Предлагается принципиально новый способ защиты поверхности графитового электрода формированием на его поверхность методом само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) высокопрочного, огнестойкого защитного покрытия. При этом само защитное покрытие формируется в момент начала использования самого электрода по назначению. Метод основано на научном открытии советских ученых А.Г. Мержанова с соавторами «Явление твердого пламени». Приоритет открытия — 1967 год.
В настоящее время мероприятия по снижению расхода электродов при электродуговой плавке металлов приобретают актуальное значение.
При горении дуги, вследствие разогрева происходит интенсивное эрозионное разрушение графитового электрода с боковых поверхностей за счет окисления, сублимации зерен графита, разрушения материала связки.
Повышенная эрозия материала электрода в расплав приводит к уменьшению диаметра электрода и как следствие к блужданию дуги с возникновением по этой причине дополнительных потерь, и как следствие -к потреблению дополнительной энергии.
Предлагаемые в настоящее время варианты решения проблемы известны и широко используются в металлургии.
Один из наиболее близких к заявляемому способу это способ нанесения плазменным напылением на боковую поверхность графитового электрода эрозионностойкого электропроводящего покрытия суммарной толщиной не более 0,5 мм из алюминия, ферросилиция, силикокальция или других веществ.
Основной недостаток данного способа также всем известен. Это повышенные трудозатраты, (несколько часов на один электрод), энергозатраты, ручное нанесение, и как следствие неравномерная толщина покрытия и т.п. Прогорание такого металлического покрытия при высоких температурах происходит очагами и как правило раньше, чем полное прогорание самого электрода. Как следствие – полностью защитить поверхность электрода от окисления таким способом невозможно.
В данной статье предлагается принципиально новый способ защиты поверхности графитового электрода от окисления графита при плавке формированием на его поверхность методом само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) высокопрочного, огнестойкого защитного покрытия.
Сам метод само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) является одним из перспективных методов получения покрытий. В основе метода само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) лежит экзотермическая реакция взаимодействия двух и более химических элементов, протекающая в режиме послойного направленного горения.
Основными компонентами само распространяющегося высокотемпературного синтеза высокопрочного, огнестойкого защитного покрытия, согласно научного открытия советских ученых “Приоритет открытия — 1967 год.” обязательно должны быть:
- Порошок металлического алюминия (для алюмотермии).
- Различные заполнители, т.е. оксиды для так называемого бескислородного горения и восстановления в порошке алюминия. Это могут быть кремнеземы, периклазы, хромитовые концентраты, оксиды железа и т.п.
- Раствор связующего, в качестве которого можно использовать этилсиликат, растворы жидкого стекла, а также фосфаты натрия, калия, алюминия, магния.
Расчёт количественных характеристик составляющих компонентов смеси для само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС)ведётся по классических школьным химическим формулам балансов при алюмотермии.
Рациональное сочетание исходных компонентов и добавок дает возможность получать высокопрочные, огнестойкие защитные покрытия с требуемыми характеристиками.
Для примера: исходная смесь (обмазка) для само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС)высокопрочного, огнестойкого защитного покрытия графитового электрода может состоять из следующих компонентов:
1. Диоксида кремния 70‒80 %,
2. Порошок алюминия 20‒30 %
3. Раствор жидкого стекла 35 %-ный в количестве 16‒18 % от массы.
После перемешивания смесь для само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС)высокопрочного, огнестойкого защитного покрытия наносят на электрод слоем толщиной 1-3 мм различными способами. Например, погружением в раствор, или нанесением пульверизатором и т.п. Затем электрод сушат в течение 1 часа. Далее электрод используют по назначению.
При зажигании дуги на конце электрода от высокой температуры выше 1000 градусов происходит воспламенение смеси начинает протекать само распространяющийся высокотемпературный синтез, который идёт со скоростью 1 мм/секунда в направлении снизу – вверх электрода, рис. № 8.1.
Рис. № 8.1. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) огнестойкого защитного покрытия на стальном прутке. При этом температура в зоне горения достигает более 2000 градусов. Идёт экзотермическая реакция синтеза высокопрочного, огнестойкого защитного покрытия толщиной до 1 мм на поверхности электрода в режиме послойного направленного горения снизу-вверх с одновременной сверхпрочной адгезией с поверхностью электрода.
После завершения стадии горения покрытие практически сразу набирает требуемую прочность. По адгезии покрытие значительно превосходит традиционно полученные методом напыления. Этот эффект обусловлен тем, что в ходе само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) из-за развития в зоне горения сверхвысоких температур происходит не только синтез огнеупорного материала покрытия, но и одновременно взаимодействие компонентов смеси само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) с поверхностью графитового электрода с образованием прочной связи.
Экспериментируя с различными наполнителями можно подобрать оптимальный состав смеси для само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС)высокопрочного, огнестойкого защитного покрытия электрода.
Нужно проводить эксперименты на действующем производстве. Это обусловлено тем, что в лабораторных условиях не все параметры само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) известны. При начальной стадии дугообразования на конце электрода параметры изменяются пропорционально линейным размерам, температурам, токовым характеристикам и т.п., а некоторые параметры имеют вероятностные характеристики.
В таких условиях только эксперимент на действующем производстве может подтвердить эффективность заявляемого способа защиты поверхности электрода.
В качестве наполнителя мной предлагается начать проводить эксперименты с тестированием бесплатного отхода производства фосфорной кислоты – сверхтонкого порошка фосфогипса, который имеет однородную структуру по всему объёму как по химии, так и по размерности. (см. п.2. настоящего приложения)
При приближённом расчёте экономической эффективности можно ориентироваться на стоимость алюминиевого порошка, который выступает, как маркер по затратам.
Пример, для синтеза высокопрочного, огнестойкого защитного покрытия толщиной 1 мм для одного электрода диаметром 610 мм (“обмазка” всей поверхности электрода компонентами СВС толщиной в 3 мм) нужно примерно 10 кг. порошка алюминия. При цене порошка алюминия в 120 руб. за килограмм, примерная себестоимость защитного покрытия для одного электрода не превысит 2000,00 рублей.
При этом такое покрытие гарантированно защитит поверхность электрода от окисления в условиях агрессивной высокотемпературной среды на весь срок службы, в отличии от способов плазменного напыления, указанных выше.
Предлагаемая идея применения технологии само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) защитного покрытия на поверхности электрода является технологически самой простой, надёжной и наиболее эффективной как по физических характеристикам электрода, так и по стоимостным.