專利名稱：一種直流電弧爐底電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金煉鋼領(lǐng)域。特別適用于直流煉鋼電弧爐或直流等離子爐等設(shè)備。
在現(xiàn)有技術(shù)中在直流電弧爐使用的底電極主要有ABB、GHH、Clecim三種類型。其中ABB底民極為導(dǎo)電爐底型。陽極電流是通過砌筑于導(dǎo)電銅板上的鎂碳導(dǎo)電磚傳入熔池中的，爐底部是采用鼓風(fēng)進(jìn)行冷卻。采用這種方式的爐底底陽極，雖然結(jié)構(gòu)可靠，但導(dǎo)電材料表面易脫碳，電阻高、爐底壓降大，而且要求有很大的導(dǎo)電面積，以及在冷起動(dòng)時(shí)需要有起動(dòng)電極。因此采用該方法所生產(chǎn)的底陽極造價(jià)較高。而且輔助設(shè)備投資較大。GHH底陽極為風(fēng)冷棒針型，陽極電流經(jīng)由搗制在爐底耐火材料中的數(shù)拾根鋼棒導(dǎo)入熔池。其爐底外露部份是由鼓風(fēng)冷卻的。由于鋼的熱阻大，導(dǎo)熱能力差，在高溫銅水的作用下熔化深度較大。爐底消耗速度較高(＞1mm/爐)。因此一般爐底砌筑厚度均在1米以上，生產(chǎn)中主要靠補(bǔ)爐技術(shù)來維持底電極的壽命長，且風(fēng)冷設(shè)備一次性投資較高。Clecim底陽極為水冷鋼柱式，陽極電流是通過砌筑于爐底耐火材料中的鋼柱傳入熔池的，由鋼柱下部周圍的水冷套和底部的水冷底墊進(jìn)行冷卻，但其冷卻效果并不理想。例如日本大同制鋼，在20噸直流電弧爐上使用表明在冶煉碳素鋼，出鋼溫度為1600℃時(shí)，底電極鋼柱已熔至距水冷套上沿100mm處，而在冶煉不銹鋼出鋼溫度為1500℃時(shí)，底電極鋼柱熔化部分已深入到水冷套100mm處。
本發(fā)明的目的是提出一種結(jié)構(gòu)合理、操作、維護(hù)簡(jiǎn)便，耐受高溫能力強(qiáng)的安全、長壽、經(jīng)濟(jì)的直流電弧爐底電極。
本發(fā)明目的里所提出的直流電弧爐底電極的附圖
中1為水冷銅段，2為導(dǎo)電卡頭，3為水冷套，4為石墨段，5為導(dǎo)電棒，6為導(dǎo)電棒套管，7為爐底耐火材料，8為爐殼，9為進(jìn)水導(dǎo)管。A為進(jìn)水口，B為出水口。下面根據(jù)本發(fā)明直流電弧爐底電極的附圖詳細(xì)敘述如下。本發(fā)明底電極的組成是在水冷銅段1的外壁安裝有導(dǎo)電卡頭2，導(dǎo)電卡頭2是與電源陽極相聯(lián)，水冷銅段1為一空心體，下端安裝有進(jìn)水導(dǎo)管9，冷卻水是由進(jìn)水導(dǎo)管9的A端進(jìn)入，對(duì)水冷銅段1進(jìn)行冷卻后，由水冷銅段1的B口流出，將熱量帶走。水冷銅段1的上端是鑲嵌在石墨段4的下端內(nèi)，鑲嵌的深度應(yīng)根據(jù)傳熱需要決定。其最大深度距導(dǎo)電棒5下端面不得小于40mm。石墨段4的爐外部份表面安裝水冷套3，冷卻水由A端進(jìn)B端出，對(duì)底電極進(jìn)行冷卻。在埋于爐底耐火材料7中的石墨段4的上端安裝有帶保護(hù)套管6的導(dǎo)電棒5，套管6和導(dǎo)電棒5的上端應(yīng)不低于爐底上表面并與熔池相導(dǎo)通。而安裝在石墨段4上端的導(dǎo)電棒5應(yīng)長于安裝在石墨段4上的套管6，并與石墨段采用緊密聯(lián)接，應(yīng)保證有良好的導(dǎo)電效果。導(dǎo)電棒5可以采用紫銅材質(zhì)加工而成。套管6應(yīng)該是采用耐高溫的非金屬材料材質(zhì)加工而成。在石量段4的上端至少安裝有一根或一根以上的多根這種帶套管6的導(dǎo)電棒5。爐底耐火材料7搗打在石墨段4和裝有導(dǎo)電棒5的保護(hù)套管6的周圍。本發(fā)明底電極的導(dǎo)電棒5是采用紫銅加工而成，也可加工成上段為鋼，下段為紫銅的導(dǎo)電棒。本發(fā)明底電極的工作原理以及工作過程具體敘述如下。煉鋼時(shí)，電流經(jīng)底電極的銅段1。