Способ пакетировки керна печей графитации

 

Изобретение относится к производству углеграфитовых материалов. Сущность изобретения: способ пакетировки керна печей длинномерными заготовками включает их укладку продольно, параллельно оси печи блоками по несколько штук, слоями с толщиной керновых поперечных прослоек в пределах 0,05 - 0,15 от длины заготовки с расстоянием между слоями в пределах 0,3 - 1,3 от толщины поперечных керновых прослоек со сдвигом соседних слоев относительно друг друга, причем для повышения однородности свойств по длине заготовки, а также для снижения опасности разрушения стен печи, зазоры между торцами заготовок соседних в слое блоков установлены в пределах 0,15 - 0,6 от длины продольно укладываемых заготовок и в эти зазоры симметрично торцам заготовок продольных блоков укладывают поперек керна блоки из заготовок других типоразмеров длиной не более ширины керна печи и высотой не более 1,1 диаметра продольно укладываемых заготовок, а укладку блоков заготовок осуществляют так, чтобы сдвиг соседних слоев (расстояние между одноименными торцами заготовок в ближних блоках соседних слоев) был в пределах 0,575 - 0,8 от длины продольных заготовок с предпочтением такого расположения, чтобы зазоры между торцами заготовок одного слоя приходились посредине заготовок другого слоя. Кроме того, пространство между слоями заготовок заполняют теплоизоляционной углеродной пересыпкой с крупностью частиц 0-5 мм, а зазоры между торцами заготовок - керновой углеродной пересыпкой с крупностью частиц 5-40 мм. Пространство между слоями заготовок заполняют керновой углеродной пересыпкой с крупностью частиц 5-40 мм, но зазоры между торцами заготовок теплоизоляционной углеродной пересыпкой с крупностью частиц 0-5 мм. 2 з. п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к производству углеграфитовых матеpиалов, а конкретно к способам пакетировки керна (укладки заготовок в керн) при графитации длинномерных заготовок.

Известен способ пакетировки керна при графитации длинномерных заготовок в широких печах. Способ заключается в том, что заготовки укладывают перпендикулярно продольной оси печи в столбик как горизонтально, так и вертикально. Причем столбики с вертикальным расположением заготовок чередуются со столбиками с горизонтальным расположением заготовок и отстоят друг от друга на расстоянии не более 0,2d где d ширина столбика. Способ способствует выравниванию свойств по длине заготовки. Но нагревание заготовки идет по боковой поверхности не осесимметрично, а с двух сторон, как и при традиционном горизонтально-перпендикулярном расположении заготовок. При таком нагреве заготовок поле температур в теле заготовки неравномерное с высокими градиентами температур в тангенциальном направлении по поперечному ее сечению, что вызывает появление повышенного брака по трещинам. Способ не позволяет вести графитацию длинномерных заготовок в узких печах.

Известен другой способ упаковки керна применительно к графитации длинномерных заготовок. При этом способе заготовки укладывают в керн горизонтально в столбики под углом 20-80^о к продольной оси печи. Столбики отстоят друг от друга на расстоянии не более 0,2d. Способ позволяет вести графитацию длинномерных заготовок в узких печах. По характеру нагревания заготовок этот способ идентичен традиционному способу укладки заготовок горизонтально-поперечно. При этом не достигается высокой степени равномерности свойств, так как концы заготовок, расположенных по краям керна, захоложены. Также неравномерно температурное поле по поперечному сечению заготовки из-за нагрева заготовки с двух сторон, что вызывает те же явления, что и в предыдущем способе.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, т. е. повышение однородности свойств по длине заготовки. Указанная цель достигается тем, что длинномерные заготовки укладывают в керн таким образом, чтобы ширина керновой поперечной прослойки между соседними элементами загрузки керна была в пределах 0,05-0,15 от длины продольных заготовок и расстояние между слоями заготовок 0,31,0 от ширины керновой поперечной прослойки. Основным элементом предлагаемого способа укладки керна является то, что расстояние между торцами соседних блоков длинномерных заготовок устанавливают в пределах 0,15-0,6 от длины длинномерных заготовок, а в эти зазоры симметрично торцам заготовок продольных блоков укладывают поперек керна блоки из заготовок других типоразмеров, но по длине не более ширины керна, а по высоте (блоков) не более 1,1 диаметра заготовок продольно расположенных. Укладку продольных заготовок блоками осуществляют таким образом, чтобы сдвиг соседних слоев, рассматриваемый как расстояние между одноименными торцами (левым или правым) заготовок в ближних блоках соседних слоев был в пределах 0,575-0,8 от длины продольных заготовок, причем предпочтительно, чтобы зазоры между торцами заготовок одного слоя приходились посередине блока заготовок соседнего слоя.

