HU189911B - Compound electrode for arc furnaces - Google Patents

Description

A találmány tárgya általánosságban elektromos Ívkemencékhez használatos elektróda, közelebbről meghatározva: összetett elektróda, amely egy folyadékhűtéses, hosszú élettartamú, de elégó, elfogyó felső részből áll, hozzácsatlakoztatva egy hagyományos elektródához (vagy egy elégő csúcsrészhez), mely a felsó részhez folyadékhűtésű összekötőeleinekkel kapcsolódik.

Az elektromos ívkemencék elektródáihoz alkalmazott hagyományos anyag a grafit. Ezek a grafitelektródák használatkor elégnek, elfogynak - például a villamos acélgyártó ívkemencékben, - azon erózió és korrózió következtében, amelyet az oxidáció, szublimáció, lepattogzás és más tényezők hatása idéz elő. Ez az elektródafogyás magában foglalja a csúcsveszteségeket, az ívoszlopszakadásból adódó veszteségeket, de különösen a felületi oxidáció veszteségeit. Egy villamos Ívkemence átlagos elektródafogyasztása négy-nyolc kg grafit, egy tonna előállított acélra számítva.

Az ívkemencék grafitelektródáinál a fogyás csökkentésének egyik módja egy védőbevonat vagy burkolóanyag alkalmazása az elektródán, amelynek anyaga ellenáll az oxidációnak. Ezek a bevonatok rendszerint növelik az érintkezési ellenállást az elektródabefogó felé, és számos közülük korrozív is, mivel foszforsav-alapúak. Ennek következtében nem terjedt el alkalmazásuk széles körben.

Egy másik módja a grafitelektródák fogyásának csökkentésének, hogy nem-fogyó elektródaszer keze Leket, elektródarendszereket alkalmaznak. Ezek a rendszerek teljes hosszúságukban folyadékhűtéssel ellátott elektródákat használnak, külön kiválasztott berendezéssel, amely megvédi az elektródát a villamos ív igen magas hőmérsékletétől. Jóllehet a szabadalmi irodalomban le vannak írva ilyen rendszerek, azonban ez a típus kereskedelmileg nem volt eredményes.

Javasolták azt is, hogy olyan összetett elektródákat használjanak, amelyek szénvagy grafitrészeket tartalmaznak, vízhűtéses fémrészekhez csatlakoztatva, s ezek alkalmasak lennének az Ívkemencék elektródafogyasztásának csökkentésére. Számos szabadalmi leírás vonatkozik ilyen különleges, összetett elektródákra, mint például a 986.429 sz. USA (Becket); a 2,471.531 sz. USA (Mc Intyre és társai); a 3,392.227 sz. USA (Ostberg); a 4,121.042 és 4,168.392 sz. USA (Prenn); a 4,189.617 és 4,256.918 ez. USA (Schwabe), valamint a 4,287.381 sz. USA-szabadalmi leírás (Montgomery), amelyek folyadékhűtéses összetett elektródákat ismertetnek ívkemencékhez. Hasonlóképpen az 50.682; 50.583 és 53.200 sz. Európa-szabadalmak leírásai (C. Conradty, Nurnburg) is különféle kialakítású összetett elektródákra vonatkoznak.

A fentiekben vázolt hiányosságok nagy részét kiküszöböli a 77 513 sz. Európu-szabadaloni, amely egy grafitból kialakított felső részű összetett elektródára vonatkozik, amely kettő vagy több, a felső rész teljes hosszán átnyúló, hosszanti fémcsővel van ellátva, amelyen keresztül a hűtőközeg áramlik.

Ennek a megoldásnak azonban gyártástechnológia szempontból vannak hiányosságai, amennyiben az ilyen struktúrájú grafit csőtest megmunkálása nehézségekbe ütközik, ráadásul, a több átfúrás miatt egy esetleges meghibásodás esetén már nehezen lehel használni fogyóelektródaként a hibás grafitrudat.

Találmányunk a fentiekben vázolt hiányosságok kiküszöbölését céloz,za.

