Конструкции и проектирование электропечей
  3.1 Назначение электродов и требования, предъявляемые к ним

Электроды предназначены для подвода электрического тока к дугам. От (физических свойств и качества изготовления электродов в значительной степени зависят процессы теплообмена в печи, производительность электропечной установки, себестоимость и качество металла.

К электродам предъявляют следующие требования:

  1. Возможно низкое удельное электросопротивление т.е. минимальные потери в них электроэнергии.
  2. Достаточно высокая механическая прочность на сжатие, изгиб и растяжение, исключающая поломки электродов, вызывающие простои и нарушающие нормальный технологический цикл.
  3. Высокая термостойкость, исключающая растрескивание и скалывание электродов под влиянием резких колебаний температуры, что особенно характерно для печей с открытой дугой.
  4. Удовлетворительная обрабатываемость на станках.
  5. Возможно более высокая температура начала интенсивного окисления на воздухе.
  6. Возможно более низкая стоимость, т. к. стоимость электродов, как правило, выше платы за израсходованную электроэнергию в себестоимости стали.
  7. Минимальное содержание золы и серы.

На старых печах в качестве электродов применяли угольные бруски квадратного или круглого сечения, по мере сгорания их заменяли новыми, а оставшиеся огарки выбрасывали или размалывали. Позже перешли на наращиваемые электроды, которые можно использовать целиком.

Современные непрерывно наращиваемые электроды имеют круглое сечение и обработанные на станках торцы, в которых по оси электрода сделаны отверстия с резьбой. В отверстия на половину длины ввинчивают ниппеля, обычно изготовленные из того же материала, что и электроды. Ниппеля и отверстия для них могут бать как цилиндрическими, так и коническими с треугольной или трапецеидальной резьбой (рис. 3.1.).

Секции  непрерывно  наращиваемых электродов с цилиндрическими, биконическими и коническими ниппелями

Рис. 3.1. Секции непрерывно наращиваемых электродов с цилиндрическими (а), биконическими (б) и коническими (в) ниппелями

На выступающую из торца электрода половину ниппеля навинчивают следующий, так что оба они составляют одно целое - свинченный электрод или "электродную свечу". Преимуществом конических ниппелей является удобство их свинчивания - для этого достаточно двух оборотов, в то время как при цилиндрических ниппелях требуется при свинчивании сделать 10-12 оборотов.

Для удобства транспортировки и эксплуатации электроды изготавливают длиной 1000-2400 мм, а в последнее время 1100-1900 мм. На печи требуется большая длина "свечи", поэтому работающий электрод состоит из двух или трех секций, соединенных ниппелями.

По мере обгорания нижней части электрода электрододержатель опускается все ниже, и когда он оказывается вблизи своего нижнего положения у свода, производят наращивание его и перепуск. На набольших печах эта операция может осуществляться на самой печи. В верхний торец установленной в электрододержателе электродной свечи, предварительно сняв с него защитный колпачок, предохраняющий от пыли, ввинчивают ниппель, a в новую секцию электрода с верхнего конца - металлический ниппель с кольцом. За это кольцо секцию подхватывают крюком крана и поднимают над печью, устанавливая над наращиваемой "свечой". Металлический ниппель скреплен с кольцом шарнирно так что может поворачиваться вокруг своей оси. Висящую секцию электрода, осторожно опуская и поворачивая, навинчивают на ниппель в верхнем торце "свечи". После этого начинают перепуск "свечи", для чего ослабляют зажим электродержателя, и "свеча" повисает на крюке крана. Каретку (или стойку) печи поднимают в крайнее верхнее положение, электрододержагель вновь зажимают, и он принимает на себя массу электрода. Чтобы не увеличивать простоев печи, наращивание и перепуск электродов стараются осуществлять между плавками.

Недостатком метода наращивания электродов на печи является тяжелые условия работа и легкость поломки ниппеля. Поэтому на крупных печах в конце пролета устанавливают специальную стойку с заранее наращенной свечой. Старую свечу извлекают и устанавливают а свободное гнездо, где наращивается после остывания. Новая свеча переносится к печи и закрепляется в электрододержателе. Недостатком последнего метода является несколько большее окисление электродов в период остывания в стойке, а также необходимость в большей высоте подъема крюка крана.

В настоящее время для наращивания электродов больших диаметров разработана механизированная стойка, в которой зажатие, перемещение и навинчивание электродов осуществляются с помощью гидравлического и электромеханического приводов.

На старых печах применяют угольные электроды диаметром 100-1200 мм. Электроды, диаметром выше 400 мм имеют конический ниппель, нарезанный прямо на одном из концов электрода, а на другом его конце делают соответствующее коническое углубление с резьбой. Угольные электроды изготавливают из антрацита, кокса, каменноугольной смолы. Сырые электроды подвергает обжигу, доводя температуру до 1300° в течение 150 часов.

В настоящее время применяют графитированные электроды, изготавливаемые не из естественного графита, имеющего нестабильные механические и электрические свойства, а из искусственного электрографита путем графитизации угольных электродов в специальных электрических печах при температуре 2000-2400°С . Так как при гpафитизации расходуется до 7000-8000 кВт-ч/т электроэнергии, графитированные электроды намного дороже угольных. Тем не менее, на печах применяют графитированные электроды из-за их существенных преимуществ. Расход графитированных электродов в 2-2,5 раза меньше, чем угольных, что компенсирует их высокую стоимость.

Расход угольных электродов 16-20 кг/1000 кВт*ч в ДСП.

Расход графитовых электродов 7-10 кг/100 кВт*ч в ДСП.

Внешний вид электродов для ДСП приведен на рис. 3.2.

Внешний вид электродов для ДСПВнешний вид электродов для ДСП

Рис. 3.2. Внешний вид электродов для ДСП

Графитированные электроды по сравнению с угольными имеют меньшее удельное электросопротивление. Это позволяет снижать диаметр электродов и облегчать конструкцию кареток и электрододержателей, снимать электропотери. Графитированнуы электроды более прочны, меньше окисляются и науглераживают сталь. Электропроводность (см. рис. 3.3) и теплопроводность (см. рис. 3.4.) графитированых электродов резко изменяются с температурой, причем температурный коэффициент удельного сопротивления до 780-830 К отрицательный, а выше - положительный. Средняя удельная теплоемкость составляет 1,6 кДж/кг*К . Объемная масса графитированных электродов составляет 1550-1600 кг/м3.

Зависимость  относительного удельного электросопротивления графитированных электродов от температуры

Рис. 3.3. Зависимость относительного удельного электросопротивления графитированных электродов от температуры

Зависимость коэффициента  теплопроводности графитированных электродов от температуры

Рис. 3.4. Зависимость коэффициента теплопроводности графитированных электродов от температуры: 1.-в продольном направлении 2.-в поперечном направлении

Место соединения секций ниппелем представляет собой контакт, имеющий дополнительное сопротивление Rk. Для уменьшения этого сопротивления секции свинчивают на специальных пастах, уменьшающих Rk в 4 раза. Помимо сплошных электродов применяются также трубчатые электроды, которые позволяют решать следующие технологические задачи:

  • вдувание а зону дуги порошкообразных материалов, инертных газов;
  • отбор и утилизация реакционных газов;
  • повышение устойчивости горения дуги и снижение ее выдувания.
  3.1 Назначение электродов и требования, предъявляемые к ним
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