DE2313995C3 - Method for protecting a carbon electrode - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schützen einer Kohlenstoffelektrode eines Lichtbogenofens durch Aufbringen einer Schutzschicht aus vorgefertigten Streifen, Bändern oder Fnrmstücken.The present invention relates to a method for protecting a carbon electrode of an electric arc furnace by applying a protective layer of prefabricated strips, tapes or pieces of furniture.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-PS 309832 bekannt, wobei Schutzschichten aus einem gegen oxidierende Gase umempfindlichen porösen Material in Form von dünnwandigen Platten auf die Elektrode aufgeklebt oder durch ein anderes Verbindungsmittel auf der Elektrodenoberfläche befestigt werden. Diese Schutzschicht wird vor dem Einsatz der Elektrode aufgebracht, was jedoch nachteilig ist, da dann die Elektrodenklemmen, die der Elektrode den Strom zuführen, keinen direkten elektrischen Kontakt mit dem kohlenstoffhaltigen Elektrodenmaterial schließen können.Such a method is known from DE-PS 309832, with protective layers from a against oxidizing gases insensitive porous material in the form of thin-walled plates on the electrode glued on or attached to the electrode surface by some other connecting means. These Protective layer is applied before the use of the electrode, but this is disadvantageous because then the Electrode clamps that supply current to the electrode do not have direct electrical contact with close to the carbonaceous electrode material.
Demzufolge muß der Strom durch die aufgebrachte Schutzschicht fließen, und da diese meist einen höheren spezifischen Widerstand hat als die Werkstoffe der Klemmen und Elektroden, wird die Schutzschicht im Bereich der Klemme örtlich überhitzt. Dies kann zur Verbrennung der Klemmen selbst und Unterbrechung der Schutzschicht führen, so daß bei Absenkung dieses Teils der Elektrode in bezug auf die Klemme in den Ofen der Grad des Schutzes erheblich verringert wird. Da ferner diese Schutzschichten feuerfest, spröde und porös sind, nehmen sie auf Temperaturschwankungen zurückzuführende Volumenänderungen nicht leicht auf und pflegen zu reißen. Die Oxidation der Elektrode schreitet dann durch den Riß unter der Schutz-As a result, the current must flow through the applied protective layer, and since this usually has a higher one has specific resistance than the materials of the Clamps and electrodes, the protective layer in the area of the clamp is locally overheated. This can be used for Burning of the terminals themselves and interruption of the protective layer lead, so that when this is lowered Part of the electrode in relation to the clamp in the furnace the degree of protection is significantly reduced. Furthermore, since these protective layers are fireproof, brittle and porous, they take on temperature fluctuations Changes in volume are not easily attributable to and tend to tear. The oxidation of the electrode then step through the crack under the protective
schicht fort. Schutzschichten, die entweder in dieser Weise oder durch andere nachteilige Veränderungen, z. B. durch Schmelzen, Verdampfung oder Oxidation, Schaden erlitten haben, lassen sich schwierig reparieren, da die Auftragsverfahren sich nicht für eine wiederholte Aufbringung in situ eignen.move on. Protective layers in either this Way or by other adverse changes, e.g. B. by melting, evaporation or oxidation, Damage is difficult to repair because the application process does not lend itself to being repeated Suitable for application in situ.
