Углеродсодержащая масса для самообжигающихся электродов Советский патент 1983 года по МПК C04B35/52 

бочего конца электрода, которые , в свою очередь, в значительной степени зависят от состава углеродсодержацих электродных масс. Условия эксплуатации самообжигающихся электродов рудовосстановительных электропечей дают, предпосылки возникновению процессов сегрегации компонентов электродной массы. Причи ной расслоения компонентов является оседание крупных фракций антрацита, перемещение которого в расплавленной углеродосодержащей электродной массе происходит за счет воздействия сил гравитации. Известна углеродсодержащая масса 1 для самообжигающихся электродов включающая, вес.%: Термоантрацит 25-50 Кокс25-50 Карбид кремния 1-20 Каменноугольный пек18-2 Однако.в такой электродной массе велико влияние процессов сегрегации твердых компонентов на формирование рабочего конца электрода. Это приводит к анизотропии свойств рабочего конца и, следовательно, к его низкой эксплуатационной стойкости. Кроме того, здесь велика доля дорогрстоящих и дефицитных термоантрацита и ко са которые, в основном, определяют себестоимость электродных масс. Наиболее близкой по составу ингр диентов к предлагаемой является угде родсодержащая масса С 2 , содержащая вес.: Термоантрацит25-30 Кокс25-30 Карбид кремния1-20 Монокарбид титана 1-20 Каменноугольный пек18-28 Монокарбид титана в качестве добавки к основной углеродсодержащей массе повышает эксплуатационную стойкость электродов. Однако известная электродная масса в значительной степени подвержена процессам сегрегации, происходящим вследствие разности удельных весов термоантрацита и пека и возрастающим пропорционально уменьшению вязкости пека. Это обуславливает формирование рабочего конца электрода с весьма различными физико-механическими характеристиками отдельных участков и приводит к обрывам электродов по скоксованной части. Кроме этого, в указанной электродной массе используются дефицитные и дорогие термоантрацит и кокс, определяющие, в основном, себестоимость массы, Целью изобретения является увеличение эксплуатационной стойкости самообжигающихся электродов за счет уменьшения процессов сегрегации твердых компонентов углеродсодержащей электродной массы при формовании и их уде шевление. Поставленная цель достигается тем, что углеродсодержащая масса для самообжигающихся электродов, включающая термоантрацит, кокс, карбид кремния, монокарбид титана и каменноугольный пек, дополнительно содержит пирит при следующем соотношении компонентов, вес.: Термоантрацит Кокс Карбид кремния Монокарбид титанаКаменноугольный . пек Пирит Выбор пирита (FeS2) в качестве компонента, улучшающего эксплуатационную стойкость самообжигающегося электрода, способствующего уменьшению процессов сегрегации твердых компонентов у глеродсодержащей мас.сы и позволякйцего снизить себестоимость массы, обусловлен следующим. Сера пирита, являясь сильным катализатором полимеризации, играет ррль акцептора свободных радикалов ингибитора конденсации. Следовательно, при низких температурах пиритная сера способствует протеканию процессов полимеризации за счет образования сульфогрупп, которые термически неустойчивы и с повышением температуры улетучиваются , тем самым более полйо вовлекая а процесс коксования легкокипящие фракции и обуславливая формирование более плотной структуры рабочего конца самообжигающегося электрода. К тому же, в процессе коксования пиритная сера способствует молекулярному структурированию и, следовательно, снижению окисляемости рабочего конца электрода за счет уменьшения воздействия окислительных газов на колошнике печи, что позволяет сохранить расходные коэффициенты самообжигающегося электрода. При диссоциации пирита образуется продукт, содерн-ащий более 56 ат. серы. При этом система проходит три эта па. На первом этапе процесс не сопрово)кдается фазовым превращением. Сохра няется одна кристаллическая фаза, постепенно обеднявщаяся серой. Следовательно, сначала при диссоциации возникает фаза типа твердого раствора же леза (или FeS) в пирите. . При существовании в двухкомпонентной системе одной конденсированной и одной газовой фазы система располагает двумя степенями свободы. 