石墨段4和導(dǎo)電棒5導(dǎo)入爐內(nèi)熔池的，而熔池通過底電極熱端所傳入的熱量由石墨段4上的水冷套3和銅段1的冷卻水帶走。在冶煉后期，由于熔池鋼水溫度遠(yuǎn)高于導(dǎo)電棒5的上部材料熔點(diǎn)，這樣使導(dǎo)電棒5上部的銅或鋼段發(fā)生部份熔化，由于本發(fā)明底電極的導(dǎo)電棒5是采用良好導(dǎo)熱性能的材質(zhì)加工而成，所以當(dāng)導(dǎo)電棒5上端熔化到一定深度時(shí)，上部傳入的熱量和下部冷卻所帶走的熱量達(dá)到平衡，熔化即停止。固液平衡點(diǎn)在銅段內(nèi)。由于鋼水的流動(dòng)，上部熔化的銅部份地被鋼取代，熱阻隨之增大，當(dāng)?shù)纂姌O導(dǎo)熱能力超過上部鋼水導(dǎo)入的熱量時(shí)，在銅導(dǎo)棒5的固液平衡點(diǎn)向上推移進(jìn)入鋼段，在殘存的銅棒上部形成一個(gè)具有一定厚度的凝鋼層，與導(dǎo)電棒5殘余銅段焊為一體，這時(shí)的底電極進(jìn)入了正常的工作狀態(tài)。由于本發(fā)明在導(dǎo)電棒5外部安裝有保護(hù)套管6，這對(duì)保持底電極導(dǎo)電棒5的良好形狀，對(duì)提高整體使用壽命有重要作用，由于套管6的保護(hù)作用，使導(dǎo)電棒5中被熔化的部份金屬熔體不會(huì)因爐底耐火材料的缺陷流失，并隔絕了與爐底耐火材料的接觸，使導(dǎo)電棒5基本保護(hù)正常的工作狀態(tài)。當(dāng)導(dǎo)電棒5即使熔到石墨段4是段由于銅不與石墨發(fā)生反應(yīng)，也不會(huì)使電極發(fā)生破壞。這時(shí)套管6和下部的石墨段4形成一個(gè)“坩堝”，仍能保持底電極的正常工作形狀，由于銅在鋼中溶解度很低，且比重大于鋼，能起隔離作用，上部的鋼液不能與石墨段4接觸，不會(huì)發(fā)生鋼水溶解石墨的反應(yīng)。當(dāng)然這種情況只能發(fā)生在爐令后期。因此石墨段4及其以下部份可以認(rèn)為是一種“永久型”的結(jié)構(gòu)裝置。水冷銅段1是一種強(qiáng)化冷卻裝置，并兼有使電流導(dǎo)入爐內(nèi)的功能。當(dāng)?shù)纂姌O電流密度較低時(shí)，水冷銅段1是可以去掉的，而底電極的冷卻作用只靠石墨段4的水冷套3即可保證，這時(shí)的水冷套3兼有導(dǎo)電卡頭的作用。
本發(fā)明電弧爐底電極與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有能耐受更高冶煉溫度和較長冶煉周期的能力，例如冶煉周期5小時(shí)，高溫(1600～1750℃)運(yùn)行時(shí)間4小時(shí)，出鋼溫度在1750℃時(shí)，底電極仍能正常工作。由于本發(fā)明底電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，在底電極上的導(dǎo)電棒5在具有“坩堝”作用的套管6保護(hù)下，始終使底電極保護(hù)正常的工作狀態(tài)，底電極中的石墨段4以及水冷銅段1等裝置只起導(dǎo)電和冷卻作用，在高溫冶煉過程中不參加反應(yīng)，所以這些裝置是一種永久型結(jié)構(gòu)的設(shè)備，另外本發(fā)明底電極還具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使用方便，經(jīng)濟(jì)，冷卻只需采用循環(huán)水。而且該底電極還具有使用安全可靠等特點(diǎn)。
實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的直流電弧爐底電極的結(jié)構(gòu)，我們加工成了兩種底電極，分別安裝0.5T/650KVA直流電弧爐內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，其各種試驗(yàn)參數(shù)見表1，在這次試驗(yàn)中，兩種底電極的高溫運(yùn)行時(shí)間均超過4小時(shí)，其中1700～1750℃高溫工作時(shí)間也大于2小時(shí)。序號(hào)1是帶水冷銅段1和在石墨段4上帶水冷套3的底電極，電流密度較高，采用水冷銅段1。加水冷套3的雙重冷卻方式。序2的底電極電流密度較小，只采用水冷套3的冷卻方式可以滿足冶煉的需要。