Ferner ist es aus der DE-PS 329539 bekannt, die Elektrode mit einer Schutzschicht zu versehen, die aus einem Flußmittel und Kochsalz besteht, das in solcher Menge zugesetzt wird, daß die Schutzschicht bis zur Erreichung der Temperatur, bei welcher Teerdämpfe entweichen, porös bleibt und erst nachher zu einer dichten Schicht zusammenfrittet oder schmilzt, nämlich wenn die Elektrode im Ofen eingesetzt wird. Hierbei wird somit ebenfalls eine poröse Schutzschicht auf die Elektrodenoberfläche aufgebracht, und zwar vor dem Einsatz der Elektrode im Ofen. Hierdurch wird jedoch der Nachteil, der mit einer derartigen Umhüllung verbunden ist, die vor dem Einsatz der Elektrode aufgebracht wird, nicht beseitigt.It is also known from DE-PS 329539 that To provide electrode with a protective layer, which consists of a flux and table salt, which in such Amount is added that the protective layer until reaching the temperature at which tar fumes escape, remains porous and only afterwards frits or melts together to form a dense layer, namely when the electrode is used in the furnace. This also creates a porous protective layer applied to the electrode surface before the electrode is used in the furnace. Through this however, the disadvantage associated with such a wrapper, which prior to use of the Electrode is applied, not removed.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem ein geschlossener Schutzüberzug auf demjenigen Teil der Elektrode geschaffen werden kann, der bei der Verwendung einem zersetzenden Angriff unterliegt. The object of the present invention is to create a method of the type mentioned at the beginning, with which a closed protective coating can be created on that part of the electrode which subject to corrosive attack when used.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Streifen, Bänder oder Formstücke auf die Oberfläche einer von der Benutzung her heißen Elektrode aufgebracht werden, wobei die aus einer Flußmittel-Grundmasse und feuerfestem Füllstoff bestehenden Streifen, Bänder oder Formstücke auf die Elektrodenoberfläche aufgeschmolzen werden. Hierdurch kann eine zusammenhängende Schutzschicht auf der Elektrode ausgcbildet werden, während die Klemmen trotzdem direkt mit der Elektrode zur Stromübertragung in Kontakt bleiben. Die Schutzschicht kann wiederholt bei einem eventuellen Verschleiß aufgebracht werden. Durch das Aufschmelzen wird eine Rißbildung in der Schutzschicht vermieden.This object is achieved in that the strips, tapes or shaped pieces on the surface of a hot electrode can be applied from the use, which consists of a flux base material and refractory filler strips, tapes or shaped pieces on the electrode surface be melted. As a result, a cohesive protective layer can be formed on the electrode while the terminals are still in direct contact with the electrode for power transmission stay. The protective layer can be applied repeatedly in the event of wear. By the melting prevents the formation of cracks in the protective layer.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further refinements of the invention can be found in the subclaims.
Die Bestandteile des Überzugsmaterials können gegebenenfalls mit einem Bindemittel gemischt, geschmolzen oder zusammengeschmolzen werden. Sie können z. B. durch Gießen, Pressen, Rollen oder Extrudieren die gewünschte Form erlangen, wobei eine Heißformung durchgeführt werden kann. Alternativ können die Komponenten mit einer Flüssigkeit oder einem plastischen Medium gemischt werden, das gegebenenfalls als Bindemittel wirkt, um eine Paste oder eine Flüssigkeit zu bilden, die dann nach einer dieser Methoden geformt werden. Es kann ein Trocknungsoder Härtungsvorgang folgen. The components of the coating material can optionally be mixed with a binder, melted or melted together. You can e.g. B. by casting, pressing, rolling or extruding obtain the desired shape, whereby hot molding can be carried out. Alternatively the components can be mixed with a liquid or a plastic medium, which optionally acts as a binder to form a paste or liquid, which then following one of these Methods are shaped. A drying or hardening process can follow.
Vorzugsweise werden die Formteile geformt, indem die Grundmasse in einer Suspension oder einem Brei mit einem Flüssigkeitsträger, gewöhnlich Wasser, gemischt wird. Es kann von Vorteil sein, wenn dieser Brei einen Faserstoff enthält. Durch Filtration wird der Brei dann entwässert. Diese Filtration wird vorzugsweise durch ein Druckgefälle unterstützt, das durch Druckerhöhung oberhalb des Breis und/oder durch Druckerniedrigung (Anlegen eines Vakuums) auf der Abflußseite des Filters geschaffen wird. Nach Abschluß der Filtration verbleibt der Feststoff als eine feuchte, dünne Masse auf dem Filter. Diese Masse kann darauf zwecks Trocknung und/oder weiterer Behandlung entfernt werden.Preferably, the molded parts are formed by placing the basic mass in a suspension or a slurry mixed with a liquid carrier, usually water. It can be beneficial if this Pulp contains a fibrous material. The slurry is then dewatered by filtration. This filtration is preferred supported by a pressure gradient created by increasing the pressure above the pulp and / or is created by lowering the pressure (applying a vacuum) on the outlet side of the filter. To At the end of the filtration, the solid remains as a moist, thin mass on the filter. This mass can then be removed for drying and / or further treatment.
