§ 2. Самообжигающиеся электроды Технические характеристики

В ФСП непрерывного действия ток в ванну вводят через непрерывные самообжигающиеся электродов.

Самообжигающийся электрод представляет собой стальной тонкостенный кожух, заполненный электродной массой, обжигающейся теплом печи и проходящим по электроду током в твердый блок на уровне не ниже контактных щек электрододержателя. В обожженном состоянии такие электроды мало отличаются от угольных электродов, но имеют ряд преимуществ:

1) возможно изготовление электрода большого поперечного сечения любой формы (круглого или прямоугольного);

2) более низкая стоимость (примерно в три-четыре раза).

Невысокая допустимая плотность тока (до 7 А/см² согласно табл. 16) защищает электрод от местных перегревов. Большой диаметр электрода (из-за низкой плотности тока) определяет соответственно размер реакционного «тигля», что с учетом принципа действия ФСП смешанного нагрева следует считать также положительным обстоятельством для эксплуатации таких печей.

В состав электродной массы входят твердые углеродистые материалы: электродный термоантрацит (ГОСТ 4794–97), пековый кокс марки КПЭ (ГОСТ 3213–91) и графитированные отходы или коксик; углеродистые связующие вещества.

Электродную массу выпускают специализированные цехи ферросплавных и электродных заводов.

Особенностью самообжигающегося электрода как участка вторичного токопровода ФСП является то, что стальной кожух электрода не только служит для формирования и обжига электрода, но и участвует в прохождении тока как параллельный проводник, шунтирующий электрод при недостаточном значении ρ_эд (табл. 17).

Таблица 17

Сопротивление электрода диаметром 900 мм при различных температурах, мОм/м (по данным б.М. Струнского)

Часть электрода	Сечение, см2	Температура электрода, К
		675	775	875	975	1175	1275
Стальной кожух Угольный блок	65,5 5293	0,050 9,400	0,060 3,900	0,067 2,500	0,075 0,800	0,091 0,130	0,100 0,103

При температурах до1000 К роль угольного блока в прохождении тока невелика. Только при Т = 1275 К угольный блок пропускает половину силы тока. При 0,5I_эд = 20 кА средняя плотность тока (по данным табл. 17) составит 3,06 и 0,038 А/мм² для кожуха и угольного блока соответственно.

Таким образом, токораспределение по частям электрода, определяющее их работоспособность, зависит от условий обжига электродной массы, т.е. от теплового поля самообжигающегося электрода.

Расход самообжигающихся электродов (т.е. расход электродной массы) в расчете на 1 МВт·ч израсходованной электроэнергии составляет 5...12 кг (заводские данные включают возможные непроизводительные расходы по причине поломки электродов, потерь электродной массы при транспортировке и др.).

Конструкция

Кожух электрода (рис. 59) служит формой для электродной массы, предохраняет электрод от окисления, обеспечивает прохождение тока в зоне контактных щек (когда электрод недостаточно электропроводен) и теплопередачу вдоль электрода к верхней необожженной части, а также удерживает электрод в подвешенном состоянии, будучи зажатым механизмом перепуска в верхней своей части. Кожух изготовляют из листовой стали толщиной до 4 мм в виде отдельных секций длиной (1,34...1,7) D_эд. Внутри кожуха приваривают радиальные ребра (8–12 шт.), необходимые для сцепления с электродной массой и удержания нижней части электрода. Ширину ребра выбирают из условия (0,20...0,22) D_эд. Расход стали для изготовления кожуха составляет примерно 5,5 % от массы электрода круглого сечения и 6 % от массы электрода прямоугольного сечения. Электроды наращивают, приваривая новую секцию к кожуху электрода.

Рис. 59. Конструкция самообжигающегося электрода: 1 – электрод; 2 – контактные щеки; 3 – ме-ханизм нажима щек (электродный зажим); 4 – крепление электрокон-тактного узла; 5 – несущий цилиндр; 6 – опора плунжера; 7 – опорная платформа – траверса; 8 – гидроподъемник; 9 – кожух; 10 – за-жимные щеки с пружинно-гидравли-ческим приводом 11 и 13; 12 – механизм перепуска

Для самообжигающихся электродов применяют кольцевые электрододержатели подвесного типа. Электрододержатель состоит из контактных щек, электродного зажима, несущих конструкций, механизма передвижения и механизма перепуска.

Контактные щеки предназначены для передачи тока, формирования угольного блоки электрода и его подвешивания.

