Способ изготовления самоопекающихся электродов

 

Класс 21 h, 20

5876

ПАТЕНТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОП ИСАНИЕ способа изготовления самоспекающихся электродов.

К патенту ин-ной фирмы „Норвежское акц. о-во для электрохимической промышлеийости" (Det Korske kktieselskab

for Elektrokemisk Industri), в r. Осло, Норвегия, заявленному 1 марта 1929 года (заяв. свид. K 41871).

Действительный изобретатель ин-ц K. В. Зедерберг (С. W. Soderberg).

Приоритет от 25 июня 1923 года иа основании ст. 3 Советско-Норвежской конвенции.

0 выдаче патента опубликовано 30 июня 1930 года. Действие патента распространяется иа 13 лет от 30 июня 1930 года.

Предлагаемым способом изготовления самоспекающихся электродов для электрических печей имеется в виду получение электродов с наилучшими электрическими и механическими качествами. Самоспекающиеся электроды обычно состоят из нижней обожженной части, которая работает в электрической печи, и из верхней необожженной части, состоящей из сырой или только отчасти спеченной электродной массы: верхняя часть охватывается кожухом служащим электроду в качестве формы.

Расход электрода уравновешивается таким образом, что от времени до времени на электрод натрамбовывается сырая масса. Таким образом, получается постоянный электрод без поперечного членения. Спекание при обычных формах осуществления этих электродов происходит отчасти благодаря жару плавильного, кратера и подымающимся из печи горячим газом, отчасти благодаря нагреванию вследствие сопротивления, оказываемого электродом прохождению тока. При самоспекающихся электродах не только необходимо применять электродную массу, такого состава, чтобы .она могла соответствовать поставленным при своеобразных условиях спекания требованиям, но должно быть также обращено внимание на то, чтобы эта масса, во время набивки ею кожуха, была нагрета до такой температуры, при которой вязкость ее была бы достаточно низкая, т. к. при наличии этого условия облегчается набивка и масса может сливаться в одно целое и нет необходимости в обработке ее сильными ударами или высоким давлением.

Сырой электрод должен содержать в себе .возможно мало летучих составных частей.

Чем меньше летучих составных частей содержит в себе электродная масса, тем более высоким окажется удельный вес электрода. Обычно встречаются препятствия к тому, чтобы применять для прессования массы высокое давление или силь= ное трамбование и приходится довольствоваться совсем легким трамбованием, либо вручную, либо с помощью сравнительно небольших пневматических аппаратов для трамбования. При таком способе, масса спрессовывается недостаточно плотно и в результате получается электрод с более низким удельным весом, чем обыкновенные электроды; внутренняя связь и электрическая проводимость их ухудшаются. Это ведет к уменьшению возможной максимальной силы тока, проходящего по электродам н во многих случаях может даже повести к поломке электродов, так как электрод недостаточно крепок, чтобы вынести появляющиеся напряжения. Особенно это обстоятельство выступает при изготовлении самоспекающихся электродов, снабженных обыкновенно арматурой, которая может состоять из металла, преимущественно из железа. Арматура имеет направленные во внутрь радиальные, продольно-идущие ребра, которые служат посредниками для перехода тока от оправы электрода к спеченному остатку электрода и удерживают этот последний, для чего они снабженывыгнутыми частями или т. п., в целях избежания того, чтобы твердый спекшийся электрод передвигался по отношению к ребрам.

Далее, если бы при применении обык, новенной электродной массы для такого рода электродов при аккуратном трамбовании было возможно достичь правильного удельного веса электрода, то все же не получились бы электроды, надежные в работе.

При особых напряжениях произойдут поломки электродов. Электрод разделяется на части, длиной по 30 — 90 см., и сваливается вниз, в печь, когда железная арматура расплавится. Основанием к этому служит, то, что электродная масса во время трамбования все больше твердеет, смотря по тому, как угольные частицы прирабатываются друг к другу. Твердая, неупругая масса, которая получается, устанавливается на место по отношению к ребрам железной арматуры. По мере износа электрода в плавильной печи арматура с электродной массой должна быть медленно передвигаема вниз. Немного выше печи электрод нагревается до температуры спекания и масса сжимается, садится, при чем связывающие вещества скоксовываются. Железная арматура, вследствие повышения температуры, расширяется, и установившаяся на место по отношению к арматуре электродная масса подвергается напряжению на разрыв раньше чем масса механически окрепла, что может иметь результатом распадание ее на куски, длина которых изменяется вместе с диаметром электрода и с температурными условиями.

