DE3315975A1

DE3315975A1 - Process for producing graphite electrodes having a protective coating

Info

Publication number: DE3315975A1
Application number: DE19833315975
Authority: DE
Inventors: Günter Dr.sc.techn. DDR 1193 Berlin Burkhard; Martin Dipl.-Phys. DDR 1114 Berlin Käbisch; Otto Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. DDR 8027 Dresden Rademacher; Eberhard Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. DDR 8045 Dresden Rönsch; Hermann Prof. Dr.rer.nat.habil. DDR Dresden Scheler; Wolf-Dieter Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. Schulz
Original assignee: ELEKTROKOHLE LICHTENBERG VEB
Current assignee: ELEKTROKOHLE LICHTENBERG VEB
Priority date: 1982-06-07
Filing date: 1983-05-02
Publication date: 1983-12-08
Also published as: DD205428A1

Abstract

In a process for producing graphite electrodes having a protective coating and used for steel production in arc furnaces, the protective layer is produced by applying a viscous compound composed of 100 parts by mass of soluble alkali-metal silicate solution having a SiO2 : alkali-metal oxide molar ratio of 3 : 1 - 3.4 : 1 and an SiO2 concentration of between 20 and 25 % by mass, 10-30 parts by mass of highly crystalline magnesium hydroxide, 30-100 parts by mass of sand and 130-200 parts by mass of aluminium powder. The coated electrode is then exposed to a temperature of 1050-1150 K, producing a protective layer having good adhesion and gastightness.

Description

Verfahren zur Herstellung schatzbeschichteterMethod of making treasure-coated

Graphitelektroden Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft schutzbeschichtete Graphitelektroden, die in Lichtbogenöfen zur Erzeugung von Stahl eingesetzt werden.Graphite Electrodes Field of the Invention The invention relates to Protective coated graphite electrodes used in electric arc furnaces for the production of steel can be used.

Charakteristik der bekannten technischen LdauRgen Elektroden aus Kohlenstoffwerkstoff, insbesondere aus Graphit erreichen im Lichtbogenofenbetrieb Temperaturen bis 2800 K, außerhalb des eigentlichen Ofengefäßes erwärmen sie sich auf ca. 700 - 1300 K. Unter dem Einfluß des Luftsauerstcffs 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.Characteristics of the well-known technical long-term electrodes made of carbon material, Especially those made of graphite reach temperatures of up to 2800 in arc furnace operation K, outside the actual furnace vessel they heat up to approx. 700 - 1300 K. Under the influence of the oxygen in the air, the oxidation begins at around 700 K Graphite, which leads to a burn-off of the electrode and thus to a loss of material due to premature consumption of the electrode.

Es hat zahlreiche Versuche gegeben, den Nachteil des Abbrandes durch Oxydation des Graphits, an den Elektroden zu beeinflusen.There have been numerous attempts to overcome the disadvantage of burn-up Oxidation of the graphite, affecting the electrodes.

Ein besonderer Beitrag zur Senkung des Abbrandes wurde durch den Einsatz schutzbeschichteter Graphitelektroden geleistet.A special contribution to the reduction of the burn-up was made by the use graphite electrodes with protective coating.

Es wurden deshalb in der Vergangenheit eine Reihe von Schutzbeschichtungen fUr Graphitelektroden vorgeschlagen, die die Elektrode während des Betriebes wenigstens solange vor Oxydation schlitzen sollen, bis die Grenzen der Temperaturbeständigkeit der Schicht erreioht sind, die stets erheblich unter der des Graphits liegt.There have therefore been a number of protective coatings in the past Proposed for graphite electrodes that the electrode during operation at least should slit before oxidation until the limits of temperature resistance the layer are reached, which is always significantly below that of the graphite.

