готовят следующим образом. Термоантрацит прокаливают при 1200-1300°С, после чего подвергают дроблению с последующим рассевом на барабанных ситах или грохотах. Подготовленные материалы дозируют по гранулометрическому составу в соответствии с заданной рецептурой массы, затем загружают в смеситель, в который одновременно подают соответствующее количество исходного каменноугольного пека, и осуществляют тщательное их перемешивание. Полимеры бензольного отделения подвергают нагреву до температуры 40-60°С, а затем подают в смеситель. После перемешивания в смесителе электродную массу выгружают, формуют в брикеты и в виде брикетов доставляют на склад готовой продукции.

Для приготовления электродной массы использовали:

- термоантрацит с содержанием золы не более 5,0%, влаги - не более 1,5% и с удельным электросопротивлением не более 1000 Ом·мм²/м;

- каменноугольный пек, имеющий следующие показатели:

температура размягчения, °С67-73зольность, %не более 0,3содержание воды в пеке, %не более 0,5выход летучих веществ, %58-63

Содержание компонентов в составах электродных масс приведено в таблице 1.

Таблица 1КомпонентыСостав электродной массы, мас.% Прототип123456Термоантрацит       (фракции, мм):       - по прототипу*27-60      - предлагаемый70-79      - -16+6 21,52120112110- -6+0,063 262824282837- менее +0,063 333030312135Полукокс20-45------Каменноугольный пек20-28192024282815Полимеры 0,51,02,02,02,03,0бензольного отделения       *По прототипу термоантрацит содержит:фракции, ммсодержание, мас.%201010-2030-354-1025-301-430-40

Результаты испытаний образцов электродных масс приведены в таблице 2.

Таблица 2ПоказателиСостав электродной массыПрототип123456Механическая прочность, МПа17,7-19,319,620,822,322,020,019,7Пористость, %20,9-24,120,919,819,520,520,320,6Удельное электросопротивление, Ом·мм²/м92,3-93,490,386,082,684,584,886,2

В результате испытаний установлено, что образцы массы, изготовленной из предлагаемого состава (варианты 2-5), обладают более высокой механической прочностью и меньшей пористостью, а также более низким удельным электросопротивлением по сравнению с массой, изготовленной из известного состава. Следовательно, и самообжигающиеся электроды, изготовленные из предложенной массы, будут иметь более высокую механическую прочность и меньшую пористость, а также более низкое удельное электросопротивление по сравнению с электродами, изготовленными из известной массы.

Наряду с улучшением эксплуатационных показателей самообжигающихся электродов, использование изобретения позволит расширить сырьевую базу за счет введения в состав массы мелких фракций термоантрацита и использования в ее составе, в качестве модификатора, полимеров бензольного отделения, которые являются отходами коксохимического производства.

Заявляемое изобретение базируется на экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях предприятия ОАО "Укрграфит".

Изобретение предназначено для электроферросплавного и сталеплавильного производства и может быть использовано при изготовлении самообжигающихся электродов. Электродная масса для самообжигающихся электродов содержит термоантрацит, каменноугольный пек и в качестве модифицирующей добавки - полимеры бензольного отделения при следующем соотношении компонентов, мас.%: термоантрацит 70-79; каменноугольный пек 20-28; полимеры бензольного отделения (отходы коксохимического производства) 1-2. Соотношение фракций термоантрацита в электродной массе составляет, мас.%: -16+6 мм - 11-21; -6+0,063 мм - 28-38; менее +0,063 мм - остальное. Полимеры бензольного отделения имеют следующий состав, мас.%: вещества, не растворимые в толуоле, 2,0-4,0; вода 0,05-0,10; зола 0,10-0,15; ароматические углеводороды - остальное. Механическая прочность электродов 19,7-22,3 МПа, пористость электродов - 19,8-20,6%. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Электродная масса для самообжигающихся электродов, включающая термоантрацит и каменноугольный пек, отличающаяся тем, что дополнительно содержит в качестве модифицирующей добавки полимеры бензольного отделения при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Термоантрацит70-79Каменноугольный пек20-28Полимеры бензольного отделения1-2

-16+6 мм11-21-6+0,063 мм28-38Меньше +0,063 ммОстальное

Вещества, нерастворимые в толуоле2,0-4,0Вода0,05-0,10Зола0,10-0,15Ароматические углеводородыОстальное