Der Trockniingsprozeß läßt sich bequem durch Lagern der »grünen« Formstücke, Streifen oder Bänder auf Trockenplatten oder Etagentrocknern durchführen, die eben oder geformt sein können. Im Falle geformter Etagentrockner kann den getrockneten Formstücken, Streifen oder Bändern näherungsweise die Form der Elektroden vermittelt werden, auf die sie aufgetragen werden sollen. Im anderen Fall können solche geformten Stücke durch Formen des »grünen« Materials in eine freitragende Form hergestellt werden, z. B. in Gestalt eines Zylinders oder Halbzylinders, entweder durch Verwendung eines Entwässerungsfilters mit geeigneter Gestalt oder durch Formen des »grünen« Materials nach der Entwässerung.The drying process can be conveniently carried out by storage carry out the "green" shaped pieces, strips or bands on drying plates or floor dryers, which can be flat or shaped. In the case of shaped floor dryers, the dried Moldings, strips or ribbons approximate the shape of the electrodes are imparted to the they are to be applied. In the other case, such shaped pieces can be formed by shaping the "green" Materials can be made in a cantilevered form, e.g. B. in the form of a cylinder or half cylinder, either by using a drainage filter of a suitable shape or by molding of the "green" material after drainage.
Die Formstücke, Streifen und Bänder können gegebenenfalls eine oder mehrere Schichten eines flexibleren Materials enthalten, wie z. B. plastische Materialien, Pappe, schweres Papier, keramisches »Faserpapier« oder andere faserige Blattmaterialien oder dünne Metallbleche, um die Eigenschaften Festigkeit und Biegsamkeit der erhaltenen Formstücke, Streifen oder Bänder zu verbessern. Solche zusätzlichen Schichten führen nicht notwendigerweise zu einer Verbesserung der Schutzeigenschaften des fertiggestellten Formstücks. Es wird jedoch in denjenigen Fällen, in denen eine zusätzliche Schicht in der äußeren Oberfläche des Formstücks vorhanden ist, ein Verkleben des Formstücks mit der Gebrauchsapparatur verhindert, wenn das Formstück bei Gebrauch klebrig wird. Die zusätzliche Schicht kann mit Vorteil während des Herstellungsprozesses eingearbeitet werden, aber auch irr, anderen Fall auf das Formstück aufgetragen werden, z. B. durch Klebstoffe, nachdem die Herstellung des Formstücks abgeschlossen ist.The moldings, strips and tapes can optionally have one or more layers of a more flexible one Contain materials such as B. plastic materials, cardboard, heavy paper, ceramic "fiber paper" or other fibrous sheet materials or thin metal sheets to increase the strength properties and to improve the flexibility of the molded pieces, strips or tapes obtained. Such additional Layers do not necessarily improve the protective properties of the finished product Fitting. However, it will be used in those cases where there is an additional layer in the outer Surface of the shaped piece is present, a gluing of the shaped piece with the appliance prevents the fitting from becoming sticky in use. The additional layer can be beneficial be incorporated during the manufacturing process, but also err, other case on the fitting be applied, e.g. B. by adhesives after the production of the molding is complete.
Nach dem Auftragen auf die Elektrode und/oder wenn die Elektrode im Ofen verwendet .vird, schmilzt das Formstück auf und bildet eine zusammenhängende, sehr undurchlässige Schutzschicht, die auf der Elektronenoberfläche klebt, wobei die Undurchlässigkeit durch den vorhandenen Füllstoff weiter verbessert wird. Derartige Schutzschichten vermindern wesentlich die Zersetzung von Elektroden in der Ofenatmosphäre.Melts after application to the electrode and / or when the electrode is used in the oven the fitting and forms a cohesive, very impermeable protective layer that is on the Electron surface sticks, the impermeability further improved by the filler present will. Such protective layers significantly reduce the decomposition of electrodes in the Furnace atmosphere.