Die vorgeschlagenen Schichten lassen sich in drei Gruppen einteilen: a) Schutzschichten aus Karbiden insbesondere Siliziumkarbid sowie Karbide und Silizide des Titans und des Chroms.The proposed shifts can be divided into three groups: a) Protective layers made of carbides, in particular silicon carbide, as well as carbides and silicides of titanium and chrome.

b) Metalltiberzuge aus den verschiedensten IKetallen, z.T. in Verbindung mit Hartstoffen, wie feuerfeste Oxide, Nitride, Csrbide und Boride.b) Metal coatings made from a wide variety of I-metals, partly in combination with hard materials such as refractory oxides, nitrides, Csrbide and boride.

c) Schutzschichten aus vorgefertigten Streifen oder Pormstllcken aus einer u8mittelgrundmasse mit feuerfesten Füllstoffen, die auf die Oberfläche der vom Betrieb her heißen Elektrode aufgebracht werden.c) Protective layers made from prefabricated strips or molded pieces a medium base mass with refractory fillers that are applied to the surface of the hot electrode can be applied during operation.

Schutzschichten der Gruppe a weisen im allgemeinen eine gute Temperaturbeständigkeit auf, sind aber teuer, schwierig haltbar aufzubringen und haben einen spezifischen Widerstand, der zumeist Uber dem des Graphits liegt. Ihr entscheidender Nachteil besteht in ihrem gegenüber Graphit höheren thermischen Auadehnungskoeffizienten. Infolge des betriebsmäßigen schroffen Temperaturwechsels bei der Herauanahme der heißen Elektroden aus dem Ofenraum, die im Sckmelzbetrieb 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 platst ab.Group a protective layers generally have good temperature resistance on, but are expensive, difficult to apply and have a specific Resistance which is mostly higher than that of graphite. Your decisive disadvantage consists in their higher thermal expansion coefficient compared to graphite. As a result of the operational abrupt change in temperature when the hot electrodes from the furnace chamber, which occurs several times an hour in smelting operation, cools the surface of the electrode faster than its interior. Because of the high Coefficient of expansion, the protective layer contracts more strongly than the graphite material, rips and puffs off.

Das gleiche Problem besteht auch bei den Metalischichten der Gruppe b, soweit sie ihre Schutzwirkung im festen Zustand ausüben. Auch sie lassen sich infolge der thermisch induzierten Spannungen bei Abkühlung ab. Einige von ihnen weisen auch keine hinreichende Gasdichtheit auf. Binde Ausnahme bieten hierbei Schutzachichten auf Aluminiumgrundlagen, die wegen des niedrigen Schmelzpunktes von Aluminium den Csydationsschutz im flüssigen Zustand bewirken. Es sind jedoch besondere Maßnahmen erforderlich, um daß Abperlen der fltissigen Schicht zu verhindern.The same problem also exists with the group's metal layers b, insofar as they exercise their protective effect in the solid state. They too let themselves as a result of the thermally induced stresses during cooling. Some of them also do not have sufficient gas tightness. Protection reports are an exception to this on aluminum bases, which because of the low melting point of aluminum den Provide csydation protection in the liquid state. However, there are special measures 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 Metallspritzen und Bestreichen mit Suspensionen aufgetragen und meKrfach mittels eines stromstarken Lichtbogens eingebrannt wird.This requires a matrix made of aluminum oxide and in separate layers added hard materials are built up, so that the overall layer in several individual layers by metal spraying and brushing with suspensions and meKrfach is burned in by means of a powerful electric arc.

Das Verfahren ist sehr zeit- und energieaufwendig.The process is very time-consuming and energy-consuming.

Den Schutzschichten der Gruppe c haftet der enteobeidende Nachteil an, daß sie nicht oder nur sehr schlecht elektrisch leitend sind. Damit ist es unmöglich, derart beschichtete Elektroden in den Spannbacken der Elektrodenhalter, Uber"die der Strom zugeftihrt wird, aufzunehmen. Deshalb können die Elektroden nicht beschichtet angeliefert werden. Ibre Beschichtung ist erst während des Betriebes und nur in dem Oberflächenbereich möglich, der außerhalb der Spannzonen liegt.The protective layers of group c have the same disadvantage indicate that they are not or only very poorly electrically conductive. So it is impossible electrodes coated in this way in the clamping jaws of the electrode holder, about "die the electricity is supplied to absorb. Therefore the electrodes cannot be coated to be delivered. Ibre coating is only in operation and only in the surface area that lies outside the clamping zones is possible.

