Способ изготовления самоопекающихся электродов Советский патент 1930 года по МПК H05B7/09 

Предлагаемым способом изготовления самоспекающихся электродов для электрических печей имеется в виду получение электродов с наилучшими электрическими и механическими качествами. Самоспекающиеся электроды обычно состоят из нижней обожженной части, которая работает в электрической печи, и из верхней необожженной части, состоящей из сырой иди только отчасти спеченной электродной массы: верхняя часть охватывается кожухом служадцим электроду в качестве формы. Расход электрода уравновешивается таким образом, что от времени до времени на электрод натрамбовывается сырая масса. Таким образом, получается постоянный электрод без ноперечного членения. Спекание при обычных формах осуществления этих электродов происходит отчасти благодаря жару плавильного, кратера и подымающимся из печи горячим газом, отчасти благодаря нагреванию вследствие сопротивления, оказываемого электродом прохождению тока. При самоспекающихся электродах не только необходимо применять электродную массу, такого состава, чтобы она

могла соответствовать поставленным при своеобразных условиях спекания требованиям, но должно быть также обращено внимание на то, чтобы эта масса, во вреия набивки ею кожуха, была нагрета до такой температуры, при которой вязкость ее была бы достаточно низкая, т. к. при наличии этого условия облегчается набивка и масса может сливаться в одно целое и нет необходимости в обработке ее сильными ударами или высоким давлением.

-Сырой электрод должен содержать в себе ВОЗМОЖНО мало летучих составных частей.

Чем меньше летучих составных частей содержит в себе электродная масса, тем более высоким окажется удельный вес электрода. Обычно встречаются препятствия к тому, чтобы применять для прессовапия массы высокое давление или силь-ное трамбование и приходится довольствоваться совсем легким трамбованием, либо вручную, либо с помощью сравнительно небольших пневматических аппаратов для трамбования. При таком способе, масса спрессовывается недостаточно плотно и в результате получается электрод с более

низким удельным весом, чем обыкновенные электроды; внутренняя связь и электрическая проводимость их ухудшаются. Это ведет к уменьшению возможной максимальной силы тока, нроходящего по электродам и во многих случаях может даже новести к ноломке электродов, так как электрод недостаточно крепок, чтобы вынести появляющиеся напряжения. Особенно это обстоятельство выступает при изготовлении самоспекаюш,ихся электродов, снабженных обыкновенно арматурой, которая может состоять из металла, преимущественно из железа. Арматура имеет , направленные во внутрь радиальные, нродольно-идущие ребра, которые служат носредниками для перехода тока от оправы электрода к спеченному остатку электрода и удерживают этот последний, для чего они снабжены выгнутыми частями или т. п., в целях избежания того, чтобы твердый снекшиЁся электрод передвигался по отношению к ребрам. Далее, если бы при применении обыкновенной электродной массы для такого рода электродов при аккуратном трамбовании было возможно достичь правильного удельного веса электрода, то все же не получились бы электроды, надежные в работе. При особых напряжениях произойдут доломки электродов. Электрод разделяется на части. Длиной по 30-90 см., и сваливается вниз, в печь, когда железная арматура расплавится. Основанием к этому служит, то, что электродная масса во время трамбования все больше твердеет, смотря по тому, как угольные частицы прирабатываются друг к другу. Твердая, неупругая масса, которая получается, устанавливается на место по отношению к ребрам железной арматуры. По мере износа электрода в плавильной печи арматура с электродной массой должна быть медленно передвигаема вниз. Немного выше нечи электрод нагревается до температуры спекания и масса сжимается, садится, нри чем свлзываюпще вещества скоксовываются. Железная арматура, вследствие повышения температуры, расширяется, и установившаяся на место по отношению к арматуре электродная масса подвергается напряжению на разрыв раньше чем масса механически окрепла, что может иметь результатом распадание ее на куски, длина которых изменяется вместе с диаметром электрода и с температурными условиями.

