способ графитации углеродных изделий и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ графитации углеродных изделий, включающий их укладку между токоподводами с образованием электрической цепи, в которой источник электрической энергии и приемники в виде углеродных изделий соединены последовательно, при этом электрическую связь между токоподводами и углеродными изделиями осуществляют посредством графитовых перемычек с последующим сжатием углеродных изделий технологическим усилием, направленным продольно к их осям, и нагревом углеродных изделий до температуры графитации путем пропускания через них электрического тока, отличающийся тем, что верхние и нижние графитовые перемычки жестко связывают как между собой, так и с токоподводами разъемным соединением посредством графитовых плит, установленных своими основаниями в пазы верхних и нижних перемычек.

2. Устройство для графитизации углеродных изделий, содержащее электрическую печь сопротивления, размещенные в ней, по меньшей мере, две камеры графитации, включающие противоположно расположенные токопроводящие модули, состоящие из графитовых перемычек с подвижно установленными между ними токоподводами, и пару передних токоподводов, связанных с источником электрической энергии, силовой механизм для сжатия углеродных изделий, взаимосвязанный с задними токоподводами, отличающееся тем, что в каждом модуле верхние и нижние графитовые перемычки сориентированы и разъемно жестко связаны между собой посредством графитовых плит, установленных своими основаниями в пазы верхних и нижних перемычек, при этом устройство снабжено направляющими для ориентированной укладки на них модулей и пазами для токоподводов, выполненными в каждом модуле со стороны торцов верхних и нижних перемычек.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что на верхних перемычках смонтированы вдоль их осей дополнительные плиты, а пространство между ними заполнено графитовой стружкой.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что модули дополнительно фиксируются огнеупорной кладкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к углеродной промышленности и предназначено для использования в производстве графитированных изделий, в частности графитированных электродов в электропечах сопротивления, например, W- и П-образных.

Известен способ графитации углеродных изделий (Stranggraphitierungsanlage Zum Graphitieren Von Amorphen Kohlenstoffkoerpern, Voest-Alpine Maschinenbau, Gesellschaft m.b.H., Linz, Oesterreich, Angebon NR: 6450/71083-2, Februar 1989, № 00268217), в котором для образования последовательно замкнутой электрической цепи с внутренней стороны П-образной электропечи сопротивления устанавливают графитовую перемычку, которая соединяет подвижные токоподводы и располагается между ними и свечами углеродных изделий перпендикулярно осям свечей.

Недостатком этого способа является низкое качество термообрабатываемых изделий, обусловленное тем, что в результате неодинакового изменения длины каждой свечи углеродных изделий вследствие их неоднородных тепловых деформаций происходит излом графитовой перемычки и выход ее из строя. Это в свою очередь прерывает электрическую цепь.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сути является способ (прототип) графитации углеродных изделий (Пат. № 2116961 РФ. Способ графитации углеродных изделий. / Фокин В.П., Малахов А.А., Неезжалов В.П. и др. - Заявл. 29.07.97; опубл. 10.08.98. Бюл. № 22), который реализуется в П-образной электропечи сопротивления. С одной стороны печи устанавливают передние токоподводы, соединенные с источником тока, с другой - задние токоподводы, соединенные с гидроцилиндрами. Между передними и задними токоподводами параллельными свечами укладывают углеродные изделия. Задние токоподводы снизу и сверху соединяют внутри печи графитовыми перемычками перпендикулярно осям свечей для образования последовательно замкнутой электрической цепи. Причем графитовые перемычки устанавливают свободно. Уложенные в свечи углеродные изделия сжимают с помощью гидроцилиндров и засыпают теплоизоляционной шихтой.

В процессе работы П-образной электропечи сопротивления происходит постепенный нагрев углеродных изделий до температуры графитации. Нагрев сопровождается тепловым расширением, а затем усадкой углеродных изделий. Удлинение и усадка компенсируются перемещением задних токоподводов, которые скользят по графитовым перемычкам, обеспечивая электрический контакт.

