Углеродсодержащая масса для самообжигающихся электродов

ф. Вел и Г.А. Дунае ретенв Крысиного. Знаменитут непропетровский ордена Трудово металлургический ин(54) УГЛЕРОДСОДЕРВЧЦАЯ МАССДЛЯ САИООБЖИГАИЩИХСЯЭЛЕКТРОДОВ ксоИзобретение относится к области ,электротермических процессов, в частности к электрометаллургии Ферросплавов, цветных металлов и сплавов, к электротермии Фосфора, карбида каль" ция и др., и предназначено для исполь"ю зования при изготовлении непрерывных самообжигающихся электродов рудовос" становительных электропечей.Самообжигающиеся электроды полу" чили широкое распространение при вы" плавке Ферросплавов, стали, чугуна и др. в связи с увеличением единич" ной мощности дуговых печей и вслед" ствие сравнительно низкой стоимости электродной массы самообжигающихся . электродов по сравнению с угольными и графитированными электродами,Непрерывные самообжигающиеся элект" роды изготавливают непосредственно на действующих печах путем заполнения ме" таллического кожуха углесодержащей массой; Важной особенностью самообжи" гающихся электродов является то, что все физико-химические процессы ко вания, обжига и графитации углеродо" содержащей массы, обуславливающие экс. плуатационную стойкость электрода, протекают в широком интервале темпе" ратур непосредственно во время работы электрода в печиТак, от комнатной температуры и вплоть до температуры плавления входящегр в состав электродной массы свя" зующего, масса находится в электродном кожухе в виде кусков, а при температуре, превышающей температуру плавления связующего вещества, масса расплавляется и заполняет кожух.По мере расходования в ванне печи самообжигающийся электрод проходит че" рез электроконтактный узел, где про" исходит коксование связующего и обжиг электрода до 1000 С и выше.Эксплуатационная стойкость самооб" жигающихся электродов определяется комплексом электротехнических, тепло" физических и механических свойств ра3 990740 бочего конца электрода, которые, в свою очередь, в значительной степени зависят от состава углеродсодержащих электродных масс.Условия эксплуатации самообжигающихся электродов рудовосстановитель" ных электропечей дают, предпосылки возникновению процессов сегрегации компонентов электродной массы . Причи" ной расслоения компонентов является р оседание крупных фракций антрацита, перемещение которого в расплавленной углеродосодержащей электродной массе происходит за счет воздействия сил гравитации. 1Известна углеродсодержащая масса 1 3 для самообжигающихся электродов, включающая, вес.Ф:Термоантрацит 25-50Кокс 25" 50 26Карбид кремния 1-20Каменноу гольныйпек 18" 2 чОднако, в такой электродной массе велико влияние процессов сегрегации 25 твердых компонентов на формирование рабочего конца электрода. Это приводит к анизотропии свойств рабочего конца и, следовательно, к его низкой эксплуатационной стойкости, Кроме зв. того, здесь велика доля дорогрстоя"щих и дефицитных термоантрацита и кок" са которые, в основном, определяют1себестоимость электродных масс. 4приводит к обрывам электродов по скок"сованной части.Кроме этого, в указанной электродной массе используются деФицитные идорогие термоантрацит и кокс, опреде"ляющие, в основном, себестоимостьмассы,Целью изобретения является увеличе"ние эксплуатационной стойкости самообжиГающихся электродов за счет уменьшения процессов сегрегации твердыхкомпонентов углеродсодержащей электродной массы при формовании и их удешевление.Поставленная цель достигается тем,что углеродсодержащая масса для само"обжигающихся электродов, включающаятермоантрацит, кокс, карбид кремния,монокарбид титана и каменноугольныйпек, дополнительно содержит пирит приследующем соотношении компонентов,вес.Ф:Термоантрацит 18-30.Кокс 15-30Карбид кремния 1-22Ионокарбид титана 1-22Каменноугольныйпек 18- 8Пирит 1" 18Выбор пирита (Геб) в качествекомпонента, улучшающего эксплуатационную стойкость самообжигающегося электрода, способствующего уменьшению процессов сегрегации твердых компонентов углеродсодержащей массы и позволяоцего снизить себестоимость массы,обусловлен следующим. Наиболее близкой по. составу ингре-диентов к предлагаемой является угде"родсодевжащая масса Г 2 1, содержащая, вес.4:Термоантрацит 25-30Кокс 25-30Карбид кремния 1 "20 Ионокарбид титана 1-20Каменноугольныйпек 18"28Ионокарбид титана в качестве до" 4 бавки к основной углеродсодержащей массе повышает эксплуатационную стойкость электродов.Однако известная электродная мас" са в значительной степени подвержена в процессам сегрегации, происходящим вследствие разности удельных весов термоантрацита и пека и возрастающим пропорционально уменьшению вязкости пека, Это обуславливает формирование фз рабочего конца электрода с весьма различными Физико-механическими характеристиками отдельных участков и Сера пирита, являясь сильным ка" тализатором полимеризации, играет роль акцептора свободных радикалов ингибитора конденсации . Следовательно, при низких температурах пиритная сера спо" собствует протеканию процессов полимеризации за счет образования сульфогрупп, которые термически неустойчивы и с повышением температуры улетучи" ваются, тем самым более полно вовпекая в процесс коксования легкокипящие фракции и обуславливая формирование более плотной структуры рабочего конца самообжигающегося электрода. К то" му же, в процессе коксования пирит.