Zur Vermeidung der dargestellten Nachteile mUßte eine Schutzschicht fur Graphitelektroden neben der selbstterstindlichen Bedingung des Oxydationsschutzes bis zu möglichst hohen Temperaturen folgende Anforderungen erfüllen - annähernd gleiche thermische Ausdehnung wie Graphit - annähernd gleicher oder niedrigerer spezifischer Widerstand wie Graphit - gute Haftfähigkeit auf Graphit - einfache zeit- und energiesparende Herstellbarkeit der Schutzschicht - billige Ausgangsstoffe fWr ihre Herstellung Schutzgchiobten mit diesen Eigenschaften sind bisher nicht bekannt geworden.To avoid the disadvantages shown, a protective layer would have to be used for graphite electrodes in addition to the natural condition of oxidation protection meet the following requirements up to the highest possible temperatures - approximately same thermal expansion as graphite - almost the same or lower specific resistance like graphite - good adhesion to graphite - simple Time and energy saving manufacturability of the protective layer - cheap raw materials For their production there are currently no protective covers with these properties known.

Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist die zeit-, kosten- und energiesparende Herstellung schutzbeschichteter Graphitelektroden, die einen ausreichenden Schutz gegen Oxydation und schroffen Temperaturwechsel im Lichtbogenofenbetrieb aufweisen.AIM OF THE INVENTION The aim of the invention is to save time, money and energy Manufacture of protective coated graphite electrodes that provide adequate protection against oxidation and abrupt temperature changes in arc furnace operation.

Wesen der Erfindung 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 fUr den Oxydationsschutz von Graphitelektroden notwendigen physikalischen Eigenschaften gewährleistet.Essence of the invention The invention is based on the object To create a process for the production of protective coated graphite electrodes which the graphite electrode is treated with a viscous mass that forms a protective layer which in their structural design for the oxidation protection of graphite electrodes necessary physical properties guaranteed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Mischung aus 100 Masseteilen Alkaliwasserglaslösung mit einem Molverhältnis SiO2 : Alkalioxyd = 3 s 1 bis 3.4 : 1 und einer SiO2 - Konzentration zwischen 20 - 25 Masse % 10 - 30 Masseteilen gut kristallinem Magnesiwnhdroxid, 30 - 100 Basseteilen Sand der Korngröße <0.2 mm und 130 - 200 Masseteilen Aluminiumpulver der mittleren Korngröße < 100 µm auf die Graphitelektroden aufgetragen und einer Temperatur von 1050 -1150 K ausgesetzt wird. Die Mischung wird zweckmäßigerweise durch 2 - 3 stilndiges Dispergieren des Magnesiumhydroxids in Älkaliwasserglaslösung 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.According to the invention the object is achieved in that a mixture from 100 parts by mass of alkali waterglass solution with a molar ratio SiO2: alkali oxide = 3 s 1 to 3.4: 1 and an SiO2 concentration between 20 - 25% by mass 10 - 30 parts by mass of well-crystalline magnesia hydroxide, 30-100 parts by mass of sand Grain size <0.2 mm and 130 - 200 parts by weight of aluminum powder of the medium grain size <100 µm applied to the graphite electrodes and a temperature of 1050 -1150 K is exposed. The mixture is expediently mixed with 2-3 stools Dispersing the magnesium hydroxide in alkali water glass solution and then Mixing in sand and aluminum powder. The corresponding viscous mass is applied by brushing or trowelling onto the electrode in a layer thickness of applied at least 0.5 mm and, after air drying, a temperature treatment between 1050 and 1150 K.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll an Ausftthrungsbeispielen näher erläutert werden: Beispiel 1 Aus den 3estandteilen 100 g Natronwasserglaslösung Molverältnis SiO2 : Na20 = 3 t 1 SiO2 - Konzentration 25 Masse % 20 g gut kristallines Mg(OH)2 30 g Sand Korngröße 0.5 mm 136 g Aluminiumpulver 100 wird eine viskose Masse hergestellt, indem die Natronwasserglaslösung und das Xg(OH)2 in einer Kugelmühle 3 Stunden diepergiert werden. Nach Zugabe des Sande 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.Exemplary embodiment The invention is intended to be closer to exemplary embodiments The following are explained: Example 1 100 g of sodium silicate solution from the 3 components Molar ratio SiO2: Na20 = 3 t 1 SiO2 - concentration 25% by mass 20 g well crystalline Mg (OH) 2 30 g sand grain size 0.5 mm 136 g aluminum powder 100 becomes a viscous mass made by placing the soda waterglass solution and the Xg (OH) 2 in a ball mill Be dispersed for 3 hours. After adding the sand and the aluminum powder mixed in the ball mill for a further 1 hour. The resulting viscous mass is by means of Spatula applied to the graphite electrode in a layer thickness of 1 mm.