Однако описанный способ графитации углеродных изделий не свободен от недостатков. Свободное расположение графитовых перемычек приводит к их постоянному перемещению и ухудшению электрического контакта с токоподводами, что в свою очередь влечет недопустимый перегрев графитовых перемычек, их преждевременный выход из строя; перегрев и разрушение ограждающих бетонных конструкций; непроизводительные потери электроэнергии, снижение эффективности работы печи и качества продукции, требует их частой замены из-за выгорания графита.

В основу изобретения поставлена задача повышения надежности контактов перемычек с токоподводами, увеличения срока службы перемычек межремонтного цикла, а так же упрощение процесса подготовки печи к работе.

Поставленная задача решается тем, что в способе графитации углеродных изделий, например, электродов, последние укладывают между токоподводами, образуя замкнутую электрическую цепь. Источник электроэнергии и приемники, в виде углеродных изделий, соединены последовательно. Электрическую связь между смежными свечами осуществляют посредством токоподводов и графитовых перемычек с последующим сжатием углеродных изделий технологическим усилием, направленным продольно к их осям. В качестве усилия используются гидроцилиндры или другие механизмы. Затем проводят нагрев углеродных изделий до температуры графитации путем пропускания через них электрического тока. Новым в решении задачи является то, что верхние и нижние перемычки жестко связывают как между собой, так и с токоподводами разъемным соединением, посредством графитовых плит, установленных своими основаниями в пазы верхних и нижних перемычек. Такая жесткая связь не позволяет перемычкам перемещаться друг относительно друга в горизонтальной и вертикальной плоскостях и, в то же время, в процессе сборки позволяет разделять верхнюю и нижнюю перемычки.

Конструктивное исполнение поясняется устройством.

Способ материализуется устройством, содержащим электрическую печь сопротивления, размещенные в ней, по меньшей мере, две камеры графитации, включающим противоположно расположенные токопроводящие модули из графитовых перемычек с подвижно установленными между перемычками токоподводами, пару передних токоподводов, связанных с источником электрической энергии, и силовой механизм для сжатия углеродных изделий технологическим усилием, взаимосвязанный с задними токоподводами.

Отличие устройства заключается в том, что в каждом модуле верхние и нижние графитовые перемычки сориентированы в направляющих перпендикулярно осям изделий и разъемно жестко связаны между собой посредством графитовых плит, установленных своими основаниями в пазы верхних и нижних перемычек. Оно снабжено направляющими для ориентированной укладки на них модулей и пазами для токоподводов, выполненными в каждом модуле со стороны торцов верхних и нижних перемычек, образованных сегментарными выборками.

Устройство характеризуется тем, что на верхних перемычках смонтированы вдоль их осей дополнительные плиты, а пространство между перемычками заполнено графитовой стружкой. Кроме того, модули дополнительно фиксируются огнеупорной кладкой, устанавливаемой со сторон межмодульного пространства.

Заявленные способ и устройство посредством жесткой связи перемычек и размещения в пазах токоподводов, наличия направляющих, обеспечивающих ориентированное перпендикулярно осям изделий положение графитовых перемычек, фиксированное перемещение токоподводов в пазах соосно с осями изделий создают условия, снижающие процесс выгорания графита, улучшается электрический контакт между токоподводами и перемычками, увеличивается срок службы графитовых деталей печи и межремонтный период, снижаются непроизводительные потери электроэнергии, цикл нагрева не прерывается и, как следствие, повышается качество графитации углеродных изделий.

Заявленный способ графитации углеродных изделий реализуется в W- и П-образных электропечах сопротивления и поясняется чертежами, где: на рис.1 показана печь сопротивления с токоподводящими модулями, вид сверху; на рис.2 - продольный разрез по А-А на рис.1; на рис.3 - поперечный разрез печи по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - в изометрии токоподводящий модуль с показом пазов.