8 этих условиях упругость диссоциации зависит от температуры и состава раствора На втором этапе диссоциация протекает с преврацением одной кристаллической фазы в другую. Составы фаз поч ти постоянны. Система одновариантна. На третьем этапе диссоциация снова вступает в условия двухвариантной системы и характеризуется обеднением твердого раствора серой. При термической деструкции происходит не только диссоциация пирита, но и его химическое взаимодействие сразличными углеродными компонентами углеродсодержащих электродных масс, способствуя тем самым формированию рабочего конца самообжигающего электрода с высокими эксплуатационными характеристиками . Механизм влияния на эксплуатационную стойкость электрода гшрита и совместно карбида кремния и юнокарбида титана различный. Повышение эксплуата ционной стойкости электрода за счет взаимодействия пека с серой пирита достигается при относительно низких температурах (250-450°С ) в некоксованной массе.При этом повышаотся адге зионные характеристики пека и уменьшаются нежелательные процессы сегрегации . В предлагаемом составе по сравнению с известным для снижения себестоимости массы и возможности введения пирита, уменьшен) нижние пределы содержания термоантрацита и кокса (соответственно с 25 до 18% и с 25 до 15%, см, табл. 1 ). Это -не повлечет за coGoff ухудшения физико-механических характеристик электродной массы, поскольку уменьшение содержания дорогостоящих термоантрацита и кокса компенсируется в эквивалентном количестве по вес.% введением в электродную массу пирита - более термостойкого и дешевого материала по сравнению с термоантрацитом, повышающего в целом физико|механические свойства углеродсодермащей массы табл. 2 ); введение пирита . | отходы ) вместо дорогостоящих термо|антрацита и кокса снижает себестоимость электродной массы на k руб/т. Верхние пределы содержания термоантрацита и кокса являются наиболее оптимальными для возможности введет1Я в электродную массу других компонентовУвеличение содержания карбида кремния более 22 повышает электросопротивление электродных масс, а при его содержании менее % уменьшается термическая стойкость электрода. Содержание монойарбида титана в предлагаемом составе углеродсодержащей массы должно находиться в пределйх 1-22%. При содержании его менее 1% снижается стойкость электрода, а повышение доли моно1 арбида титана более 22% не приводит к дальнейшему изменению свойств электродных иасс. Положительное влияние карбида кремния и монокарбида титана на повьниение физико-механических характеристик электродных масс достигается, в основном , за счет / положительного воздействия карбидов на процесс графитации, на снижение реакционной способности и т.д. ( действие карбидов начинается температуре 1300°С и выше). Одним из факторов обеспечения высокой эксплуатационной стойкости самообжигающихся электродов является оптимальное содержание связующего в составе .электродных масс. Многолетней практикой установлено, что содержание связующего должно составлять 1828%. Электродная масса с содержанием каменноугольного пека более 28% требует значительных затрат энергии на коксование электрода, не обеспечивает оптимального уровня и положения зоны коксования. Уменьшение количества пека менее 18% не обеспечивает прочной связи компонентов между собой, резко снижает физико механические свойства самообжигащегося электрода. Содержание пирита в предлагаемомсоставе углеродсодержащей электродной