- ная сера способствует молекулярному структурированию и, следовательно, снижению окисляемости рабочего концаэлектрода за счет уменьшения воздей" ствия окислительных газов на колоани5 990740 6 яет сохранить рас" :уменьшение содержания дорогостоящихсамообжигающегося термоантрацита и кокса компенсируетсяв эквивалентном количестве по вес,4 пирита образуется введением в электродную массу пири- " более 50 ат.б се" э та " более термостойкого и дщевого а проходит три эта" материала по сравнению с термоантра"процесс не сопро- цитом, повышающего в целом физико" ревращением. Сохра" ;механические свойства углеродсодержалическая фаза, по" щей массы 1 табл. 2 ); введение пирита ся серой. Следова Аотходы ) вместо дорогостоящих термо"диссоциации воз" ,антрацита и кокса снижает себестоиердого раствора же" мость электродной массы на 4 руб/т. ирите. 8 ерхние пределы содержания термоантрацита и кокса являются наиболеедвухкомпонент 13 оптимальными для возможности введениянде сированной и в электродную массу других компоненсистема располага"свободы, 8 этих увеличение содержания карбида кремдиссоцици" зави" ния более 22 повышает электросопро"са раствора 26 тивление электродных масс, а при его и состава растводной кристалли ческая стойкость электрода" ю. Составы фаз поч- Содержание монокарбида титана в ма одновар"антна. . предлагаемом составе углеродсодержа"диссоциация сновав щей массы должно находиться в преде" двухвариантной лах 1-223. При содержании его менеезуется обеднением 1 Ф снижается стоикость электрода, аповышение доли монокарбида титана бо" дестРУкции пРоис" лее 223 не приводит к дальнейшему из" социация пирита, Зв менению свойств электродных масс,ке печи, что позволходные коэффициентыэлектрода.При диссоцнациипродукт, содермащииры. При этом системпа, На первом этапевождается фазовым пняется одна кристалстепенно обедняющаятельно, сначала приникает фаза типа твлеза (или Ге 5) в пПри существованиной системе одной кодной газовой фазыет двумя степенямиусловиях упругостьсит от температурыНа втором этапекает с превращениемческой фазы в другути постоянны. СистеНа третьем этапевступает в условиясистемы и характеритвердого раствора сеПри термическойходит не только дисно и его химическое взаимодействие с различными углеродные компонентами углеродсодержащих электродных масс, способствуя тем санам формированию рабочего конца самообжигающего элект 3рода с высокими эксплуатационными.характеристикаэе.Неханизм влияния на эксплуатационную стойкость электрода пирита и совместно карбида кремния и монокарбидавтитана различный. Повышение эксппуата" ционной стойкости электрода за счет взаимодействия пека с серой пирита достигается при относительно низких температурах 1 250-450 С ) в некоксоФ4%ваннои массе.При этом повышаотся адгезионные характеристики пека и уменьшаются нежелательные процессы сегре" гации.8 предлагаемом составе по сравнению с известным для снижения себесто".Яимости массы и воэможности введения пирита, уменьшены нижние пределы со" держания термоантрацита и кокса со" ответственно с 25 до 183 и с 25 до153, см, табл. 1 ).Это .не повлечет за собой ухудшения физико-механических характерис" тик электродной массы, поскольку Положительное влияние карбида крем" ния и монокарбида титана на повышение физико-механических характеристик электродных масс достигается, в основном, за счет, положительного воздей" ствия карбидов на процесс графитации, на снижение реакционной способности и т.д.действие карбидов начинается при температуре 1300 С и выше ).Одним из факторов обеспечения высокой эксплуатационной стойкости самообжигающихся электродов является оптимальное содержание связующего в составе .электродных масс, Иноголетней практикой установлено, что содержа" ние связующего должно составлять 18" 28. Электродная масса с содержанием каменноугольного пека более 283 тре" бует значительных затрат энергии на коксование электрода, не обеспечивает оптимального уровня и положения зоны коксования, Уменьшение количества пека менее 183 не обеспечивает прочной связи компонентов между собой, резко снижает физико-механические свойства самообжигающагося электрода.Содержание пирита в предлагаеюм составе углеродсодержащей электродной7 99074массы должно находиться в пределах ю1" 181. Уменьшение доли пирита менее1 Ф не оказывает существенного влияния щна свойства электрода.% Таблица Составы электродных масс, вес.