Металлургия » Электрометаллургия стали » Электроды.

Электроды.

 (голосов: 2)
Электроды.Электроды.
Современные дуговые сталеплавильные печи работают преимущественно на графитированных электродах, ежегодное мировое производство которых превышает 1 млн. т. Расход электродов в процессе электроплавки стали определяется их качеством и условиями работы дуговой печи. Снижению расхода электродов способствуют уменьшение пористости, повышение плотности уменьшение содержания золы в электродной массе, снижение удельного электрического сопротивления и увеличение предела прочности электродов.
Печи, снабженные трансформаторами обычной мощности, работают на сравнительно небольших токах (< 45 кА), что позволяет использовать сравнительно недорогие электроды обычного качества. Дуговые печи сверхвысокой мощности работают на очень больших токах (< 100 кА). Для таких печей используют специальные высококачественные графитовые электроды, обладающие низким электрическим сопротивлением, более плотные и прочные, способные выдерживать высокие токовые нагрузки и значительные механические усилия, возникающие при работе трансформатора сверхмощной печи, и менее подверженные поломкам.
До настоящего времени одной из причин недостаточно эффективной работы сверхмощных электропечей является неудовлетворительное качество электродов. В отечественной практике на сталеплавильных печах высокой мощности типа 100 И6-И7, 150-т печах ОЭМК и ВТЗ используются электроды диаметром 610 мм, закупаемые у ведущих зарубежных фирм Японии, США, Англии, ФРГ.
Насыщенный рынок графитированных электродов, их высокая стоимость, рекламный характер проспектных данных по качеству электродов постоянно активизируют проведение сравнительных исследований потребителей электродов, особенно электродов диаметром 610 мм для печей сверхвысокой мощности, что позволяет оптимизировать их потребление.
Исследовали высокоплотные электроды фирм «Tokai», «SDK» и «COVA» и рядовые электроды фирм «UKAR», «NCK», «AGL» и «SEC». Для первой группы электродов характерна повышенная плотность и равномерная пористость, тогда как у остальных электродов наблюдается преобладание крупных пор. Соответственным образом отличаются и свойства высокоплотных и рядовых электродов. Так, основными отличиями высокоплотных электродов являются: пониженное удельное электросопротивление (УЭС); повышенная механическая прочность; пониженная анизометрия свойств параллельно и перпендикулярно оси прессования по показателю УЭС.
По степени совершенства кристаллической структуры Ш можно условно разделить также на две группы. К первой группе относятся образцы фирм «Tokai», «SDK», «UCAR», «SEC». Эти образцы характеризуются большими размерами монокристаллических пластин с незначительной разориентировкой друг относительно друга. Ко второй группе относятся образцы фирм «COVA» и «AGL», которые отличаются разориентацией монокристаллических пластин, что обусловливает повышенное УЭС этих электродов.
Анализ морфологии поверхности графитов также выявил различия исследованных электродов. Так, в группе высокоплотных электродов для электродов фирмы «SDK» характерно наличие протяженных микропор на фоне однородной поверхности. Для электродов фирмы «COVA» наблюдаются ассоциации крупных микропор преимущественно округлой формы. Эти различия обусловливают и различия в анизотропии свойств этих электродов, особенно по УЭС и модулю упругости.
Различия физико-механических свойств исследованных электродов обусловлены различием их кристаллической структуры, микроструктуры, морфологии микропористости. Предпочтительными свойствами исследованных высокоплотных электродов обладают электроды фирм «SDK» и «Tokai», среди рядовых можно отметить электроды фирм «UCAR». «NCK», «SEC». Самые низкие значения механической прочности и высокие значения УЭС имеют электроды фирмы «AGL». Комплекс свойств высокоплотных электродов обеспечивает снижение их удельного расхода при выплавке электростали на 20-35 %.
В России имеется необходимое сырье для производства высококачественных электродов большого диаметра на Новочеркасском электродном заводе. Для этого необходимо на указанном заводе провести:
— модернизацию участка подготовки пекококсовой массы к прессованию, в том числе установку современных дозаторов пека и сухой шихты, нагревателя и распределителя шихты, миксера-термостата;
— замену физически и морально устаревших смесителей АНОД—4 на смеситель интенсивного действия фирмы «Eirich» (Германия);
— установку вибропресса с вакуумированием массы фирмы KHD (Германия);
— пуск построенного блока из четырех однокамерных шахтных
печей для обжига пропитанных заготовок фирмы «Ried-hammer» (Германия);
— установку комплексной линии для пропитки пеком заготовок фирмы «Feist:Incon» (Германия);
— установку современной автоматической линии для механической обработки графитированных электродов.
Высокая стоимость шихтовых материалов и большой расход электроэнергии определяют очень высокую стоимость специальных графитированных электродов для сверхмощных печей (1500-2000 долларов США за 1 т).
В связи с этим в настоящее время затраты на электроды при работе печей обычной мощности для выплавки углеродистых сталей составляют 8 % себестоимости стали, при работе сверхмощных печей такие затраты могут превышать 15 % себестоимости стали. Для улучшения технико-экономических показателей производства металла большое значение имеют мероприятия по снижению расхода электродов на плавку. Расход электродов зависит не только от их качества, но и от конструкции печи, технологических и режимных факторов плавки, температуры и характера атмосферы печи, качества применяемого лома, марки стали, применения топливно-кислородных горелок и т. д.
