ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ ПОДОВОГО ЭЛЕКТРОДА ДУГОВОЙ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Лютый О.И., Лютый И.И. .
Донецкий национальный технический университет

Источник: Сборник научных трудов студентов физико-металлургического факультета ДонНТУ — Донецк, ДонНТУ — 2009.

Дуговые сталеплавильные печи постоянного тока (ДСППТ) находят применение в машиностроении и «большой металлургии» благодаря известным преимуществам перед печами переменного тока. В Украине используют более 10 ДСППТ вместимостью от 3 до 12 т. Подовый электрод (анод) является неотъемлемой частью такой печи. Практика эксплуатации ДСППТ выявила серьезные проблемы стойкости узла подового электрода. В механизме износа анода и примыкающей футеровки основную роль играет движение жидкой ванны в результате МГД-воздействия (сила Лоренца) и тепло Джоуля, выделяющееся в электроде при прохождении тока. При этом мениск расплавленного стального стержня опускается вниз, образуя т.н. анодную яму жидкого металла в футеровке подины печи, негативно влияющую на долговечность анода и прилегающей футеровки.Известен способ защиты узла подового электрода «грибом» твердой металлической корки (рисунок 1), которая формируется в результате локального интенсивного охлаждения ванны при протекании эндотермической реакции разложения вдуваемого углеводорода. Однако информации о промышленном использовании данного решения нет.

Рисунок 1. Ожидаемый «гриб» при локальном охлаждении ванны

Целью данной работы была проверка эффективности защиты подового электрода продувкой газом при локальном охлаждении ванны в условиях приближенных к промышленной 12-т ДСППТ. Для этого была изготовлена тигельная 80-кг ДСППТ (рисунок 2) на основе установки ЭШП У-360 с трансформатором мощностью 80 кВА при силе тока до 2кА. Подовый электрод O125мм был установлен в леточных периклазо-графитовых блоках свозможностью подачи газовой смеси СН4-СО2 через пористую сетку по периферии анода. Крекинг метана (СН4=С+2Н2) и реакция Белла (СО2+С=2СО) при температуре выше 1000°С, приводил к эндотермическому эффекту 4,35 МДж/кг газовой смеси в соотношении компонентов 1:1. При использовании СО2 исключалось выпадение сажистого углерода в продувочном канале, характерное для решения по рис. 1. Интенсивность продувки поддерживали около 1,3-1,4 л/мин из условия моделирования (путем пневматического воздействия на ванну) скорости движения метала в «анодной яме» около 0,2 м/с, что, по расчетам, имеет место в 12-т ДСППТ под действием силы Лоренца при силе тока 8кА (сила тока до 2 кА в опытной установке не обеспечивала подобия).

Рисунок 2. Схема опытной установки и измерения износа футеровки

Износ огнеупорной футеровки определяли на фиксированном участке, расположенном на расстоянии 1,2 радиуса подового электрода, как разницу (относительно уровня начала отсчета - верхней срез кожуха тигля) между размером А на старте и сливе каждой плавки (рисунок 2) при помощи стального прутка диаметром 20 мм, погружаемого до упора в жидкую ванну. Всего проведено 2 плавки: с продувкой и без нее длительностью по 45 мин±5 мин. Параметры процесса были примерно одинаковыми: масса жидкой ванны 70±10 кг, температура 1570-15850С, сила тока 1,8-2кА. При использовании газовой смеси СН4-СО2 для защиты узла подового электрода ДСППТ получены умеренно позитивные результаты: скорость износа футеровки на плавке с продувкой была на 19% ниже в сравнении с плавкой без продувки (соответственно 0,80 мм/час и 0,98 мм/час). По-видимому эффект связан с локальным охлаждением ванны и замораживанием околоэлектродной области.