CS246353B1

CS246353B1 - Ochranná vrstva uhlíkových materiálů, zejména grafitových elektrod a způsob její výroby

Info

Publication number: CS246353B1
Application number: CS458483A
Authority: CS
Inventors: Karel Neufuss; Ales Macku; Antonin Forejt; Pavel Kosik
Original assignee: Karel Neufuss; Ales Macku; Antonin Forejt; Pavel Kosik
Priority date: 1983-06-22
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1986-10-16
Also published as: BG46148A1

Abstract

Ochranná vrstva uhlíkových materiálů, zejména grafitových elektrod, plazmově :.a nanesená sestává ze 65 až 99 % hmot. kovového hliníku, 1 až 20 % hmot. směsi kovového křemíku a oxidu křemičitého a do 15 / hn.ot. kyslíkatých sloučenin hliníku a má měrný odpor 0,07 . 10 až 0,3 . 10"6 ohm.m při 20°C a 0,12 . 10-6 až 0,7 . lC-6 ohm.m pri 400 °C. Vyrábí se tak, že se do plamene plazmového hořáku, s výhodou horáku s vodní stabilizací, přivádí hliník o granulometrii 0,09 až 0,180 mm a křemík o granulometrii 0,07 až 0,165 mm v množství 85 až 95' % hmot, hliníku a 1 až 15 hmot. křemíku.

Description

Vynález se týká ochranné vrstvy uhlíkových materiálů, zejména grafitových elektrod, proti bočnímu opálu při taveni v elektrických obloukových pecich, jakož i způsobu výroby této ochranné vrstvy.

Jsou známy ochranné vrstvy kovové, keramické a vrstvy vyrobené ze směsi kovu a keramiky. Jejich složeni se mění podle požadovaných vlastnosti vrstvy. Kovové ochranné vrstvy nalézají uplatněni zejména při ochraně podložky proti korozi nebo v případech, kdy je nutno vytvořit elektricky vodivý povrch podložky. Keramické ochranné vrstvy se použivaji zejména proti působeni vysokých teplot, proti abrazi apod. Ochranné vrstvy z kovu a keramiky pak máji vlastnosti jak kovových, tak keramických vrstev.

V některých případech nejsou však vlastnosti uvedených ochranných vrstev dostatečné. Je tomu například tam, kde má ochranná vrstva chránit podložku proti korozi při vysokých teplotách, přičemž současně má zajistit přívod elektrického proudu na podložku, jako je tomu např. u grafitových elektrod» používaných v obloukových pecich. Je známé, že při teplotách nad 600 °C již dochází k znatelnému opálu grafitových elektrod. V literatuře /Hutník 1/1980, str. 12/ se uvádí hodnota ve výši opálu 0,7 kg/m² hod při 600 °C, 5,5 kg/m² hod při 1000 °C a 10 kg/m² hod při 1600 °C.

Ke sníženi opálu je známé /něm. patent č. 1 271 007/ používat ochrannou vrstvu obsahující hliník, karbid křemíku a dalši žáruvzdorné látky. Z něm. patentu č. 1 671 065 je známa ochranná vrstva sestávající ze základní vrstvy tvořené v pod- 2 248 353 stati křemíkem a krycí vrstvy obsahující převážně hliník, které jsou naneseny plamenným nanášením, bále je známa ochranná vrstva ZbOS 2 722 438/, která má mezi základní vrstvou a krycí vrstvou podle nim. patentu i. 1 671 065 upravenu mezlvrstvu z vláken.

V sov. autorském osvědčeni č. 827460 je uvedena ochranná vrstva vyrobená nanesením kompozice složené z TIBg a vodního skla na povrch elektrody s následným tepelným zpracováním plas mou při 30006000 °K, které probíhá při anodovém napiti 9 & 10 kV a anodovém proudu 3,8 & 5 A a délce plasmového plamene 80 c 800 mm po dobu 3< 10 min.

Z čs. AO č. 217 720 je známa ochranná vrstva, která je vytvořena na bázi kysllčnikové keramiky a kovového plnidla, jako je například mě3 nebo nikl.

