DD205428A1 - PROCESS FOR PREPARING PROTECTED GRAPHITE ELECTRODES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung schutzbeschichteter Graphitelektroden, die in Lichtbogenoefen zur Erzeugung von Stahl eingesetzt werden. Die Schutzschicht wird erzeugt durch den Auftrag einer viskosen Masse - bestehend aus 100 Masseteilen Alkaliwasserglasloesung mit einem Molverhaeltnis SiO tief 2: Alkalioxid = 3:1 = 3,4:1 und einer SiO tief 2 - Konzentration zwischen 20 - 25 Masse-%, 10 - 30 Masseteilen gut kristallinem Magnesiumhydroxid, 30 - 100 Masseteilen Sand ud 130 - 200 Masseteilen Aluminiumpulver. Anschliessend wird die beschichtete Elektrode einer Temperatur von 1050 - 1150 K ausgesetzt. Die so erzeugte Schutzschicht besitzt eine gute Haftfaehigkeit und Gasdichte.The invention relates to a process for producing protective coated graphite electrodes used in arc furnaces for the production of steel. The protective layer is produced by applying a viscous mass consisting of 100 parts by mass alkali water glass solution having a SiO 2 molar ratio low 2: alkali oxide = 3: 1 = 3.4: 1 and a SiO 2 low concentration between 20 and 25 mass%, 10 - 30 parts by weight of crystalline magnesium hydroxide, 30 - 100 parts by weight of sand and 130 - 200 parts by weight of aluminum powder. Subsequently, the coated electrode is exposed to a temperature of 1050-1150 K. The protective layer thus produced has good adhesion and gas tightness.
Description
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Verfahren zur Herstellung schutzbeschichteter Graphit elektrodenProcess for the preparation of protective coated graphite electrodes
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft schutzbeschichtete (iraphitelektroden, die in Lichtbogenöfen zur Erzeugung von Stahl eingesetzt werden·The invention relates to protective coated (iraphite electrodes used in electric arc furnaces for the production of steel
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Elektroden aus Kohlenstoffwerkstoff, insbesondere aus Graphit erreichen im Lichtbogenofenbetrieb Temperaturen bis 2800 K, außerhalb des eigentlichen Ofengefäßes erwärmen sie sich auf ca· 700-1300 Κ· Unter dem Einfluß des Luftsauerstoffs setzt bei ungefähr 700 K die Oxydation des Graphits ein, was zu einem Abbrand der Elektrode und damit zu einem Materialverlust durch vorzeitigen Verbrauch der Elektrode führt," Es hat zahlreiche Versuche gegeben, den Nachteil des Abbrandes durch Oxydation des Graphits, an den Elektroden zu beeinflussen.' Ein besonderer Beitrag zur Senkung des Abbrandes wurde durch den Einsatz schutzbeschichteter Graphitelektroden geleistete Es wurden deshalb in der Vergangenheit eine Reihe von SchutzbeSchichtungen für Graphitelektroden vorgeschlagen, die die Elektrode während des Betriebes wenigstens solange vor Oxydation schlitzen sollen, bis die Grenzen der Temperaturbeständigkeit der Schicht erreicht sind, die stets erheblich unter der des Graphits liegt·Electrodes made of carbon material, in particular of graphite, reach temperatures of up to 2800 K in the arc furnace operation, outside the actual furnace vessel they heat up to approximately 700-1300 ° C. Under the influence of the atmospheric oxygen, the oxidation of the graphite sets in at approximately 700 K, which leads to a burnup leads to a loss of material due to premature consumption of the electrode, "There have been numerous attempts to influence the disadvantage of the burn-up by oxidation of the graphite, at the electrodes." A number of protective coatings for graphite electrodes have been proposed in the past to slit the electrode from oxidation during operation at least until the limits of the temperature resistance of the layer have been reached , which is always considerably lower than that of graphite ·
-7.M1982 + Ü1459C-7.M1982 + Ü1459C
240502 1240502 1
Die vorgeschlagenen Schichten lassen sich in drei Gruppen einteilen«The proposed layers can be divided into three groups «
a) Schutzschichten aus Karbiden, insbesondere Siliziumkarbid sowie Karbide und Suizide des Titans und des Chroms,"a) protective coatings of carbides, in particular silicon carbide and carbides and suicides of titanium and chromium, "
b) Metallüberzüge aus den verschiedensten Metallen, z.'T.' in Verbindung mit Hartstoffen, wie feuerfeste Oxide, Nitride, Carbide und Boride·b) Metal coatings of various metals, eg ' in connection with hard materials, such as refractory oxides, nitrides, carbides and borides ·
