ES2314197T3 - Electrodo de grafito para la elaboracion de acero. - Google Patents
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Abstract
Electrodo de grafito para un horno de arco eléctrico usado para la fabricación de acero, que funciona mientras se refrigera el electrodo de grafito que sobresale hacia arriba desde el techo del horno rociando un líquido refrigerante sobre la superficie exterior del electrodo de grafito, en donde una acanaladura en hélice está formada en la superficie exterior del electrodo, formando dicha acanaladura en hélice un ángulo de 45º o más, pero menor de 90º, y teniendo un paso P comprendido entre 0,2 mm y 10 mm, y una profundidad h de acanaladura comprendida entre 0,2 mm y 5 mm.
Description
Electrodo de grafito para la elaboración de
acero.
La presente invención se refiere a un electrodo
de grafito para un horno de arco eléctrico. Más en concreto, la
presente invención se refiere a una mejora de un electrodo de
grafito para un horno de arco eléctrico usado para la elaboración
de acero que funciona mientras se refrigera el electrodo de grafito
que sobresale hacia arriba desde el techo del horno.
Un electrodo de grafito para un horno de arco
eléctrico usado para la elaboración de acero produce un arco y hace
que se derrita una materia prima. Como el electrodo de grafito
alcanza altas temperaturas debido al arco, el electrodo de grafito
se oxida y sublima. Además, la punta del electrodo se desgasta
rápidamente debido a la corrosión producida por el agua arrastrada
con el vapor o equivalente. Por tanto, el electrodo de grafito se
rellena desde el exterior del horno conectando electrodos de grafito
en orden con miras a compensar el desgaste.
En ese caso, la superficie exterior del
electrodo de grafito se oxida y consume debido a un aumento de
temperatura del electrodo, con lo cual aumenta la velocidad de
consumo. Esto puede hacer que se produzca un accidente por rotura
durante el funcionamiento. Por tanto, para impedir que se oxide y
consuma la superficie exterior del electrodo, se ha propuesto un
método de refrigeración del electrodo de grafito rociando un líquido
refrigerante sobre la superficie exterior del electrodo de grafito
en un emplazamiento por encima del techo del horno (patente
estadounidense 4.852.120).
Con miras a aumentar el efecto de refrigeración
en el anterior método de refrigeración del electrodo de grafito
rociando un líquido refrigerante sobre la superficie del electrodo
de grafito en un emplazamiento por encima del techo del horno, se
ha propuesto un método de pulverización de un líquido refrigerante
para extenderlo en un rango comprendido entre un ángulo de
inclinación de -10º o menos y un ángulo de inclinación de +10º o
más con respecto al nivel horizontal (patentes estadounidenses
1.911.119 y 5.795.539).
Por el documento DE 33 47 069 A1 se conoce un
electrodo de grafito para producir acero, que se refrigera con agua
durante su uso y tiene en su superficie nervios o las
correspondientes ranuras, en las que se pueden insertar placas de
grafito. Las placas o nervios forman salientes en una parte de la
superficie del electrodo cilíndrico y aumentan la superficie total
del electrodo. De ese modo aumenta la cantidad de calor que puede
eliminarse durante la refrigeración mediante radiación desde la
superficie, lo que mejora la refrigeración.
Por el documento DE 87 16 883 U1, se conoce un
electrodo de grafito que consta de partes cilíndricas individuales
conectadas mediante extremos roscados. En uso continuo, otras partes
se conectan con su parte inferior cónica, que tiene una rosca
macho, al extremo superior de la parte superior del electrodo
montado, que tiene una rosca hembra. Se puede aumentar la
estabilidad del electrodo montado usando extremos cónicos que tengan
una relación entre la superficie inferior y la superficie superior
de entre 1,5 y 2 y una relación entre la longitud total y el
diámetro inferior de entre 0,5 y 1,5 en combinación con secciones no
roscadas en la parte superior e inferior de al menos 15 mm. Durante
el uso, las partes roscadas forman conexiones estrechas en la
estructura interior del electrodo.
Por el documento DE 901 221, se conoce otro
electrodo de grafito que consta de varias partes conectadas mediante
extremos roscados. La estabilidad de dicho electrodo montado se
mejora aplicando una rosca macho que empieza cerca de la superficie
exterior del electrodo y se situada en un cono que tiene una
pendiente de entre 55 y 60 grados.
Un electrodo de grafito artificial para un horno
de arco eléctrico usado para la fabricación de acero se produce
añadiendo un ligante de brea a materia prima de coque, y amasando la
mezcla, seguido de extrusión, cocción primaria, impregnación de
brea, recocción, grafitación y mecanizado en dimensiones
predeterminadas. El electrodo de grafito muestra mejores
características a medida que avanza la grafitación. Sin embargo, la
hidrofilidad de la superficie del electrodo tiende a disminuir a
medida que avanza la grafitación. Por tanto, en el caso en el que
se refrigera el electrodo de grafito para la fabricación de acero
rociando un líquido refrigerante sobre la superficie del electrodo
de grafito, disminuye el efecto de refrigeración ya que la
superficie del electrodo repele el líquido refrigerante, por lo
cual no se puede conseguir un efecto de prevención de oxidación
suficiente.
