Подовий електрод електропечі

Подовий електрод електропечі, який містить мідний охолоджуваний стрижень з каналами охолодження та струмопідводами і сталеву головку, C2 2 (19) 1 3 дить за межі кожуха печі (3. Патент РФ №2112187. Н05В7/06. Подовый электрод электропечи, 1996), або подовий електрод містить головку з тугоплавкого матеріалу, наприклад матеріалу розплаву, нижня частина якої виконана у формі порожнистого хвостовика, в який вставлений наконечник сполученого з головкою корпусу з електро- і теплопровідного матеріалу, наприклад, з міді, що має канали охолодження, а корпус сполучений з головкою по зовнішній поверхні вставленого в хвостовик наконечника з утворенням нероз'ємного з'єднання за площею контакту наконечника з внутрішньою поверхнею хвостовика, що може бути біметалевим (4. Патент РФ №2022490. Н05В7/08. Подовый электрод электропечи, 1994). Недоліком відомих рішень є складна технологія виготовлення подових електродів, що вимагає висококваліфікованих зварних робіт [3], застосування дорогого електрошлакового литва [4] або розробки спеціальної технології отримання нероз'ємних з'єднань, наприклад біметалевих [5]. Крім того виконання подового електроду у "у вигляді металевих смуг" [3], потребує, як вказано в описі винаходу "залишати у печі невелику частину розплавленого металу від попередньої плавки". Як показує практика, такий залишок металу складає 15-20%, що є прямими втратами продуктивності агрегату. Крім цього, підвищення контактної поверхні подового електроду і розміщення останнього "на внутрішній поверхні подини" призводить до його перегріву, а отже, потребує зниження температури у печі, що не тільки подовжує час плавки, але й веде до перевитрат електроенергії. Загальним недоліком для всіх вищенаведених аналогів є те, що з'єднання активних (що контактують з розплавом) і основних (охолоджуваних) частин подових електродів виконані нероз'ємними. Таке з'єднання робить неможливим поточний ремонт подових електродів, наприклад заміну активних (що контактують з розплавом) частин унаслідок їх ерозії або утворення тріщин. Для ремонту подових електродів необхідна повна зупинка печі, її охолодження і видалення вогнетривкої футеровки подини, тобто капітальний ремонт печі. Відомі збірні електроди для дугових електропечей, які складаються з окремих секцій електродів з гніздами у торцях з конічною чи циліндричною різзю, ніпелями з такою ж різзю, розташованими у гніздах, з’єднуючих секції електродів між собою (5. Ф.П.Еднерал. Электрометаллургия стали и ферросплавов. М.: Гостехиздат, 1963) та з'єднуючі ніпелі по осі яких виконані канали, в торцевих гніздах секцій виконані порожнини, а канали та порожнини заповнені подовою вуглецевою масою (6. Патент України №71627. Н05В 7/06. З'єднання електродів дугової електропечі, 2002), а також збірні електроди які містять верхній металевий корпус циліндричної форми, що охолоджується водою, яку подають і відводять каналами охолодження, сполучений з корпусом за допомогою нарізного ніпеля та замінну циліндричну нижню частину з матеріалу, що витрачається (7. Авторське свідоцтво СРСР №57978, кл. Η 05 В 7/10. Електрод для дугової електропечі, 1938; 8. Патент СРСР №1152535, кл. Η 05 В 7/101. Електрод для 88236 4 дугової електропечі, 1980; 9. Патент України №495. Н05В 7/12. Електрод для дугової електропечі, 2000). Проте вищенаведені електроди розроблені для дугових електропечей змінного струму і розташовані над шихтою. Процес роботи електропечі починається з утворення дуги між електродами та шихтою і не допускає контакту електродів з розплавом. Їх використання у якості подових електродів неможливе унаслідок того, що активна частина подового електроду, що містить графіт буде контактувати і активно розчинятиметься в рідкому металі, що істотно скоротить термін