Углеродсодержащая шихта для крупногабаритных графитированных заготовок

/04 С 04 В ЗБДг СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)ог) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНк авторско свидетельству(71) Государственный научно-исследовательский,проектный и конструкторский институт электродной промышленности(72) Зареченский ЕТШадрина ЕПфокин В,П.Липаткин Ю.Н; Мордухович Б.ШКоломиец ВА;Журавлева НД; Дементьева ЛА"Производство графитированных спецэлектродови ниппелей на игольчатом коксе" Новочеркасского электродного завода - Новочеркасск 1987,л. 28, 29.(54) УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩАЯ ШИХТА ДЛЯКРУПНОГАБАРИТНЫХ ГРАФИТКРОВАННЫХЗАГОТОВОК(57) Использование: производство крупногабаритных графитированных электродов для выплавки электростали в металлургии, Сущность изобретения; углеродсодержащая шихта для крупногабаритных графитированных заготовок включает прокаленный игольчатый кокс крупной (16 - 4 мм) средней (4 - 0,071 мм) и мелкой (ниже 0,071 мм) фракций, оксид железа (3+) и каменноугольный пек при следующем соотношении фракций игольчатого кокса в шихте, мас 96: 16 - 4 мм 11- 19 мм; ниже 0,071 мм 12 - 16; 4 - 0,071 мм - остальное, и содержит компоненты в следующих соотношениях мас 96; оксид железа (3+) 0,1 - 0,5, каменноугольный пек 19 - 23, игольчатый кокс с оценкой микроструктуры 5,2 - 62 балла - остальное. Указанные компоненты шихты перемешивают при 120 С, охлаждают до 90 й 5 С, прессуют заготовки из приготовленной шихты на прошивном прессе, обжигают в камерной печи в углеродной засыпке до 1250 + 70 С и графитизируют в электрической печи при 2500 - 2800 С. 2 табпболее и снижение коэффициента термического расширения электродного графита.Указанная цель достигается тем, что углеродсодержащая шихта для крупногабаритных графитированных заготовок включает прокаленный игольчатый кокс крупной 16 - 4 мм, средой 4-0,071 мм и мелкой - ниже 0,071 мм фракций, каменноугольный пек и оксид железа (3+) при 10 следующем соотношении фракций игольчатого кокса в шихте, мас.%:16 - 4 мм . 11 - 19 Ниже 0 - 0,071 мм 12 - 16 4 - 0,071 мм Остальное 15 и содержит компоненты при следующих соотношениях, мас.%:Оксид железа (3+) 0,1-0,5 Каменноугольный пек 19-23 Игольчатый кокс с оцен 20 кой микроструктуры5,2-6,2 балла Остальное Предлагаемая шихта обеспечивает максимально возможное снижение упругих напряжений при прессовании заготовок. Это 25 достигается, с одной стороны, использованием в шихте меньшего количества наиболее упругих мелких фракций (-0,071 мм) кокса, с другой стороны, упругие свойства оставшегося количества мелких фракций 30 (12 - 16%) гасятся за счет повышенного количества пека в связующей пасте связующая паста в данном случае состоит из мелких фракций кокса -0,071 мм, высшего оксида железа (РегОз) и пека. В результате на тер мические переделы поступает более "спокойная" прессованная заготовка с наименьшей концентрацией упругих напряжений, соответственно до минимума снижается вероятность их реализации через 40 трещинообразование при термообработке(обжиге и графитации). Кроме того, предлагаемая шихта за счет уменьшения доли мелких фракций при термообработке обеспечивает наименьший выход коксового 45 остатка из связующей пасты. Посколькукокс связующей пасты имеет более высокие значения коэффициента термического расширения, уменьшение его количества в заготовке, связанное са снижением упругих 50 напряжений, одновременно приводит к снижению коэффициента термического расширения графита. Изобретение относится к составам углеродистых материалов для производства крупногабаритных графитированных электродов, предназначенных для выплавки электростали, и может быть использовано в электродной подотрасли металлургии.