RU2193294C1 - Graphitized electrode with protective coat - Google Patents
Graphitized electrode with protective coat Download PDFInfo
- Publication number
- RU2193294C1 RU2193294C1 RU2001129111A RU2001129111A RU2193294C1 RU 2193294 C1 RU2193294 C1 RU 2193294C1 RU 2001129111 A RU2001129111 A RU 2001129111A RU 2001129111 A RU2001129111 A RU 2001129111A RU 2193294 C1 RU2193294 C1 RU 2193294C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- layer
- protective
- electrode
- coat
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электродной промышленности и может быть использовано при производстве изделий из углеродных материалов, в частности графитированных электродов, снабженных защитным покрытием, для электродуговых и восстановительных печей. The invention relates to the electrode industry and can be used in the manufacture of products from carbon materials, in particular graphite electrodes, equipped with a protective coating, for electric arc and reduction furnaces.
Наиболее близким к заявляемому графитированному электроду с защитным покрытием по технической сущности является графитированный электрод с защитным покрытием (з-ка Германии 4136823, заявл. 08.11.91, опубл. 19.05.93, М.кл5 Н 05 В 7/085, С 23 С 4/06), который содержит графитированную основу, на которую нанесено защитное двухслойное плазменное полученное покрытие, первый слой которого выполнен из алюминия или его сплава, а второй - из электропроводного материала. Второй слой защитного покрытия выполнен из тугоплавкого электропроводного однородного или комбинированного материала, в качестве которого используют железо. Электрод с покрытием обрабатывают электрической дугой или плазменной горелкой.Closest to the claimed graphitized electrode with a protective coating in technical essence is a graphitized electrode with a protective coating (Germany, No. 4136823, decl. 08.11.91, publ. 05/05/93, M.cl 5 N 05
Однако известный электрод не обладает необходимой окислительной стойкостью при работе в агрессивных газовых средах вследствие недостаточной прочности сцепления покрытия с графитированной основой. Это обусловлено в первую очередь тем, что материал защитного покрытия не обладает способностью "затекания" в поры и неровности поверхности основы, что приводит к увеличению контактных напряжений в крайних точках выступов и впадин микронеровностей и образованию микротрещин. Вследствие этого увеличиваются напряжения, которые снижают прочность сцепления покрытия с основой. However, the known electrode does not have the necessary oxidative stability when working in aggressive gas environments due to insufficient adhesion of the coating to the graphite base. This is primarily due to the fact that the material of the protective coating does not have the ability to "leak" into the pores and roughnesses of the base surface, which leads to an increase in contact stresses at the extreme points of the protrusions and troughs of microroughnesses and the formation of microcracks. As a result of this, stresses increase, which reduce the adhesion strength of the coating to the substrate.
Кроме того, известный графитированный электрод, покрытие которого выполнено из слоя алюминия и слоя железа, не обладает необходимой для его дальнейшей эксплуатации электропроводностью, что может привести к нестабильности технологического процесса. In addition, the known graphite electrode, the coating of which is made of an aluminum layer and an iron layer, does not have the electrical conductivity necessary for its further operation, which can lead to process instability.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать графитированный электрод с защитным покрытием, в котором новое выполнение элементов электрода и их геометрические параметры обеспечивают снижение напряжений в элементах конструкции электрода, повышение прочности сцепления покрытия с основой и за счет этого обеспечивается повышение качества графитированных электродов при существенном снижении затрат на их производство. The basis of the invention is the task of improving the graphitized electrode with a protective coating, in which the new implementation of the electrode elements and their geometric parameters provide a reduction in stresses in the structural elements of the electrode, increase the adhesion strength of the coating to the base and thereby improve the quality of graphite electrodes with a significant reduction in costs their production.
Поставленная задача решается тем, что в графитированном электроде с защитным покрытием, который содержит графитированную основу, на которую нанесено защитное двухслойное плазменное полученное покрытие, первый слой которого выполнен из алюминия или его сплава, а второй - из электропроводного материала, согласно изобретению новым является то, что второй слой покрытия выполнен из меди, толщина покрытия составляет 0,2-1,5 мм, причем покрытие получают плазменным распылением проволоки. The problem is solved in that in a graphite electrode with a protective coating, which contains a graphite base, on which a protective two-layer plasma coating is deposited, the first layer of which is made of aluminum or its alloy, and the second is of an electrically conductive material, according to the invention, is new, that the second coating layer is made of copper, the coating thickness is 0.2-1.5 mm, and the coating is obtained by plasma spraying of wire.