Baoh Luft trocknung wird die Schicht einer Temperatur von 1050 K ausgesetzt.Baoh air drying exposes the layer to a temperature of 1050 K.

Es hat sich gezeigt, daß die spezielle, erfindungsgemäße Zusammensetzung der Beschichtungamasse im Zusammenhang mit der gezielten Temperaturbehandlung bei 1050 - 1150 K zur Ausbildung von lluminiumbrticken in der Schicht ftihrt, die bewirken daß der gleiche spezifische Widerstand und gleiche thermische Ausdehnungskoeffizient wie der des Graphits entsteht, was zu einer guten Heftfähigkeit und Gasdichte auf der Graphitelektrode führt So hergestellte Graphitelektroden sind bis zu Temperaturen von etwa 1500 K vor Oxydation durch Luftsauerstoff geachUtzt.It has been shown that the special composition according to the invention the coating compound in connection with the targeted temperature treatment 1050 - 1150 K leads to the formation of aluminum bridges in the layer, which cause that the same specific resistance and the same coefficient of thermal expansion how that of graphite is formed, which leads to good tackiness and gas density the graphite electrode leads Graphite electrodes made in this way are up to temperatures 1500 K protected from oxidation by atmospheric oxygen.

Beispiel 2 In 100 g Kaliwasserglaslösung Molverhältnis SiO2 t K20 - 3r4 t 1 SiO2 - Konzentration 20 Masse % werden 25 g gut kristallines Kg(OH)2 etwa 3 Stunden in einer Kugelmühle dispergiert. Nach Zusatz von 95 g Sand und 200 g Aluminiumpulver wird die Masse nochmals t Stunde in der Kugelmühle gemischt.Example 2 In 100 g of potassium silicate solution, molar ratio SiO2 to K20 - 3r4 t 1 SiO2 - concentration 20 mass%, 25 g of good crystalline Kg (OH) 2 approx Dispersed in a ball mill for 3 hours. After adding 95 g of sand and 200 g of aluminum powder the mass is mixed again for t hour in the ball mill.

Anschließend erfolgt der Auftrag der viskosen Masse auf die Graphitelektroden in einer Schichtdicke von ca. 1 mm.The viscous mass is then applied to the graphite electrodes in a layer thickness of approx. 1 mm.

Nach Lufttrocknung wird die Schicht einer Temperatur von 1150 X ausgesetzt.After air drying, the layer is exposed to a temperature of 1150 °.

Danach erfolgt Einsatz im Lichtbogenofen in bekannter WeiserThis is followed by use in the arc furnace in the known manner

Claims

Invention claims point oil Process for the production of protective coated Graphite electrodes with silicate paints based on aqueous alkali silicate solutions characterized in that a mixture of 100 parts by weight of alkali water glass solution with a molar ratio SiO2: alkali oxide = 3: 1 to 3.4: 1 and an SiO2 - Concentration between 20 - 25 cup%, to - 30 parts by weight of well crystalline magnesia hydroxide, 30 - 100 parts by mass of sand with a grain size of <0.2 mm and 130 - 200 parts by mass of aluminum powder the mean grain size <100µm applied to the graphite electrodes and one Temperature of 1050 - 1150 K is exposed.

Point 2 Process for the production of graphite electrodes with protective coating according to item 1, characterized in that the mixture is dispersed for 2-3 hours of the magnesium hydroxide in alkali water glass solution and then mixing in Sand and aluminum powder is made.