Электрическая печь представляет собой камерную конструкцию, выложенную из огнеупорного материала. Она включает торец 1, под 2, задние 3 подвижные токоподводы, связанные с источником технологического усилия, выполненного, например, в виде гидроцилиндра 4, и неподвижные передние 5, 6, 7 и 8 токоподводы, передний торец 9 печи. На поде 2 печи смонтированы направляющие 10. Токоподводящие модули 11, каждый из которых включает нижние 12 и верхние 13 графитовые перемычки, жестко связанные между собой разъемным соединением уложены в направляющие 10 нижними перемычками 12. Жесткая связь перемычек 12 и 13 осуществлена, в частном случае, графитовыми плитами 14, которые своими основаниями уложены в пазы 15 перемычек 12 и 13. На верхних 13 перемычках закреплены вдоль их осей дополнительные графитовые плиты 16. Токоподводы 5 и 8 связаны с источником электрической энергии, контактируя с изделиями 20, токоподводами 3, модулей 11 с перемычками 12 и 13 создают последовательную электрическую цепь. В каждом модуле 11 со стороны торцов перемычек 12 и 13 выполнены противоположно расположенные сегментные выборки 17, образующие пазы 18. Плиты 14 и 16 обеспечивают устойчивое технологическое положение перемычек 12 и 13 от возможного перемещения в пространстве и препятствуют просыпанию графитовой стружки. Кроме того, перемычки дополнительно фиксируют со стороны межмодульного пространства огнеупорной кладкой 19. В пазах 18 размещают токоподводы 3, 6 и 7, при этом токоподводы 3 связанны с гидроцилиндром 4 для обеспечения силового прижима углеродных изделий 20, например, заготовок электродов, уложенных параллельными свечами между токоподводами и являющихся приемниками электроэнергии. Торцевые поверхности токоподводов должны быть перпендикулярны к осям свечей, торцы углеродных изделий должны также быть перпендикулярны к их осям. Торцевые поверхности токоподводов и заготовок должны иметь достаточную чистоту и плоскостность для обеспечения достаточно хорошего контакта между собой и не допущения перекосов в местах контактов. Пространство между перемычками 12 и 13 заполняют токопроводящей графитовой стружкой 21.

Печь работает следующим образом:

При подготовке печи к работе на под 2 печи укладывают слой теплоизоляционной шихты, а на этот слой - углеродные изделия 20, подвергаемые графитации. Торцы углеродных изделий предварительно подвергают механической обработке. Уложенные в свечи углеродные изделия 20 сжимают с помощью технологического усилия, создаваемого гидроцилиндрами 4, воздействуя на задние 3 токоподводы. Затем сверху на углеродные изделия насыпают слой верхней теплоизоляционной шихты. После подготовки печи к работе, через передние 5 и 8 токоподводы производят подключение к источнику электротока, который на чертежах не показан. В процессе работы электрической печи сопротивления происходит постепенный нагрев углеродных изделий до температуры графитации. Одновременно происходит и тепловое расширение углеродных изделий и, как следствие, удлинение свечей, причем удлинение неравномерное. Это вызывает перемещение задних токоподводов 3, т.к. углеродные изделия 20 уложены с токоподводами 3 соосно. В процессе термообработки изделий токоподводы 3 скользят в пазах модулей 11.

Жесткая связь перемычек улучшает электрический контакт между токоподводами и перемычками, в результате чего увеличивается срок службы графитовых деталей печи и межремонтный период, снижаются непроизводственные потери электроэнергии, повышается эффективность работы печи, цикл нагрева не прерывается и, как следствие, повышается качество графитации углеродных изделий. Наличие пазов для размещения токоподводов, обеспечивает их соосность к осям свечей и направленное перемещение, высокое качество их торцевых поверхностей создает условия для их равномерного сжатия без перекосов с односторонним приложением технологического усилия.

На основании вышеизложенного и результатов патентно-информационного поиска считаем, что разработанный «Способ графитации углеродных изделий» отвечает требованиям «новизна», «изобретательский уровень», «промышленная применимость» и может быть защищен патентом Российской Федерации.