c) Schutzschichten aus vorgefertigten Streifen oder Fonnstücken aus einer Flußmittelgrundmasse mit feuerfesten Füllstoffen, die auf die Oberfläche der vom Betrieb her heißen Elektrode aufgebracht werden»c) Protective layers of prefabricated strips or fillings of a flux base with refractory fillers applied to the surface of the hot-end electrode »
Schutzschichten der Gruppe a weisen im allgemeinen eine gute Temperaturbeständigkeit auf, sind aber teuer, schwierig haltbar aufzubringen und haben einen spezifischen Widerstand, der zumeist über dem des Graphits liegt.' Ihr entscheidender Nachteil besteht in ihrem gegenüber Graphit höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten* Infolge des betriebsmäßigen schroffen Temperaturwechsels bei der Herausnahme der heißen Elektroden aus dem Ofenraum, die im Schmelzbetrieb stündlich mehrfach erfolgt, kühlt die Oberfläche der Elektrode schneller als ihr Inneres ab," Wegen des hohen Ausdehnungskoeffizienten kontrahiert sich die Schutzschicht stärker als der Graphitwerkstoff, reißt und platzt ab,"Group A protective coatings generally have good temperature resistance, but are expensive, difficult to apply, and have a resistivity that is usually greater than that of graphite. " Their decisive disadvantage is their higher coefficient of thermal expansion compared with graphite. As a result of the operationally abrupt temperature change when removing the hot electrodes from the furnace chamber, which takes place several times in the melting operation, the surface of the electrode cools faster than its interior, because of the high expansion coefficient the protective layer contracts more than the graphite material, ruptures and bursts, "
Das gleiche Problem besteht auch bei den Metallschichten der Gruppe b, soweit sie ihre Schutzwirkung im festen Zustand ausüben. Auch sie lösen sich infolge der thermisch induzierten Spannungen bei Abkühlung ab'# r Einige von ihnen weisen auch keine hinreichende Gasdichtheit auf. Eine Ausnahme bieten hierbei Schutzschichten auf Aluminiumgrundlagen, die wegen des niedrigen Schmelzpunktes von Aluminium den Oxydationsschutz im flüssigen Zustand bewirken. 3Ss sind jedoch besondere Maßnahmen erforderlich, um das Abperlen der flüssigen Schicht zu verhindern«The same problem exists for the metal layers of group b, as far as they exert their protective effect in the solid state. They also dissolve as a result of thermally induced stresses during cooling off '# r Some of them also have no sufficient gas tightness on. An exception here are protective layers on aluminum bases, which cause the oxidation protection in the liquid state due to the low melting point of aluminum. 3Ss, however, special measures are required to prevent the liquid layer from beading off «
Dazu muß eine Matrix aus Aluminiumoxid und in gesonderten Schichten zugesetzten Hartstoffen aufgebaut werden, so daß die Gesamtschicht in mehreren Einzelschichten durch Metall- ' For this purpose, a matrix of alumina and added in separate layers hard materials must be constructed so that the total layer in several individual layers by metal '
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spritzen und Bestreichen mit Suspensionen aufgetragen und mehrfach mittels eines stromstarken Lichtbogens eingebrannt wird. Das Verfahren ist sehr zeit- und energie aufwendig,"spraying and brushing applied with suspensions and burned several times by means of a high-current arc. The process is very time consuming and energy consuming, "
Den Schatzschichten der Gruppe c haftet der entscheidende Nachteil an, daß sie nicht oder nur sehr schlecht elektrisch leitend sind· Damit iat es unmöglich, derart beschichtete Elektroden in den Spannbacken der Elektrodenhalter, über die der Strom zugeführt wird, aufzunehmen· Deshalb können die Elektroden nicht beschichtet angeliefert werden·' Ihre Beschichtung ist erst während des Betriebes und nur in dem Oberflächenbereich möglich, der außerhalb der Spannzonen liegt»The treasure layers of group c adhere to the decisive disadvantage that they are not or only very poorly electrically conductive. Thus, it is impossible to accommodate such coated electrodes in the clamping jaws of the electrode holders via which the current is supplied. Therefore, the electrodes can not · Your coating is only possible during operation and only in the surface area that lies outside the clamping zones »