79907 0.8

массы должно находиться в пределахют в обогреваемых парон шнековых по1-18. Уменьшение доли пирита менеедогревателях при 130-150 С. Затем сме1% не оказывает существенного влиянияшанные твердые компоненты поступают

на свойсУва электрода.в смеситель, куда одновременно подаетПовышение доли пирита более 18%угольного пека, и осуществляется тща

не приводит к дальнейшему значитель-тельное перемешивание. После смеситеному изменению свойств углеродсодержа-ля углеродсодержащая электродная масщих электродных масс..са поступает на формовочную машину

Приготовление электродной массы 0где ее формируют в брикеты и по трансуказанного компонентного состава осу-портеру подают, в короба, в которых и ществляют следующим образом.доставляют в плавильные цеха для заТвердые исходные компоненты угле-грузки в электроды.

родистой электродной массы Дтермо-Составы углеродсодержащих масс и

антрацит, кокс, карбид кремния, мон6-«5свойства полученных углеродных масс

карбид титана, пирит ) дробят, рассеива-в сравнении с известными представлены

ют по фракциям, дозируют и перемешива-в табл. 1 и 2 соответственно.

ся соответствующее количество каменноТаблица 1

Механическая прочность на 2,2 25,8 23.9 разрыв, МПа 2,8 Удельное элект,росопротивление, 10 88,7 82,6 86,8 Ом-м 87,2 25,1 25,2 25, 22,3 2,5 86,2 8,9 8.2 9,3 88,1 Критерий термостойкости, 3kk 1280 U90 1305 Вт/м Склонность к сегрегации, 35,2 3i.5 3.0 33,1 мм/ч

Испытания электродов проводят на однофазной печи мощностью кВА при выплавке углеродистого ферромарганца. С каждым электродом проплавлено по 200 кг шихты одинакового состава при постоянном расходе эяектроэнергии и постоянной мощности.

Полученные обожженные образцы огшт ных электродных масс подвергались технологическим исгмтаниям согласно ТУ 18-12-8-72.

Для определения склонности твердых компонентов к сегрегации от каждой партии массы отбирали усредненную пробу весом 3 кг и расплавляли в тигле высотой 500 мм и диаметром 60 мм. На поверхность массы помещали образцы термоантрацита в форме куба со стороной 20 мм. Массу нагревали до 250°С и выдерживали в атмосфере СО в течение 5ч. Затем массу охлаждали до комнатной температуры и определяли положение образцов термоантрацита (Гклонность массы к сегрегации определяли по скорости перемещения об разцов.

Склонность к сегрегации определяли по скорости перемещения частиц термоантрацита фракции 20 мм в электродной массе при .

Результаты опытов свидетельствуют, что при скорость перемещения крупных фракций термоантрацита для электродных масс с содержанием пирита О, вес.% снижается с 35,2 до мм/ч (по фракц«1ям 20 мм ).

Как следует из данных табл. 2, н более оптимальным можно считать содержание пирита в электродной углеродсодержащей массе в пределах 1-18%, поскольку в этих пределах достигает9907«0

10 Продолжение табл. 2

ся наилучшее соотношение между содержанием .пирита в массе и интенсивностью подавления склонности твердых компонентов к сегрегации.«

Таким образом,в предлагаемой электродной массе по сравнению с известной снижена склонность компонентов к сегрегации в среднем на 30%, что способствует увеличению эксплуатационной ст кости электродов на 6-8%. Введение пирита вместо дорогостоящих термоантрацита и кокса снижает себестоимость электродной массы на k руб. на 1 т массы.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения предлагаемой.углеродсодержащей электродной массы составит 176000 руб в год. При максимальном объеме использования массы 1000000 руб/год.

. Формула изобретения

Углеродсодержащая масса для самообжигающихся электродов, включающая термоантрацит, кокс, карбид кремния, монокарбид титана и каменноугольный пек, отличающаяся тем, что, с целью увеличения эксплуатационной стойкости электродов за счет уменьшения процессов сегрегации твердых компонентов при формовании . и удешевлении , она дополнительно содержит пирит при следующем соотношении компонентов, вес.%

j

Термоантрацит18-30/

Кокс15-30

Карбид кремния1-22

Монокарбид титана1-22 1370 1390 1070 1305 25,3 2i,5 23, 23,0 22,8

119907 012

Каменноугольный1. Авторское свидетельство СССР

пек18-28 1Г 600212, кл. С 25 В 11/12, 1975.

Пирит1-18

Источники информации,2. Авторское свидетельство СССР

принятые во внимание при экспертизе $ W 7156«7t «л. С 25 В 11/12, 1978.