Способ защиты электрода в шлаковом расплаве Советский патент 1992 года по МПК H05B7/06 

Изобретение относится к черной и цветной металлургии, а именно к способам защиты электродов и фурм от разрушения при их взаимодействии с металлургическими расплавами и, в частности, может быть использовано при обеднении шлаковых расплавов, со- деряащих тяжелые цветные металлы (никель, кобальт, медь), путем продувки их в электропечах. .о

Известен способ защиты электрода в дуговой печи, предусматривающий нагнетание азота вдоль просверленного в электроде отверстия, которое закупорено пробкой на его конце. Газ увлекает вдоль отверстия частицы угле- водородистого материала. Эти частицы агломерируют и сплавляются одна с другой и с пробкой отверстия, вызывая рост пробки вдоль отверстия. Это

компенсирует эрозию наконечника электрода.

Однако этот способ эффективен лишь для защиты электродов в электродуговых печах для непогружных электродов, так как защищается лишь торцовая часть электрода от эрозии в период горения дуги.

Известен также способ защиты .электродов дуговой печи, защищенных от атмосферы печи, при котором в полостт- электрода подают нейтральный газ, диффундирующий через электрод и защищающий его от атмосферы печи.

При погружении такого электрода в расплав наружная оболочка его начнет разрушаться, так как газ всплывает отдельными пузырями, т.е. диффузии газа через оболочку недостаточно для оттеснения расплава от поверхности

оэ о

со

317

электрода, а следовательно, и для действенной его защиты. Кроме того, для продавливания газа через плотную оболочку необходимо создание высокого давления его в полости электрода.

Известен также способ защиты электродов, при котором с целью равномерного смывания потоками газовых пузырей газ подают в шлаковый расплав под электрод через радиальные направляющие каналы.

Недостатками указанного способа являются значительные эксплуатационные затраты: расход охлаждающей жидкости, значительные потери тепла с ней. Кроме того, пузырьковый режим газового потока, омывающий погруженную в расплав поверхность электрода, защищает ее ненадежно, так как не об- разует достаточно насыщенной газом сплошной газо-шпаковой оболочки вокруг электрода.

Целью изобретения является повышение стойкости электрода.

Это достигается тем, что в способе защиты электрода в шлаковом расплаве, при котором вдувают газ через по крайней мере одно отверстие на торце электрода, скорость v истечения газа поддерживают в диапазоне 50 vЈ Ј300 м/с.

При истечении газа в расплав со скоростью 50-300 м/с через погруженную сверху фурму или электрод образуется прямая и обратная струя. При этом обратная струя состоит из пузырей га-за в жидкости, а прямая струя - чисто газовая. В зависимости от параметров продувки и наружного диаметра заглубленной части продувочного уст- ройства могут быть реализованы два случая взаимодействия обратной струи с ее основанием и оболочкой. В первом случае не происходит соударения обратной струи с основанием, а во вто- ром - обратная струя соударяется с основанием йурмы.

Именно обратная струя газа обеспечивает насыщенную газом сплошную га- зо-илаковую оболочку вокруг погружен- ной части фурмы или электрода. Э-ю приводит к оттеснению горячих слоев расплава и понижению температуры его вблизи защищаемой поверхности. Газо- ыпаковая оболочка имеет более низкий коэффициент теплопроводности по срав- .нению с лидким оасплавом, ч го, в свою очередь, снижает тепловые потоки на фурму.

34

Экспериментально выявлена зависимость

Аг 0,142 (--- $ ---)26 ,

SdOTB

где Аг - критерий АрхимедаJ

- наружный диаметр насадки, м; doT6 - диаметр отверстия.

Критерий Архимеда выражается следующим соотношением:

5

5

Q

0

j 0 5

Q

Аг

pp g doTb

где v - скорость истечения, м/с, плотности газа и расплава

соответственно, кг/м3; 8 - ускорение свободного падения, м/с2 .