Zur Vermeidung der dargestellten Nachteile müßte eine Schutzschicht für Graphitelektroden neben der selbstverständlichen Bedingung des Oxydationaschutzes bis zu möglichst hohen Temperaturen folgende Anforderungen erfüllen:In order to avoid the disadvantages presented, a protective layer for graphite electrodes would have to fulfill the following requirements in addition to the natural condition of oxidation protection up to the highest possible temperatures:
- annähernd gleiche thermische Ausdehnung wie Graphit- Approximately the same thermal expansion as graphite
- annähernd gleicher oder niedrigerer spezifischer ' Widerstand wie Graphit- Approximately equal or lower resistivity than graphite
- gute Haftfähigkeit auf Graphit ,;- good adhesion to graphite,;
- einfache zeit- und energiesparende Herstellbarkeit der Schutzschicht- Simple time and energy-saving manufacturability of the protective layer
- billige Ausgangsstoffe für ihre Herstellung Schutzschichten mit diesen Eigenschaften sind bisher nicht bekannt geworden»- cheap starting materials for their production Protective coatings with these properties have not been previously known »
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist die zeit-, kosten- und energiesparende Herstellung schutzbeschichteter Graphitelektroden, die einen ausreichenden Schutz gegen Oxydation und schroffen Temperaturwechsel im Lichtbogenofenbetrieb aufweisen,'The aim of the invention is the time-, cost- and energy-saving production of protective-coated graphite electrodes, which have a sufficient protection against oxidation and rugged temperature changes in the arc furnace operation, '
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Wesen der ErfindungEssence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung schutzbeschichteter Graphitelektroden zu schaffen, bei dem die Graphitelektrode mit einer viskosen Masse behandelt wird, die eine Schutzschicht erzeugt, die die in ihrem strukturellen Aufbau ftir den Oxydationsschutz von Graphitelektroden notwendigen physikalischen Eigenschaften gewährleistet·The object of the invention is to provide a process for producing protective-coated graphite electrodes, in which the graphite electrode is treated with a viscous mass which produces a protective layer which ensures the physical properties necessary in its structural design for the oxidation protection of graphite electrodes.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Mischung aus 100 Masseteilen Alkaliwasserglaslösung mit einem Molverhältnis SiO^ i Alkalioxyd = 3 t 1 bis 3.4 t 1 und einerAccording to the invention, this object is achieved in that a mixture of 100 parts by weight of alkali water glass solution with a molar ratio SiO ^ i alkali oxide = 3 t 1 to 3.4 t 1 and a
SiOg - Konzentration zwischen 20 - 25 Masse %, 10-30 Masseteilen gut kristallinem Magnesiumhydroxid, 30 - 100 Masseteilen Sand der Korngröße < 0,2 mm und 130 - 200 Masseteilen Aluminiumpulver der mittleren Korngröße < 100 ^um auf die Graphitelektroden aufgetragen und einer Temperatur von 1050-1150 K ausgesetzt wird» Die Mischung wird zweckmäßigerweise durch 2-3 stlindiges Dispergieren des Magnesiumhydroxids in Alkaliwaisserglaslösung und anschließendes Einmischen von Sand und Aluminiumpulver hergestellt. Die entsprechende viskose Masse wird durch Streichen oder Spachteln auf die Elektrode in einer Schichtdicke von mindestens 0,5 mm aufgetragen und nach Lufttrocknung einer Temperaturbehandlung von 1050 - 1150 K ausgesetzt wird.SiO 2 concentration of between 20 and 25 mass %, 10-30 mass parts of well crystalline magnesium hydroxide, 30-100 mass parts of sand of grain size <0.2 mm and 130-200 mass parts of aluminum powder of mean grain size <100 microns applied to the graphite electrodes and a temperature of 1050-1150 K »The mixture is expediently prepared by dispersing the magnesium hydroxide for 2-3 hours in an alkaline glass solution and then mixing in sand and aluminum powder. The corresponding viscous mass is applied to the electrode in a layer thickness of at least 0.5 mm by brushing or puttying and, after air drying, subjected to a temperature treatment of 1050-1150 K.
