直流電弧爐的爐底電極結構的製作方法
2023-07-05 14:44:01
專利名稱：直流電弧爐的爐底電極結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流電弧爐的爐底電極結構的改進，特別是涉及一種具有較長使用壽命的直流電弧爐爐底電極結構。
電弧爐是一般金屬冶煉工業所熟知的金屬冶煉設備。一般而言，直流電弧爐是在其爐體內部設置爐頂電極和爐底電極，並在其間施用適當的電力產生電弧，以熔化放置在爐體內部的金屬材料。在現有技術中，法國CLECIM公司在1991年五月提出其直流電弧爐的設計，並取得美國專利第5191592號，其技術內容如下，在所附的
圖1中，其顯示出電弧爐的一般結構，其包括有一爐體10，內設有一爐頂電極12，位於爐體10的上方，以及多個爐底電極14，固定在爐底16上，爐頂電極12和爐底電極14連接適當的電源，以施加電力至電極12、14上，由此產生電弧，從而進行金屬冶煉操作。
同時配合圖9，其中顯示出現有的爐底電極14與爐體10之間的結合關係。爐底電極14是貫穿地設在爐底16上的穿孔20，每一電極14上均設有一突緣結構22，可供螺栓24穿過而將電極14固定至爐底16上，爐底16也是利用插銷26加以結合至爐體10的底面開孔28，以使得電極14穿入至爐體10內部。如圖10至圖12所示，每一爐底電極14均包括有一根長的電極本體30，其下半部上設有一環緣32，在環緣32上方固定一個環狀的連接座34，並以螺栓36將二者結合在一起。連接座34的內徑大於電極本體30的外徑，在其間形成一環狀空間38。連接座34是利用螺栓24結合至爐底16上，且連接座34的外徑大於爐底穿孔20的外徑，因此能完全遮蓋住穿孔20。為能在爐體10與電極14之間形成電絕緣隔離狀態，在連接座34與爐底16之間設有絕緣環42，且在連接座34與電極14的環緣32之間設有絕緣環44。在連接座34的內徑表面上套設有絕緣套環46。另外在爐底16上鋪設有粉粒狀的耐火材料48(如圖20和圖13中所示)，以供保護爐體10。
在冶煉操作時，熔融金屬液中的較重雜質，例如鉛等，會沉至爐底16上，並滲透穿過粉粒狀耐火材料48，進而接觸到爐底16，如圖13中所示。爐底16上設有適當的排鉛孔49，以供排出鉛液。在鉛液排出的過程中，由於缺乏適當的導引裝置，因此常會接觸到電極14。由於爐體10內部的熔融金屬液與電極14在冶煉過程中，在電位上是不同相位的，因此當鉛液接觸到電極14時會造成短路的現象，縮短相關零件的使用壽命，造成直流電弧爐冶煉操作成本的增加，一般而言CELCIM公司所設計的電弧爐其平均使用壽命為一仟伍佰爐左右，在接近此限時則須參酌實際使用情形檢視，並在適當時機更換爐底電極。
本發明的目的在於提供一種直流電弧爐的爐底電極結構，其內設有導引鉛液裝置，可有效地避免絕緣的破壞而造成電極短路情形的發生。
本發明的另一目的在於提供一種具有較長使用壽命的直流電弧爐爐底電極結構，以降低電弧爐操作成本。
本發明的目的是這樣實現的，即提供一種直流電弧爐的爐底電極結構，包括有一金屬圓棒電極本體，可供插入至一個設置在電弧爐爐底上的孔洞內，該電極本體上設有一環緣；以及一連接座，包括有一環狀的收納槽，具有內壁部和外壁部，自收納槽內和外壁部上向內及向外突伸出內突緣及外突緣，該內突緣結合至該環緣的下方表面上，該外突緣結合至該爐底上，以將該電極固定至該爐底上，其中該收納槽在徑向方向上大致位於該環緣與爐底孔洞的內緣之間。
在該外突緣與爐底之間設有一連接法蘭，並利用螺栓將該連接座及連接法蘭固定至該爐底上。該連接座的收納槽在徑向方向上位於該環緣與爐底孔洞的內緣之間，以增長其間的距離。在連接法蘭及電極環緣的下表面上設有絕緣環，以做適當的電絕緣隔離。