Указанные затруднения можно преодолеть, как уже указывалось выше, путем нагрева массы электрода до такой температуры, при которой вязкость становится настолько низкой, что во время нагревания имеет место «усадка» внутри электрода, и . вследствие этого достигается правильный удельный вес и связанные с ним достаточно хорошие электрическая проводимость и механические свойства. Кроме того, содержание жидких связующих составных частей (смолы и пека) следует повысить. (Оно должно составлять не менее 14%).

Обыкновенная электродная масса для больших электродов содержит обычно смесь дегтя н вара (напр. в соотношении 3 ч., дегтя: 1 ч. вара), которая составляет 10—

11% массы, и масса эта может быть путем трамбования обращена в твердую глыбу. Если же увеличить количество дегтя и вара, то масса при температуре набивания окажется более липкой и поэтому обработка ее трамбовальной машиной становится более трубной. При 18 — 22% содержания дегтя и вара .(смолы и пека) ее при указанной температуре вообще больше нельзя утрамбовать. Обработка части поверхности массы посредством орудия массового производства, напр., пневматической трамбовки, приводит лишь r тому результату, что эта часть продавливается вниз, окружающие же части поднимаются. Консистенция массы напоминает консистенцию хлебного теста и задачей трамбования поэтому для этой массы не является утрамбовывание массы для получения высокого удельного веса, которого достигают при обыкновенных прессованиях или трамбованных электродах, а только приведение отдельных порций массы в тесную связь друг с другом и удаление сравнительно больших воздушных пузырей. Исследования показали, что такая масса .в нижней части непрерывных электродов обладает большим собственным весом, чем соответственный собственный вес свеже-утрамбованной массы в верхней части электрода. Пробы полностью спекшегося электрода, взятые из нижнего конца самоспекающегося электрода, обладают тем же самым удельным весом, как наилучшие прессованные продажные электроды. Это показывает, что происходит медленная усадка массы, пока она находится в электроде, подверженная жару плавильной — 3 печи и нагруженная весом лежащей выше нее массы.

Разница между поддающейся трамбованию и неподдающейся трамбованию массой весьма резко выражена. Первый род массы, подверженный ряду ударов трамбовочиой головки, с каждым ударом твердеет. В конце концов трамбовочная головка ударяется в массу со стуком, как будто бы ею был сделан толчек в совершенно твердое и неупругое тело. При массе второго рода эта твердость никогда не достигается.

Чтобы объяснить подробнее, как наступает изменение консистенции, если увеличить количество жидких связывающих веществ, были произведены сравнительные измерения вязкости в ряде смесей обрашенного в мелкий порошек антрацита и жидкого связывающего вещества. Вязкость устанавливалась таким способом, что замечалось количество секунд, которое требовалось для жезла точно определенного веса, чтобы двигаться сквозь слой массы определенной толщины. Результаты сопоставлены в нижеприведенной таблице:

При 24% связывающего вещества движения жезла не было заметно.

При 25% связывающего вещества движение было заметно, время же движения составляло больше 1 часа.

При 26% связывающего вещества движение было несколько быстрее, время же все em;e болыпе 1 часа.

При 27 /, связывающего вещества-время все еще больше 1 часа.

При следующих количествах связывающего вещества: 27,5% — 28% — 28,5%—

29о/ — 30% — 32%

Время (в секундах) 760 †100 †65 в

39 — 20.

Бсли результаты представить в виде кривых, то можно усмотреть, что в кривой при 27,5 до 28% связывающего вещества происходит резкий перегиб. Это вдруг наступающее изменение в подвижности массы определенно соответствует такому содержанию жидкого в ней вещества, что твердые угольные частицы массы не находятся больше в непосредственном соприкосновении друг с другом, а скользят по смазывающему веществу. Применяемые при изготовлении электродов связывающие вещества одновременно, надо заметить, являются отличными смазывающими веществами.

Абсолютное процентное . соотношение, при котором способность к трамбованию массы прекращается, зависит от количества заключающейся в электродной массе мелочи, от рода мелочи и от температуры, и не может быть определено заранее. В вышеприведенных исследованиях «точку перелома» кривой можно найти при приблизительно 27,5% связывающего вещества.

Это, конечно, имеет место только при смеси какой-либо определенной мелочи с какимлибо определенным связывающим веществом и при какой-либо определенной температуре.