Ф:аааа аааа 2 3 4 5 6 7 Компоненты 8 9 20 25 18 2030 23 15 161 10 18 8 Термоантрацит 25 30 20 35 30 35 16 Кокс 0,5 20 22 Карбид кремни 1. 10 Ионокарбидтитана 20 1 15 8 11 15 17 18 22 0,5 . 100,5 20 Пирит Каменноуголь"ный пек 18 26 17 30 28 18 20 28,5 23 Таблица 2 Показатели свойств электродных масс Свойстваэлектродных масс 4 5,6 7 8 9 Механическая прочность на разрыв, ИПа 24,8 24,2 25,8 23,9 25,1 25 2 25 4 22 3 24 5 Удельное элект- росопротивление, 10Ом м 87,2 88,7 82,6 86,8 86,2 84,9 84,2 94,3 88,1 Повышение доли пирита более 18 не приводит к дальнейшему значитель" ному изменению свойств углеродсодержа" щих электродных масс.Приготовление электродной массы 1 О указанного компонентного состава осу" ществляют следующим образом.Твердые исходные компоненты углеродистой электродной массы термоантрацит, кокс, карбид кремния, моно"м карбид титана, пирит ) дробят, рассеивают по фракциям, дозируют и перемещива" О, 8т в обогреваемых паром шнековых порогревателях при 130 а 150 С, Затем сме" анные твердые компоненты поступают в смеситель, куда одновременно подается соответствующее количество каменноугольного пека, и осуществляется тщательное перемещивание. После смесите" ля углеродсодержащая .электроднал масса поступает на формовочную машину, где ее формируют в брикеты и по транспортеру подают в короба, в которых и доставляют в плавильные цеха для загрузки в электроды.Составы углеродсодержащих масс и свойства полученных углеродных масс в сравнении с известными представлены в табл. 1 и. 2 соответственно.990740 10 Продолжение табл. 2 Показатели свойств электродных масс Свойстваэлектродныхмасс 1 2 3 4 5 6 Критерий термостойкости, Вт/м 1344 1280 1490 1305 1370 1390 1410 1070 1305 Склонность к 35,2 34,5 34,0 33,1 25,3 24,5 23,4 23,0 22,8 сегрегации, мм/ч ею и тетю ипею е т Формула изобретения ТермоантрацитКоксКарбид кремнияИонокарбид титана 18" 30, 15-30 1-22 1-22 Испытания электродов проводят наоднофазной печи мощностью 140 кВАпри. выплавке углеродистого ферромарганца. С каждым электродом проплав"лено по 200 кг шихты одинакового состава при постоянном расходе электро-.энергии и постоянной мощности,иПолученные обожженные образцы опыт ных электродных масс подвергались. технологическим испытаниям согласноТУ 48-12"8-72.Для определения склонности твердых компонентов к сегрегации от каж"дой партии массы отбирали усредненную пробу весом 3 кг и расплавляли втигле высотой 500 мм и диаметром60 мм, На поверхность массы помещалиобразцы термоантрацита в форме куба35со стороной 20 мм. Иассу нагревалидо 250 С и выдерживали в атмосфереСО в течение 5 ч, Затем массу охлаж"дали до комнатной температуры и опре"деляли положение образцов термоантрацита Склонность массы к сегрегацииопределяли по скорости перемещения об"разцов.Склонность к сегрегации определяли по скорости перемещения частицтермоантрацита фракции 20 мм в электродной массе при 250 С.Результаты опытов свидетельствуют,что при 250 С скорость перемещениякрупных фракций термоантрацита для50электродных масс с содержанием пирита0,5"18 вес.Ф снижается с 35,2 до22,8 мм/ч по фракциям 20 мм ).Как следует из данных табл, 2, наиболее оптимальным можно считать содержание пирита в электродной углеродсодержащей массе в пределах 1-18,поскольку в этих пределах достигает" ся наилучшее соотношение между содержанием пирита в массе и интенсивностью подавления склонности твердых комка" нентов к сегрегации.Таким образом,в предлагаемой элект" родной массе по сравнению с извест" ной снижена склонность компонентов к сегрегации в среднем на 303, что способствует увеличению эксплуатационной стойкости электродов на 6-8, Введение пирита вместо дорогостоящих термоантрацита и кокса снижает себе" стоимость электродной массы на 4 руб, на 1 т массы.Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения предлагаемой. угле. родсодержащей электродной массы со" ставит 176000 руб в год, При макси" мальном объеме использования массы " 1000000 руб/год. Углеродсодержащая масса для самообжигающихся электродов, включающая термоантрацит, кокс, карбид кремния, монокарбид титана и каменноугольный пек, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения эксплуатаци" онной стойкости электродов за счет уменьшения процессов сегрегации твер" дых компонентов при формовании, и удешевлении, она дополнительно содержит пирит при следующем соотношении ком" понентов, вес.ФКаменноугольныйпек18-28Пирит 1-18Источники информаципринятые во внимание при экспертизе990740 2. Авторское свидетельство СССРН 715647, кл. С 25 В 11/12, 1978. 12 1. Авторское свидетельство СССР Е 60 О 2 Ц, кл. С 25 В 11/12, 1975,Составитель В. Соколова Редактоо Н. Егорова ТехоедЛ.Пекарь Коооектор Л. Бокаан ае аеэ 6 а Заказ 45/33 Тираж 620 Подписное ВНИИПИ Государственного конитета СССР по делам изобретений и открытий 11300 М Москва ВРачаская наб. д, 4/5ааеВ а Ф 5 е еееее5 а еа а а аеафилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Ч