Der Füllstoff bewirkt ferner, daß die Viskosität der Grundmasse so gesteigert wird, daß sie nicht von der Elektrode abtropft. Der Anteil des Füllstoffs wird so eingestellt, daß die Schicht über einen weiten Temperaturbereich flüssigplastisch ist und auf diese Weise Temperaturschwankungen ohne weiteres verträgt, ohne zu reißen.The filler also has the effect that the viscosity of the base material is increased so that it does not depend on the Electrode drips off. The proportion of filler is adjusted so that the layer over a wide temperature range is liquid-plastic and in this way tolerates temperature fluctuations without further ado, without tearing.
Es wurde gefunden, daß das Gewichtsverhältnis von Grundmasse zu Füllstoff in Abhängigkeit von der Temperatur, die auf die aufgetragene Schicht zur Einwirkung kommt, zwischen 90:10 und 15:85 liegen kann.It has been found that the weight ratio of base to filler depends on the The temperature applied to the applied layer should be between 90:10 and 15:85 can.
Für eine Betriebstemperatur von 700° C wird in der Schicht ein Grundmassen/Füllstoff-Verhältnis von 65:35 bis 85:15 bevorzugt. Für eine Betriebstemperatur von 1600° C wird in der Schicht ein Grundmassen/Füllstoff-Verhältnis von 25:75 bis 50:50 bevorzugt.For an operating temperature of 700 ° C, there is a basic mass / filler ratio in the layer from 65:35 to 85:15 preferred. For an operating temperature of 1600 ° C, a Base / filler ratio from 25:75 to 50:50 preferred.
Die Mengenverhältnisse schließen die Verwendung einer Grundmasse ein, die gebundenes Wasser enthält, das unmittelbar nach dem Auftrag auf die Elektrode ausgetrieben wird. So kann in einer Grundmasse enthaltene Borsäure in Bortrioxid überführt werden. Hierbei entspricht ein Verhältnis von 70% Bortrioxid zu 30% Füllstoff einem Verhältnis von 80% Borsäure zu 20% Füllstoff, Bei Zusatz von faserförmigem Material sollte dessen Anteil 20 Gew,-% nicht überschreiten. The proportions include the use of a base that contains bound water, which is driven out immediately after application to the electrode. So can in a basic mass contained boric acid can be converted into boron trioxide. A ratio of 70% corresponds to boron trioxide to 30% filler a ratio of 80% boric acid to 20% filler, with the addition of fibrous material its proportion should not exceed 20% by weight.
Da die Schutzschicht auf Grund der Benetzung der Elektrodenoberfläche durch die Grundmasse fest haftet und keine Neigung zu Rißbildung vorhanden ist, können anschließend weitere Schutzschichten aufgebracht werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß vorherige Schichten abblättern.Because the protective layer adheres firmly due to the wetting of the electrode surface by the base material and there is no tendency to crack, further protective layers can then be applied without the risk of previous layers peeling off.
Die Haftfestigkeit kann gesteigert werden, indem ein Überzug aus der Grundmasse oder aus einem mit der Grundmasse angereicherten Material oder aus einem ähnlichen als Klebmasse wirksamen Material aufgebracht wird. Derartige klebende Schichten können bequem auf die entsprechende Oberfläche der Formstücke während oder nach der Formung und/ oder direkt auf die Oberfläche der Elektrode aufgebracht werden.The adhesive strength can be increased by applying a coating from the base material or from a with the base material enriched material or from a similar material effective as an adhesive is applied. Such adhesive layers can be conveniently applied to the corresponding surface of the Moldings applied during or after molding and / or directly onto the surface of the electrode will.
Die Formstücke können entweder oberhalb oJerThe fittings can either be above or above
-n unterhalb der Ofenabdeckung oder in der Nähe des Ofens auf die heiße Elektrode aufgebracht werden und so lange durch eine äußere Vorrichtung gehalten werden, bis sich eine ausreichende Geschmeidigkeit, z. B. durch Schmelzen der Grundmasse, einstellt, su- n are applied below the furnace cover or in the vicinity of the furnace on the hot electrode and held by an external device until sufficient flexibility, e.g. B. by melting the matrix, adjusts, see below
2Ί daß die Formstücke die genauen Umrisse der Elektrode annehmen und an deren Oberfläche haften. 2Ί that the fittings take on the exact outline of the electrode and adhere to its surface.