Условия работы контактного узла очень тяжелые. Для максимального снижения электрических потерь и угара электрода контактный узел необходимо располагать возможно ближе к колошнику. Контакт регулярно передвигают при перепуске электрода. Невысокое качество поверхности сварного кожуха приводит к плохому контакту, появлению контактных дуг. Различная индуктивность токопровода по фазам и эффект близости вызывают неравномерное токораспределение по щекам. Все это снижает эксплуатационную стойкость контактных щек.

Для контакта со стальным кожухом самообжигающегося электрода наиболее подходят щеки из меди и некоторых ее сплавов, содержащих небольшое количество цинка и хрома.

Обычно применяют 8–12 щек шириной 340 (узкие щеки) или 400 мм (широкие щеки). Это позволяет менять тепловые условия обжига электродов, поскольку водоохлаждаемые щеки выполняют функцию холодильников.

Площадь контактной поверхности щеки определяют по допустимой плотности тока в токопереходе «щека – электрод» (1,2...1,4 А/см²).

Электродные зажимы создают необходимое контактное давление, прижимая контактные щеки к самообжигающемуся электроду. На современных ФСП функцию удержания электрода выполняет механизм перепуска, зажимая кожух в верхней части электрода (см. рис. 59, поз. 10). Это объясняется тем, что сила трения, возникающая в электроконтактном узле, при больших значениях D_эд уже не может уравновесить силу тяжести электрода.

Механизм зажима контактных щек устаревшего типа был пружинно-винтовым. Современные механизмы рычажного или мембранного типа имеют гидропривод (давление рабочей жидкости – воды достигает 1 МПа).

Несущий цилиндр предназначен для крепления электрододержателя к механизму передвижения самообжигающегося электрода, установленному на рабочей площадке. Поэтому его длина зависит от уровня рабочей площадки. Диаметр цилиндра, изготовленного из стального листа толщиной 6...12 мм, на 120...150 мм превышает диаметр электрода. В кольцевой зазор сверху нагнетают вентиляторный воздух (холодный или нагретый) для обеспечения заданного режима коксования электродной массы в кожухе электрода выше электрододержателя и для обеспечения чистоты контактной поверхности кожуха в электрододержателе.

Механизм передвижения самообжигающегося электрода на современных крупных ФСП имеет два или три плунжера, установленных на рабочей площадке ФСПЦ. Цилиндры гидроподъемника связаны между собой траверсой, снизу к которой подвешивают несущий цилиндр, а сверху устанавливают механизм, перепуска электродов. Скорость подъема составляет 0,5 м/мин. Рабочее давление масла, необходимое для совершения полезной работы и преодоления сил трения в гидроподъемнике, составляет 2,5...3 МПа.

Ход гидроподъемника равен 1,2...1,5 м.

Механизм перепуска самообжигающегося электрода состоит из двух колец, охватывающих кожух электрода: неподвижное нижнее кольцо закреплено на траверсе механизма передвижения, верхнее кольцо – подвижное. Верхнее кольцо передвигают три гидравлических цилиндра, установленных под углом 120° друг к другу на нижнем кольце. Максимальный ход цилиндра – до 100 мм. Каждое кольцо имеет по шесть стальных щек высотой 800 мм с пружинно-гидравлическим приводом (ход щеки 10...20 мм). Поверхность каждой щеки, примыкающая к кожуху электрода, для увеличения трения покрыта резиновой накладкой толщиной 6...8 мм (коэффициент трения скольжения «резина – сталь» достигает 0,3...0,6), что позволяет снизить давление на кожух.

В нормальном положении механизм щеки верхнего и нижнего колец прижаты к кожуху электрода; механизм перепуска за счет сил трения удерживает электрод в подвешенном состоянии и передвигается вместе с ним под действием гидроподъемника механизма передвижения.

Для перепуска самообжигающегося электрода подвижное кольцо разжимает электрод, с помощью гидроцилиндров передвигается вверх (на шаг перепуска) и вновь зажимает электрод. Затем нижнее кольцо разжимает электрод, который с верхним кольцом под действием силы тяжести опускается вниз, преодолевая трение контактных щек электрододержателя, на шаг перепуска, после чего нижнее кольцо вновь зажимает электрод. Описанные операции происходят автоматически с помощью соответствующих блокировок. При необходимости пропустить электрод на большую длину циклы перепуска повторяют.

На ряде печей применяют простой и надежный пневматический механизм перепуска, представляющий собой набор кольцевых резинотканевых рукавов. Перепуск происходит при поочередной подаче воздуха в эти кольца.