Защитная паста для самообжигающихсяэлЕКТРОдОВ Советский патент 1981 года по МПК H05B7/08 C25C3/12 

54) ЗАЩИТНАЯ ПАСТА ДЛЯ САМООБЖИГАЮЩИХСЯ . ,ЭЛЕКТРОДОВ

1

Изобретение относится к электрс термическим процессам, в частности к электрометаллургии ферросплавов, цветных металлов и сплавов, к элек- тротермии фосфора, карбида кальция и др.г и имеет своей целью разработку пасты для создания защитного покрытия на рабочем конце самоожигающегося электрода.

Известно, что непрерывные самоожигающиеся электроды являются одними из основных элементов рудовоЬстановительных электропечей и состоят из металлического кожуха, изготовленного из стали Ст 3 и углеродистой электродной массы, состоящей из термоантрацита (по ГОСТ 4794-75), прокаленного металлургического кокса (по ГОСТ 18686-73) и связующего, прёдпочительно каменноугольного пека. Твердые углеродистыеМатериалы и связующее смешиваются, а готовая смесь предоставляет углеродистую массу для непрерывных самоожигающихся электродов.

Одной из особенностей самообжигающихся электродов является изготовление их непосредственно на действующих электропечах, единичная

мощность которых в настоящее время достигает 63-75 МВА, причем установ ленные на них круглые самообжигающиеся электроды имеют диаметр до 2000 мм, а плоские - сечение ЗОООХ 50 мм.

Изготовление электродов этого, типа начинается с установки стального кожуха. Толщина стального листа для изготовления кожуха составляет 23 мм. Внутри кожух имеет ребра жесткости с отверстиями для обеспечения необходимого сцепления кожуха и углёродистого электродного блока. В

5 кожух электрода загружается электродная масса, включающая, %:

Термоантрацит45

Каменноугольный

кокс30

0

Каменноугольный

пек

При комнатной температуре и вплоть до температуры плавления связующего (65-70°С) углеродистая масса

5 находится в электродном кожухе в виде кусков, а свыше 65-70°С расплавляется и заполняет кожух. По мере расходования электрода в ванне печи , самообжигающийся электрод проходит через электроконтактный узел, где происходит коксование связующего и последующий обжиг электрода до и выше 1. Однако при выходе электрода из контактного узла (из под щек) сталь ной кожух оплавляется и окисляется, и поверхность угдеродистого блока самообжигающегося электрода под воз действием ркислительных газов на: ко лошнике печи подвергается окислению. Причем, как установлено, перво начально выгорает кокс, образовавши ся из связующего (пека). Поэтому крупные частицы термоантрацита и кокса теряют связь с электродным блоком и наряду с их окислением еще и осыпаются в ванну. Это приводит в ряде случаев к сильному науглероживанию сплава, что сдерживает пр менение электродов этого типа для получения бе.зуглеродистого феррохрома, металлического марганца и др I Известна паста для создания защитного поркытия на поверхности самообжигающегося электрода, включающая смесь порошков силикоалюминия, монокарбида титана и жидкого связующего - каменноугольного пека при следующем соотношении компонентов 2, вес.%: Силикоалюминий50-87 Монокарбид титана3-30Каменноугольный пек10-20 Применение в составе покрытия ти тана, который при электроплавке переходит в выплавяемый сплав и загрязняет его, ограничивает использование указанного покрйтия при плавк таких материалов, как силикоалюмини кристаллический кремний, металлический марганец и, др. сплавов, а также корунда. Дефицит м относитель но высокая стоимость монокарбида титана ие позволяет применять его в широких промьшшенных масштабах в со таве покрытий самообжигающихся элек тродов для выплавки массовых электроферросплавов. Наиболее близкой к предлагаемой является паста для создания защитного покрытия на угольном блоке самообжигающегося электрода, которая включает порошок алюминия, карбид кремния, кристаллический кремний и связующее - каменноугольный пек при следукяцем сортноше нии компонентов, 3 , вес. %: Алюминий30-60 Карбид кремния20-40Кристаллический кремний 7-12 Каменноугольный пек13-20 Недостатки известной пасты заключаются в том, что применение в ее составе жарбида кремния вызывает некоторЬе повышение электросопротивления в контакте шина-электрод,так как электропроводность технически чистого карбида кремния при сравнительно низких температурах (100600 С), при которых работает контактный узел, ниже электропроводности блока самоспекающегося электрода в указанных условиях. Кроме того, относительно высокая стоимость и дефицит чистого карбида кремния и Кристаллического кремния ограничи- , вают применение его в широких масштабах. При врастании карбида кремния в поверхностный слой блока электрода зерна SiC остаются в обособленной форме в коксовом каркасе этого слоя, в результате чего дости- гается недостаточно высокая прочность и связь покрытия с блоком электрода . Цель изобретения - повышение электропроводности и жаростойкости защитной пасты, обеспечение надежной связи ее с блоком электрода и.увеличение в целом, эксплуатационной стойкости рабочего конца самообжигающегося электрода. Поставленная цель достигается путем нанесения на внутреннюю поверхность кожуха самообжигающегося электрода защитной пасты, состоящей из порошка алюминия и жидкого связующего - каменноугольного пека, дополнительно содержащей шунгитовый ма-, териал при следующем соотношении компонентов, весъ%: Шунгитовый материал25-45Каме нноугольный пек 15-25 Порошок алюминия Остальное Шунгитовый материал представляет собой древние докембрийские осадочные образования, содержащие в своем составе шунгитовое вещество - специфическую аморфную форму углерода - природный стеклоуглерод. Как показывают исследования структуры вещественного и фазового состава углеродистых шугнитовых пород, последние представляют собой природный комплексный материал, со-; держащий углерод и кремнезем в весь ма мелкодисперсном состоянии. Шунгитовое вещество характеризуется следующим химическим составом, вес.%: С 20-55J SiOa 35-70 , 2-5 , FeO 1-5; MgO 0,5-2,OJ CaO 0,1-0,7J 0,02-2,0 и имеет глобулярную морфостр ктуру с размером глобу- , лей 100-500 А, размер кварцевых зерен колеблется от 1 до 5 мкм. Аморфный углерод распределен в элементарных объемах шунГитового Материала равномерно и окружает пленкой каждую силикатную частицу. Это обеспечивает тесный контакт между углеродом и кварцем и высокую электропроводность материала.