Новым является также то, что первый слой защитного покрытия выполнен из алюминиевого сплава, который содержит 5-10% кремния. It is also new that the first layer of protective coating is made of aluminum alloy, which contains 5-10% silicon.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков устройства и достигаемым техническим результатом состоит в том, что заявляемое конструктивное выполнение графитированного электрода с защитным покрытием, а именно:
- выполнение второго слоя покрытия из меди;
- оптимизация толщины покрытия;
- получение покрытия плазменным распылением проволоки, в совокупности с известными признаками обеспечивает снижение напряжений в элементах конструкции электрода, повышение прочности сцепления покрытия с основой и за счет этого достигается повышение качества графитированных электродов при существенном снижении затрат на их производство.A causal relationship between the set of essential features of the device and the technical result achieved is that the claimed structural embodiment of a graphitized electrode with a protective coating, namely:
- the implementation of the second coating layer of copper;
- optimization of coating thickness;
- obtaining a coating by plasma spraying of the wire, in combination with well-known features, provides a reduction in stresses in the structural elements of the electrode, an increase in the adhesion strength of the coating to the base, and due to this, an increase in the quality of graphite electrodes is achieved with a significant reduction in the cost of their production.
Достижению указанного технического результата способствует также то, что первый слой защитного покрытия выполнен из алюминиевого сплава, который содержит 5-10% кремния. The achievement of the specified technical result is also facilitated by the fact that the first layer of the protective coating is made of aluminum alloy, which contains 5-10% silicon.
Одновременное выполнение первого слоя защитного покрытия из алюминия или его сплава, второго слоя из меди с общей толщиной покрытия 0,2-1,5 мм и получение покрытия плазменным распылением проволоки позволяет снизить напряжения в покрытии, повысить прочность сцепления покрытия с основой и за счет этого повысить качество электродов, а также снизить затраты на производство электродов. The simultaneous implementation of the first layer of the protective coating of aluminum or its alloy, the second layer of copper with a total coating thickness of 0.2-1.5 mm and obtaining a coating by plasma spraying of the wire can reduce stresses in the coating, increase the adhesion strength of the coating to the base and due to this improve the quality of the electrodes, as well as reduce the cost of electrode production.
Получение первого слоя покрытия плазменным распылением алюминиевой проволоки позволяет полностью заполнить весь объем поверхностных пор графита, поскольку пластичный алюминий хорошо "затекает" в поры и неровности поверхности графита. В результате создается равномерное покрытие, снимаются напряжения, возникающие в покрытии, и тем самым повышается прочность сцепления покрытия с основой. Obtaining the first coating layer by plasma spraying of aluminum wire allows you to completely fill the entire volume of the surface pores of graphite, since ductile aluminum "flows" well into the pores and irregularities of the graphite surface. As a result, a uniform coating is created, the stresses arising in the coating are removed, and thereby the adhesion of the coating to the substrate is increased.
Качество защитного покрытия улучшается также за счет выполнения второго слоя покрытия из меди. Это связано с образованием при рабочих температурах эксплуатации электродов между алюминием и медью прослойки псевдосплава Al-Cu, которая улучшает защитные свойства. Кроме того, электросопротивление защитного покрытия значительно снижается, что необходимо при эксплуатации графитированных электродов. The quality of the protective coating is also improved by performing a second coating layer of copper. This is due to the formation at the operating temperatures of the operation of the electrodes between aluminum and copper of an interlayer of the Al-Cu pseudo-alloy, which improves the protective properties. In addition, the electrical resistance of the protective coating is significantly reduced, which is necessary when operating graphite electrodes.
Экспериментально установлено, что оптимальная толщина защитного покрытия составляет 0,2-1,5 мм. Графитированные электроды с защитным покрытием толщиной менее чем 0,2 мм при эксплуатации подвергаются окислению, быстро разрушаются. При увеличении толщины покрытия более чем 1,5 мм прочность сцепления значительно снижается, что отрицательно сказывается на качестве покрытия и снижает эксплуатационные свойства электрода. It was experimentally established that the optimal thickness of the protective coating is 0.2-1.5 mm. Graphite electrodes with a protective coating with a thickness of less than 0.2 mm are oxidized during operation and are quickly destroyed. With an increase in the coating thickness of more than 1.5 mm, the adhesion strength is significantly reduced, which adversely affects the quality of the coating and reduces the operational properties of the electrode.