служби подового електроду і призведе до додаткової операції при проведенні плавки - корегування хімічного складу розплаву за вмістом вуглецю. Застосування вищенаведених ніпелів як елементів, які сполучають активну (що контактує з розплавом) і основну (охолоджувану) частину подових електродів недоцільно, оскільки при цьому створюються численні межі контакту між ніпелем і активною частиною, ніпелем і основною частиною подових електродів, які будуть джерелами нагріву і перегріву подових електродів при проходженні електричного струму через них і примусовому відключенні печі в процесі плавки для їх охолодження. Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого рішення є подовий електрод, який містить мідний охолоджуваний стрижень з каналами охолоджування і місцями підводу струму, сталеву головку, нижня частина якої виконана у вигляді циліндра з порожниною, внутрішня бічна поверхня якого жорстко скріплена з мідним стрижнем, частина якого розташована усередині порожнини. Зовнішня частина сталевого циліндра зваркою скріплена з ребрами сталевих листів, розташованих уздовж сталевого циліндра і виступаючих за межу сталевого циліндра і мідного стрижня. Канали охолоджування і місця підводу струму розміщені на торці мідного стрижня, протилежному сталевій головці, а циліндр і мідний стрижень пов'язані один з одним сталевими шпильками з різзю, один кінець яких закріплений в різьових гніздах, виконаних у тілі мідного стрижня, а другий з’єднаних зваркою з ребрами сталевих листів, що примикають до сталевого циліндра, при цьому між сталевими листами в тілі сталевого циліндра і мідного стрижня розміщені додаткові ряди шпильок, виконаних з міді (10. Патент РФ №2285356. Н05В7/06. Подовый электрод электропечи, 2004 - прототип). Недоліком відомого рішення є те, що при установці такого подового електроду істотно ускладнюється процес підготовки електроплавильної печі до роботи, оскільки кладку цегли подини і її набивання необхідно проводити з урахуванням приварених до подового електроду сталевих листів і шпильок між сталевими листами, що збільшує час підготовки подини до роботи. В процесі роботи відомого подового електроду відбувається його інтенсивний нагрів унаслідок проходження струму через численні межі контакту мідної і сталевої частин (згідно опису в електроді присутні 14 шпильок, що припускає 14 бічних і 14 торцевих меж контакту і одна бічна межа контакту між внутрішньою біч 5 ною поверхнею сталевої головки і зовнішньою бічною поверхнею мідного стрижня). Інтенсивний нагрів мідного стержня може призвести до автоматичного відключення електроплавильної печі в процесі плавки і відновлення її роботи тільки після охолоджування подового електроду, що збільшує час виплавки металу. Для ремонту подового електроду, виконаного згідно прототипу, необхідне повне розбирання подини і відрізка сталевих листів, що ускладнює і збільшує час ремонту. Винаходом ставиться задача підвищення надійності роботи і скорочення часу ремонту подового електроду електродугової плавильної печі постійного струму. Поставлена винаходом задача досягається тим, що подовий електрод електропечі, який містить мідний охолоджуваний стрижень з каналами охолодження і струмопідводами і сталеву головку, нижня частина якої виконана у вигляді циліндра з порожниною, бічна поверхня якої жорстко скріплена з мідним стрижнем, частина якого розташована в порожнині сталевої головки, а частина зовні печі і на ній встановлені струмопідводи згідно винаходу сталева головка і мідний охолоджуваний стержень виготовлені у вигляді циліндрів, з відповідним відношенням зовнішніх діаметрів (Dсг/Dмс) від 1,1 до 1,2, сполучені різзю, яка виконана на бічних поверхнях порожнини нижньої частини сталевої головки і частини мідного стрижня, розташованого в порожнині