Los presentes inventores han dirigido varios
experimentos y estudios sobre la estructura del electrodo para
obtener hidrofilidad de la superficie del electrodo de grafito para
un horno de arco eléctrico usado para la fabricación de acero, que
está suficientemente grafitado y tiene buenas características para
usar, y han descubierto que la hidrofilidad puede obtenerse
formando una estructura irregular en la superficie del electrodo,
con la que se puede aumentar el efecto de refrigeración.
La presente invención se ha realizado en base a
los anteriores hallazgos. Un propósito de la presente invención
consiste en proporcionar un electrodo de grafito para un horno de
arco eléctrico usado para la fabricación de acero, que funciona
mientras se refrigera el electrodo de grafito rociando un líquido
refrigerante sobre la superficie exterior del electrodo de grafito
que sobresale hacia arriba desde el techo del horno, que tiene
buenas características de retención de agua, proporciona un efecto
de refrigeración suficiente y reduce la tasa de consumo del
electrodo impidiendo la oxidación y el consumo.
El propósito anterior se consigue con un
electrodo de grafito para un horno de arco eléctrico usado para la
fabricación de acero, que funciona mientras se refrigera el
electrodo de grafito rociando un líquido refrigerante sobre la
superficie exterior del electrodo de grafito que sobresale hacia
arriba desde el techo del horno, estando formada en la superficie
exterior del electrodo una acanaladura en hélice, formando la hélice
un ángulo de 45º o más, aunque menos de 90º, con un paso P de entre
0,2 y 10 mm, y una profundidad h de entre 0,2 y 5 mm.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1, es una vista en alzado esquemática
parcial de un ejemplo de un electrodo de grafito de la presente
invención.
La figura 2, es una vista a mayor escala de la
parte A que se muestra en la figura 1.
La figura 3, es una vista que muestra otro
ejemplo de una estructura irregular.
La figura 4, es una vista que muestra otro
ejemplo más de una estructura irregular.
La figura 5, es un gráfico que muestra la
relación entre la cantidad de agua suministrada y la cantidad de
agua retenida de un electrodo según la presente invención.
La figura 6, es un gráfico que muestra la
relación entre la altura de un saliente de una superficie irregular
y la cantidad de agua retenida de un electrodo de la presente
invención.
\vskip1.000000\baselineskip
En la presente invención, la estructura
irregular incluye una estructura en la que están formadas
acanaladuras en la superficie del electrodo en dirección
perpendicular o paralela a la dirección del eje del electrodo,
dando esto como resultado una estructura en la que se forma una
acanaladura en hélice.
Una estructura con una acanaladura en hélice 2
formada en la superficie de un electrodo de grafito 1, como se
muestra en las figuras 1 y 2, es la más preferida en la práctica
desde el punto de vista de su facilidad de funcionamiento y puede
hacerse mediante mecanizado, por ejemplo torneado. La estructura
irregular puede formarse en toda la superficie del electrodo. La
estructura irregular puede formarse en la superficie del electrodo
excepto en la parte de soporte.
Según la invención, el ángulo \beta de la
hélice 2 oscila entre 45º y 90º. El paso P oscila entre 0,2 mm y
10 mm. Si el ángulo de la hélice es menor de 45º, se reduce el
efecto de agua retenida. Si el paso P es menor de 0,2 mm, el efecto
de retención de agua es insuficiente. Si el paso P supera los 10 mm,
el electrodo no puede sostenerse de manera adecuada. En el caso de
una acanaladura en forma de V (acanaladura mostrada en las figuras
1 y 2), aumenta la profundidad de la acanaladura, con lo cual
disminuye la resistencia efectiva del electrodo.
La altura h del saliente de la estructura
irregular oscila entre 0,2 mm y 5 mm, y de manera más preferible
entre
0,3 mm y 2 mm. Si la altura h es menor de 0,2 mm, el efecto de retención de agua es insuficiente. Si la altura h sobrepasa los 5 mm, disminuye la resistencia efectiva del electrodo, con lo cual el electrodo tiende a romperse. En el caso de que la estructura irregular se forme por toda la superficie del electrodo, el límite superior del paso y la altura del saliente se seleccionan dependiendo del tamaño del electrodo para que el electrodo no se rompa debido al descenso de resistencia efectiva o para que el electrodo pueda sostenerse de manera adecuada.
0,3 mm y 2 mm. Si la altura h es menor de 0,2 mm, el efecto de retención de agua es insuficiente. Si la altura h sobrepasa los 5 mm, disminuye la resistencia efectiva del electrodo, con lo cual el electrodo tiende a romperse. En el caso de que la estructura irregular se forme por toda la superficie del electrodo, el límite superior del paso y la altura del saliente se seleccionan dependiendo del tamaño del electrodo para que el electrodo no se rompa debido al descenso de resistencia efectiva o para que el electrodo pueda sostenerse de manera adecuada.