A feladatot a találmány értelmében ügy oldjuk meg, hogy lényegileg egy vízhűtéses összetett elektródát alkalmazunk, amelynek vastagfalú grafit csóteste van központi belső furattal, ezen belső furatban elhelyezkedő hűtőközeg bevezetőcsővel. Rendelkezik még egy üreges fém közdarabbal, mely a grafit csőtesLnek a kemence felőli végén helyezkedik el, és egy hagyományos grafitelektródához való csatlakozásra szolgál. Van továbbá egy fém elosztószerelvénye a grafit csőtest felső végénél, végűi egy hűtőfolyadék-ellátó rendszere, ezen grafit csőtest hűtésére.

A csóalakú grafit fő szerkezeti elem - a grafit csőtest - egy grafit ivkemence-elektródából készült, két végénél menetes persellyel. A központi furat fala előnyösen szigetelve, illetve tömítve van annak érdekében, hogy megakadályozzuk a víz befolyását vagy beszivárgását a grafitfalba vagy a grafitfalon át. A grafit csőtest külső felületét valamilyen oxidációgállószerrel kezelhetjük, vagy bevonattal, illetve impregnalással láthatjuk el, ez azonban nem minden esetben szükséges. Az elektróda ki van fúrva, s a központi furat átmérője nem nagyobb, mint a perselyek kisebb átmérője, ílymódon nagy falvastagság marad meg, ami előnyösen legalább 1/l-e a grafit csőtest külső etmérőrnérelének. A féin közdarab belül üres. Egy hűtőközeg bevezetőcső, amelynek külső áLmérője kisebb, mint az elektróda grafit csőtestének belső furatátméróje, bevezet az üregbe egy elosztószerelvénytől indulva. Ez bevezeti a hűtőközeget az üreges közdarabba, a grafit csőtest közepén keresztül. A hűtőközeg ezután, innen felfelé haladva visszatér az elosztószerelvényben lévő kivezetőcsóhöz, mégpedig azon a körgyűrű-keresztmetszetű járaton keresztül, ami a hűtőközeg bevezetőcső, valamint az elektróda grafit csőtestének belső fala között alakul ki. Az elosztószerelvény rendesen a grafit csőtest felső végéhez csatlakozik az ezen grafit csőtest felső végénél lévő persely menetei révén.

A hűtőközeg bevezetőcső el is hagyható, és magának a grafit csőtestnek a középső furatát lehet erre a célra felhasználni. Ebben az esetben a középső furat körül sugár-25 irányban kifelé elhelyezkedő csatornákat készítünk, a hűtőközeg visszavezetéséhez.

A grafit csótest belső furata szigetelő-tömitő bevonattal látható el, hogy a víznek a grafiton való átfolyását, illetve átszivárgását megakadályozzuk. Egy kétrétegben felvitt epoxibevonat előnyös lehet, de más vízellenálló felületi bevonatok - mint fenol-tartalmú, alkid-, szilikon-, poliuretán-, poliésztervagy akrilgyanták is használhatók ezen célra.

Ez az elektróda igen nagy ellenállást mutat a hővel és a villamos ívkemencékben uralkodó agresszív atmoszférával szemben. A hozzá csatlakozó elfogyó elektróda csúcsrész, amely a kemencében van, üzem közben le van árnyékolva, s így kielégítő hűtést kap, minek következtében a hőmérséklete az oxidációs hőfoknál alacsonyabb lesz. Ez azt eredményezi, hogy csökken az oxidáció, és kisebb lesz az előállított fém egységnyi mennyiségére eső grafit elhasználódás, mint amikor rendes, tömör grafitból lévő elektródát használunk.

Λ találmány szerinti elektróda ezen kívül kevesebb elektromos energiát fogyaszt, mint a korábban alkalmazott fém összetett elektródák, épp annak következtében, hogy nem lépnek fel az induktivitásból adódó fűtési vesztéségek vagy káros őrvényáramok, amelyekről tudott, hogy sokat elvesznek, elszívnak a villamos ív áramából, és nagy hőveszteséget okoznak a hűtőrendszernél.

