Патент на изобретение №2176856

(54) НЕРАСХОДУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ РУДНОТЕРМИЧЕСКИХ И ОБЕДНИТЕЛЬНЫХ МНОГОШЛАКОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ

(57) Реферат:

Нерасходуемый электрод предназначен для электропечей рудной и обеднительной плавок в производстве тяжелых цветных металлов и рудно-термических печей в производстве ферросплавов. Нерасходуемый электрод состоит из токоподводящей части и металлического наконечника с проходящим внутри сквозным осевым каналом с размещенной в нем трубой для подачи восстановительного газа. Токоподводящая часть выполнена в виде скрепленных между собой секций графитированного электрода, труба для подачи восстановительного газа выполнена в виде двух отрезков, причем верхний, заканчивающийся на уровне графитированных секций, сопряжен с металлическим наконечником. Нижняя часть графитированных секций может быть защищена водоохлаждаемым кожухом, а преимущественный материал, из которого выполняется кожух, – медь. Технический результат – электрод обладает повышенной прочностью и улучшенными электрическими характеристиками. 2 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области цветной и черной металлургии и может быть использовано, в частности, на электропечах рудной и обеднительной плавок в производстве тяжелых цветных металлов и руднотермических печах в производстве ферросплавов.

Известны электроды, конструкция которых позволяет защитить нижнюю часть электрода, находящегося в подсводовом пространстве, от окисления отходящими газами за счет покрытия поверхности электрода слоем огнеупорной керамической обмазки (авт. св. СССР N 401024) и рабочего конца электрода от окисления за счет продувки через осевой сквозной канал электрода восстановительного газа (авт. св. СССР N 337019).

Недостатком указанных конструкций электродов является низкая степень их защиты от окисления.

Наиболее близким по технической сущности является конструкция нерасходуемого электрода (Боборин С.В., Русаков М.Р., Мосиондз К.И. “Исследование работы и механизма защиты погруженных в шлаковый расплав электродов при рудной и обеднительной плавке” Доклады совещания “Электротермия-94”, Санкт – Петербург, 1994, с. 162-170). Нерасходуемый электрод состоит из цилиндрического токоподводящего корпуса и наконечника из карбидообразующего материала, жестко соединенных между собой сваркой. К корпусу, выполненному из электропроводного материала, посредством контактных щек подводится электроэнергия, которая по корпусу передается к наконечнику. Корпус электрода представляет собой полый металлический цилиндр, снабженный системой подвода и отвода охлаждающей жидкости. По оси корпуса и наконечника проходит труба, через патрубок которой в расплав подается защитный газ. Для уплотнения между нижним торцом корпуса электрода и верхним торцом наконечника размещаются прокладки из отожженной меди.

Недостатком прототипа является недостаточная электропроводность и стойкость конструкции электрода.

Задачей изобретения является улучшение электрических характеристик и повышение стойкости электрода.

Технический результат достигается тем, что в нерасходуемом электроде, содержащем цилиндрический токоподводящий корпус и соединенный с корпусом наконечник из карондообразующего материала, в сквозном осевом канале которых расположена труба, соединенная с системой подачи защитного газа, согласно изобретению, корпус электрода выполнен из секций графитированного электрода, скрепленных между собой, нижний конец отрезка трубы, находящегося в токоподводящем корпусе, сопряжен с наконечником, а в верхней части трубы расположено стягивающее устройство.

Материал, из которого выполнены графитированные секции, по своим электрическим и прочностным характеристикам превосходит материал, из которого выполнен корпус прототипа (металлический); форма выполнения токоподводящего корпуса в виде цельного цилиндра, собранного из секций графитированного электрода, имеет такие же преимущества по сравнению с полым металлическим цилиндром. Контактная токоподводящая поверхность от корпуса полого цилиндра к наконечнику (по прототипу) меньше, чем поверхность токоподвода между цельным корпусом из секций графитированного электрода и наконечником (по заявляемому техническому решению). Сопряжение нижнего конца отрезка трубы, расположенного в токоподводящем корпусе, с наконечником и расположенное в верхней части трубы стягивающее устройство позволяет достаточно плотно сжать секции в продольном направлении, обеспечив прочность конструкции и плотный контакт, необходимый для прохождения электрического тока, как между секциями, так и между нижней поверхностью графитированных секций и металлическим наконечником. Таким образом, предложенная конструкция нерасходуемого электрода, токоподводящий корпус которого состоит из секций графитированного электрода, по оси которого расположена труба, нижний конец отрезка трубы, расположенный в токоподводящей части, сопряжен с наконечником, а в верхней части трубы расположено стягивающее устройство, позволяет соединить металлический наконечник и графитированные секции в единую жесткую токопроводящую систему, обеспечивающую улучшенный токоподвод к наконечнику и обладающую повышенной прочностью.