Бсли качество или степень мелкоты мелочи изменятся, то точка перелома будет передвинута. При всех обстоятельствах, однако, получается кривая вязкости, которая имеет точку перелома при том содержании связывающих веществ, при котором масса становится заметно «жидкою».

Обыкновенно в электродной массе для больших электродов применяется около /, материала в виде крупных кусков, (напр. кусков прокаленного антрацита величиной с орех). Остальные /., массы составляет мелко истолченный материал и связывающее вещество. Крупные куски требуют весьма немного связывающего вещества, чтобы быть увлажненными. Куски массы со всех сторон окружены мелкими кусками и консистенция последних обуславливает консистенцию массы. Практические исследования в большом масштабе показывают теперь, что характерное изменение консистенции наступает при применении того же материала, как и в описанном ранее исследовании, однако, с приблизительно /, крупного вещества, при приблизительно 18% связывающего вещества, а при 20% масса весьма подвижна. Эти цифры хорошо согласуются с полученными выше, если принять во внимание что / массы требует для себя весьма мало связывающего вещества.

Бсли применить больше крупного вещества, изменение происходит при меньшем содержании связывающего вещества. При применении связывающих веществ, состоящих из дегтя и вара (смола и пек), однако, недостаточно примешать z массе только количество связывающего вещества в 18—

20%, чтобы получить первоклассный электрод. Установлено также, что большое значение имеет то обстоятельство, чтобы масса во время набивки ее в электрод была достаточно нагрета. Определенная по опытам зависимость вязкости от температуры электродной массы с 18 — 20 ), дегтя и вара в качестве связывающего вещества, при условии зависимости вязкости от количества связывающего вещества, выражается кривой вязкости по которой было видно, что масса при температуре свыше 110 Ц. приобретала выраженно жидкую консистенцию. Нагрев массы перед ее набивной для сообщения ей свойств, при которых она сливается в одно целое, должен происходить по меньшей мере при 110 Ц. Однако, не следует переходить выше 130, так как связывающее вещество в противном случае потеряло бы слишком много дегтярного масла. Если масса набиваетсл при этой температуре, практически избегается какая-бы то ни было работа трамбования, так как изготовление электрода тогда пвиобретает почти характер наливания. Горячая масса после набивки весьма легко сливается в одно целое, и таким образом получается электрод, который не сквозь является однородным, с высоким удельным весом и хорошей проводимостью. Особые условия спекания этих электродов также содействуют достижению хорошего результата. Железный кожух с электродной массой медленно подвигается вниз к печному кратеру и температура массы при этом равномерно и медленно поднимается с приблизительно

110 до самого яркого белого каления в острие электродов. При температуре около

200" начинается первая перегонка летучих.

/ составных частей в массе и эти части улетучиваются в виде паров. При температуре около 700 связывающие вещества являются переведенными в высоко, молекулярные углеродистые соединения, которые медленно превращаются все в более твердый кокс

Благодаря этому, повышается пористость

„/ электрода. Сырая масса при набивке со держит еще несколько воздуха, во время же вылеживания ее в электроде часть воздуха выходит и пористость падает приблизительно на 5 о, Во вполне обожженном электроде она по большей части составляет 15 — 20% Во время перегонки и коксования излишек связывающих веществ вместе с продуктами перегонки будет стремиться уйти вниз через уже спекшуюся и поэтому наиболее пористую часть электрода, так как, однако, как раз эта часть является раскаленной, то все новые количества углеводорода с отложением кокса разлагаются.

Угольные частицы, поэтому, все больше склеиваются, благодаря чему вес и проводимость электрода возрастают.

Предмет патента. !

: 1. Способ изготовления самоспекающихся электродов для электрических печей, характеризующийся тем, что для наполнения кожухов электродов применяют смесь разных сортов угля со связующим материалом, содержащую такое количество жидкого в нагретом состоянии связующего вещества, чтобы полученная сырая электродная масса обладала достаточно малой вязкостью, позволяющей ей без прессовки сливаться в одно целое и заполнять электродный кожух.

2. Прием выполнения охарактеризованного в п. 1 способа, состоящий в том, что применяют сыруЮ массу, содержащую вка- честве связующего вещества не менее 14о е смолы и пека.

3 Прием выполнения охарактеризованного в п. и. 1 и 2 способа состоящий в том, что сырую электродную массу до наполнения электродного кожуха подогревают до температуры примерно 110 — 130 Ц.

Тип. Ридрегр. Упр. Управл. В.-И. Снл РККА. Ленинград, здание Рл. Адмиралтействе.