После преобразования получают соотношение для скорости истечения газа:

I P

Расчет скорости по данной зависимости позволяет на основе заданных значений диаметров и плотностей рабочих тел (шлака и газа) получить ее значение, обеспечивающее взаимодействие обратной струи с фурмой или электродом, когда струя не соударяется с основанием, и снижает тепловой поток. Вдувание газа, содержаще го углеводороды, дополнительно снижает температуру за счет его пиролиза, создает восстановительную защитную оболочку.

Поддержание скорости истечения в пределах 50-300 м/с является необходимым условием защиты электродов и фурм и связано с тем, что в процессе вдувания газа в расплав неизбежно происходит изменение противодавления гидростатического столба расплава за счет насыщения его пузырями газа, а также изменение исходного давления газа, под которым он вдувается в расплав, из-за возможного забивания отверстия расплавом, изменение внутреннего сопротивления системы подачи газа из-за отложения углерода на стенках канала или разгара отверстия истечения. Это приводит к изменению скорости истечения таза и ухудшению структуры обратной струи, снижению насыщения прилегающих слоев расплава пузырями газа, а следовательно, сникает эффективность защиты, 1ак как действительная скорость истечения газа зависит от соотношения давления

51

газа, пол которым он вдувается, и давления сопротивления среды, в которую он истекает.

Вдувание газа со скоростью ниже 50 м/с не обеспечивает эффективного формирования обратной струи и необхо димого угла раскрытия ее, чю приводит к соударению ее с торцом погружной части. При этом также не образуется насыщенной газо-шлаковой оболоч ки вокруг фурмы. Все это приводит к быстрому разрушению насадки. Вдувание газа со скоростью выше 300 м/с не оказывает дополнительного положительного эффекта, однако приводит .к ненуяному интенсивному барботажу ванны расплава, дополнительному переохлаждению за счет вовлечения периферийных слоев расплава в энерго- и массообменные процессы. Это приводит также к значительному разбрызгиванию расплава и его уносу с отходящими газами.

Проводилось эксперимен альное определение скорости расходования погруженного в шлаковый расплав с галь- ного неводоохлаждаемого электрода. В опытах использовались электроды различного диаметра с разными отверстиями для истечения газа. Скорость расходования определялась по убыли в ве се погружной части электрода, отнесенной к единице ее поверхности, в минуту. Опыты проводились на электро печи мощностью 225 кВА и емкостью по

10

7360136

плаку 0,8 т. Температура ишака изменялась от 1250 до 1600°С.

В электропечи наплавляли шлаковый расплав, затем заменяли средний графитовый электрод на испытуемый металлический, состоящий из водоохлаж- даемой непогруяной части и неводоох- лалдаемой погружной. Перед погружением через электрод с определенной скоростью под определенным давлением вдували газ. Затем электрод погружали на определенную глубину и на всех электродах выравнивали нагрузку. В процессе эксперимента контролировали формирование обратной струи (визуально) , давление в начале электрода, температуру шлака, нагрузку на электрод, разбрызгивание расплава и запыленность отходящих газов. По окончании опыта (отдельные продолжались 8 ч и более) погружная часть электрода взвеиивалась.

1 Полученные характерные результаты представлены в таблице.

Использование предлагаемого способа обеспечивает снижение расхода дефицитного углеродистого материала в 3-5 раз при защите погружной части электрода, повышение стойкости фурм для продувки шлакового расплава в 4- б раз. Использование металлических насадок позволяет исключить расход углеграфитового материала, упростить конструкцию электрической печи и в целом снизить эксплуатационные расходы на 11-13%.

15

20

25

30

35

0,468

0,0974

0,0610 0,0503 0,0025

Быстрое забивание канала и оплавление электрода (10 - 12 мин)

Работоспособность поддерживалась 2-3 ч

Работоспособность 4-6 ч Работоспособность 6-8 ч

Электрод практически не расходовался

3000,0020 Разбрызгивание и охлаждение расплава

3200,0020 Сильное разбрызгивание и

переохлаждение расплава, препятствующее нормальной работе электродов и печи