Для дополнительного повышения стойкости электрода участок токоподводящего корпуса, находящийся в зоне повышенных температур и интенсивного газовыделения, может быть снабжен водоохлаждаемым кожухом, выполненным в виде цилиндра с определенным диаметром и длиной, обеспечивающими защиту участка токоподводящего корпуса, расположенного в подсводовом пространстве, где происходит наиболее интенсивное разрушение графитированных секций. Графитированная часть электрода, находящаяся в подсводовом пространстве, защищена от разрушения (окисления) как снаружи от агрессивного воздействия отходящих газов, содержащих кислород подсасываемого воздуха (наружная боковая поверхность графитовых секций защищена боковой поверхностью водоохлаждаемого медного кожуха), так и изнутри от незначительного количества кислорода, поступающего вместе с азотом, добавляемого к природному газу для невозможности поступления в выходное сечение сопла шлака при падении давления природного газа (заливка сопла), так как сквозной осевой канал электрода изолирован от дутья стенками металлической трубы.

При внутреннем диаметре водоохлаждаемого кожуха менее 1,02 диаметра электрода нарушается равномерное движение электрода вдоль кожуха из-за перекоса и недостаточного люфта между поверхностью электрода и внутренней стенкой кожуха. При диаметре кожуха более 1,05 диаметра электрода графитированная часть электрода подвергается воздействию отходящих газов, просачивающихся в кольцевую щель между телом электрода и кожуха, что приводит к разрушению графитированной части электрода и внутренней поверхности кожуха.

Длина защищаемой части графитированного электрода зависит от расстояния от торца электрода до поверхности расплава. Экспериментально установленный вылет кожуха в подсводовое пространство определяется неравенством
0,25 < Н_п.с – (Н_р-h_в) < 0,40,
где h_в – вылет кожуха в подсводовое пространство, м;
Н_п.с – расстояние от подины до свода, м:
Н_р – расстояние от подины до уровня, определяемого устройством для поддержания заданного уровня расплава, м.

При величине более заявленной нижний торец водоохлаждаемого кожуха подвергается мощному тепловому излучению от открытых участков поверхности расплавленной ванны, что может привести к прогару стенок торца медного кожуха. При уменьшении заявленной величины нижняя часть графитированной секции оказывается незащищенной из-за недостаточной величины вылета кожуха.

Выполнение водоохлаждаемого кожуха из материала, не образующего магнитный контур (преимущественнее меди), снижает потери электроэнергии на наведение вихревых, токов, что приводит к улучшению электрических характеристик электрода.

На чертеже представлена конструкция заявляемого нерасходуемого электрода. Нерасходуемый электрод включает
– графитированные секции электрода 1, соединенные ниппелями 2 (секции и ниппели имеют осевое отверстие), количество секций и ниппелей определяется требуемой монтажной длиной электрода;
– металлический наконечник из карбидообразующего материала, состоящий из верхней конической 4 и нижней цилиндрической 5 частей с соплом 6. Коническая часть 4 выполнена в виде гнезда с резьбой, в которое ввинчивается ниппель нижней графитированной секции, с двумя соосными сквозными осевыми каналами, из которых в верхний канал вставляется труба 3. Нижняя цилиндрическая часть имеет канал меньшего диаметра, чем диаметр трубы 3, и осевой канал, диаметр которого равен диаметру нижнего осевого канала в верхней части наконечника;
– металлическую трубу 3, проходящую через все графитированные секции и расположенную в осевом канале и закрепленную по резьбе и сварке в конической части наконечника 4;
– устройство 7 для стягивания наконечника и графитированных секций в единую жесткую систему;
– узел подвода газов 9 к трубе 3 в верхней графитированной секции;
водоохлаждаемый кожух 10, выполненный преимущественно из меди.

В верхнее гнездо конуса 4 ввинчивается ниппель с нижней графитированной секции электрода, на нижнюю секцию навинчивается другая секция графитированного электрода. Количество секций и ниппелей определяется требуемой монтажной длиной электрода.

На нижний выступ конической части 4 навинчивается по резьбе цилиндрическая часть наконечника из жаропрочной стали. В гнездо нижнего торца наконечника ввинчивается сопло 6.

