Электрод для дуговой печи

(54) ЭЛЕКТРОД (57) Существо свеча содержит альными канал ми 3 и ввинчен выполнен диам 0,78 диаметра э ная си- дал 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Государственный научно-исследовательский. проектный и конструкторский институт электродной промышленности иМежвузовский центр обслуживания научных исследований(56) 1. Ж,Сталь, 1965, М 2, с, 72,2. Электротермия, 1962, вып.9(61), с.17 - 19,Изобретение относится к электродной промышленности и касается производства полых электродов для электрических дуговых печей, используемых для, выплавки цветных и черных металлов,Известны электроды для дуговых сталеплавильных печей с осевым каналом. В электродах диаметром (0) 500 мм, работающих в печи емкостью 70 т, выполнены осевые каналы диаметром (б); 40, 60, 80 и 120 мм. Соответственно соотношение б/О равно 0,08; 0,12; 0,16; 0,24. Выполнение осевого канала в электродах в таких соотношениях оказывает положительное влияние на стабилизацию горения дуги, работу печного трансформатора, продолжительность эксплуатации печи, Однако расход полых электродов с каналом диаметром от 30 до 60 мм на 6-12 О выше, чем у сплошных электродов, и увеличивается с ростом диаметра канала. Поэтому размер осевого канала в электродах, принятый в США, ограничен 25 мм, а соотнОшение бИ = 0;05 (1).Известны в Чехословакии электроды диаметром 450 мм с осевым каналом диаметром 95 мм, соотношение б/О = 0,21, Использование такого полого электрода ДЛЯ ДУГОВОЙ ПЕЧИ изобретения; электродполые электроды 1 с коаами 2, ниппельными гнеными ниппелями 4, Канетром, составляющимлектрода. 4 ил. повысило эффективность плавки 30-тоннойпечи и отмечено снижение расхода электродов на 2,2, однако причины снижения расхода электродов не выявлены (2),Известны в СНГ электроды диаметром400 мм с осевым каналом 00 мм, соотношение б/О. - . 0,2, Несмотря на положительныйэффект применение полых электродов на30-тонной печи, связанный со стабилизацией горения дуги, возможностью ее фикси- .рования в канале полого электрода иулучшения работы печи, экономический эффект отсутствует из-за большого расходаэлектродов.Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости полых электродов.Поставленная цель достигается тем, чтов электроде, содержащем полость в видеаксиального канала, переходящего у торцав ниппельное гнездо, аксиальный канал вы-:полнен с диаметром, составляющим 0,30,78 диаметра электрода,Данное техническое решение отличается от известных оптимальным соотношением . размеров элементов полыхкрупногабаритныхэлектродов, а именно соотношением диаметра аксиальнаго каналаи диаметра электрода, благодаря чему снижаются термомеханические напряжения а электродах, работающих при высоких плотностях тока, следствием чего является повышение их эксплуатационной стойкости, т,е. снижение расхода электродов,При введении канала в силу изменения условий теплообмена в теле электрода перепад температуры от центра к периферии уменьшается тем быстрее, чем больше диаметр канала, т,е. уменьшаются термические напряжения в электроде (О ) являющиеся результатом различного нагрева внутренних и внешних обьемов электрода. Когда термические напряжения в электроде становятся сравнимыми с пределом прочности (Ор) материала электрода на растяжение, в электроде образуются трещины, выкрашивание кусков и происходит обрыв электрода,На фиг, 1 приведены кривые распределения термических напряжений в электродах диаметром 300, 508, 610 и 1205 мм в зависимости от диаметра аксиального канала (соотношение б/Р) при условии, что пре дел прочности материала электродов и сила тока в электродах - постоянная величина.Экспериментально установлено при механических испытаниях образцов, изготовленных из материала электродов, что трещины, недопустимые при эксплуатацииэлектродов, возникали при напряжениях0,8 от напряжений разрушения материала электрода, т.е, Одоп = 0,8 Ор,В соответствии с этим и были определены минимально возмокные соотношения бИ, снижающие термические напряжения до уровня, исключающего образование трещин в электродах на фиг. 1: для электродов ф 300 мм - 0,3, для ф 508 мм - 0,38, доя 610 мм - 0,46.Материалы, используемые для изготовления электродов, могут иметь различную прочность. Соответственно величина Од 0 п различна для разных материалов.Кроме термомеханических в электроде имеют место механические напряжения, которые являются следствием сжимающей радиальной нагрузки а месте контактаэлектрода и электрододержателя, Исходя изусловий прочности трубчатого элемента,сжатого внешней радиальной нагрузкой, установлено, что максимальный диаметр осевого канала (б) не может превышать 0,78диаметра электрода. При превышении величины 0,78 Р в процессе закрепления и эксплуатации полого электрода возможно его разрушение под действием сжимающей силы щек злектрододержателя Осж.5 10 15 20 2 Б 30 35 40 45 50 Предлагаемый диапазон диаметров осевого канала 0,3-0,78 установлен для всей совокупности диаметров электродов, применяемых в настоящее время в промышленности, Верхний предел соотношения ФР одинаков для всех диаметров электродов и равен 0,78. На графике фиг,.2 это точка пересечения прямой, соответствующей допустимому уровню прочности материала, из которого изготовлен электрод, и кривой эквивалентных напряжений Оэ, Это обусловлено тем, что кривая распределения напряжений сжатия Осж (фиг, 2) для электродов разных диаметров одинакова, а кривые эквивалентных напряжений, определяемых по величинам Осж и От в области соотношений б/Р более 0,6, у электродов разных диаметров совпадают.