Способ повышения стойкости графитированных электродов к окислению при высоких температурах

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ ГРАФИТИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ К ОКИСЛЕНИЮ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ(71) Заявители Республиканское унитарное предприятие Белорусский металлургический заводОткрытое акционерное общество Новочеркасский электродный завод(72) Авторы Фокин Владимир Петрович Маточкин Виктор АркадьевичИсхаков Рашид АбдулРакибовичКоробов Виктор КузьмичДьяченко Вячеслав ИвановичГрудницкий Олег МихайловичЛепендин Николай АндриановичОбыденная Нина Павловна(73) Патентообладатели Республиканское унитарное предприятие Белорусский металлургический заводОткрытое акционерное общество Новочеркасский электродный завод(57) Способ повышения стойкости графитированных электродов к окислению при высоких температурах, включающий поверхностную обработку электродов водным раствором, содержащим аммониевую соль фосфорной кислоты и борную кислоту, отличающийся тем,что используют раствор, содержащий в качестве аммониевой соли фосфорной кислоты диаммоний фосфат при следующем соотношении компонентов, мас.диаммоний фосфат (4)24 5-15 борная кислота 3-10 вода остальное. Изобретение относится к электротермии, в частности к графитированным электродам дуговых электрических печей, и может быть использовано в трехфазных дуговых электропечах при производстве стали и цветных металлов. Известно, что при эксплуатации графитированных электродов на дуговых электропечах наблюдается износ боковой поверхности электродной свечи за счет интенсивного окисления графита при высоких температурах под воздействием газов-окислителей. Износ боковой поверхности электродной свечи приводит к уменьшению ее диаметра в рабочей части и увеличению на этом участке свечи плотности тока. Это особенно негативно сказывается на работоспособности ниппельного соединения. Указанные факторы приводят к 11708 1 2009.04.30 повышенным термическим напряжениям, образованию трещин, опаданию огарков и, в конечном итоге, значительному повышению удельного расхода электродов. Известен способ защиты электродов 1, опробованный в полупромышленных условиях, в котором, с целью снижения окисляемости, на графит путем электроосаждения наносится композиционное покрытие на основе кремния и вольфрама, а для уменьшения электросопротивления - защитное покрытие на основе электролитической меди. Основными недостатками предлагаемого способа являются высокая стоимость используемых компонентов, сложная аппаратура и методика нанесения, затрудняющие применение данного способа непосредственно на дуговых сталеплавильных печах (ДСП) в производстве. Известен также способ защиты угольных и графитовых электродов от окисления 2, в соответствии с которым для повышения стойкости графитовых электродов к окислению предполагается проводить обработку электродов водным раствором полифосфата натрия с концентрацией 18-20 мас.и малеиновой кислоты с концентрацией 0,05-0,1 мас.при 90-100 С. К недостаткам данного способа следует отнести малоэффективную защиту электродов от окисления при высоких температурах, а также использование в качестве одного из компонентов опасного для здоровья и окружающей среды органического соединения (малеиновая кислота). Кроме того, предлагаемая обработка электродов при высокой температуре (100 С) также способствует повышению опасности производства. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению решением, выбранным в качестве прототипа 3, является способ, предполагающий повышение стойкости графитированных электродов к окислению путем поверхностной обработки электродов раствором, в состав которого входят моноосновный аммоний фосфат, борная кислота и вода. Способ позволяет замедлить окисление графита на обработанной поверхности электрода. Целью настоящего изобретения является разработка более эффективного, по сравнению с прототипом, способа повышения стойкости графитированных электродов к окислению в процессе эксплуатации при высоких температурах и доступного для промышленного применения. Эта задача решена тем, что используется раствор, содержащий в качестве аммониевой соли фосфорной кислоты диаммоний фосфат при следующем соотношении ингредиентов,мас.