Устройство 7 для стягивания верхней (графитированной) части электрода с наконечником выполнено в виде конусообразной крышки-гайки 13 с резьбой, ввинчиваемой в гнездо ниппеля в верхней графитированной секции, и по резьбе на верхний конец цилиндра и дополнительно закрепляемой сверху контрагайкой 8. На крышке 7 имеются две пружины для транспортировки электрода в сборке.

Нерасходуемый электрод работает следующим образом.

Испытания нерасходуемого электрода проводили на укрупненно-лабораторной прямоугольной трехэлектродной электропечи мощностью 225 кВт с размерами печного пространства 1112 х 330 х 850 мм. Два электрода были с металлическим корпусом (по прототипу), а средний электрод – вышеописанной конструкции. На электроплавку поступали шлаки и рудное сырье следующего состава, %: шлаки печи взвешенной плавки (Ni – 0,72, Cu – 0,39, Co – 0,18, Fe – 46,44, SiO₂ – 32, S – 0,70), конвертерные шлаки (Ni-2,1, Cu – 1,20, Co – 0,50, Fe – 41, SiO₂ – 3,0), оборотные шлаки медного завода (Ni – 12,77, Cu – 24,26, Co – 0,23, Fe – 29,54, SiO₂ – 10,85, S – 0,11), руда (Ni – 2,4, Cu – 2,35, Co – 0,10, Fe – 35,7, SiO₂ – 14,90, S – 23,30).

Графитированная часть нерасходуемого электрода состояла из двух секций, общая длина металлического наконечника из антимагнитной стали 12Х18Н9Т – 300 мм, в том числе длина верхней части 100 и нижней части 200 мм. Уровень шлаковой ванны составлял во всех режимах 650 мм, заглубление электродов по прототипу и заявляемому способу было одинаковым в каждом режиме и колебалось от 60 до 240 мм. Высота непогруженной в расплав части наконечника колебалось от 60 до 240 мм.

Результаты испытаний приведены в таблице 1. Из данных таблицы 1 следует, что при использовании водоохлаждаемого медного кожуха с диаметром, меньшим 1,02 диаметра электрода, затруднено перемещение электрода вдоль кожуха. Диаметр кожуха 1,02-1,05 диаметра электрода обеспечивает защиту графитированных секций от действия агрессивных газов и подсасываемого кислорода. Диаметр кожуха более 1,05 диаметра электрода не обеспечивает надежной защиты графитированных секций в подсводовом пространстве. При величине вылета кожуха в подсводовое пространство менее заявленной увеличивается боковая поверхность металлического наконечника, не защищенная водоохлаждаемым кожухом, что увеличивает скорость окисления этой части наконечника. При превышении величины вылета кожуха по сравнению с заявляемой нижний торец водоохлаждаемого кожуха подвергается мощному тепловому излучению от открытых участков поверхности расплавленной ванны, что может привести к прогару стенок торца медного кожуха.

Формула изобретения

1. Нерасходуемый электрод для рудно-термических и обеднительных многошлаковых электропечей, включающий цилиндрическую токоподводящую часть, соединенную с металлическим наконечником из карбидообразующего материала, через которые проходит сквозной осевой канал с расположенной в нем трубой, отличающийся тем, что токоподводящая часть выполнена в виде набора секций графитированного электрода, участок трубы, расположенный в токоподводящей части, нижним концом сопряжен с наконечником, а в верхней части трубы установлено устройство для стягивания наконечника и графитированных секций в единую жесткую систему.

2. Нерасходуемый электрод по п.1, отличающийся тем, что графитированные секции снабжены цилиндрическим водоохлаждаемым кожухом, имеющим диаметр 1,02-1,05 диаметра электрода, а вылет кожуха в подсводовое пространство определяется неравенством
0,25<Н_п.с-/Н_р+h_в/<0,40,
где Н_п.с – расстояние от подины до свода, м;
Н_р – расстояние от подины до уровня, определяемого устройством для поддержания заданного уровня расплава, м.

3. Нерасходуемый электрод по п.2, отличающийся тем, что водоохлаждаемый кожух выполнен из материала, не образующего магнитный контур, например меди.

РИСУНКИ

PD4A – Изменение наименования обладателя патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

(73) Новое наименование патентообладателя:

Общество с ограниченной ответственностью “Институт Гипроникель” (RU)

Адрес для переписки:

195220, Санкт-Петербург, а/я 180, начальнику отдела информации и патентования ООО “Институт Гипроникель” А.К.Евграфовой

Извещение опубликовано: 10.06.2007 БИ: 16/2007