További előnye a találmány szerinti elektródának az is, hogy amikor hosszú üzemelés után a fő szerkezeti elem elromlik, azt le lehet szerelni, fém alkatrészeit egy uj grafit csötesttel tovább lehet használni, a meghibásodott részt pedig szokásos módon, elfogyó elektródaként lehet alkalmazni.

A találmányt a továbbiakban annak példaképpeni kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben az ábrák segítségével, amelyek közül:

- az 1. ábrán egy kiviteli alak oldalnézetét látjuk, két végénél metszetben;

- a 2. ábra egy további kiviteli alak keresztmetszetét mutatja.

Az 1. ábrára visszatérve, a teljes összetett elektródának van egy 7 grafit csőleste, amelynek felső menetes 21 perselye és alsó menetes 22 perselye van, továbbá 1 üreges kőzdarabja, amely lehet rézből, acélból, öntöttvasból, lágyvasból, invarból, vagy egyéb nagyszilárdságú, villamosán vezető és hővezető anyagból. Az 1 üreges közdarab 20 csavarmenete biztosítja a csatlakozást az elektróda 7 grafit csőtestéhez. A 7 grafit csótest tetején lévő 3 elosztószerelvény fémből készült - az ábrán bemutatott példa esetében alumíniumból - de más anyag is felhasználható hozzá, amely rendelkezik a szükséges szilárdsággal, mint például az öntöttvas, lágyvas, acél vagy réz. A hűtőközeget bevezető fém 5 csőtoldat a hűtővíz bejuttatására szolgál, éspedig olymódon, hogy a hűtőközeg áthaladva a 3 elosztószerelvényen, eljut a 6 bevezetőcsőhöz, amely a 7 grafit csőtest központi 30 belső furatában helyezkedik el, s lekerül az üreges 1 közdarabba, majd onnét a 6 bevezetócsó, valamint a 7 grafit csótest 30 belső furatának a fala között kialakult körgyűrű-keresztmetszetű járaton ét visszavezetődik a 3 elosztószerelvénybe s a 18 kivezetőcsőhöz. A hűtőrendszert a 13 körgyűrűk tömítik szivárgással szemben. A 7 grafit csőtest 30 belső furata 24 felülelbevonal útján van elszigetelve, illetve tömitve. Ez a 24 felületbevonat előnyösen epoxibevonat, de lehet igen széles választékban más anyag is, beleértve az alkid-, fenol-, akril-, szilikon-, poliészter-, poliuretán vagy más vízszigetelő felületbevonatokat. A 7 grafit csőtest külső felületét bevonhatjuk vagy impregnálhatjuk egy hő- és oxidálásálló 25 bevonattal. A 12 szemescsavar az elektróda mozgatásának megkönnyítésére szolgál. A 11 távtartók tartják központosán a 6 bevezetőcsövet a 7 grafit csőtesíen és az üreges 1 közdarabon belül, s ugyanakkor villamosán elszigetelik azt az üreges 1 közdarabtól.

A 2. ábrán a találmány szerinti elektródának olyan kiviteli alakját látjuk keresztmetszetben, melynél nincs külön központi 6 bevezetócsó, s a metszetrajzon létható 30 belső furat szolgál a hűtőközeg bevezetésére. Ezen 30 belső furattól sugárirányban kifelé elhelyezkedő 32 csatornák biztosítják a hűtőközeg visszavezetését, miáltal jobb hűtőhatás érhető el a 7 grafit csőtest külső felületén.

A találmány szerinti elektróda 7 grafit csőteste olyan grafitból van, amelynek hőtágulási együtthatója nem nagyobb, mint 15x xlO^-’ cm/cm/’C, 0° és 50 °C hőfok tartományban mérve. Ha nagy hőtágulási együtthatójú grafitot használunk, akkor az elektróda a hősokk hatására könnyen tönkremegy.