Выполнение первого слоя защитного покрытия из алюминиевого сплава, содержащего 5-10% кремния, также позволяет получить качественное защитное покрытие. Наличие кремния в составе алюминиевой проволоки, используемой для нанесения покрытия, обеспечивает получение карбида кремния под действием плазмы, а также рабочих температур во время эксплуатации электрода. Карбид кремния хорошо смачивает графит, вследствие чего получается газонепроницаемая пленка, способствующая увеличению плотности и качества покрытия. При этом наличие кремния в составе первого слоя дополнительно повышает защитные свойства покрытия за счет создания между алюминием и медью прослойки псевдосплава Al-Cu-Si. The implementation of the first layer of the protective coating of aluminum alloy containing 5-10% silicon, also allows you to get high-quality protective coating. The presence of silicon in the composition of the aluminum wire used for coating, provides silicon carbide under the action of plasma, as well as operating temperatures during operation of the electrode. Silicon carbide moistens graphite well, resulting in a gas-tight film, which increases the density and quality of the coating. Moreover, the presence of silicon in the composition of the first layer additionally increases the protective properties of the coating due to the creation of a layer of Al-Cu-Si pseudo-alloy between aluminum and copper.
При увеличении содержания в алюминиевой проволоке кремния свыше 10% в покрытии образуется избыток карбида кремния, что влечет за собой частичное разрушение, растрескивание поверхности покрытия, а при содержании кремния менее 5% образующееся количество карбидов кремния не обеспечивает необходимую газонепроницаемость поверхности электрода. With an increase in the content of silicon in an aluminum wire over 10%, an excess of silicon carbide is formed in the coating, which leads to partial destruction, cracking of the coating surface, and when the silicon content is less than 5%, the resulting amount of silicon carbides does not provide the necessary gas impermeability of the electrode surface.
Графитированные электроды, защитное покрытие которых получено плазменным распылением проволоки, имеют повышенную прочность сцепления покрытия с основой, поскольку плазменное распыление позволяет равномерно распределить материал покрытия по факелу струи плазмы. В результате проволока равномерно нагревается в потоке плазмы, расплавляется, и материал покрытия равномерно распределяется по поверхности электрода. Благодаря этому снимаются напряжения, которые возникают в покрытии, за счет чего повышается прочность сцепления покрытие с основой. Кроме того, графитированные электроды имеют низкую себестоимость, так как использование проволоки исключает необходимость применения дозирующих устройств, упрощает введение напыляемого материала в плазменную струю, повышает коэффициент использования материала (70-85%), что снижает затраты на производство графитированных электродов с защитным покрытием. Затраты снижаются также за счет относительно низкой стоимости проволоки (1 кг алюминиевой проволоки стоит ~12 грн). Graphite electrodes, the protective coating of which is obtained by plasma spraying the wire, have an increased adhesion strength of the coating to the base, since plasma spraying allows you to evenly distribute the coating material on the plume of the plasma jet. As a result, the wire is evenly heated in the plasma stream, melted, and the coating material is evenly distributed over the surface of the electrode. Due to this, the stresses that arise in the coating are removed, due to which the adhesion of the coating to the substrate is increased. In addition, graphitized electrodes have a low cost, since the use of wire eliminates the need for metering devices, simplifies the introduction of the sprayed material into the plasma jet, increases the utilization of the material (70-85%), which reduces the cost of producing graphite electrodes with a protective coating. Costs are also reduced due to the relatively low cost of wire (1 kg of aluminum wire costs ~ 12 UAH).
Заявляемый графитированный электрод с защитным покрытием содержит графитированную основу с защитным двухслойным покрытием. Первый слой покрытия выполнен из алюминия или его сплава, а второй - из меди. Толщина покрытия составляет 0,2-1,5 мм. Первый слой покрытия может быть выполнен из алюминиевого сплава, который содержит 5-10% кремния. The inventive graphitized electrode with a protective coating contains a graphitized base with a protective two-layer coating. The first coating layer is made of aluminum or its alloy, and the second is made of copper. The coating thickness is 0.2-1.5 mm. The first coating layer may be made of aluminum alloy, which contains 5-10% silicon.
Заявляемый графитированный электрод изготавливают следующим образом. The inventive graphite electrode is made as follows.
На графитированную основу, которой является электрод, изготовленный по известной технологии, наносят защитное двухслойное покрытие. Первый слой покрытия наносят плазменным распылением алюминиевой проволоки или проволоки из алюминиевого сплава, который содержит 5-10% кремния. Второй слой покрытия наносят плазменным распылением медной проволоки. On a graphite base, which is an electrode made by known technology, a protective two-layer coating is applied. The first coating layer is applied by plasma spraying an aluminum wire or an aluminum alloy wire that contains 5-10% silicon. The second coating layer is applied by plasma spraying a copper wire.