在整個(gè)冶煉過程中操作正常，設(shè)備運(yùn)行良好，底電極狀態(tài)和冷卻效果均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。完全能滿足電弧爐冶煉溫度高，冶煉周期長的需要。
表1為實(shí)施例中兩種底電極工作試驗(yàn)參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種直流電弧爐底電極，這種底電極的組成包含有底電極的冷卻部分，由銅段、石墨段和導(dǎo)電棒構(gòu)成的底電極的導(dǎo)電部份，和由耐火材料套管構(gòu)成的保護(hù)部分。其特征在于在該底電極的水冷銅段(1)的外壁安裝有導(dǎo)電卡頭(2)，水冷銅段(1)的上端是鑲嵌在石墨段(4)的下端內(nèi)，鑲嵌的深度距導(dǎo)電棒(5)下端40mm以下的范圍內(nèi)。在露出爐殼外的石墨段(4)周圍安裝有水冷套(3)在被埋在爐底耐火材料(7)的石墨段(4)的上端，安裝有帶保護(hù)套管(6)的導(dǎo)電棒(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述底電板，其特征在于當(dāng)流過該底電極石墨段(4)的電流密度較低時(shí)，底電極的冷卻可只采用石墨段(4)周圍的水冷套(3)完成，這時(shí)水冷套(3)也兼有導(dǎo)電卡頭的作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述底電極，其特征在于石墨段(4)的上端安裝有一根或一根以上的多根這種帶套管(6)的導(dǎo)電棒(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述底電極，其特征在于導(dǎo)電棒(5)是采用紫銅材質(zhì)加工而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述底電板，其特征在于套管(6)是采用耐高溫的非金屬材料加工而成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4所述底電極，其特征在于將導(dǎo)棒(5)的上段用鋼，下段紫銅加工而成。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金煉鋼領(lǐng)域。特別適用于直流煉鋼電弧爐或直流等離子爐等設(shè)備的底電極。該底電極的組成包含有底電極的冷卻銅段、石墨段和導(dǎo)電棒構(gòu)成的導(dǎo)電裝置和爐底耐火材料等部分。其特征在于底電極的水冷銅段外壁安裝有導(dǎo)電卡頭，上端是鑲嵌在石墨段下端內(nèi)的，石墨段在露出爐殼的外的部分，周圍安裝有水冷套，在被埋于爐底耐火材料內(nèi)的石墨段上端，安裝有帶保護(hù)套管的導(dǎo)電棒。采用本發(fā)明直流電弧爐底電極與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)并能耐受高的冶煉溫度和較長的冶煉周期等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F27D11/08GK1120656SQ9510304
公開日1996年4月17日 申請(qǐng)日期1995年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月30日
發(fā)明者張孟亭, 劉瀏, 郭征, 孫運(yùn)涌, 王艷雪 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院