CC BY
171
УДК 621.365.22
Дыскина Б.Ш., Кабанова Т.В.*
ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (научно-исследовательский институт), Челябинск, Россия
454080, Челябинск, проспект Ленина, д. 76 * e-mail: tanka1530@mail.ru
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ГРАФИТИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ
Разработан оптимальный состав и технология нанесения защитных покрытий с использованием техногенных отходов предприятий Уральского региона: ОАО «Комбинат «Магнезит», ООО «Челябинский электрометаллургический комбинат». Установлена линейная зависимость защитных свойств покрытия от наличия в них кислорода, кремния и других карбидообразующих металлов. Достигнуто снижение окисляемости графитированной образцов на основе игольчатого кокса более чем на 50 %.
Ключевые слова: окисление, антиокислительная защита, боковая поверхность графитированного электрода, техногенные отходы, силикат натрия
В электродуговых печах электрическую дугу получают путем подачи электрического тока на графитированный электрод. Электродная свеча, состоящая из трех графитированных электродов, поступает в зону реакции (зону дуги) постепенно. Под действием высоких температур в зоне 600...700 °С боковая поверхность электродов подвергается окислению. Потери от бокового окисления могут достигать до 70 % от общего расхода [1]. Требования, предъявляемые к графитированным электродам: хорошая огнестойкость, инертность и слабая окисляемость, высокая электропроводность, низкая
теплопроводность, механическая прочность и дешевизна. В современных мощных электросталеплавильных печах используют высокоплотные графитированные электроды импортного производства или отечественные, но изготовленные на основе импортных нефтяных и/или пековых игольчатых коксов. В России игольчатый кокс не производится. В связи с этим исследования, направленные на экономию графитированных электродов актуальны. По мере развития техники и технологии проблема защиты боковой поверхности при эксплуатации электрода все более актуализируется, так как стоимость электродов постоянно повышается, вследствие энергоемкости, продолжительности и
экологической напряженности их производства.
Для более экономного расхода необходимо внести в технологии изготовления и эксплуатации электродов некоторые коррективы. Существует два способа антиокислительной защиты графитированных электродов: 1) пропитка различными составами и 2) нанесение защитных покрытий на боковую поверхность. Наиболее эффективный способ снижения расхода при эксплуатации электродов - предварительное нанесение защитных покрытий. В зависимости от
вида и способа нанесения покрытия снижение расхода может составить 15...20 %. По данным фирмы "British Steel Corporation" [2], при использовании покрытых электродов диаметром 610 мм в дуговых печах вместимостью 140-180 т и силе тока 35-68 кА экономия составила 16-23 мас. %, диаметром 508 мм - 27 %, в сравнении с электродами без покрытия. Имеются сведения о производстве и применении электродов с защитными покрытиями в США, Канаде, ФРГ, Швеции, Японии, ЧССР и других странах.
Составы защитных покрытий - ноу-хау производителей.
На Южном Урале скопилось более трех миллиардов тонн техногенных отходов, наносящих непоправимый вред окружающей среде. Ежегодно добавляется более 90 миллионов тонн (шлаковые отходы металлургических производств и золошлаковые продукты сжигания твердого топлива). Из них перерабатывается не более половины. В развитых странах перерабатывается до 70% подобных отходов. [3]
В задачу данной работы входило определение возможности использования техногенных отходов Уральского региона в составе защитного покрытия графитовой поверхности.
В исследовании использовали лабораторные образцы графитов на основе импортного игольчатого кокса и техногенные отходы Уральского региона: корка (ОАО «Комбинат «Магнезит»), шлаки ферросплавного
производства - феррохром и силикомарганец (ООО «Челябинский электрометаллургический комбинат») с размерами частиц не более 0,05 мм. Состав (таблица 1) и форму частиц исследовали на электронном растровом микроскопе «JEOL» JSM-6460.
Таблица 1
Элементный состав порошков техногенных
отходов
Элементы Корка («Магнезит») Шлак ФХ Шлак МнС
С 12,41 3,15 3,64
О 50,31 40,87 -
Мв 30,84 3,72 1,37
Са 2,70 40,37 -
А1 0,37 1,52 -
Si 0,97 8,44 8,77
S 0,29 - -
Сг 0,29 1,93 0,39
Fe 1,83 - 28,96
Мп - - 56,87
Поверхность графитированных образцов имела различную пористость. Для нивелирования этих различий поверхность графита сначала покрывали слоем жидкого стекла (ГОСТ 13078-81 [4]), затем сушили. Просушенные образцы покрывали пастой, состоящей из порошка отходов и жидкого стекла. Покрытые образцы сушили, затем окисляли при температуре 850 оС, в течение 3 часов. В качестве контрольных использовали лабораторные образцы графитов на основе игольчатого кокса без нанесения покрытия. Образцы просушили в сушильном шкафу, затем также окисляли при 850 оС, 3 часа.