El líquido refrigerante rociado sobre la
superficie del electrodo con un rociador o una boquilla de ducha,
que circula por la superficie del electrodo formada por una
estructura irregular y contribuye así a aumentar la eficacia de
refrigeración del electrodo, funciona como sigue:
- (1)
- El caudal de líquido refrigerante se reduce debido a la estructura irregular de la superficie del electrodo. Esto permite que se extienda uniformemente una película de líquido refrigerante por la superficie del electrodo. Además, como el grosor de la película aumenta, también aumenta el efecto de retención de agua. Esto contribuye a que mejore el efecto de refrigeración.
- (2)
- La superficie del electrodo, en concreto, la zona de transferencia de calor del líquido refrigerante, aumenta.
- (3)
- Como la zona de ebullición aumenta, también aumenta el efecto de eliminación de calor debido al calor de evaporación.
Además, el coeficiente de transferencia de calor
entre la superficie del electrodo y la superficie de la película de
líquido refrigerante aumenta aparentemente debido al efecto de
agitación del líquido refrigerante producido por la superficie
irregular.
Como líquido refrigerante, se usa normalmente
agua (agua industrial). El efecto de retención de agua de la
superficie del electrodo puede aumentarse añadiendo un surfactante
al agua. El efecto de retención de agua también puede aumentarse
aplicando un surfactante a la superficie del electrodo. En vez de
agua, puede usarse una solución acuosa de un antioxidante.
A continuación, se describen ejemplos del campo
de la presente invención en comparación con un ejemplo de electrodo
de grafito convencional (ejemplo comparativo) que tiene una
superficie lisa y no una estructura irregular. Sin embargo, los
siguientes ejemplos ilustran una sola realización de la presente
invención y no deben considerarse limitativos de la presente
invención.
Ejemplos y Ejemplo
Comparativo
Se formó una estructura irregular con una
acanaladura en hélice en la superficie de un electrodo de grafito
que tenía un diámetro de 101,6 mm y una longitud de 350 mm
sometiendo el electrodo de grafito a un proceso de formación de una
acanaladura en hélice en las condiciones que se muestran en la Tabla
1. El electrodo se suspendió a través de una célula de carga y se
roció con agua de refrigeración sobre su superficie con una
boquilla de pulverización de agua de refrigeración dispuesta
alrededor del electrodo, a una velocidad de pulverización de agua
de 4 U minuto, que se dejo circular por la superficie del electrodo.
Se midió el aumento de peso del electrodo usando la célula de carga
para calcular la cantidad de agua retenida (cantidad de agua
retenida = peso del electrodo después de rociar con agua de
refrigeración y dejar que el agua de refrigeración circule - peso
del electrodo antes de rociar agua de refrigeración).
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\vskip1.000000\baselineskip
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(Tabla pasa a página
siguiente)
La figura 5 muestra la relación entre la
cantidad de agua suministrada y la cantidad de agua retenida en los
ejemplos y en el ejemplo comparativo. La figura 6 muestra la
relación entre la altura del saliente (profundidad de acanaladura
h) y la cantidad de agua retenida.
Como se muestra en la figura 5, en los ejemplos
en los que se formó una en hélice, la cantidad de agua retenida
aumentó en un paso de acanaladura P de 1,0 mm o más en comparación
con el ejemplo comparativo en el que la superficie del electrodo
era lisa y no estaba provista de una acanaladura en hélice. En
concreto, se obtuvo un efecto de retención de agua excelente en los
ejemplos de prueba 3, 4 y 5 en los que el paso de acanaladura P era
de 2,0 mm o más.
Como se muestra en la figura 6, la cantidad de
agua retenida aumentó en los ejemplos en los que se formó una
acanaladura en hélice en comparación con el ejemplo comparativo en
el que la superficie del electrodo era lisa y no estaba provista de
una acanaladura en hélice. En concreto, se obtuvo un efecto de
retención de agua excelente en los ejemplos de prueba 3 a 7 en los
que la profundidad de acanaladura era de 0,8 mm o más. El efecto de
retención de agua se mejoró en gran medida en los ejemplos de prueba
4 y 5 en los que la profundidad de acanaladura era de
1,75 mm o más.
1,75 mm o más.
Según la presente invención, se puede
proporcionar un electrodo de grafito para la elaboración de acero en
el que se puede suprimir de manera efectiva la oxidación y el
consumo y en el que se puede reducir la velocidad de consumo de
electrodo.
Claims (1)
1. Electrodo de grafito para un horno de arco
eléctrico usado para la fabricación de acero, que funciona mientras
se refrigera el electrodo de grafito que sobresale hacia arriba
desde el techo del horno rociando un líquido refrigerante sobre la
superficie exterior del electrodo de grafito, en donde una
acanaladura en hélice está formada en la superficie exterior del
electrodo, formando dicha acanaladura en hélice un ángulo de 45º o
más, pero menor de 90º, y teniendo un paso P comprendido entre 0,2
mm y 10 mm, y una profundidad h de acanaladura comprendida entre
0,2 mm y
5 mm.
5 mm.
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