Выбор углеродистого шунгитового материала в качестве компонентов защитной пасты объясняется тем, что присущая шунгитовому материалу природа строения и существующее химические связи обеспечивают более высокую электропроводность щунгитов и хорошие кинетические условия фи- . зико-химических взаимодействий между составными компонентами его в процессе коксования электродов. , Тесный и разветвленный контакт углерода с ведущим окислом - кремнеземом интенсифицирует процесс карби.дообразования при температурах выше 1000°С. Содержание углерода и кремнезема в шунгитовом материале отвечает практически стехиометрическому соотношению их для осуществления реакций образования карбида кремния например SiO2 +3C SiC+2CO.

Шунгитовое вещество, содеражщее. углерод в приведенных выше количествах, по своей природе и свойствам сходно с углеродистыми компонентами, входящими в состав электродной массы. Это способствует более глубокому проникновению пасты в жидкую электродную массу при плавлении последней, образованию утолщенного переходного слоя и, вследствие высокой адгезионной способности пасты и электродной массы, улучшению связи и контакта шунгитового вещества, а также других компонентов пасты с углеродом пека пасты и массы

Поскольку углерод в рассматриваемой системе находится в избытке, то при взаимодействии его с кремнеземом шунгитового вещества преимущественно образуется карбид кремния. Образование карбида кремния способствует увеличению надежности связи покрытия и угольного блока электрода в процессе коксования вследствие формирования разветвленных карбидных цепей за счет углерода блока электрода и пасты, т.е. прорастания кристаллов карбида кремния, а также карбидов и оксикарбидов алюминия в переходном слое и непосредственно покрытии.

Образующееся небольшое количество кремния при восстановлении кремнезема шунгитового вещества растворяется в алюминии и его соединениях, улучшает смачиваемость твердого угол угольного блока и повышает надежность связи покрытия и рабочего конца электрода при повышенных температурах ;

Использование в составе пасты шунгитового материала, содержащего около 30% углерода кварцевых зерен, для создания защитного покрытия на

.поверхности самообжигающегося электрода обеспечивает хорошую электропроводность при сравнительно низких температурах (800-1000°с) и высокотемпературную устойчивость (выше ) поверхностного слоя блока самообжигающегося электрода. Количество шунгитового материала в предлагаемом составе пасты должно находиться в пределах 25-45%. Уменьшейие количества шунгитового

0 материала ниже 25% приводит к снижению электропроводимости и высокотемпературной УСТОЙЧИВОСТИ, а увеличение йоли шунгитового материала выше 4.5% при обеспечении достаточ5но высокой жаростойкости не оказывает существенного влияния на повышение электротехнических свойств покрытия.

