ЭЛЕКТРОДНЫЙ БЛОК ДЛЯ ГАЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕЧИ
ELECTRODE ASSEMBLY FOR GAS-ARC FURNACE

Изобретение относится к электродной системе для газоэлектрических печей, предназначенных для производства волокон из горных пород, преимущественно базальта.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является электродная система для стекловарочных печей, содержащая электрод, охлаждающее устройство в виде трубы с хладагентом, узел крепления электрода к печи (патент РФ №2288895). Недостатком является небольшой срок эксплуатации электродов в системе, сложность конструкции и вследствие этого трудоемкость в обслуживании и при ремонтных работах.
Задачей технического решения является увеличение срока эксплуатации электродов, упрощение конструкции и снижение стоимости.
Поставленная задача достигается тем, что в электродном блоке для газоэлектрической печи, содержащем электрододержатель, охлаждающее устройство в виде трубы с хладагентом и электрод, согласно изобретению электрододержатель прикреплен к корпусу печи посредством узлов крепления, электрод выполнен в виде цельнолитых сегментов с резьбовым выступом с одной стороны и резьбовым углублением с другой и установлен с зазором внутри электрододержателя, выполненного в виде охлаждающего устройства по типу «труба в трубе» и снабженного трубками подвода и отвода хладагента, трубка подвода выполнена со скосом на конце и расположена по всей длине электрододержателя, а трубка отвода хладагента выведена за пределы узла крепления, причем электрод соединен со съемной шпилькой-токоподводом, выполненной с наружной резьбой. Электродный блок устанавливается в боковых стенках печи. Сегменты электрода выполнены из жаропрочного сплава при следующем соотношении компонентов, мас. %:
хром - 60-65%
фосфор - 0,012-0,024%
сера - 0,001-0,004%
углерод - 0,02-0,05%
кремний - 0,01-0,06%
алюминий - 0,1-0,8%)
железо - остальное.
Выполнение электрода, соединенного со съемной шпилькой-токоподводом, в виде цельнолитых сегментов с резьбовым выступом с одной стороны и резьбовым углублением с другой, посредством которых сегменты соединяются между собой за счет резьбового соединения, и установка электрода внутри охлаждающего электрододержателя с зазором позволяет производить наращивание электрода и проталкивание его тела в расплавленную массу базальта по мере их выгорания без остановки производственного цикла.
Выполнение охлаждающего электрододержателя по типу «труба в трубе» позволяет охлаждать электрод по всей его наружной поверхности. Установка трубки подвода хладагента в трубном пространстве по всей длине охлаждающего электрододержателя обеспечивает подачу хладагента к расплаву, остужая его в зоне соприкосновения с охлаждающим электрододержателем, что предотвращает вытекание расплава через технологический зазор. Кроме того, указанная установка трубки подвода обеспечивает протекание хладагента по всему внутреннему объему охлаждающего электрододержателя, а также стабильное охлаждение электрода, что в результате приводит к увеличению срока эксплуатации электрода.
Выполнение трубки подвода хладагента со скосом на конце обеспечивает вихревое и кольцевое движение хладагента между трубами охлаждающего устройства.
Выведение трубки отвода хладагента за пределы узла крепления обеспечивает удобство в эксплуатации и обслуживании и позволяет достичь максимальную площадь охлаждения электрода.
Выполнение шпильки-токоподвода съемной и резьбовой обеспечивает восстановление подачи электроэнергии после наращивания очередного сегмента электрода при минимальных трудозатратах.
Установка электродного блока в боковых стенках печи плавления обеспечивает прогревание глубинных слоев на всем протяжении течения расплава, что позволяет получить однородный и стабильный по химическому составу и физическим свойствам расплав требуемой вязкости и гомогенности.
От сплава, применяемого в электроде, требуется жаростойкость, способность сплава сопротивляться газовой коррозии при высоких температурах в течение длительного времени.
За счет выполнения электрода из жаропрочного высокохромистого сплава, при заявленном соотношении компонентов, достигается увеличение срока эксплуатации электрода.
