Электродный материал

(54) (57) ЭЛЕКТРОД электродуговой пл ральных сред, пре тонов, включающий алюминий, о т л и тем, что, с целью ческой прочности, содержит кокс при шении компонентовГрафитЖелезоАлюминий Кокс Красно иверси ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Горьковский исследовательскфизико-технический институт приГорьковском ордена Трудовогого Знамени государственном унтете им, Н,И.Лобачевского(53) ббб. 764,4 (088.856) 1. Заявка Японии Р 49-46466кл. 12 В 52, опублик. 197.2. Заявка Японии Р 52-29696,кл. 12 В 5, опублик. 1977.3. Авторское свидетельство СССР 889353, кл. В 23 К 35/365, 198 НЫЯ МАТЕРИАЛ для авки твердых мине- имущественно беграфит, железо и ч а ю щ и й с я повышения механион дополнительно следующем соотномас.%:Збу 9-45,423,5-30,09,4-11,317,5-26,0Изобретение отно"ится к сварке, а именно к составу электродного материала, и предназначено для изготовления электродов для плавки бетонов и других твердых минеральных сред.В связи с высокими температурами, необходимыми для плавления бетонов и горных пород при их резке, сварке и образовании в них шпуров, наиболее широкое использование полу чили графитовые электроды.Известен состав электродного материала, в котором порошкообразные компоненты соединяются связующим. Электродный материал содержит угольный порошок (искусств нный графит, кокс, углеродная сажа и др. льбо смесь этих компонентов, специальную порошкообразную добавку из ряда: пульпа, скорлупа или шелуха, пек, каменный уголь, сера, сахар, хлористый аммоний, нитрат аммония и др. и связующее в виде дегтя или пека, или смеси этих веществ. Сформованный под давлением и подвергнутый обжигу электродный материал затем докрывается электропроводным металлом Я .ПолУченный электрод этого состава имеет высокую пористость и, следовательно, невысокие показатели прочности.Известен также угольный электродный материал с металлической добавкой для работ по пробиванию отверстий для вскрытия металлических поверхностей. С целью связывания оки- си углерода, образующейся при непол ном окислении электрода, в его состав вводится 5-15 вес.% марганца или его окислов. В качестве связующего углеродных и металлических или окисных добавок используется деготь. Электрод после формования подвергается ысокотемпературному обжигу(1000 С) 2 .Недостатком известных решений яв. ляется использование в качестве связующего материалов, которые способны образовывать при высокотемпературной обработке (спекании) физические и химические связи главным образом только с углеродными компонентами электрода (коксом, сажей, графитом, Это не позволяет использовать эти связующие для получения прочных электродных материалов, в составе которых присутствуют также другие компоненты, в частности металлические. Высокими в связи с выбором этих связующих являются и температуры термообработок (1000 С и более .Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является составэлектродного материала 3, содержа20 Особенностью этого электродногоматериала является сочетание в сопоставимых количествах порошков гра фита и металлических добавок железа иалюминия. Поэтому связующее, которое может быть использовано для повышения прочности электродного материала такого состава, должно обладать целым комплексом свойств, главными 45 из которых являются: высокая адгезия связующего как к графиту, так и к металлическим добавкам высокие значения коксового числа и когезион.ной прочности продуктов коксования;50,невысокие конечные температуры приобжиге в связи с присутствием в сос таве легкоплавкого алюминия. 60 36,9-45,4 23,5-30)0 5 10 15 25 30 35 щий алюминий, железо и графит приследующем соотношении компонентов,вес.%:Алюминий 11,1-13, 5Железо 25,9-37,5Графит ОстальноеВ процессе плавки находящиеся вэлектроде металлические компонентыполадают в зону электрической дуги иокисляются с выделением большогоколичества тепла, что значительноповышает тепловую интенсивность процесса, кроме того, образующаяся приэтом закись железа, попадая в расплав бетона, оказывает флюсующеедействие, снижая его вязкость и способствуя тем самым его более быстрому удалению иэ зоны резки, в результате чего скорость процесса еще более увеличивается,В нормальных условиях эксплуатации механические характеристики полученных таким образом электродов удовлетворительны. Однако уровень их механических характеристик недостаточный для дальнейшего повышения производительности, особенно в режимах интенсивных токовых нагрузок. Кроме того, имеют место случаи "раскрашивания" электродов при их транспортировке, закреплении в держателях, неосторожном манипулировании держателями при зажигании дуги в условиях ограниченной маской види мости,Цель изобретения - повышение механической прочности.