нижньої частини сталевої головки, довжина якої (Lp) визначається співвідношенням (85,2 + 0,1653×Dмс - 0,0002×Dмс2) < Lp < 0,8×Dмс, а на торці порожнини нижньої частини сталевої головки і торці мідного охолоджуваного стрижня, розташованого у внутрішній порожнині нижньої частини сталевої головки, виконані ідентичні кільцеві впадини і виступи, що з'єднуються. На Фіг.1 надано схему подового електроду, а на Фіг.2 - перетин А-А подового електроду. Подовий електрод електропечі включає циліндричний мідний охолоджуваний стрижень 1 (зовнішній діаметр - Dмс), з каналами охолодження 2, струмопідводів 3 і циліндричну сталеву головку 4 (зовнішній діаметр - Dсг), з відношенням зовнішніх діаметрів (Dсг/Dмс) від 1,1 до 1,2. Верхня частина сталевої головки 5 контактує з розплавом, а нижня частина 6 виконана у вигляді порожнини, бічна поверхня якої скріплена різзю 7 з мідним стрижнем 1, частина якого 8 розташована в порожнині сталевої головки 6, а частина зовні печі. Довжина різзі (Lp), виконаної на бічних поверхнях порожнини нижньої частини сталевої головки 6 і частини мідного стрижня, розташованого в порожнині нижньої частини сталевої головки 8, визначається співвідношенням (85,2 + 0,1653×Dмс - 0,0002×Dмс2) < Lp < 0,8×Dмс, На торці порожнини нижньої частини 6 сталевої головки 4 і торці частини 8 мідного охолоджуваного стержня 1, розташованого в порожнині нижньої частини 6 сталевої головки 4, виконані ідентичні кільцеві впадини 9 сталевої головки, що з'єднуються і виступи мідного стрижня 8 і виступи 10 сталевої головки 4 і западини мідного стержня 8. 88236 6 Нашими дослідженнями встановлено, що при відношенні зовнішніх діаметрів сталевої головки (Dcг) і мідного охолоджуваного стрижня (Dмс) подового електроду в межах 1,1 < D сг < 1,2 Dмс досягається оптимальне поєднання рівня захисту мідної частини подового електроду від розплаву, який виплавляється в електропечі і ефективності відведення тепла. При відношенні Dсг/Dмс 1,2 погіршуються умови відведення тепла мідним стрижнем в результаті збільшення маси і тепловмісту сталевої головки, що покриває стрижень. Оптимальна довжина різзі (Lp), що скріплює сталеву головку і мідний стежень, повинна бути в межах (85,2 + 0,1653×Dмс - 0,0002×Dмс2) < Lp < 0,8×Dмс, оскільки при цьому досягається оптимальне поєднання міцності різьового з'єднання і ефективності відведення тепла. В результаті, виконаних нами експериментів встановлено, що при Lp 0,8×Dмс погіршуються умови відведення тепла мідним стрижнем в результаті збільшення маси і тепловмісту сталевої головки, що покриває стрижень. Подовий електрод працює таким чином. Електричний струм через струмопідводи 3 подається на циліндричний мідний, охолоджуваний каналами 2, стрижень 1, через різзьове з'єднання 7, на бічній поверхні верхньої частини 8 мідного стрижня 1, розташованої в порожнині нижньої частини 6 сталевої головки 4 і западини 9 і виступи 10, передається на сталеву головку 4, яка поверхнею 5 контактує з шихтою і створює електричну дугу, що розплавляє шихту плавильної печі. В процесі нагріву подового електроду, при проведенні плавки, опір межі контакту мідної і сталевої частин зменшується пропорційно збільшенню температури, оскільки зменшується число точкових локальних контактів, пов'язаних з шорсткістю поверхні після механічної обробки, і як наслідок зменшується число електричних дуг в мікро зазорах між ними, внаслідок заповнення їх міддю стержня в результаті того, що коефіцієнт лінійного розширення міді на 30-60% більший ніж сталі. Застосування винаходу дозволить підвищити надійність роботи подового електроду і скоротити час ремонту подового електроду плавильної електродугій печі постійного струму. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 88236 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601