Длина поперечных заготовок ограничена шириной керна. При размерах больше ширины керна выступающего вбок концы заготовок будут захоложены, т.е. недографитированы, что нежелательно. Ограничения поперечного блока по высоте связано с тем, что при его размерах больше 1,1 от диаметра продольных заготовок нарушается картина протекания электрического тока по слоям, что приведет к неравномерному нагреву заготовок и нарушит линейный характер распространения тепла по продольным заготовкам, что также нежелательно. Толщина керновых прослоек определяет общее сопротивление печи, поэтому ее выбирают, согласуясь с питающим печь оборудованием. Если его мощность достаточна, то можно начинать работу при невысоких сопротивлениях и, следовательно, толщину прослоек брать небольшую. В этом случае укладка керна должна быть более тщательной, чтобы выдержать более точно размеры. При малой мощности питающей установки начальное сопротивление печи следует поднять с тем, чтобы можно было провести процесс в заданное время. При нагреве керна его сопротивление резко падает, что приводит к уменьшению возможностей и трудностям в управлении процессом.

Величина зазора между торцами заготовок продольных блоков выбирается в зависимости от требуемой однородности свойств по заготовке. В зазор устанавливают поперечно блоки коротких заготовок, которые разбивают общий разор на ряд керновых прослоек, каждая из которых является источником тепла. На приведенном фиг.2 это хорошо видно.

Расстояние между слоями выбирается с учетом удельного электросопротивления керновой и теплоизоляционной пересыпок. Оно должно обеспечивать автономность нагрева каждого слоя заготовок без перетекания электроэнергии от одного слоя к другому через эту пpослойку.

Заполнение прослоек между слоями и зазоров между торцами заготовок продольных блоков может осуществляться двояко, но в обоих случаях будет способствовать достижению указанной цели.

В первом случае, прослойки заполняют теплоизоляционной углеродной пересыпкой крупностью 0-5 мм, а зазоры между торцами заготовок соседних блоков керновой углеродной пересыпкой крупностью 5-40 мм. Таким путем обеспечивается движение электрического тока вдоль слоев и тепловыделяющими элементами загрузки в основном являются керновые прослойки.

Во втором случае, прослойки заполняют керновой углеродной пересыпкой крупностью 5-40 мм, а зазоры между торцами соседних блоков в слое теплоизоляционной углеродной пересыпкой крупностью 0-5 мм и тепловыделяющими элементами загрузки, в этом случае являются части прослоек между слоями в местах взаимного перекрытия заготовок в соседних слоях. Крупность частиц керновой пересыпки не имеет существенного значения. На заводах, выпускающих электроды для металлургической промышленности, применяется пересыпка крупностью 15-40 мм, а на заводах, выпускающих конструкционный графит, крупностью 5-15 мм.

Приведенный патентно-информационный поиск показал, что указанные признаки не применялись ранее в аналогичных технических решениях и это позволяет считать предложенное решение соответствующим критеpию "Существенные отличия".

Предложенное решение заключается в увеличении зазора между торцами заготовок и во введении дополнительных поперечных элементов загрузки позволяет получить дополнительные источники тепла для нагрева каждой заготовки, т.е. помимо торцевого нагрева появляется еще и нагрев со стороны боковой поверхности посредине заготовки, причем на достаточно обширном участке, достигающем 0,6 длины заготовки. Введение поперечных блоков позволяет рассредоточить источник тепла, увеличивая количество поперечных прослоек. Все это способствует более "мягкому" нагреву заготовок. Рассредоточение источников тепла при сохранении общего тепловыделения в резистивных элементах загрузки печи (суммарная ширина поперечных керновых прослоек остается постоянной) уменьшает опасность перегрева стен печи и их разрушения.

Кроме того в этом случае упрощается вопрос о компановке керна, так как подбором размеров поперечных блоков всегда можно сбалансировать общую длину слоя и общую длину греющих керновых прослоек.

Существенное значение имеют также вопросы заполнения прослоек и межторцевых зазоров, что обеспечивает различные принципы нагрева заготовок в процессе графитации.