Ha - mint az ábrákon is látható - két irányban kúpos üreges 1 közdarabot alkalmazunk, akkor a 7 grafit csőtest 30 belső furata akkora lehet, mint az üreges 1 kőzdarab kisebb átmérője, vagy akkora, mint az alsó 22 persely alapja. Általában a 7 grafit csőtest falvastagságát legalább a 7 grafit csőtest külső átmérőjének 1/4 értékére kell választani.

Az elektródát például úgy készítjük el, hogy egy 10 cm-es 30 belső furatot fúrunk a 41 cm külső átmérőjű grafit elektróda hoszszában, szabványos menetes 21, 22 perselyekkel annak mindkét végén. Az így előállított 7 grafit csőtest belső falát kétkomponensű epoxibevonattal látjuk el. A 3 elosztószerelvényt és a hűtővíz 6 bevezelőcsövét a 7 grafit csótest felső végéhez, míg a rézből készült üreges 1 közdarabot annak alsó végéhez csatlakoztatjuk.

Az Így elkészített egységet felszereljük egy 36 cm-es elektródára, behelyezzük egy villamos Ívkemence eleklródafogójába, amely a villamos energiái átadja, a hűtővizei pedig rácsatlakoztatjuk a víz 6 bevezetőcsövére.

A találmány szerinti elektródák fő alkalmazási területe a fémhulladék-olvasztás és az acélkészítés, főleg vasbeton betét rúdjaihoz és félkész rudakhoz.

A lefolytatott 101 olvasztási kísérletnél összességében az mutatkozott, hogy az elektródafogyás 4 kg/tonna volt, s a kísérletek során rendkívül kevés műszaki probléma adódott. Ha valamelyik elektródaegység tönkrement az üzemelés során, azt leszereltük, a 7 grafit csőtestet újjal cseréltük fel, azaz a fém alkatrészeket újból felhasználtuk, a tönkrement grafitdarabot pedig csücseleklrödakénl használtuk fel.

Claims (6)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Összetett elektróda elektromos Ívkemencékhez, amelynek bevezetőcsövei ellátott grafit csőteste, ahhoz csatlakozó elosztószelvénye és üreges közdarabja van, azzal jellemezve, hogy a grafit csőtest (7) mindkét végén menetes persely (21, 22) van, továbbá, hogy az egyik végén van a fém elosztószerelvény (3), bevezetócsővel (6) és kivezetőcsővel (18) a hűtőközeg számára, a másik végén pedig az üreges fém közdarab (1) aholis a hűtőközeg bevezetőcsöve (6) az elosztószerelvénytől (3) indulva végignyúlik a grafit csőlest (7) belső furatában (30) az üreges közdarab (1) belsejéig, miközben ezen bevezelöcsó (6) külső átmérője kisebb, mint a grafit csőtesl (7) belső furatának (30) az átmérője.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti elektróda, azzal jellemezve, hogy a grafit csőtest (7)

   5 belső furata (30) gyanlalartalinú s a hűtőközegnek ellenálló bevonattal van tömítve.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti elektróda, azzal jellemezve, hogy az elosztószerelvény (3), a bevezetőcső (6) és az üreges közdarab

   10 (1) anyaga a réz, alumínium, acél, invar, lágyvas és öntöttvas fémcsoportból van, és az említett alkatrészek ezen csoport más-más tagjából lehetnek.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti elektróda,

   15 azzal jellemezve, hogy a hűtőközeg bevezetőcsöve (6) koncentrikusan van elhelyezve akár a grafit csőtesten (7), akár az üreges közdarabon (1) belül, távtartók (11, segítségével.

   20
5. 5. Az 1. igénypont szerinti elektróda, azzal jellemezve, hogy a grafit csőtest (7) falvastagsága legalább 1/4-e ezen grafit csőtest (7) külső átmérőjének.
6. 6. Az 1. igénypont szerinti elektróda,

   25 azzal jellemezve, hogy a grafit csőtest (7) olyan grafitból van, melynek hőtágulási együtthatója nem nagyobb, mint 15x xlO’ cm/cm/°C, a 0° és 50 °C közötti tartományban.