2^0 502 .12 ^ 0 502 .1
AusfUhrungsbeispielexemplary
Die Erfindung soll an Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert werden?The invention will be explained in more detail in exemplary embodiments.
Aus den BeatandteilenFrom the Beatand parts
100 g Natronwasserglaslösung Molverhältnis SiO2 : Na2O »3:1 SiO2 - Konzentration 25 Masse % 20 g gut kristallines Mg(OH)2 30 g Sand Korngröße < 0,"5 m 136g Aluminiumpulver < 100 yam100 g sodium silicate solution molar ratio SiO 2 : Na 2 O 3: 1 SiO 2 concentration 25 mass % 20 g well crystalline Mg (OH) 2 30 g sand particle size <0, "5 m 136g aluminum powder <100 yam
wird eine viskose Masse hergestellt, indem die Natronwasserglaslösung und das Mg(OH)2 in einer Kugelmühle 3 Stunden dispergiert werden. Nach Zugabe des Sandes und des Aluminiumpulvers wird weiter 1 Stunde in der Kugelmühle gemischt. Die entstehende viskose Masse wird mittels Spachtel in einer Schichtdicke von 1 mm auf die Graphitelektrode aufgetragen«" Nach Lufttrocknung wird die Schicht einer Temperatur von 1050 K ausgesetzt»a viscous mass is prepared by dispersing the sodium silicate solution and the Mg (OH) 2 in a ball mill for 3 hours. After adding the sand and the aluminum powder, mixing is continued for a further hour in the ball mill. The resulting viscous mass is applied by means of a spatula in a layer thickness of 1 mm on the graphite electrode "" After air drying, the layer is exposed to a temperature of 1050 K »
Es hat sich gezeigt, daß die spezielle, erfindungsgemäße Zusammensetzung der Beschichtungsmasse im Zusammenhang mit der gezielten Temperaturbehandlung bei 1050 - 1150 K zur Ausbildung von Aluminiumbrücken in der Schicht führt, die bewirken daß der gleiche spezifische Widerstand und gleiche thermische Ausdehnungskoeffizient wie der des Graphits entsteht, was zu einer guten Haftfähigkeit und Gasdichte auf der Graphitelektrode führt;It has been found that the specific composition according to the invention of the coating composition in conjunction with the controlled temperature treatment at 1050-1150 K leads to the formation of aluminum bridges in the layer which cause the same specific resistance and thermal expansion coefficient as the graphite to form. resulting in good adhesion and gas density on the graphite electrode;
So hergestellte Graphitelektroden sind bis zu Temperaturen von etwa 1500 K vor Oxydation durch Luftsauerstoff geschützt»Graphite electrodes produced in this way are protected against oxidation by atmospheric oxygen up to temperatures of about 1500 K. »
240 5 02240 5 02
In 100 g KaliwasserglaslösungIn 100 g of potassium waterglass solution
Molverhältnis SiO2 : KgO =3.4 t 1Molar ratio SiO 2 : KgO = 3.4 t 1
- Konzentration 20 Masse %- concentration 20 mass%
werden 25 g gut kristallines Mg(OH)2 etwa 3 Stunden in einer Kugelmühle dispergiert» Nach Zusatz von 95 g Sand und 200 g Aluminiumpulver wird die Masse nochmals 1 Stunde in der Kugelmühle gemischt.25 g of well-crystalline Mg (OH) 2 are dispersed in a ball mill for about 3 hours »After addition of 95 g of sand and 200 g of aluminum powder, the mass is mixed again for 1 hour in a ball mill.
Anschließend erfolgt der Auftrag der viskosen Masse auf die Graphitelektroden in einer Schichtdicke von ca 1 ram· Nach Lufttrocknung wird die Schicht einer Temperatur von 1150 K ausgesetzt·The viscous mass is then applied to the graphite electrodes in a layer thickness of approximately 1 μm. After air drying, the layer is exposed to a temperature of 1150 K.
Danach erfolgt Einsatz im Lichtbogenofen in bekannter Weise»Thereafter, use in an electric arc furnace in a known manner »
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