Защитное покрытие на боковой поверхности электродов резко снижает интенсивность окислительных процессов, что приводит к значительному уменьшению ее износа. Кроме того, материал применяемых защитных покрытий обычно имеет более высокую электрическую проводимость, чем графит. Это, а также и меньший износ электродов с поверхности позволяют несколько уменьшить при одних и тех же токах диаметр электродов, защищенных покрытием, что еще больше способствует уменьшению степени окисления электродов с защитной оболочкой.
По данным фирмы BSC, особенно хорошие результаты были получены при эксплуатации электродов с защитной оболочкой в цехах с дуговыми печами большой вместимости. При использовании электродов диаметром 610 мм в дуговых печах вместимостью 140- 180 т и одинаковой для данной печи силе тока (35-68 кА) переход от обычных электродов к электродам с покрытием позволяет получать экономию электродов по массе в пределах 16-23%. В случае, когда значительно уменьшается диаметр электрода (примерно на 100 мм, например с 610 до 508 мм), экономия электродов достигает 27 %.
Результаты многочисленных испытаний на предприятиях в СССР и за рубежом подтверждают, что применение покрытых защитной оболочкой электродов диаметром более 300 мм в дуговых печах в большинстве случаев приводит к экономии 10-25 % массы электродов. Необходимым условием хорошей службы электродов с защитным покрытием является тщательная герметизация печи, особенно электродных отверстий в своде, иначе под действием отходящих из печи газов защитное покрытие быстро разрушается.
Возможности повышения качества электродов путем повышения плотности электродной массы в значительной степени исчерпаны. Уменьшение поверхности контакта электродов с окисляющими газами при уменьшении длины электродов и высоты рабочего пространства печи возможно лишь в некоторых случаях при работе на тяжеловесной шихте. Значительный эффект может быть получен при улучшении герметизации рабочего пространства печи и уменьшении количества окислительных газов, проходящих через печь. Для этого необходимо осуществить эффективное уплотнение электродных отверстий в своде. Ниже показана возможность практического решения этого вопроса при проектировании и эксплуатации электросталеплавильного цеха.
Большие возможности экономии электродов при эксплуатации дуговых сталеплавильных печей предоставляет вариант с использованием защитных покрытий из алюминия, силикокальция и других веществ на боковых поверхностях графитированных электродов. Графитированные электроды с защитным покрытием впервые были применены на заводах НРБ в 1964 г. в четырех электросталеплавильных цехах с печами обычной мощности. Это способствовало снижению расхода электродной массы (1965-1970 гг.) на 28-42%. В 1972 г. фирма "British Steel Corporation" (BSC)* закупила в НРБ лицензии и техническое обеспечение на производство графитированных электродов с защитной оболочкой и с тех пор стала крупнейшим производителем таких электродов. По лицензиям фирмы BSC построен ряд предприятий и в других странах. Имеются сведения о производстве и применении электродов с защитными покрытиями в США, Канаде, ФРГ, Швеции, Японии, ЧССР и других странах. Опытно-промышленная эксплуатация графитированных электродов с защитными покрытиями периодически проводилась в СССР [44-46].
Поскольку большие значения токов характерны для работы с короткими дугами, то можно считать, что износ рабочих торцов заметно усиливается при уменьшении длины дуги. По-видимому, в таком случае усиливается процесс испарения графита в зоне дуги вследствие переноса большего количества заряженных частиц; усиливается процесс растворения графита в шлаке вследствие большей вероятности и большей продолжительности контакта электрод-шлак. Существенное снижение расхода электродов путем уменьшения эрозии торца может быть получено при работе с длинными дугами, т.е. при работе на повышенном вторичном напряжении. Появление и широкое использование водоохлаждаемых панелей в футеровке сверхмощных печей дают возможность эффективно работать на длинных дугах в течение всей плавки и соответственно уменьшить развитие процесса эрозии рабочих торцов электродов. Снижению эрозии торцов электродов может способствовать также уменьшение длительности плавки под током.
Расход электродов в результате окисления с поверхности зависит от общей площади их поверхности, подверженной воздействию печных газов, химического состава и скорости перемещения газов относительно электродов, температуры поверхности электродов, общей длительности плавки, степени герметизации печи. В общем случае расход электродов в результате окисления с поверхности может быть снижен при повышении качества электродов, рациональной организации и технологии плавки, уменьшении высоты печи и вследствие этого длины электродов, уменьшении по возможности диаметра электрода (без повышения температуры электрода), улучшении герметизации печи, нанесении защитных покрытий, препятствующих диффузии кислорода к поверхности электрода.
Поскольку процессы диффузионного раскисления и десульфурации протекают на поверхности раздела шлак-металл, в условиях, когда скорость этих процессов контролируется переходом через эту поверхность, эффективность их развития снижается с уменьшением удельной поверхности ванны. Удельная поверхность уменьшается с увеличением вместимости дуговых печей и для 100-т печей составляет 0,2 м2/т, что на два-три порядка меньше, чем при внепечной обработке стали, поэтому с увеличением вместимости дуговых печей эффективность диффузионного раскисления и десульфурации восстановительным шлаком уменьшается. Эффективность рафинирования металла от кислорода и серы в восстановительный период плавки в печах большой вместимости уменьшается или не имеет места вследствие и других особенностей работы таких печей: 1) трудности очистки и качественной заправки откосов и подины печи, что приводит к интенсивному разрушению футеровки ванны в восстановительный период с поступлением частиц «футеровки в шлак и ухудшению свойств шлака; 2) недостаточно полного скачивания окислительного шлака из печи и попадания части его в рафинировочный шлак; 3) низкой степени герметизации печи и высокой степени окисленности печной атмосферы (до 10% 02 и до 2% С02), затрудняющей раскисление шлака в восстановительный период плавки.
Таким образом, рафинирование стали в восстановительный период плавки в дуговых печах большой вместимости по физико-химическим условиям протекания процессов неэффективно и проведение этого периода нецелесообразно.