V popisu britského patentu č. 1 419 302 a bulharského autorského osvidčeni č. 11029 je popsán způsob výroby ochranné vrstvy na uhlíkových výrobcích zejména elektrodách, který sé provádí tak, že se nejprve elektrometallzaci nanese na výrobek hliníková vrstva, potom se na ni při normální teplotě nastříká /např. střikacl pistoli/ pasta tvořená z hliníku, karbidu křemíku, kysličníku t1tan1č1tého a kyseliny borlté, vypálí se elektrickým obloukem, provede znovu metalizace, znovu se nanese pasta a provede další vypáleni, načež se tato vrstva opit metallzuje hliníkem, nanese se grafitová pasta a provede vypáleni a vyleštěni.

Dosud známé vrstvy mají nižši přilnavost ke grafitu, zejména při teplotách nad 800 °C při cyklickém ohřevu a ochlazováni. Tvoři se velmi často trhlinky a dochází k odlupovánl vrstvy, mnohdy již při skladováni elektrod. Některé vrstvy, jakož i způsoby jejich výroby jsou kromě toho složitě a pracné, a tím ekonomicky málo výhodné. U některých ochranných vrstev dochází také při skladováni ke změně měrného odporu.

Předmětem vynálezu je ochranná vrstva uhlíkových materiálů, zejména grafitových elektrody plasmově nanošená, která sestává ze 65 až 9Jt X hmot. kovového hliníku, 1 až 20 % hmot. směsi kovového křemíku a oxidu křemičitého a do 15 X hmot. kys likatých sloučenin hliníku. Vrstva podle vynálezu je elektricky vodivá a má s výhodou měrný odpor 0,07.10“^ ohm.m při 20 °C až 0,3.10⁶

- 3 246 353 a 0,12.10 & až 0,7.10 ohm.m při 400 °C. Tloušťka vrstvy je výhodně 0,3 až 1,5 mm. Měrná hmotnost ochranné vrstvy čini 1900 až 2300 kg/m\ Měrný odpor ochranné vrstvy po 1. vyhřátí na 400 °C a ochlazení na 20 °C klesá o 10 až 15 X. Při dalším ohřátí na 400 °C a ochlazeni se již nemění.

Ochranná vrstva podle vynálezu se vyrábí.tak, že se do plamene plazmového hořáku, s výhodou hořáku s vodní stabilizací^ přivádí hliník o granu Lometri i 0,09 až 0,180 mra a křemík o granu lometrii 0,07 až 0,165 mm v množství 85 až 99 X hmot. hliníku a 1 až 15 % hmot. křemíku. Tyto kovy lze přivádět do plamene plazmového hořáku samostatně nebo ve směsi.

Volba granulometrie přiváděných materiálů je důležitá.

Při plazmovém nástřiku příliš velkých částic vzniká totiž porézní vrstva s vyšším měrným odporem. Se snižující se velikosti nástřikových částic měrný odpor klesá až na určitou hodnotu. Od této hodnoty se měrný odpor plazmového nástřiku se snižující se velikosti nástřikových částic opět zvyšuje. Zvýšeni měrného odporu u plazmových nástřiků malých částic je způsobeno rostoucím podílem kyslikatých sloučenin vznikajících na přehřátých částicích přiváděného materiálu.

Pro zvýšeni účinnosti plasmového nanášeni lze hliník a kře mik přivádět do plamene jedním nebo více, s výhodou dvěma nebo třemi, přívody stejnoměrně rozmístěnými kolem plamene. Přiváděni materiálu do plamene se může provádět tlakovým vzduchem nebo jiným tlakovým plynným mediem. Výhodně lze například použit dusíku, kysličníku uhličitého, vodíku, argonu, propan-butanu, acetylenu apod., které snižují oxidaci přehřátých částic nástřikového materiálu. Uvedené plyny lze použit samotné nebo jejich směsi. Rychlost plasmového nanášeni je s výhodou 0,3 až 0,8 m.s a celkové množství přiváděného materiálu do plasmového hořáku výhodně čini 12 až 60 kg/h. Nanášení materiálu je možno několikrát, s výhodou dvakrát až čtyřikrát, opakovat podle požadované tlouštky ochranné vrstvy.