Указанные затруднения можно преодолеть, как уже указывалось выше, путем нагрева массы электрода до такой температуры, при которой вязкость становится настолько низкой, что во время нагревания имеет место «усадка внутри электрода, и вследствие этого достигается правильный удельный вес и связанные с ним достаточно хорошие электрическая проводимость и механические свойства. Кроме того, содержание жидких связующих составных частей (смолы и пека) следует повысить. (Оно должно составлять не менее 14/о)Обыкновенная электродная масса для больших электродов содержит обычно смесь дегтя и вара. (напр, в соотношении 3 ч. дегтя: 1 ч. вара), которая составляет 10- (, массы, и масса эта может бцть путем трамбования обращена в твердую глыбу. Если же увеличить количество дегтя и вара, то масса при температуре набивания окажется более липкой и поэтому обработка ее трамбовальной машиной становится более трубной. При 18-22 /ц содержания дегтя и вара .(смолы и пека) ее нри указанной температуре вообще больше нельзя утрамбовать. Обработка части поверхности массы посредством орудия массового производства, напр., пневматической трамбовки, приводит лишь к тому результату, что эта часть продавливается вниз, окружающие же части поднимаются. Консистенция массы напоминает консистенцию хлебного теста и задачей трамбования поэтому для этой массы не является утрамбовывание массы для получения высокого удельного веса, которого достигают нри обыкновенных прессованиях или трамбованных электродах, а только приведение отдельных порций массы в тесную связь друг с другом и удаление сравнительно больших воздушных пузырей. Исследования показали, что такая масса в нижней части непрерывных электродов обладает большим собственным весом, чем соответственный собственный вес свеже-утрамбованной массы в верхней части электрода. Пробы полностью спекшегося электрода, взятые из нижнего конца самоспекающегося электрода, обладают тем же самым удельным весом, как наилучшие прессованные продажные электроды. Это показывает, что происходит медленная усадка массы, пока она находится в электроде, подверженная жару плавильной

печи и нагруженная весом лежащей выше нее массы.

Разница между ноддающейся трамбованию и неподдающейся трамбованию массой весьма резко выражена. Первый род массы, подверженный ряду ударов трамбовочной головки, с каждым ударом твердеет. В конце концов трамбовочнал головка ударяется в массу со стуком, как будто бы ею был сделан толчек в совершенно твердое и неунругое тело. При массе второго рода эта твердость никогда не достигается.

Чтобы объяснить подробнее, как наступает изменение консистенции, если увеличить количество жидких связывающих веществ, были произведены сравнительные измерения вязкости в. ряде смесей обралгенного в мелкий иорошек антрацита и жидкого связывающего вещества. Вязкость устанавливалась таким способом, что замечалось количество секунд, которое требовалось для жезла точно определенного веса, чтобы двигаться сквозь слой массы определенной толщины. Результаты сопоставлены в нидаеприведеппой таблице:

При ,, связывающего вещества движения жезла не было заметно.

При 2о°1д связывающего вещества движение было заметно, время же движения составляло больпхе 1 часа.

При 26/(, связывающего вещества движение было несколько быстрее, время же все еще боль.ще 1 часа.

При 27/а связывающего вещества время все еще больше 1 часа.

При следующих количествах связывающего вещества: 27, -287о -28, - 29°/о-30 /„-32 /„

Время (в секундах) 760-100-65-58;- 39-20.

Если результаты представить в виде кривых, то можно усмотреть, что в кривой нри 27,5 до 28°/„ связывающего вещества происходит резкий перегиб. Это вдруг наступающее изменение в подвижности массы определенно соответствует такому содержанию жидкого в ней вещества, что твердые угольные частицы массы не находятся больше в непосредственном соприкосновении друг с другом., а скользят но смазывающему веществу. Применяемые при изготовлении электродов связывающие вещества одновременно, надо заметить, являются отличными смазывающими веществамд.

Абсолютное процентное . соотношение, при котором способность к трамбованию массы прекращается, зависит от количества заключающейся в электродной массе мелочи, от рода мелочи и от температуры, и не может быть определено заранее. В вышеприведенных исследованиях «точку перелома кривой можно найти при приблизительно 27, связывающего вещества. Это, конечно, имеет место только при смеси какой-либо определенной мелочи с какимлибо онределенным связывающим веществом и нри какой-либо определенной темнературо. Если качество или степень мелкоты мелочи изменятся, то точка перелома будет передвинута. При всех обстоятельствах, однако, получается кривая вязкости, которая имеет точку перелома нри том содержании связывающих веществ, нри котором масса становится заметно «жидкою.