Sollte es bei gewissen Ofenkonstruktionen nicht praktisch sein, die Formstücke aufzutragen, während die Elektrode mit den Klemmen versehen ist, kannShould it not be practical for certain furnace designs to apply the fittings while the electrode is provided with the clamps
J" dann die Elektrode außerhalb des Ofens zwecks Aufbringens der Formstücke von den Klemmen befreit werden. Wenn die Klemmen für diesen Zweck von den Elektroden entfernt worden sind, weFden die Formstücke nur auf denjenigen Teil der ElektrodeJ "then the electrode outside of the oven for application the fittings are freed from the clamps. If the terminals are used for this purpose by the electrodes have been removed, the fittings are only applied to that part of the electrode
i> aufgebracht, der sich unterhalb der Lage der Klemmen befindet.i> applied, which is located below the location of the terminals is located.
Geeignete Grundmassen können z. B. aus graphitbenetzenden Materialien folgender Gruppen ausgewählt werden:Suitable base materials can be, for. B. selected from graphite-wetting materials from the following groups will:
4(1 1. Borhaltige Verbindungen, wie Bvroxid, Borsäure, Metaborsäure oder Salze dieser Säuren wie Natriumborat; 4 (1 1. Boron-containing compounds such as hydroxide, boric acid, metaboric acid or salts of these acids such as sodium borate;
2. Vanadiumpentoxid2. Vanadium pentoxide
3. Kombinationen von glasurbildenden Materia-4r> Iien, wie Phosphaten, Fluoriden oder Silikaten3. combinations of glaze forming material-4 r> Iien as phosphates, fluorides or silicates
wie Alkalimetallphosphate, Aluminiumorthophosphate, Alkalimetallsilikate, Glas, Calciumfluorid, Natriumaluminiumfluorid oder Natriumborfluorid. such as alkali metal phosphates, aluminum orthophosphates, alkali metal silicates, glass, calcium fluoride, Sodium aluminum fluoride or sodium boron fluoride.
v> Ein oder mehrere Mineralien aus der 3. Gruppe können mit einem oder mehreren Materialien aus der 1. und/oder 2. Gruppe kombiniert werden. Es können auch ein oder mehrere Materialien aus den Gruppen 1 bis 3 in Verbindung mit Substanzen verwendet werden, die die Oberflächenspannung modifizieren, wie z. B. Chromerz.v> One or more minerals from the 3rd group can be mixed with one or more materials from the 1st and / or 2nd group can be combined. One or more materials from the groups can also be used 1 to 3 can be used in conjunction with substances that modify surface tension, such as z. B. Chrome ore.
Als Füllstoffe eignen sich beispielsweise die feuerfesten Oxide, Carbide, Nitride oder Boride, z. B. Chromoxid, Zirkoniumoxid, Titandioxid, Siliciumcarbid, Wolframcarbid, Bornitrid, Siliciumnitrid, Titanborid, Zirkoniumborid und Zirkoniumcarbid. Die Korngröße des feuerfesten Füllstoffs kann so gewählt werden, daß 80% der Teilchen kleiner sind als 0,5 mm, vorzugsweise kleiner als 0,2 mm, noch besser kleiner als 0,06 mm. Geeignete Fasermaterialicn können bestehen aus Asbest, Aluminosilikatfasern, Glasfasern, Aluminochfomosilikatfasern, Calciumsilikatfasern, mineralischer Wolle, Schlackenwolle, Papier,Suitable fillers are, for example, the refractory oxides, carbides, nitrides or borides, e.g. B. Chromium oxide, zirconium oxide, titanium dioxide, silicon carbide, tungsten carbide, boron nitride, silicon nitride, titanium boride, Zirconium boride and zirconium carbide. The grain size of the refractory filler can be selected be that 80% of the particles are smaller than 0.5 mm, preferably smaller than 0.2 mm, even better smaller than 0.06 mm. Suitable fiber materials can consist of asbestos, aluminosilicate fibers, glass fibers, Aluminosilicate fibers, calcium silicate fibers, mineral wool, slag wool, paper,