Суммарный расход электродов на плавку в электросталеплавильном производстве обычно определяют по трем статьям:
1) расход рабочих концов электрода или эрозия торцов электродов (испарение графита в зоне горения дуги и растворение графита в шлаке);
2) расход боковой электродной поверхности (окисление графита с боковой поверхности электродов);
3) промежуточный расход электродов (потери в виде неиспользуемых огарков и вследствие поломок электродов).
Износ рабочих концов электродов может быть описан эмпирической формулой: Q = сР, где Q — износ электродов, кг/ч, в расчете на три электрода печи; с — постоянная. Поскольку большие значения токов характерны для работы с короткими дугами, то можно считать, что износ рабочих торцов заметно усиливается при уменьшении длины дуги. Повидимому, в таком случае усиливается процесс испарения графита в зоне дуги вследствие переноса большего количества заряженных частиц; усиливается процесс растворения графита в шлаке вследствие большей вероятности и большей продолжительности контакта электрод-шлак. Существенное снижение расхода электродов путем уменьшения эрозии торча может быть получено при работе с длинными дугами, т.е. При работе на повышенном вторичном напряжении. Появление и широкое использование водоохлаждаемых панелей в футеровке сверхмощных печей дает возможность эффективно работать на длинных дугах в течение всей плавки и соответственно уменьшить развитие процесса эрозии рабочих торцов электродов. Снижению эрозии торцов электродов может способствовать также уменьшение длительности плавки под током. Расход электродов в результате окисления с поверхности зависит от общей площади их поверхности, подверженной воздействию печных газов, химического состава и скорости перемещения газов относительно электродов, температуры поверхности электродов, общей длительности плавки, степени герметизации печи.
Большие возможности экономии электродов при эксплуатации дуговых сталеплавильных печей представляет вариант с использованием защитных покрытий из алюминия, силикокальция и других веществ на боковых поверхностях графитированных электродов. Процесс был запатентован и впервые внедрен в Болгарии в 60-х годах. В России имеется установка для нанесения А1 на электрод на НЛМК. По более поздним данным экономия электродов 16—23 % для диаметра 610 мм и достигает 27 % тя диаметра 508 мм.
Использование покрытия на основе алюминия и способ его нанесения имеют ряд недостатков по сравнению с другими видами покрытий: относительно низкая адгезия покрытия, дорогостоящие материалы и многостадийность процесса. С учетом условий эксплуатации электродов более целесообразным в качестве покрытий представляется использование карбидообразующих элементов (железо, кремний, хром, титан и др.). Преимущества защитного покрытия на основе ферросплавов перед алюминиевым следующие: более высокая адгезия к графиту, повышенная стойкость к окислению, одинаковые коэффициенты термического расширения материала электрода и покрытия, что определяет термическую стабильность покрытия, в 10 раз ниже его газопроницаемость. Эксплуатация электродов с покрытием на основе ферросплавов в условиях Волгоградского металлургического завода «Красный Октябрь» показала сокращение их удельного расхода на 7—10 % по сравнению с электродами с покрытиями на основе алюминия.
Вследствие невозможности осуществления необходимой подготовки шихты, недостаточной отработки технологии плавки расход электродов в большинстве отечественных электросталеплавильных цехов, оборудованных сверхмощными печами, превышает средний уровень расхода электродов в зарубежных цехах. Особенно высок уровень промежуточного расхода электродов вследствие большого числа поломок.
Фирмой «Krupp» в 1910 г. было предложено использование металлических водоохлаждаемых электродов для дуговых сталеплавильных печей. К началу 70-х годов было найдено рациональное решение идеи водоохлаждаемого металлического электрода. Наиболее простым и надежным из предложенных вариантов оказался составной (комбинированный) электрод, состоящий из верхнего водоохлаждаемого металлического цилиндра, к плоскому нижнему концу которого крепится расходуемый графитированный электрод. К середине 80-х годов наибольшее распространение из числа предложенных конструкций комбинированных электродов получили электроды фирм «Stelco» и «Arc Tecnologie». Эту конструкцию применяют с 1980 г. на заводе в г. Эдмонтоне на двух 80-т сверхмощных дуговых печах вместо графитированных электродов диаметром 500 мм.
Система составных электродов фирмы «Stelco» включает верхний водоохлаждаемый нерасходуемый и нижний активный графитированный участки. Для уменьшения массы верхний участок электрода выполняют полым, воду для охлаждения подают через осевой трубопровод и отводят через кольцевую рубашку, образующую внешнюю часть нерасходуемого цилиндра. Гладкая, точно выполненная наружная поверхность обеспечивает хороший контакт с головкой электрододержателя. Нерасходуемый участок электрода соединен с графитированным при помощи металлического водоохлаждаемого ниппеля, что значительно улучшает контакт этих частей. Графитированный электрод может быть выполнен меньшего диаметра (так как охлаждается через верхний участок) и не требуется обточка внешней поверхности.
Для уменьшения окисления боковой поверхности графитированного участка используют недорогое легко наносимое неэлекгропроводное огнеупорное покрытие. Допустимая длина остаточных концов графитированных участков не менее 50 см; обычно на практике минимальную длину этого участка можно поддерживать равной 0,7-0,8 м.
Печать

РЕКЛАМА

Видео металлургия

Счетчики