Плазменное распыление проволоки осуществляют плазмотроном прямого действия (рабочий ток - 160 А, напряжение - 70 В). Проволока, которую используют для распыления, является покупным изделием, полученным согласно ГОСТу 7871-75, и имеет диаметр 1,2-2,0 мм. Plasma atomization of the wire is carried out by a direct-acting plasma torch (operating current - 160 A, voltage - 70 V). The wire used for spraying is a purchased product obtained in accordance with GOST 7871-75 and has a diameter of 1.2-2.0 mm.
Промышленные испытания графитированных электродов марок ЭГ-20, ЭГ-25 с двухслойным покрытием проводились на предприятии ОАО "Запорожский абразивный комбинат". Industrial tests of graphitized electrodes of the EG-20, EG-25 grades with a two-layer coating were carried out at the Zaporizhzhya Abrasive Plant OJSC.
Защитное покрытие получали плазменным распылением проволоки с помощью плазмотрона прямого действия мощностью 25 кВт. Для получения первого слоя защитного покрытия использовали алюминиевую проволоку или проволоку из сплава алюминия с кремнием, при этом количество кремния в проволоке составляло 2, 5, 8, 10, 14%. Второй слой покрытия получали распылением медной проволоки. The protective coating was obtained by plasma spraying the wire using a direct-acting plasma torch with a power of 25 kW. To obtain the first layer of the protective coating, an aluminum wire or a wire made of an alloy of aluminum with silicon was used, while the amount of silicon in the wire was 2, 5, 8, 10, 14%. A second coating layer was obtained by spraying a copper wire.
Были изготовлены графитированные электроды с толщиной защитного покрытия от 0,10 до 1,70 мм с одинаковым составом покрытия. Graphite electrodes were made with a protective coating thickness of 0.10 to 1.70 mm with the same coating composition.
Осуществляли исследование влияния состава и толщины покрытия на качество электродов, а именно определяли прочность сцепления покрытия с графитированной основой (по клеевой методике), удельное сопротивление покрытия, средний расход электрода на одну плавку. Средний расход электрода определяли при проведении серии плавок электрокорунда белого с использованием заявляемых графитированных электродов с двухслойным покрытием диаметром 300 мм марки ЭГ-25. Результаты исследований приведены в таблице. The effect of the composition and thickness of the coating on the quality of the electrodes was studied, namely, the adhesion strength of the coating to the graphitized base (by the adhesive method), the specific resistance of the coating, and the average consumption of the electrode per melt were determined. The average electrode consumption was determined by conducting a series of melts of white fused alumina using the inventive graphitized electrodes with a two-layer coating with a diameter of 300 mm EG-25 grade. The research results are shown in the table.
В примере по прототипу (пример 1) первый слой покрытия выполнен из алюминия, второй - из железа. Электрод с таким покрытием имеет недостаточную прочность сцепления покрытия с основой, высокое удельное сопротивление и быстро расходуется во время эксплуатации. Кроме того, железо, которое входит в состав покрытия, ухудшает свойства выплавляемого материала, в частности, при выплавке электрокорунда. In the example of the prototype (example 1), the first coating layer is made of aluminum, the second of iron. An electrode with such a coating has insufficient adhesion of the coating to the base, high resistivity and is quickly consumed during operation. In addition, iron, which is part of the coating, degrades the properties of the smelted material, in particular, in the smelting of electrocorundum.
Графитированный электрод с двухслойным покрытием, первый слой которого выполнен из алюминия, а второй - из меди, характеризуется высоким качеством (пример 2). Также высоким качеством характеризуется графитированный электрод, первый слой защитного покрытия которого содержит алюминий и кремний (примеры 3-6). При этом наилучшие показатели, характеризующие покрытие, получены при выполнении первого слоя покрытия из сплава алюминия с кремнием при содержании последнего 5-10% (примеры 4-6). Повышение содержания кремния в составе первого слоя покрытия более чем 10%, снижает показатели качества электродов и приводит к появлению трещин в покрытии, обуславливает технологические сложности получения покрытия (пример 7). A graphite electrode with a two-layer coating, the first layer of which is made of aluminum, and the second - of copper, is characterized by high quality (example 2). Also, a graphite electrode is characterized by high quality, the first layer of the protective coating of which contains aluminum and silicon (examples 3-6). In this case, the best indicators characterizing the coating were obtained by performing the first coating layer of an aluminum alloy with silicon with a content of the latter of 5-10% (examples 4-6). An increase in the silicon content in the composition of the first coating layer is more than 10%, reduces the quality of the electrodes and leads to the appearance of cracks in the coating, causes technological difficulties in obtaining the coating (example 7).