В существующих электродугоаых печах электроды как правило собраны в свечу, ко-. торая состоит из нескольких электродов, электрический контакт между которыми осуществляется по торцам, Контактное сопротивление между торцами соизмеримо с электрическим сопротивлением электрода и является существенным недостатком известных электродных конструкций. Увеличе- ние диаметра полости может привести к уменьшению площади контакта на торцах, увеличению .контактного сопротивления и, как следствие, к дополнительному разогреву, разгару стыка и значительным потерям электроэнергии. Таким образом, увеличение диаметра полости (более размера ниппельного гнезда) в зоне стыка на торце электрода является нежелательным, т.к. ухудшает эксплуатационные свойства электрода.Предложенное техническое решение представляет собой электрод, в средней части которого выполнена полость в виде аксиального канала, который имеет диаметр 0.3 - 0,78 диаметра электрода, переходящая на торце в ниппельное гнездо(фиг, 3).На фиг. 4 в разрезе приведен общий аид электродной свечи, собрабранной из полых электродов. Электродная свеча содержит полые электроды 1 с коаксиальными каналами 2, ниппельнь 1 ми гнездами 3 и ввинченными ниппелями 4.Электродная свеча, собранная из полых электродов, работает следующим образом, При соединении полых электродов в свечу в ниппельные гнезда вворачивают ниппели и стягивают торцы электродов до получения плотного и качественного контакта между торцами свинчиваемых электродов, Верхний электрод свечи закрепляют в электрододержателе и пропускают через свечу электрический ток. В теле полого электродаток распространяется в его относительно тонкой (по сравнению со сплошным) стенке и в стенке ниппельного гнезда, В зоне ниппельного гнезда увеличение площади живого сечения электрода, проводящей ток, приводит к уменьшению плотности тока и снижение токовой и термической нагрузки на торцы электрода, обеспечивает надекный и стабильный контакт между полыми электродами. Следовательно, при введении канала в электрод ухудшения условий работы ниппельного гнезда и торцов полого электрода не происходит, Одновременно улучшаются условия работы тела электрода.При введении свечи полых электродов в печь первоначально растет внешняя температура внутренних объемов электродов, Затем, через определенное время, при протекании тока в полом электроде, в силу малой (по сравнению со сплошным электродом) толщины его стенки происходит быстрый и равномерный прогрев всего объема электрода и быстрое достижение равновесного теплового состояния, которое характеризуется значительно меньшими (по сравнению со сплошным электродом) перепадами температур по радиусу электрода,При изменении режима работы печи; изменении величины тока, завалки шихты, отключении тока, извлечении электродов из печи, тонкая стенка полого электрода быстро приобретает равновесное состояние, быстро охлаждается или нагревается с малым перепадом температур между поверхностью внешней электрода и поверхностью 3 его канала.При этом сокращается время действия опасных радиальных перепадов температуры, что уменьшает вероятность наложения других опасных факторов на действие высоких термических напряжений и тем самым снижается опасность образования трещин.В результате снижения напряжений не 5 образуютсятрещины, которые существенноснижают эксплуатационную стойкость и повышают расход сплошных электродов. Полый электрод расходуется более естествен н ым путем - в дуге электрода. Е го 10 расход и его надежность определяются вбольшей степени электрическими свойствами материала и стойкостью в дуге. Прочностные свойства материала перестают играть определяющую роль в формировании зкс плуатационной надежности электрода, работающего в условиях термических напряжений.Электрическая дуга на торце нижнегоэлектрода, касающегося металла, первона чально возникает в полости ниппельногогнезда, а затем, по мере расходования и электрода, дуга переходит в полость канала.Поскольку горение дуги происходит в полости, она постоянно сфокусирована и направ лена на зеркало металла без существенныхотклонений к стенкам печи. Следовательно, положительные эффекты, способствующие сохранению стен печи, стабилизации дуги, повышению КОД печных агрегатов и т.д., ре ализуются в течение всего времени работысвечи полых электродов.Формула изобретения Электрод для дуговой печи, выполненный в виде цилиндра с аксиальным каналом, 5 переходящим у торца в ниппельное гнездо,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости, аксиальный канал выполнен диаметром, составляющим 0,3 - 0,78 диаметра электрода.,Федот едак Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина аказ 3937 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5