В настоящее время мероприятия по снижению расхода электродов при электродуговой плавке металлов приобретают актуальное значение.
При горении дуги, вследствие разогрева происходит интенсивное эрозионное разрушение графитового электрода с боковых поверхностей за счет окисления, сублимации зерен графита, разрушения материала связки.
Повышенная эрозия материала электрода в расплав приводит к уменьшению диаметра электрода и как следствие к блужданию дуги с возникновением по этой причине дополнительных потерь, и как следствие -к потреблению дополнительной энергии.
Предлагаемые в настоящее время варианты решения проблемы известны и широко используются в металлургии.
Один из наиболее близких к заявляемому способу это способ нанесения плазменным напылением на боковую поверхность графитового электрода эрозионностойкого электропроводящего покрытия суммарной толщиной не более 0,5 мм из алюминия, ферросилиция, силикокальция или других веществ.
Основной недостаток данного способа также всем известен. Это повышенные трудозатраты, (несколько часов на один электрод), энергозатраты, ручное нанесение, и как следствие неравномерная толщина покрытия и т.п. Прогорание такого металлического покрытия при высоких температурах происходит очагами и как правило раньше, чем полное прогорание самого электрода. Как следствие – полностью защитить поверхность электрода от окисления таким способом невозможно.
Предлагаемый способ направлен на снижение эрозионного износа боковой поверхности графитового электрода в дуговых сталеплавильных печах путём автоматического создания защитного слоя на его поверхности во время начала работы электрода. Новизна заключается в применении технологии СВС (самораспространяющийся высокотемпературный синтез) непосредственно на рабочем оборудовании – без трудоёмких операций нанесения покрытия в отдельном технологическом цикле.
Техническая сущность
Суть способа заключается в нанесении на внешнюю поверхность электрода огнестойкой обмазки на основе порошкообразного алюминия, диоксида кремния (или других оксидов) и связующего (например, жидкого стекла). После высыхания на электроде формируется твёрдый обмазочный слой с потенциальной возможностью запуска экзотермической реакции алюмотермии непосредственно при начале эксплуатации электрода, под действием температуры дуги.
Зарождается зона "твердого пламени" – специфической горящей фронтальной поверхности, распространяющейся по покрытию, в результате чего образуется керамико-металлическое защитное огнестойкое покрытие, плотно прилегающее к поверхности электрода, способное:
– Противостоять окислению графита,
– Снижать эрозионную массу потерь,
– Повышать стойкость электрода в условиях высокотемпературной дуги.
Принцип основан на научном открытии «Явление твердого пламени» (Мержанов А.Г. и др., 1967 г.).
Состав предлагаемой смеси (вариант)
Смесь для СВС высокопрочного, огнестойкого защитного покрытия графитового электрода может состоять из следующих компонентов:
– Диоксида кремния 70‒80 %,
– Порошок алюминия 20‒30 %
– Раствор жидкого стекла 35 %-ный в количестве 16‒18 % от массы.
После перемешивания смесь для само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) высокопрочного, огнестойкого защитного покрытия наносят на электрод слоем толщиной 1-3 мм различными способами. Например, погружением в раствор, или нанесением пульверизатором и т.п. Затем электрод сушат в течение 1 часа. Далее электрод используют по назначению.
При зажигании дуги на конце электрода от высокой температуры выше 1000 градусов происходит воспламенение смеси начинает протекать само распространяющийся высокотемпературный синтез, который идёт со скоростью 1 мм/секунда в направлении снизу – вверх электрода.
Рис. № 2. Само распространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) огнестойкого защитного покрытия на стальном прутке.
При этом температура в зоне горения достигает более 2000 градусов. Идёт экзотермическая реакция синтеза высокопрочного, огнестойкого защитного покрытия толщиной до 1 мм на поверхности электрода в режиме послойного направленного горения снизу-вверх с одновременной сверхпрочной адгезией с поверхностью электрода.