Исследования влияния толщины покрытия на качество электродов показали, что оптимальная толщина защитного покрытия составляет 0,2-1,5 мм (примеры 9-11), поскольку электроды с таким покрытием имеют наилучшие показатели качества. Снижение толщины защитного покрытия ниже заявляемой приводит к снижению прочности сцепления покрытия с основой, что связано с увеличением напряжений в покрытии и приводит к сокращению цикла работы электрода с таким покрытием (пример 8). Увеличение толщины покрытия выше заявляемой снижает показатели, которые характеризуют качество электрода, что связано с возникновением трещин в покрытии (пример 12). Studies of the influence of coating thickness on the quality of the electrodes showed that the optimal thickness of the protective coating is 0.2-1.5 mm (examples 9-11), since electrodes with such a coating have the best quality indicators. Reducing the thickness of the protective coating below the claimed leads to a decrease in the adhesion strength of the coating to the base, which is associated with an increase in stresses in the coating and leads to a reduction in the cycle of the electrode with such a coating (example 8). The increase in coating thickness above the claimed reduces the indicators that characterize the quality of the electrode, which is associated with the occurrence of cracks in the coating (example 12).
Таким образом, заявляемый графитированный электрод с защитным покрытием характеризуется высоким качеством, что достигается за счет снижения напряжений в защитном покрытии и повышения прочности сцепления покрытия с основой. Thus, the inventive graphite electrode with a protective coating is characterized by high quality, which is achieved by reducing stresses in the protective coating and increasing the adhesion strength of the coating to the base.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2001042348 | 2001-04-09 | ||
| UA2001042348 | 2001-04-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2193294C1 true RU2193294C1 (en) | 2002-11-20 |
Family
ID=34391117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001129111A RU2193294C1 (en) | 2001-04-09 | 2001-10-30 | Graphitized electrode with protective coat |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2193294C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2805543C1 (en) * | 2023-03-16 | 2023-10-18 | Общество с ограниченной ответственностью "ВВСТ" | Graphited electrode with iron aluminide coating and high heat resistance |
-
2001
- 2001-10-30 RU RU2001129111A patent/RU2193294C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2805543C1 (en) * | 2023-03-16 | 2023-10-18 | Общество с ограниченной ответственностью "ВВСТ" | Graphited electrode with iron aluminide coating and high heat resistance |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR900000507B1 (en) | Semi transferred arc in a liquid stabilized plasma generator and method for utilizing the same | |
| US4716572A (en) | Method for coating carbon and graphite bodies | |
| US5298714A (en) | Plasma torch for the treatment of gases and/or particles and for the deposition of particles onto a substrate | |
| CN1073629C (en) | Electric furnace with insulated electrode and process for producing molten metals | |
| CN104862633A (en) | Anti-scaffolding wearing-resistant and damp-resistant nano coating for cold-rolled silicon steel furnace roller | |
| Guan et al. | Laser cladding of layered Zr/Cu composite cathode with excellent arc discharge homogeneity | |
| RU2193294C1 (en) | Graphitized electrode with protective coat | |
| US4740990A (en) | Graphite electrode with protective coating and method for its production | |
| US4772514A (en) | Protective layer for carbonaceous materials and method of applying the same | |
| US4707379A (en) | Protective layer for carbonaceous materials and method of applying the same | |
| AU2011250951B2 (en) | Metal matrix ceramic wire manufacturing technology and usage | |
| US1971804A (en) | Method and apparatus for spraying powdered material | |
| Pogrebnjak et al. | The structure and properties of Al 2 O 3 and Al coatings deposited by microarc oxidation on graphite substrates | |
| UA43611C2 (en) | Graphite electrode with protecting coating | |
| US6780474B2 (en) | Thermally sprayed chromium nitride coating | |
| CN101372743A (en) | Ultralong service-life electric soldering iron welding nozzle fabrication technique | |
| CN1703538A (en) | Method for obtaining a good contact surface on an electrolysis cell busbar and busbar | |
| EA008523B1 (en) | Method for the formation of a good contact surface on a cathode support and support bar | |
| JPH0196063A (en) | Titanium compound sintered body | |
| JP4442944B2 (en) | EDM method for non-conductive materials | |
| CS246353B1 (en) | Carbon materials protective layer especially of graphite electrodes and method of their production | |
| Rusev et al. | Effect of mode parameters of plasma spraying using current-carrying wire on fractional composition of sprayed particles | |
| TWI432604B (en) | Application of the method of plasma spray coating | |
| US984970A (en) | Furnace for metallurgical purposes. | |
| CS249161B1 (en) | Conducting protective layer and method of its production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091031 |