диаммоний фосфат (4)24 515 борная кислота Н 3 ВО 3 310 вода остальное. Предлагаемый антиокислительный раствор содержит всего два компонента, однако эффективность его воздействия при указанном соотношении компонентов на снижение окисляемости графита при высоких температурах достаточно высока. Это объясняется тем, что при температурах выше 700 С на поверхности электрода образуется защитная нитридно-борофосфатная пленка с температурой разложения более 3000 С, устойчивой к воздействию окислительной среды. За счет снижения окисляемости боковой поверхности замедляется скорость уменьшения диаметра рабочих частей электродных свечей, а также не происходит существенного увеличения удельного электрического сопротивления(УЭС) электродов и, соответственно, их перегрева и образования термических трещин. При превышении верхних пределов указанных соотношений компонентов возрастает электрическое сопротивление электродов, что приводит к повышенным термическим напряжениям, образованию трещин, опаданию огарков и, в конечном итоге, значительному повышению удельного расхода электродов. Снижение концентрации компонентов (ниже указанных пределов) нецелесообразно,т.к. не обеспечивает достаточной защиты электродов от окисления. Оптимальность выбранного интервала соотношений подтверждается результатами промышленных испытаний, представленных в табл. 1, 2. В соответствии с описанным 2 11708 1 2009.04.30 выше способом были обработаны 50 опытных электродов, которые были подвергнуты сравнительным испытаниям с 50 электродами, изготовленными по описанию способапрототипа (контрольные электроды). Относительная ошибка результатов испытаний составила 5-8 . Таблица 1 Влияние концентрации борной кислоты на эксплуатационные характеристики электродов при содержании диаммоний фосфата 6,5 мас.Концентрация борной киКонтролируемые параметры-6 слоты, мас.Удельный расход, кг/т УЭС, 10 Омм 2,5 5,60 2,30 3,0 5,70 2,25 6,5 5,75 2,18 10,0 5,80 2,20 10,5 5,90 2,41 Контрольный (прототип) 5,90 2,62 Таблица 2 Влияние концентрации диаммоний фосфата на эксплуатационные характеристики электродов при содержании борной кислоты 10,5 мас.Концентрация диаммоний Контролируемые параметры-6 фосфата, мас.Удельный расход, кг/т УЭС, 10 Омм 4,5 5,55 2,36 5,0 5,60 2,32 10,5 5,68 2,16 15,0 5,83 2,30 15,5 6,0 2,39 Контрольный (прототип) 6,0 2,66 В качестве объекта испытаний были выбраны серийно выпускаемые на Новочеркасском электродном заводе графитированные электроды диаметром 610 мм, изготовленные в соответствии с ТУ 1911-109-052-2003 на игольчатом коксе фирмы Коноко. Промышленные испытания проводили в условиях РУП Белорусский металлургический завод на электродуговой сталеплавильной печи, оснащенной трансформатором мощностью 95 МВА, рабочая сила тока 60-70 КА, рабочая плотность тока до 24 А/см 2,максимальная плотность тока до 25,7 А/см 2. Средняя продолжительность процесса плавки около 75 мин, работы под током 45 мин. Во время эксплуатации электродов печь работала в автоматическом и ручном режимах. В процессе плавления шихты и доводки плавки проводилась продувка металла кислородом. Предлагаемый раствор наносился на поверхность электродной свечи путем распыления непосредственно перед эксплуатацией. Анализ полученных результатов показал, что удельный расход электродов производства ОАО Новочеркасский электродный завод, обработанных по описанию прототипа,составил в среднем 2,64 кг/т, а обработанных по предлагаемому способу (в заявляемом интервале) - 2,17 кг/т. Считаем, что предлагаемый способ обработки электрода можно рекомендовать и в случае использования графитированных электродов других фирм-производителей. Полученные результаты дают основание заявлять, что разработанный способ обработки электрода позволяет существенно уменьшить боковое окисление электродов и,соответственно, снизить удельный расход электрода в среднем на 17,8 . 3 11708 1 2009.04.30 Источники информации 1. Воденников С.А. Изучение возможности снижения электросопротивления графитированных электродов. Металлургия Сб. научн. тр. - Запорожье ЗГИА, 2001. Вып. 5. С. 133-134. 2. А.с. СССР, МПК С 01 В 31/02, 1989. 3. Патент США 4439491, 1984 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4