Пакетировка керна по этому способу, например, по первому варианту загрузки, осуществляется следующим образом. На слой теплоизоляционной пересыпки укладывают сначала первый слой заготовок блоками по ширине керна продольно с заданным зазором между торцами заготовок соседних блоков в пределах указанных выше величин. Затем в промежутки между торцами заготовок продольных блоков устанавливают поперек керна симметрично торцам заготовок продольных блоков блоки заготовок других типоразмеров длиной не более ширины керна. Свободное пространство между торцами заготовок блоков засыпают керной пересыпкой. На уложенный слой заготовок насыпают слой теплоизоляционной пересыпки заданной толщины. Следующий слой заготовок укладывают аналогично, только сдвигают его в продольном направлении на заданную величину в пределах 0,575-0,8 от длины заготовок. Опять насыпают слой теплоизоляционной пересыпки. Следующий (третий по счету) слой кладут в точности как первый. Четвертый по счету слой кладут в точности, как второй и т.д. до окончания загрузки керна.

После укладки всех слоев заготовок сверху насыпают слой тепоизоляционной пересыпки толщиной 600-700 мм и одновременно заполняют теплоизоляционной пересыпкой боковые слои.

По предлагаемому способу на одном из электродных заводов были проведены опытные кампании графитации. Варьировались зазоры между торцами заготовок соседних блоков и величина сдвига слоев друг относительно друга. Толщина прослойки теплоизоляции между слоями заготовок была выбрана 75 мм и не менялась в опытах, поскольку электросопротивление керновой пересыпки не менее чем в 4 раза ниже электросопротивления теплоизоляционной. Это обеспечивает отсутствие перетекания тока от слоя к слою. Опытные кампании проводились на П-образных печах шириной 3200 мм размером керна по проекту 1750х1750 мм, т. е. позволяющим вести укладку в керн заготовок длиной не более 1750 мм обычным способом (при поперечном расположении заготовок в керне). Общая длина керна печи 35 м. Графитировали заготовки электродов ⊘ 555х2200 мм. Их укладывали в слои блоками по три штуки. В качестве поперечных элементов использовали заготовки электродов ⊘ 300х1750 мм в блоках по две штуки по высоте и по одной по ширине.

На фиг. 1 приведена схема загрузки печи в одной из опытных кампаний. Зазор между торцами заготовок соседних блоков взят 850 мм, что составляет 0,39 от длины заготовок (продольных), толщина керновой прослойки между торцами заготовок продольных блоков и поперечным блоком 275 мм, что составляет 0,125 от длины продольных заготовок. Соседние слои смещены по отношению друг к другу на 0,7 длины заготовки.

На фиг. 2 и в таблице приведено распределение значений удельного электросопротивления по длине заготовки для различных вариантов упаковки керна по предлагаемому изобретению. Как видно из этих материалов при малых смещениях слоев друг относительно друга заметна неоднородность значений удельного электросопротивления по длине заготовки. При увеличении смещения неоднородности значений удельного электросопротивления по длине заготовки заметно ниже.

Предлагаемый способ дает возможность выпуска качественных крупногабаритных электродов на печах малой ширины и емкости. Такие печи требуют меньших капитальных затрат на их строительство. Способ одновременно приводит к повышению стойкости печи, т.е. к снижению ремонтных расходов, так как воздействие на стены печи теплового потока от керновых прослоек рассредотачивается на большую поверхность стен печи.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПАКЕТИРОВКИ КЕРНА ПЕЧЕЙ ГРАФИТАЦИИ, преимущественно длинномерными заготовками, включающий их продольную укладку блоками по несколько штук с применением углеродной пересыпки, отличающийся тем, что зазоры между торцами заготовок соседних в слое блоков устанавливают в пределах 0,15 0,6 длины предельно укладываемых заготовок и в эти зазоры симметрично торцам заготовок укладывают поперек керна блоки из заготовок других типоразмеров длиной не более ширины керна и высотой не более 1,1 диаметра продольно укладываемых заготовок так, что толщина керновых поперечных прослоек составляет 0,05 0,15 длины заготовки с расстоянием между слоями 0,3 1,3 толщины поперечных керновых прослоек со сдвигом соседних слоев (расстояние между одноименными торцами заготовок в ближайших блоках соседних слоев) в пределах 0,575 0,80 длины продольных заготовок с предпочтением такого расположения, чтобы зазоры между торцами заготовок одного слоя приходились посередине заготовок другого слоя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пространство между слоями заготовок заполняют теплоизоляционной углеродной пересыпкой с крупностью частиц 0 5 мм, а зазоры между торцами заготовок керновой углеродной пересыпкой с крупностью частиц 5 40 мм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пространство между слоями заготовок заполняют керновой углеродной пересыпкой с крупностью частиц 5 40 мм, а зазоры между торцами заготовок теплоизоляционной углеродной пересыпкой с крупностью частиц 0 5 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3