Установлена линейная зависимость эффективности защитного покрытия от содержания кремния (рисунок 1). Выявлено отрицательное воздействие кислорода оксидов на защитные свойства покрытия (рисунок 2).
Б1,
Потеря массы, масс.?
Рис. 1 Зависимость потери массы графита от содержния кремния в покрытии
О,
масс %
Потеря массы, масс.% Рис. 2 Зависимость потери массы графита от содержания кислорода в покрытии
Наиболее эффективным из техногенных отходов оказался силикомарганец, отличающийся наибольшим содержанием карбидообразующих
металлов -95 % (Мп -57%, Fe -29 %, Si -9 %) и отсутствием кислорода. Внешний вид образцов с защитным покрытием на основе силикомарганца и контрольного представлен на рисунке 3. Контрольный образец уменьшился в диаметре практически вдвое, имел шероховатую поверхность. Покрытые образцы сохранили целостность, несколько нарушилось покрытие.
а б
Рис. 3 Внешний вид образцов после окисление при 850 оС
А - силикомарганец Б - контроль
Потеря массы составила ~26 %, против ~54 % без покрытия (рисунок 4). Возможно, защитные свойства формируются за счет образования на поверхности графита карбидов этих металлов, которые нейтрализуют активные центры окисления.
% 60
40
20
0
■ I
Шлак МнСШлак ФХ Корка Контроль
Рис. 4 Потеря массы графитированных образцов после окисления при 850 оС
Основные выводы
Предложена технология защиты боковой поверхности графитированного электрода путем нанесения покрытия.
Разработана технология нанесения покрытия на поверхность графита. Для повышения адгезионных свойств покрытия предложен способ нанесения покрытия из двух слоев первый слой -жидкое стекло, второй - паста, включающая порошковый наполнитель и жидкое стекло.
Показана возможность использования техногенных отходов в составе покрытия, предпочтительно с максимальным содержанием карбидообразующих металлов.
Использование техногенных отходов в составе покрытий существенно улучшит экологическую обстановку региона и положительно отразится на экономике металлургического производства.
Опробованные техногенные отходы можно рекомендовать к применению на
электрометаллургических предприятиях и электродных производствах.
масс.
Дыскина Бария Шакировна д.т.н., с.н.с., заведующий кафедрой химической технологии ФГБОУВПО «ЮУрГУ» (ниу), Россия, Челябинск
Кабанова Татьяна Владимировна, магистрант химического факультета ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (ниу), Россия, Челябинск
Литература
1. Апалькова, Г. Д. Эксплуатация графитированных электродов на предприятиях металлургического комплекса России. Проблемы и пути их решения / Г.Д. Апалькова, И.И. Просвирина, В.Е. Рощин // Металлугрия, 2002. - № 10. - С. 146-148.
2. Сайт. Сверхмощные электросталеплавильные печи //apexrepel.com/tag/obolochka/.
3. http://mediazavod.ru/articles/105137 (дата обращения 1.03.2014)
4. ГОСТ 13078-81 Стекло натриевое жидкое. С. 20
Diskina Bariya Shakirovna, Kabanova Tatyana Vladimirovna* South Ural State University, Chelyabinsk, Russia. * e-mail: tanka1530@mail.ru
USING OF TECHNOGENIC WASTE URAL REGION FOR THE PROTECTION OF GRAPHITE ELECTRODES
Abstract
Optimal composition and technology of protective coatings based on technogenic waste enterprises in the Urals region (JSC «Combine «Magnesite», «Chelyabinsk electrometallurgical combine» Ltd.) was developed. The linear dependence of protective coating properties on the content of oxygen, silicon and other metals forming carbides was found. Reduction oxidizability graphitized specimens based needle coke for more than 50% was achieved.
Key words: oxidation, antioxidant defense, the lateral surface of the graphite electrode technogenic waste, sodium silicate