Оптимальное количество каменноугольного пека находится в пределах

0 15-25%. При умен1Л1ении количества пека ниже 15 вследствие повышенной смачиваемости шунгитового материала резко снижается толщина вяжущей пленки между компонентами пасты и ухудшаются ее физические свойства, а

5 именно адгезионная способность. Снижение адгезионной способности пасты не обеспечивает сплошности покрытия при нанесении ее на внутреннюю поверхность кожуха самообжигающегося

0 электрода. Увеличение доли каменноугольного пека в пасте свыше 25% обуславливает снижение механических и жаропрочностных характеристик покрытия..

5

Нанесение пасты предлагаемого состава на внутреннюю поверхность кожуха самообжигающегося электрода производится на каждой секции до наварки ее на действующую печь или пос0ле установки секции и приварки ее к кожуху электрода.

После нанесеиия пасты на внутреннюю поверхность кожуха электрода в него загружают углеродистую электродную массу. По мере расхода элек5трода и его перепуска электродная масса вместе с кожухом перемещается постепенно в зону высоких температур, изменяя при этом в зависигаости от температуры несколько агрегатных

0 состояний. При этом компоненты пасты взаимодействуют между собой, а ,1гакже с углеродистой электродной массой, в результате чего к моменту Оплавления науглероженного стального

5 koacyxa (1150-1350°С) на угольном блоке образуется защитный слой из оксийарбидов алюминия, карбидов кремния и алюминия, который предохраняет от окисления рабочий конец электрода, так как он слабо взаимо- . действует до температур 2500С и выше с окислительными компонентами газа на колошнике печи и обладает высокой стойкостью против воздействия шлаковых расплавов.

Наряду с этим паста, нанесенная на внутреннюю поверхность кожуха самообжигающегося электрода, взаимодействует и с железным кожухом. Наличие углерода связующего пасты и электродной массы усиливает химизм процесса взаимодействия в системе кожух-паста-углеродистая масса, в результате чего образуются интерметаллиды железа и кремния, а также карбиды железа, алюминия и кремния. Следовательно нанесение пасты на внутреннюю поверхность кожуха самообжигающегося электрода приводит к образованию сложного карбидного и оксикарбидного слоя, который обеспечивает защиту поверхности рабочего конца от окисления и наряду с этим взаимодействует со стальным кожухом с образованием алюминидов и карбиРезультаты проведения испытаний свидетельствуют, что использование предлагаемой Пасты позволяет снизить окисляемость образцов электродной массы на 1,0% по сравнению с известной.

В крупнолабораторной трехфазной дуговой электропечи мощностью

ДОН, имеющих более низкое электросопротивление, чем стальной кожух.

г

Пример . Производят обжиг электродной массы в кожухах из стали Ст 3 диаметром- 60 мм, внутреннюю поверхность которых покрывают предлагаемого состава. Для сравнения один образец электродной массы обжигают в кожухе, внетреннюю поверхность которого покрывают известной защитной пастой.

Обжиг производят без доступа воздуха до 900°С со скоростью в час. После охлаждения образцы извлекают из кожухов, взвешивают и подвергают обжигу в окислительной атмосфере при в течение 1 ч.

Результаты испытания приведены в табл. 1.

Таблица

160 кВА проводят сравнительные технологические испытания самообжйгающихся электродов, причем в идентичных условиях проплавляют по 400 кг шихты по каждому их сравниваемых вариантов.

Усредненные результаты испытаний приведены в табл. 2.

Таблица2

Анализ результатов проведенных испытаний свидетельствует, что расход электрода, внутрення поверхность которого покрыта пастой предлагаемого состава, уменьшается на 4,8% и расход электроэнергии на 1 т сплава снижается на 0,5% в сопоставлении со сравнимыми показателями испытаний электрода с известной защитной пастой.

Результаты лабораторных испытаний электропроводности образцов электродной массы с покрытием поверхности пастой предлагаемого состава и образцов массы с покрытием известной пастой приведены в табл. 3.

. Т а б л и ц а 3