3. Требования к электродам

Электроды предназначены для подвода электрического тока к дугам. От физических свойств и качества изготовления электродов в значительной степени зависят производительность ДСП, себестоимость и качество металла.

К электродам предъявляются требования:

- возможно низкое удельное электросопротивление (для уменьшения электрических потерь);

- высокая механическая прочность на сжатие, изгиб и растяжение, исключающая поломки электродов;

- высокая термостойкость электродов, исключающая растрескивание и скалывание электродов (под действием резких колебаний температуры, что особенно характерно для печей с открытой дугой – ДСП);

- возможно более высокая температура начала интенсивного окисления на воздухе;

- минимальное содержание золы и серы;

- возможно более низкая стоимость, так как стоимость электродов в ряде случаев выше платы за израсходованную электроэнергию в себестоимости стали.

Техническая характеристика графитированных электродов (по ГОСТ 4426-80)

Диаметр электрода, мм.	Удельное электрическое сопротивление, мкОм·м			Предел прочности, МПа, не менее
	ЭГ00, ЭГ00А	ЭГ0, ЭГ0А	ЭГ, ЭГА
75 – 200 250 – 400 450 – 555 610*	7,5 8,0 8,0 -	7,6 – 8,0 8,1 – 9,0 8,1 – 9,0 8,0	8,1 – 10,0 9,1 – 12,0 9,1 – 12,5 9,0

* по ТУ 48-12-12У-79 Электроды графитированные специальные.

Марку электрода с литерой «А» изготавливают с применением химически активных веществ, что позволяет увеличить допустимую среднюю плотность тока на 15%.

Важным рабочим свойством электродов является температура начала интенсивного окисления. Во избежание чрезмерного окисления внешняя часть электрода, выступающая из-под свода ДСП, должна иметь температуру не выше 800 К. При этой температуре графитированный электрод имеет минимальное электросопротивление. Объемная масса графитированных электродов – 1550 – 1600 кг/м³.

Окисление электродов и их распыление при горении электрической дуги определяют технически неизбежный расход и необходимость увеличения длины электродов во время работы ДСП. Поэтому электроды изготовляют в виде отдельных секций длиной 1100 – 1900 мм, в торцах вытачивают и нарезают ниппельные гнезда для соединения секций между собой при помощи цилиндрических (для D_ЭД = 75 – 200 мм) и биконических ниппелей (для D_ЭД = 250 – 610 мм).

Электроды и ниппели к ним

В зависимости от размеров рабочего пространства печи готовый электрод (электродная свеча) состоит из 3 – 4 секций, соединенных ниппелями.

Помимо описанных электродов сплошного сечения в ряде случаев целесообразно применять трубчатые (полые) электроды, которые позволяют решать задачи:

1. Вдувание в зону дуги порошкообразных материалов, например, угольной пыли, для повышения электрического сопротивления ванны ДСП непрерывного действия, различных газов, в том числе и инертных для повышения напряжения градиента в столбе дуги и регулирования состава газовой атмосферы в печи;

2. Отбор и утилизация реакционных газов;

3. Повышение устойчивости горения дуги, ослабление ее выдувания из-под торца электрода (дуга горит на краю осевого канала), что улучшает тепловую работу футеровки ДСП и позволяет работать на повышенных напряжениях с соответствующими электротехническими преимуществами.

По данным А.В. Егорова, оптимальное соотношение между диаметром отверстия (D_O) и диаметром электрода (D_ЭЛ) составляет D_O/D_ЭЛ = 0,2÷0,25.

Способы уменьшения расхода электродов

Расход электродов в ДСП колеблется в довольно широких пределах в зависимости от качества и условий эксплуатации, составляя в среднем на отечественных заводах 5–7 кг/т жидкой стали.

Общий расход состоит из отдельных статей, %:

– окисление поверхности 55 – 75

– распыление в дуге 15 – 25

– огарки и обломки электродов 10 – 20

Таким образом, главной причиной расходы электродов является окисление их поверхности. При этом основная часть расхода (до 70 %) приходится на период расплавления твердой шихты (τ_Э) (энергетический период) и время расплавления между плавками (τ_П).

Для уменьшения окисления поверхности электродов необходимо:

1. Обеспечить герметичность печи (особенно в месте ввода электродов в печь через «электродные» отверстия в своде);

2. Ограничивать температуру поверхности электродов допустимыми значениями. Это обеспечивается поддержанием необходимых параметров между диаметром электрода и величиной тока, подаваемой на электрод.

Зависимость скорости окисления электрода на открытом воздухе.

1 – угольный электрод, 2 – графитированный электрод.

3. Уменьшить длину нагретой части электродов (за счет выбора рациональной высоты расположения свода);

4. Наносить защитные покрытия на электроды;

5. Улучшать качество электродов, и в частности, снижать удельное электросопротивление. По данным ряда исследователей, уменьшение удельного электросопротивления ρ на 1 мкОм·м снижает расход электродов на 4 – 12 %.

Расход на распыление электродов в диаметре пропорционален количеству электрической энергии и составляет для ДСП примерно 20 кг/МВт·т.

Расход электродов на огарки и обломки зависит от механической прочности и термостойкости электродов, а также от правильных условий эксплуатации и бережного хранения (в сухом месте, на специальных стеллажах). Опыт показывает, что при соблюдении этих условий расход электродов на огарки и обломки может не превышать 0,2 – 0,5 кг/т.