Известна шихта для графитированных электродов, содержащая, мас,%:Прокаленный малосернистцй игольчатый коксс оценкой микроструктуры 5,6 - 6,5 балла 71,3 - 81,7 Каменноугольный пек 18 - 26Отходы металлургического производства наоснове окиси железа(97 - 99%) с удельной поверхностью 1,83,8 м /кг 0,3-2,7при содержании фракции игольчатого кокса ниже 0,071 мм до 75 - 80 мас.%.Однако грансостав этой шихты невозможно распространить на шихту для крупногабаритных электродов, так как в силу высокого содержания наиболее упругих фракций игольчатого кокса не создается условий для достаточной компенсации упругих и термических напряжений в электродных заготовках на технологических переделах. Вследствие этого в заготовках происходит зарождение и рост трещин, что приводит к снижению выхода годных заготовок.Кроме того, она не реализует предельно возможный низкий коэффициент термического расширения графита, предусмотренный использованием игольчатого кокса.Известна шихта для крупногабаритных графитированных электродов, включающая крупные, средние и мелкие фракции прокаленного игольчатого кокса, каменноугольный пек и высший оксид.железа при следующем соотношении, мас.%:Прокаленный игольчатый кокс . 78,5 - 80,7 В том числе по фракциям:крупные 4 - 8 мм10,0 - 18,0 мелкие - 0,071 мм 16,4 - 22,0 средние 0,072 - 4 мм Остальное Каменноугольный пек 19,0 - 23,0 Высший оксид железа 0,3 - 0,5При производстве графитированных электродов диаметром 500 - 610 мм из этой шихты брак по трещинам составляет 13- 24%а коэффициент термического расши рения недостаточно низок.Цель изобретения - уменьшение трещинообразования при изготовлении графитированных электродов диаметром 500 мм и П р и м е р 1. Готовят шихту, состоящую из нефтяного игольчатого кокса с оценкой микроструктуры 5,5 балла и содержанием серы 0,37% среднетемпературного каменноугольного пека ГОСТ 10200 - 73) и тонкодисперсного оксида железа Ге 20 з (ТУ 6 - 10 - 602-86) при соотношении компонен 1790136тов, мас.: 78; 21,7 и 0,3 соответственно, Гранулометрический состав коксовых частиц, мас.:Круйных 4 - 16 мм 15.Мелких -0,071 мм 14Средних 0,071-4 мм Остальное Подготовленную шихту перемешивают в смесителе типа "Анод - 4" вместимостью 2000 кг при 120 + 5 С, охлаждают в миксере до 90 + 5 С, затем на прошивном прессе усилием 6300 кг выпрессовывают заготовки электродов диаметром 555 мм,Заготовки обжигают в камерной печи с газовым обогревом с использованием угле- родной пересыпки. Конечная температура в подсводном пространстве печи (1250+50)С. Графитируют заготовки при 2500-2800 С в печи Ачесона с источником питания постоянного тока. удельный расход электроэнергии 4500 кВт.ч на тонну заготовок. Заготовки охлаждают вместе с печью, выгружают и определяют количество заготовок, бракуемых по трещинам. На образцах графита, отобранных из ниппельного гнезда годных заготовок, определяют коэффициент термического расширения.П р и м е р 2. Процесс повторяют по примеру 1, но берут пековый игольчатый кокс с оценкой микроструктуры 5,7 балла, содержанием серы 0,22. Соотношение кокса, пека и ГегОз 80,5:19,0:0,5 (мас.;6). Гранулометрический состав фракций кокса, мас. ;Крупных 4-16 мм 19Мелких 0,071 мм 12Средних 0;071-44 мм Остальное Изготовляют графитированные электроды диаметром 610 мм..