Обыкновенно в электродной ассе для больших электродов нрименяется около /з материала в виде крупных кусков, (напр, кусков нрокаленного антрацита величиной с орех). Остальные /.j массы составляет мелко истолченный материал и связывающее вещество. Крунные куски требуют весьма немного связывающего вещества, чтобы быть увлажненными. Куски массы со всех сторон окружены мелкими кусками и консистенция последних обуславливает консистенцию массы. Практические исследования в большом масштабе показывают теперь, что характерное изменение консистенции наступает при применении того же материала, как и в описанном ранее исследовании, однако, с приблизительно /з крупного вещества, при приблизительно IS/o связывающего вещества, а при 20/о масса весьма подвижна. Эти цифры хорошо согласуются с полученными выше, если принять во внимание что /з массы требует для себя весьма мало связывающего вещества. Если нрименить больше крупного вещества, изменение происходит при меньшем содержании связывающего вещества. При применении связывающих веществ, состоящих из дегтя и вара (смола и нек), однако, недостаточно примешать к массе только количество связывающего вещества в 18- 20°/„, чтобы получить первоклассный электрод. Установлено также, что больщое значение имеет то обстоятельство, чтобы масса во время набивки ее в электрод была достаточно нагрета. Онределенная по

опытам зависимость вязкости от температуры электродной массы с 18-20/„ дегтя и вара в качестве связывающего вещества, при условии зависимости вязкости от количества связывающего вещества, выражается кривой вязкости по которой было видно, что масса при температуре свыше 110° Ц. приобретала выраженно жидкую консистенцию. Нагрев массы перед ее набивной для сообщения ей свойств, при которых она сливается в одно целое, должен происходить по меньшей мере при 110° Ц. Однако, не следует переходить выше 130°, так как связывающее вещество в противном случае потеряло бы сдишком много дегтярного масла. Если масса набивается при этой температуре, практически избегается какая-бы то ни было работа трамбования, так как изготовление электрода тогда пр иобретает почти характер наливания. Горячая syiacca после набивки весьма легко сливается в одно целое, и таким образом получается электрод, который не сквозь является однородным, с высоким удельным весом и хорошей проводимостью. Особые условия спекания этих электродов также содействуют достижению хорошего результата. Железный кожух с электродной массой медленно подвигается вниз к печному кратеру и температура массы при этом равномерно и медленно поднимается с приблизительно 110° до самого яркого белого каления в острие электродов. При темнературе около 200 начинается первая перегонка летучихсоставных частей в массе и эти части улетучиваются в виде паров. При температуре около 700° связывающие вещества являются переведенными в высоко .молекулярные углеррдистые соединения, которые медленно превращаются все в более твердый кокс; Благодаря этому, повышается пористость

электрода. Сырая масса при набивке содержит еще несколько воздуха, во время же вылеживания ее в электроде часть воздуха выходит и пористость падает приблизительно па . Во вполне обожжеппои электроде она по большей части составляет 15-20°/о. Во время перегонки и коксования излишек связывающих веществ вместе с продуктами перегонки будет стремиться уйти вниз через уже спекшуюся и поэтому наиболее пористую часть электрода, так как, однако, как раз эта часть является раскаленной, тр все новые количества углеводорода с отложением кокса разлагаются. Угольные частицы, поэтому, все больше склеиваются, благодаря чему вес и проводимость электрода возрастают.

Предмет патента.

1. Способ изготовления самоспекающихся электродов для электрических печей, характеризующийся тем, что для наполнения кожухов электродов применяют смесь разных сортов угля со связующим материалом, содержащую такое количество жидкото в нагретом состоянии связующего вещейтва, чтобы полученная сырая электродная масса обладала достаточно малой вязкостью, позволяющей ей без прессовки сливаться в одно целое и заполнять электродный кожух. .

2.Прием выполнения охарактеризованного в п. 1 способа, сос1}оящий в том, что применяют сырую массу, содержащую в качестве связующего вещества не менее смолы и пека.

3.Прием выполнения охарактеризованного в п. п. 1 и 2 способа состоящий в том, что сырую электродную массу до наполнения электродного кожуха подогревают до температуры примерно ПО-130° Ц.