Хром является основным элементом заявляемого сплава. Сочетание в сплаве железа с хромом повышает жаропрочность и износостойкость электрода, а чувствительность сплава к поверхностным повреждениям компенсируется вакуумным литьем и последующей обработкой. Концентрация хрома в изделии менее 60% влияет на точку кристаллизации, т.е. снижается жаропрочность, при концентрации более 65% существенно увеличивается твердость изделия, что приводит к трудностям при механической обработке.
Содержание алюминия в указанных пределах в сочетании с хромом увеличивает жаростойкость электрода и придает ему высокую тепло- и электропроводность.
Содержание фосфора в сплаве в сочетании с железом повышает износостойкость электрода. При содержании фосфора меньше заявленного снижается износостойкость металла, а при содержании фосфора больше заявленного увеличивается вероятность образования трещин в металле.
Кремний удаляет из металла кислород, образуя с кислородом оксиды с плотным строением кристаллической решетки, и повышает прочность и коррозионную стойкость сплава электрода. Указанное содержание обеспечивает требуемую текучесть металла.
Сера повышает обрабатываемость износостойких сталей.
Углерод придает твердость и прочность стали. Содержание углерода в заявленном диапазоне придает заявляемому сплаву незначительную пластичность.
Получение сегментов электрода осуществляют в условиях вакуума, что позволяет эффективно очищать металл от газов - азота, кислорода, водорода, примесей и неметаллических включений, придавая ему повышенную плотность, облегчает обработку заготовки в последующем.
Заявляемое устройство представлено на фиг. 1.
На фиг. 1 изображены керамическая стенка печи плавления 1 с внешним металлическим корпусом 6 печи, электрододержатель 2 с трубкой подвода 3 хладагента и трубкой отвода 4 хладагента. Электрододержатель 2 крепится к металлическому корпусу 6 печи посредством двух узлов крепления 5. Электрод 7 снабжен съемной шпилькой-токоподводом 8, выполнен в виде цельнолитых сегментов с резьбовым выступом 9 с одной стороны и резьбовым углублением 10 с другой стороны, электрод устанавливается в электрододержатель 2 с зазором 11.
Установка электродного блока в боковую стенку печи плавления базальта происходит следующим образом.
В отверстия, выполненные соосно в керамической стенке 1 печи и металлическом корпусе 6 печи, устанавливается охлаждающий электрододержатель 2 и закрепляется при помощи узлов крепления 5 таким образом, чтобы трубка подвода 3 хладагента располагалась в нижней точке, а трубка отвода 4 хладагента - в верхней точке. Хладагент насосом подается в межтрубное пространство охлаждающего электрододержателя 2, затем выводится через трубку отвода 4 хладагента в охладитель (на фиг. 1 не показан), где, остужаясь, вновь подается через трубку подвода 3 в охлаждающий электрододержатель 2 в замкнутом цикле. Сегменты электрода 7 (требуемое количество) соединяются между собой посредством резьбового выступа 9 и резьбового углубления 10 и устанавливаются в электродержатель 2 с зазором 11. В углубление 10 последнего сегмента электрода 7, находящегося снаружи корпуса печи, вворачивается шпилька-токоподвод 8. Токоподводящий кабель (на фиг. 1 не показан) крепится на шпильку-токоподвод 8.
По мере сгорания электрода осуществляют наращивание длины электрода без остановки технологического процесса плавки. Для этого отключается подача хладагента и электроэнергии на электрод, выворачивают шпильку-токоподвод 8, на это место, в углубление 10 вворачивают очередной сегмент электрода. В углубление 10 установленного сегмента вновь вворачивают шпильку-токоподвод 8, на которую монтируют токоподводящий кабель. Далее осуществляется механическое проталкивание электрода в расплав базальта на расчетную длину. Включается циркуляция хладагента и восстанавливается подача электроэнергии на электрод.
При соблюдении требуемых параметров эксплуатации срок работы электрода может достигать нескольких лет.