П р и м е р 3. Процесс проводят по примеру 1, но берут нефтяной кокс с оценкой микроструктуры 5,2 балла, содержанием серы 0,41, Соотношение компонентов кокса, пека и РегОз 76,9:23,0:0,01 (мас.). Гранулометрический состав фракций кокса, мас о Крупных 4-16 мм 11Мелких - 0,071 мм 16Средних 0,071-4 мм Остальное Изготовляют графитированные электроды диаметром 500 мм.П р и м е р 4, Процесс проводят по примеру 3, но при соотношении кокса, пека и РегОз 80;9:19,0:0,1 (мас, ). Гранулометрический состав фракций кокса, мас.:4 - 16 мм 11Ниже 0,071 мм 12. 0,071 - 4 мм ОстальноеП р и м е р 5. Процесс проводят по примеру 1, но при соотношении кокса, пека и Гегйз 76,5:23:0,5 (мас,). Гранулометрический состав фракций кокса, мас.:4 - 16 мм 19Ниже 0,071 1650,071 - 4 мм ОстальноеП р и м е р 6, Берут нефтяной игольчатыйкокс, по качеству аналогичный используемо- .му в примере 3. Готовят по примеру 1 шихту,состоящую из кокса, пека и добавки ГегОз10 при соотношении (мас.) 74,7:25;0,3 соответственно. Гранулометрический составфракций кокса, мас,:Крупных 4 - 8 мм . 10Мелких -0,071 мм 2215 Средних 0,071 - 44 мм ОстальноеПрессуют, обжигают и графитируютэлектродные заготовки диаметром 500 мм,как в примере 1,П р и м е р 7. Процесс проводят по20 примеру 1, но при соотношении кокса, пекаи РегОз 82:17;1 (мас.Я,), соотношении крупных, мелких и средний фракций кокса20:11:51 (мас. ) (в пересчете на всю шихту).П р и м е р 8, Процесс проводят по25 примеру 2, но при соотношении кокса, пекаи РегОз 7,5:22:0,5 (мас.), соотношениикрупных, мелких и средних фракций кокса23,0;17,0:37,5 (мас,6) в пересчете на всюшихту.30 Сравнительные характеристики шихт играфитированных загбтовок представленыв табл.1, результаты разбраковки и определения коэффициентов термического расширения графитов на основе шихт,35 используемых в примерах 1 - 8 - в табл.2.Количество крупнозерновых фракций4-16 мм игольчатого кокса в предлагаемойшихте ограничено, с одной стороны, необходимостью формирования электропроводя 40 щего каркаса (не менее 11) с другойстороны, не более 19 - ингибирующейвозможностью продуктавззймодействияпека по нижнему пределу и наибольшегоколичества добавки егОз, т.е, их коксового45 остатка.Выход за указанные пределы компонентного состава предлагаемой шихты не приводит к достижению поставленной цели.При дальнейшем уменьшении в шихте доли50 мелких фракций игольчатого кокса (-0,071мм) до мейее 12,0 мас. с соответственнымуменьшением пека до менее 19,0 мас. иувеличением крупных фракций 4 - 16 мм до.более 19,0 мас. и ГегООз до более 0,555 количество связующей пасты становитсянедостаточным как.для цементации зернового каркаса, так и для ингибирования возрастающего необратимого формоизменения заготовок на пределе графитации засчет превышения дЬли крупных фракций1790136 Таблица 1 Сравнительная характеристика шихт известных и заявляемой Заявляемая Состав шихты и наименование показателей .Шихта по техпроцессу 4803-67-8743,2-47,8 16,8-22,6 33,1-49,5 29,8-36,8 52 - 55,914,0-19,4 Фл%М МФВфФ 6 5,6 - 6,5 балла 5,2-6,2 балла Каменноугольный пек Оксид железа (3+)37,4-39,7 50-52,6 58-62 игольчатого кокса. Повышение доли ингибирующей добавки Ге 20 з до более 0,5(, к увеличению ингибирующего эффекта не приводит, так как ингибирующий эффект создает продукт взаимодействия пека и ГезОз при меньшем количестве пека, чем необходимо. Формоизменение при графитации приводит к росту термических напряжений и растрескиванию заготовок. Брак графитированйых заготовок по трещинам превышает 30, что свидетельствует о непригодности такой шихты. В связи с этим коэффициент термического расширенияграфита не определен.