Křemík nanášený plasmově spolu s hliníkem zlepšuje přilnavost vyrobené vrstvy za vysokých teplot, způsobuje chemickou vazbu mezi vrstvou a uhlíkovým materiálem a za vyšších teplot zlepšuj.e měrný odpor ochranné vrstvy. Optimální množství nanášeného křemíku pro získáni uvedených vlastnosti je v rozmezí

246 353 až 10 % hmot.

K výrobě ochranné vrstvy podle vynálezu lze použit s úspěchem i technického křemíku napr. s obsahem 9699 % Si a technického hliniku běžné kvality.

Ochranná vrstva podle vynálezu má velkou odolnost proti vysokým teplotám a dobrou přilnavost k uhlíkovému materiálu i při teplotách nad 800 °C při cyklickém ohřevu a ochlazování. Netvoři se trhlinky a nedochází k otupováni vrstvy ani při delšim skladováni elektrod opatřených vrstvou podle vynálezu, ani při jejich aplikaci v obloukových pecích. Způsob výroby po dle vynálezu je jednoduchý a efektivní.

Vrstva je dobře elektricky vodivá jak za studená, tak i za vyšších teplot. Její měrný odpor se při skladování nemění.

Ochrannou vrstvu podle vynálezu je možné uvedeným způsobem vytvořit na všech uhlíkových materiálech jak rovinných, tak i rotačních od nejmenšich průměrů /např. 3 mm/, jako jsou například grafitové krycí desky, uzávěry, taviči kelímky, elektrody pro obloukové pece různých průměrů pro jednorázové použiti i pro kontinuální provoz, přopalovaci elektrody apod.

V dalším je vynález blíže objasněn na příkladech provedení.

Přiklad 1

Na zdrsněnou elektrodu o průměru 350 mm a délce 1800 mm byla plazmovým hořákem o výkonu 160 kw nanesena ochranná vrstva o tloušlce 0,45 mm s měrným odporem 0,136 . 10“⁶ ohm.m při 20 °C a s měrnou hmotnosti 2120 kg/m\

Přitom bylo použito směsi 92 X hmot. hliniku /0,09 - 0,118 mm/ 1/3 + /0,118 až 0,175, mm/2/3 a 8 % hmot. křemíku /0,071 0,112 mm/ podávané v množství 13 kg/h do plamene hořáku. Nástřik byl proveden třemi jízdami hořáku po 4 minutách ze vzdálenosti 220 «ί. 250 mm při 35tí otáčkách elektrody za minutu /tj při rychlosti stříkáni 0,62 m/s/. Elektroda byla nasazena na elektrické obloukové peci o kapacitě 40 t na taveni středně legovaných a uhlíkatých oceli. Úspora grafitových elektrod byla 15 až 20 X.

- 5 Přiklad 2

246 3S3

Na zdrsněnou grafitovou elektrodu o pjtůarěru 350 mm a délce 1800 mm byla plazmovým hořákem o výkonu 160 kw nanesena ochranná vrstva o tloušťce 0,5 mm s měrným odporem 0,115 · 10“⁶ ohra.ra při 20 °C a s měrnou hmotnosti 2180 kg/m³ tak, že do plamene plazmového hořáku byla přiváděna směs 94 X hmot· hliníku /0,09<gst

0,180 mm/+ 6 X hmot. křemíku /0,071-0,112 mm/ podávaná ze dvou podávacich míst umístěných proti sobě po 13 kg/h, tj. 26 kg/h celkem. Nástřik byl proveden dvěma ji zdaní plazmového hořáku po

3,5 min ze vzdálenosti 230*250 mm, při rychlosti stříkáni 0,45 m/s. Elektroda byla nasazena na elektrické obloukové peci o kapacitě 40 t na tavení středně legovaných a uhlíkatých oceli. Ospora grafitových elektrod byla 18 X,

