Способ защиты графитизированного электрода Советский патент 1983 года по МПК H05B7/08 

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано при подготовке электродов для выплавки металла в электродуговых и плазменнодуговых печах.

Известен способ защиты угольных и графитизированных электродов дуговых сталеплавильных печей от- сгорания в процессе плавки, заключающийся в том, что поверхность электродов пропитывают под давлением водным раствором борной кислоты с.последующей термообработкой до образования пленки борного ангидрида. Перед пропиткой поверхности электродов обрабатывают вакуумом l.

Недостаток этого способа - низкая стойкость защитного покрытия стекловидной пленки борного ангидрида при высоких температурах в активной газовой атмосфере.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ защиты графитизированного электрода дуговых и плазменных печей , при котором предварительно его вакуумируют, пропитывают поверхность электрода водным раствором солей металлов и подвергают термообработ.ке 21.

Недостаток этого способа - низкая стойкость при высоких температурах . и окислительной- атмосфере в плавильной печи защитного покрытия стекловидной пленки, содержащей борный ангидрид и а также снижение механических свойств выплавленного металла (ударной вязкости) вследствие проникновения при плавке в жид10кий металл микропримесей цветных металлов (висмута ).

Цель изобретения - повышение стойкости электрода при работе в окислительной атмосфере.

15

Для достижения указанной цели в качестве солей используют соли карбидообразующих металлов, пропитку производят на глубину 0,01-0,1 диаметра электрода, а термообработку

20 проводят последовательно в две стадии при 80-150 и 900-1500°С.

Причем перед предварительным вакуумированием электрод нагревают до 200-800°С.

25

Раствориисле в воде соли карбидообразующих металлов после пропитки и сушки осаждаются в порах электрода. Нагрев электрода до температуры карбидообразования обеспечивает форми30рование на поверхности пор электрода карбидов металлов, при этом газо образные продукты реакции удаляются ,из пор вследствие большой подвижности молекул и атомов газа. Сформированный карбидный слой на поверх ности пор электрода защищает углеро электрода от воздействия окислитель ной атмосферы плавильного агрегата, так как карбиды металлов термодинамически более устойчивы к окислению, чем углерод, поэтому стойкость графитовых электродов повышается. Глубина пропитки электрода определяет защитные свойства покрытия и его стойкость при эксплуатации. Нагрев электрода до 200-&00°С перед вакуумированием обеспечивает повышение пористости приповерхностного слоя электрода вследствие десорб ции воды, удаления легкоиспаряемых веществ с поверхности пор электрода, а также частичной возгонки графитизированного материала электрода Это позволяет повысить проникновение солей карбидообразующих металло на большую глубину от поверхности электрода и устранить воздействие легкоиспаряемых веществ на процесс карбидообразования при термообработ ке электродов. После пропитки электроды обрабатывают последовательно в две стадии при двух температурных уровнях 80-150 -и 900-1500°С, обеспечивающих сушку в первом случае,и карбидообразование во втором. Проце карбидизации электрода проводится в течение 1,0-2,5 ч при 1300-1500°С, что обеспечивает упрочнение карбидо металла, повышение их термодинамичейкой и механической прочности. ; При пропитке электрода водным раствором солей карбидообразующих металлов на глубину менее 0,01 диаUeTpa электрода толщина поверхностного слоя электрода, содержащего карбиды металлов, недостаточна для защиты электродов в условиях плавки металла в окислительный период при повышенных содержаниях кислорода и окислов в газовой атмосфере плавиль ного агрегата. Стойкость электродов остается низкой и затраты на создан защитного Покрытия не перекрываются положительным эффектом от экономии графитизированных электродов. При пропитке электрода водным раствором солей карбидообразующих металлов на глубину более 0,1 диаметра электрода карбиды металлов по верхностного слоя оказывают существенное влияние на процесс горения плазменной или электрической дуги в правильном агрегате. Это приводит к снижению стабильности горения дуги и увеличению длительности плавки что экономически нецелесообразно. При 80-150°С проводится сушка водного раствора в порах электрода. При менее длительность времени сушки увеличивается значительно, так как процесс удаления воды идет за счет десорбции с поверхности пор электрода. При более 150°С происходит интенсивное парообразование и унос солей карбидообразующих металлов с поверхности электрода за счет потока пара из пор электрода, расположенных в более глубоких его слоях. При менее процесс карбидообразования замедлен, идет насьвдение поверхности пор электрода карбидообразующими металлами за счет их диффузии в углероде, а не химического взаимодействия и перестройки структуры поверхности пор электрода. Нагрев до более при карбидообразовании и карбидизации электрода не приводит к дополнительному увеличению стойкости электрода, н затруднено в техническом исполнении. Нагрев электродов до менее перед предварительным вакуумированием не обеспечивает увеличение пористое-, ти поверхностного слоя электрода и глубины проникновения раствора солей при пропитке вследствие низких ско;ростей десорбции газообразных веществ 1и возгонки с поверхности электрода. I Нагрев электродов до более 800С 1перед предварительным вакуумированием нецелесообразен, так как при этой температуре уже достигается глубина проникновения 0,1 размера сечения (диаметра) электрода и дальнейший нагрев только увеличит глубину проникновения без повышения защитных свойств покрытия солями карбидообразующих металлов. В качестве- растворимых в воде солей карбидообразующих металлов предусматривается использовать следующие вещества: Bal2 -йодистый барий (растворимость246 г на 100 г воды при 70°С воды;, ВаССоНэОг) 20 уксуснокислый барий растворимость 88,4 г на 100 г воды при 24°С), - хлористый барий (растворимость 38,4 г на 100 г воды при воды), ВаСр04 хромокислый барий (высокая растворимость), С1(С2НзО 2)2. Н 2 уксуснокисльой хром (растворимость высокая), CrCl210H20 - хлористый хром (высокая растворимость) , - треххлористый титан (растворимость высокая) , Ti2(0204) - щавелевокислый титан; ZrOCl -SH O - цирконий хлористый (высокая растворимость ) и другие растворимые в воде соли. Растворы карбидообразующих солей .в воде перед пропиткой или электродов под вакуумом целесообразно подогревать до температур, при которых Осуществляется пропитка электродов (40-60°С).