При увеличении доли наиболее упругих мелких фракций,071 мм игольчатого кокса до более 16 с соответственными увеличением пека более 23; с одновременным уменьшением крупных фракций 4 - 16 мм, до менее 11 и добавки РерОз до менее 0,1 возрастают некомпенсируемые упругие напряжения в прессованной заготовке при наГрансостав шихты, мас,4 - 6 мм 4 - 8 мм 4-16 мм 0,071 - 4 мм ниже 0,071 мм Компонентный состав, мас.Прокаленный игольчатый кокс с оценкой микроструктуыгреве, активирующие образование термических напряжений, реализующихся трещинообраэованием. Это приводит к повышенному браку графитированных заго тонок(брак может достигать 30), возрастает доля кокса их связующей пасты, коэффициент термического расширения вдоль оси прессования составляе 1,8010 град, перпендикулярно оси -2,8510 град 10 (примеры 8 и 6).Данные табл. 1 и 2 подтверждают целесообразность соотношения гранулометрии кокса в предлагаемой шихте. При ее использовании брак по трещинам электродных за готовокснижен на 61-88 отн. всравнениис шихтой-прототипом, которая одновременно является и базовым объектом, Коэффициент термического и базовым объектом.Коэффициент термического расширения 20 графита вдоль оси прессования снижен на18 - 34 отн, перпендикулярно оси прессования - на 11-28.Шихта по техпроцессу 480367-876,5 - 7,5 3,5-3,8 7,8 - 12,5 3,7 - 4,1 Таблица 2 Качественные характеристики графитированных заготовок и злектродов диаметром 500-610 мм на онсове заявляемой шихты и щихты с выходом за указанные пределы содержания компонентовСоотношение фракций кокса крупные; мел-. кие: средние(мас,Я Свойства кокса Соотношение компонентов При- мер КоличеВыходкокса из КТР графитахо,г а Брак гра- фитиро- ванных Количество пеДиаметрэлектрода, мм ство связующейпасты,мас. Оценка микро- структуры, балл связующей пасты,перпенг дикулярно оси парал- лельно кокс; пек: РезОз (мас. )кав связующей пасте, отн,заготовок,78,0:21,7:0,380,5:19,0:0,5 76,9;23,0,0,1 80,9.19,0:0,1 76 5:23 0:0,5 15,0:14,0:49,0 19, о,12, О:49,5 11,0:16,0:49,9 1 1,0:12,0:57,9 1 9.0: 1 6,0:41 5 0,37 о,гг 0,41 0,41 О,З 7 5,5 5,7 5,2 5,2 55 1,ЗО 1,го ,40 1,41 128 ЗВ,О 39,1 31,1 З 95 ВО,З 61,9 58,8 61,1 582 25,2 22,0 27,6 280 555 500 500 555 3,8 5,0 3,0 3,5 40 2,30 21,0 г,40 2,35 гг 1 Зап е ельные показатели шухты по соотношению компонентов и г ан лом ии В 747:250:03 10,0:22 0:42,7 041 52 47 Э 52 9 Э 4 В 500 127 1 80 2,85 7 820:170;10 200:11,0;510 037 5,5 290 58,6 205 555 327 Нерп е еляли Зап е ельные показатели шихты по н ломет ии В 775:гг о:05 23,0.17,0.375 о гг 5 7 з 95 557 гв 5 81 о г 40 162 г 74 Остальное Брак графитированных заготовок по трещинам, абс, Коэффициент термического расширения графита, х 108град 1И оси1 осиОбъемная плотность графита, г/смУдельное электросопротивление, мкОммМехпрочность, Мпапри изгибепи аз ыве формула изобретенияУГЛЕ РОДСОДЕРЖАЩАЯ, ШИХТА ДЛЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ГРАФИТИРОВАННЫХ ЗАГОТОВОК, включающая прокаленный и игольчатый кокс круп- ной, средней (4 - 0,071 мм) и мелкой (ниже 0,071 мм) фракций, оксид железа (3) и каменноугольный пек, отличающаяся тем, что, с целью снижения трещи-. нообразования и коэффициента термического расширения графитированных заготовок электродов диаметром 500 мми вь 1 ше, она содержит игольчатый кокс с оценкой микроструктуры 5,2 - 6,2,балла и в качестве крупной фракции:игольчатого .кокса фракцию 16 - 4 ммпри следующем соотношении фракций25игольчатого кокса в шихте, мас.:16-4 мм 11 - 19Ниже 0.071 мм 12-164 - 0,071 мм Остальноеи содержит компоненты при следую 30 щих соотношениях, мас,о:Оксид железа 3+) 0,1 -0,5Каменноугольный пек . 19 - 23Игольчатый кокс с оценкоймикроструктуры 5,2 - 6,2,35 балла