Přiklad 3

Na zdrsněnou grafitovou elektrodu o průměru 100 mm a délce 1200 mm byla plazmovým hořákem s vodní stabilizaci o výkonu 160 kU nanesena ochranná vrstva o tloušťce 0,7 mm s měrným odporem 0,20.10~⁶ ohm.ra při 20 °C a měrnou hmotnosti 2070 kg/m³. Přitom bylo použito hliníkové krupice o granulometrii 0,118«< 0,175 mm podávané z jednoho podávaciho místa v množství 13,6 kg/h /85 X hmot·/ a křemilu o granulometri1 0,112 až 0,165 mm podávaného z druhého podávaciho místa do plamene hořáku v množství 2,4 kg/h /15 X hmot./. Místa podáváni byla umístěna proti sobě. Nástřik byl proveden dvěma jízdami plazmového hořáku ze vzdálenosti 240 mm při rychlosti stříkáni 0,71 m/s. Elektroda byla použita k propalováni odpichového odporu obloukové pece na taveni křemíku. 0 elektrody nedocházelo k oxidační korozi za vyšších teplot a zeslabováni průřezu elektrody v kritickém mistě. Podstatně se omezily ztráty elektrod lomem, Ospora grafitových elektrod byla kolem 35 X.

Přiklad 4

Na zdrsněnou grafitovou elektrodu o průměru 100 mm a délce 1200 mm byla plazmovým hořákem s vodní stabilizaci o výkonu 160 kU nanesena ochranná vrstva o tloušťce 0,5 mm s měrným odporem 0,17.10~6 ohra.ra při 20 °C a měrnou hmotnosti 2080 kg/m³. Přitom bylo použito směsi 90 X hmot. hliníku o granulometri1

- 6 246 353

0,0^0,180 mm a 10 X hmot. křemíku o granuLometrii 0,071^0,165 mm podivené do plamene hořáku třemi přívody v množství 15, 16 a 18 kg/h symetricky umístěnými kolem plamene· Nástřik byl pro veden jednou jízdou plazmového hořáku po dobu 90 s při rychlosti stříkáni 0,6m/s ze vzdálenosti 200 mm. Elektroda byla použita k propalováni odpichového otvoru elektrické obloukové pece na taveni křemíku. U propalovacich elektrod nedocházelo k bočnímu opálu elektrody a podstatně se omezily ztráty elektrod lomem. Ospora grafitových elektrod byla 33 X.

Claims

1. Ochranná vrstva uhlíkových materiál^ zejména grafitových elektrod,plazmově nanesená/ vyznačená tím, že sestává ze 65 až % hmot. kovového hliníku/ 1 až 20 2 hmot. směsi kovového křemíku a oxidu křemičitého a do 15 Z hmot. kysllkatých sloučenin hliníku.

2. Ochranná vrstva podle bodu 1_? vyznačená tím, že má měrný odpor 0/07.10⁶ až 0,3.10^-6 ohm.m při 20 °C a 0,12.10^-6 až 0/7.10“⁶ ohm.m při 400 °C.

3. Ochranná vrstva podle bodů 1 a 2, vyznačená tím/ že má měrnou hmotnost 1900 až 2300 kg/m^ a tloušlku 0/3 až 1/5 mm.

4. Způsob výroby ochranné vrstvy podle bodů 1 až 4, vyznačený tím/ že se do plamene plazmového hořáku_z s výhodou hořáku s vodní stabilizací/ přivádí hliník o granulometríi 0/09 až 0/180 mm a křemík o granulometríI 0/07 až 0/165 mm v množství 85 až 99 % hmot. hliníku a 1 až 15 2 hmot. křemíku.

5. Způsob výroby podle bodu 4 vyznačený tím, že rychlost plazmového nanášení je 0,3 až 0_z8 m.s a celkové množství materiálu podávaného do plazmového hořáku činí 12 až 60 kg.h .

6. Způsob výroby podle bodů 4 a 5, vyznačený tlm_z že se hliník a křemík přivádí do plamene plazmového hořáku samostatně nebo ve směsi jedním nebo více, s výhodou dvěma nebo třemi/ přívody stejnoměrně rozmístěnými kolem plamene.

7. Způsob podle bodů 4 až 6, vyznačený tím, že se hliník a křemík přivádějí do plamene plazmového hořáku tlakovým plynným mediem jako vzduchem/ duslkem_z kysličníkem uhličitým/ vodíkem, argonem, propan-butanem nebo acetylenem bučí samotnými, nebo v kombinaci.