Поставленная цель достигается тем, что электродный материал для электродуговой плавки твердых минеральных сред, преимущественно бетонов, включающий графит, железо и алюминий, дополнительно содержит кокс при следующем соотношении компонентов, мас,Ъ:ГрафитЖелезоАлюминий 9,4-11,3Кокс 17,5-26,0Для получения электродного материала берут ряд смесей ингредиентов, отличающихся друг от друга сво. ими соотношениями. Связующим служит 5 фенолоформальдегидная смола резольного типа, представляющая. собой в исходном состоянии сравнительно маловязкую однородную жидкость. Содержание связующего в электроде меньше 10 17,5 вес.3 недостаточно для того,. чтобы полностью связать порошкообразные компоненты, и прочность при этом снижена. Уменьшение же прочност ных характеристик при больших со держаниях связующего 26,0 вес.Ъ) связано с тем разупрочняющим влиянием, которое оказывает сравнительно невысокая когезионная прочность прослойки коксованного связующего между частицами наполнителей, становящейся все более толстой по мере увеличения содержания связующего. Кроме того, при больших содержаниях связующего начинает сказываться и эффект разупрочнения в связи с нару. шением структуры материала выделяющимися низкомолекулярными продуктами при термообработке. Оптимальным оказывается такое содержание связую щего, при котором порошкообразные частицы Ре, А 3 и графита по всей их поверхности оказываются связанными друг с другом тонкими прослойками коксованного связующего, т.е. такое состояние, когда эффект от адгезионного взаимодействия связующего и наполнителей превалирует над разупрочняющими факторами.Для облегчения смешения и обеспечения лучшей смачиваемости порош кообразных компонентов смолой совме.- щение порошков со смолой производят при 40-50 ОС. После смешения массу выкладывают в пресс-формы, в которых она после подпрессования при нимает форму будущих электродбМстержней сечением 12 х 7 и длиной 200 мм. Затем пресс-Формы помещают в термостат, в котором проводят первый этап термообработки с целвю отверждения связующего. Отверждение проводят по ступенчатому режиму: начальная температура отверждения 95, конечная 150 С.Второй высокотемпературный этап термообработки электродов проводят в специальной печи в токе аргона пр скорости подъема температуры 70 С/ч до 750 С с выдержкой 1 ч. Охлажде 0ние ведут со скоростью не выше 120 С/ч.При такой обработке в результате карбонизации происходит образование кокса связующего, химическое и физическое взаимодействие которого с остальными компонентами электродного материала обеспечивает его прочность.Полученные электродные материалы подвергают испытаниям с целью определения показателей их механической прочности, удельного.электросопротивления и работоспособности при электродуговой плавкеОпределение показателей механи" ческой прочности " пределов прочности при сжатии и изгибе - проводят на образцах, вырезанных из электродов размерами: при сжатии - высота 7, поперечное сечение (перпендикулярное оси прессования) 5 х 5 мм;,при изгибе - длина 120, поперечное сечение 12 х 7 мм. %дельное электросо" противление определяют на образцах, также вырезанных из электродов, размерами 5 х 5 х 20 мм. При электродуговых испытаниях определязлт скорость резки бетона марки 400 при проходке в нем отверстий. диаметром 4,5 см.Конкретные составы и свойства полученных образцов в сравнении с прототипом представлены в таблице. Интервал варьирования содержания металлических добавок определен требованием обеспечения высокой производительности резки бетона. Электроды с малым содержанием металлических добавок не обеспечивают достаточной производительностУ резки см. таблицу, материал 1), а составы с чрезмерно большим содержанием металлических добавок (материал 2) подвергаются слишком быстРому расходу, при этом дестабилизиРуется процесс плавки..ч. сЧ-.1 с 1 О со СО О 1 1 1 1 1 1 СО Со Сс"; ссСЧЧ аЯ а 1а аоъ аю а 3 ао о а а а 1 аю)е а1ое СО сО с с о о 0 г сО Н- М ф 1 ф о сс м м мс с о о о о счт с мсв о сч ф с СО СО )щцс с ссО 0 0 сО"сч сч счч м 11 со со мч СО ф 11 1аф, 1 1 1 й 1с1 бе1 а)а1008201 Составитель В. СоколоваРедактор Л. Филь Техред Т,фанта Корректор,С. Шекмар Заказ 2260/32 Тираж 920 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Как видно из таблицы, введение в состав электрода связующего и изготовление его по предлагаемой теенологии приводит в определенном интервале содержания связующего 175- 26,0 вес.Ъ), к существенному повышению показателей механической прочности по сравнению с прототипом (материал Щ .Повышение показателей механической прочности позволяет практически устранить потери электродов при транспортировке и работе и в связи с этим резко сократить время подготовительных операций по замене электродов в устройстве для резки и повысить производительность труда оператора,Удельное электрическое сопротив.ление предлагаемых электродов ниже, чем у прототипа, и составляет 1,1 10 4 Ом м материалы 5 и 11), что позволяет снизить значения рабочих сил токов при планке, Так, скорости резки бетона, характерные для известного электрода при токах 280 А, достигаются для предлагаемого при токах 110 А,что позволяет О получить экономию в электроэнергии,Таким образом, предлагаемыеэлектроды позволяют получать высо,кую производительность процесса 15 плавки и обладают лучшими механическими и электрическими показателями,чем известные.