wie Abfallpapier, Zellstoff und Zeitungspapier, und textlien Fasern, wie Kunstseide, Wolle und ähnlichem. Besonders wirksam sind Streifen, Bänder oder Formstücke, die Grundmassen auf Basis von Borverbindungen und Füllstoffe aus feuerfesten Carbiden ·"> enthalten. Als besonders wirksam erwiesen sich Schichten, die aus Bortrioxid oder Borsäure als Grundmasse und Siliciumcarbid als Füllstoff bestehen. Versuche ergaben Verringerungen des Elektrodenverbrauchs bis zu 52%. ι»such as waste paper, pulp and newsprint, and textile fibers such as rayon, wool and the like. Strips, bands or shaped pieces, the base compounds based on boron compounds, are particularly effective and refractory carbide fillers. Found particularly effective Layers that consist of boron trioxide or boric acid as a base material and silicon carbide as a filler. Tests have shown reductions in electrode consumption of up to 52%. ι »
Auf eine heiße Elektrode (1200° C) von 230 mm Durchmesser für einen Ofen einer Kapazität von 10 t wurden 25 cm2 große Formstücke aus 65% Silicium- r> carbid, 29% Borsäure (H1BO3) (Gewichtsverhältnis Siliciumcarbid zu Boroxid nach der Anbringung 80:20) 4% Amositasbest und 2% geschnittene Reyonfasern (1 cm) aufgebracht. Alle Formstücke wurden nach dem Formen undTroeknenmit Borsäure -» einer Menge von 4 g/dm2 beschichtet. Beim Aufschmelzen auf die Oberfläche der Elektrode wurde eine Schicht von 2 mm Dicke gebildet. Nach 2 Chargen (näherungsweise 9 Std,) wurdei m Vergleich zum unbeschichteten Teil der Elektrode gefunden, daß der Elektrodenverbrauch um 52% gesenkt worden war. 25 cm 2 shaped pieces made of 65% silicon carbide, 29% boric acid (H 1 BO 3 ) (weight ratio of silicon carbide to boron oxide) were placed on a hot electrode (1200 ° C.) with a diameter of 230 mm for a furnace with a capacity of 10 t after application 80:20) 4% amosite asbestos and 2% cut rayon fibers (1 cm) are applied. After molding and drying, all molded pieces were coated with boric acid - »in an amount of 4 g / dm 2 . When it was melted onto the surface of the electrode, a layer 2 mm thick was formed. After 2 batches (approximately 9 hours) it was found, in comparison to the uncoated part of the electrode, that the electrode consumption had been reduced by 52%.
Auf eine heiße Elektrode (1050° C) von 560 mm Durchmesser für einen Ofen mit einer Kapazität von 701 wurden 25 cm2 große Formstücke aus 54% Siliciumcarbid, 40% Borsäure (HjBO1) (Gewichtsverhältnis Siliciumcarbid zu Boroxid nach der Anbringung 70:30), 4% Amositasbest und 2% geschnittene Reyonfaser (1 cm) aufgebracht. Jedes Formstück wurde nach dem Formen und Trocknen mit Borsäure einer Menge von 4 g/dm2 beschichtet. Beim Schmelzen wurde auf der Elektrodenoberfläche eine Schicht von etwa 2 mm Dicke gebildet.. Nach vier Chargen (näherungsweise 17 Std.) wurde im Vergleich zu dem unbeschichteten Teil der Elektrode gefunden, daß der Elektrodenverbrauch um 48% risenkt worden war. 25 cm 2 shaped pieces made of 54% silicon carbide, 40% boric acid (HjBO 1 ) (weight ratio silicon carbide to boron oxide after attachment 70:30 were placed on a hot electrode (1050 ° C.) with a diameter of 560 mm for a furnace with a capacity of 701 ), 4% amosite asbestos and 2% cut rayon fiber (1 cm). Each molded piece after molding and drying was coated with boric acid in an amount of 4 g / dm 2. Upon melting, a layer about 2 mm thick was formed on the electrode surface. After four batches (approximately 17 hours), it was found that the electrode consumption had been reduced by 48% compared to the uncoated part of the electrode.
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