下面結合附圖，詳細說明本發明的實施例，其中圖1為直流電弧爐的示意剖視圖；圖2為一分解圖，顯示出本發明的爐底電極與直流電弧爐的爐體間的結合關係；圖3為本發明的直流電弧爐爐底電極的外觀圖；圖4為本發明的直流電弧爐爐底電極的分解圖；圖5為本發明的直流電弧爐爐底電極結合至直流電弧爐爐底的剖視圖；圖6顯示出本發明的直流電弧爐爐底電極在熔融鉛液流入其內的情形；圖7為本發明的直流電弧爐爐底電極第二實施例的分解圖；圖8為本發明直流電弧爐爐底電極第二實施例結合至電弧爐爐底的剖視圖；圖9顯示出現有的直流電弧爐爐底電極與直流電弧爐爐體間的結合關係；圖10為出現有直流電弧爐爐底電極的外觀圖；圖11為出現有直流電弧爐爐底電極的分解圖；圖12為出現有直流電弧爐爐底電極結合至電弧爐爐底的剖視圖；圖13顯示出現有直流電弧爐電極在絕緣層破裂而熔融金屬液流入其內時，金屬液接觸到其連接座的情形。
請參閱附圖，特別是圖2，其顯示出本發明的直流電弧爐爐底電極總成114與電弧爐的爐體10之間的關係。爐底電極總成114貫穿過設在電弧爐的爐底16上的穿孔20，而每一爐底電極總成114上均設有一突緣結構122，可供螺栓24貫穿過而將爐底電極總成114固定至爐底16上。爐底16是利用插銷26加以結合至爐體10的底面開孔28上，以使得爐底電極總成114穿入至爐體10內部。
如圖3至圖5所示，每一爐底電極總成114均包括有一根長的電極本體130，其下半部上設有一環緣132，其內設有冷卻液體循環通路，以供冷卻該爐底電極總成114。此種冷卻設施為已知技術，且未構成本發明的新穎部分，故在此不加贅述。另外在環緣132上設有多個貫穿孔200。在環緣132的下方設有一個環狀的連接座134，其在此實施例中是由兩個相同的半圓形部件202、204所構成，但是也可製成單一構件。連接座134包括有一圓形的鉛液收納槽206，此收納槽206由位於徑向外側的外壁部(示標號)和位於徑向內側的內壁部(未標號)所構成。自收納槽206的外壁部和內壁部分別向外及向內延伸出的外突緣208及內突緣210。內突緣210靠貼在電極總成114的環緣132的下方，且其上設有多個貫穿孔212，對應於環緣132上的孔200，可供螺栓140穿過而將連接座134結合至環緣132的下方表面上。連接座134的內突緣210的尺寸可使得收納槽206的內側邊緣大致上對齊於環緣132的外緣，其目的在於順利地將鉛液50導入至收納槽206內，如圖6中所示。收納槽206的底面上設有排鉛孔240，可將鉛液排出。
在環緣132的上方表面上裝設一個環狀的固定法蘭214，其上設有螺孔216，可供螺栓140穿過並結合，而將固定法蘭214固定在環緣132上。在環緣132與固定法蘭214與連接座134的內突緣210之間分別設有絕緣環215及217，而在環緣132的外緣表面上也套設有一個絕緣套環146，大致上與收納槽206的內壁部相對齊。絕緣環215、217緊貼於環緣132的外緣，並將絕緣套環146夾置在其間，以緊密地包覆住環緣132。在固定法蘭214的內緣表面上也套設有一絕緣套環218，如此可將固定法蘭214與電極總成114的環緣132充分地絕緣隔離開。根據本發明，固定法蘭214的外緣部位301沿著徑向方向突伸超出環緣132的外緣表面一般相當的距離(即突伸超出收納槽206的內壁部而進入至收納槽206之內)，與環緣132的外緣表面間形成一個不連續的臺階狀表面。當熔融鉛液流經固定法蘭214而進入收納槽206內時，鉛液將會因此突出部位301所形成的不連續表面的原故而呈現液滴狀滴入至收納槽206內，避免形成連續的鉛液流。連續的鉛液流會造成爐體內部熔融金屬液(包括鉛液在內)與電極總成114(及其連接座134)間的短路現象，而液滴狀的鉛液在滴入至收納槽206內即與爐體內部的熔融金屬液分離開，故可消除短路的情形。最好固定法蘭214的外緣部位301上設有一斜面303，用以導引鉛液的流動。
在連接座134的外突緣208與爐底16之間夾置一環狀的連接法蘭220。在此實施例中，連接法蘭220與連接座134二者共同構成電極總成114的突緣結構122。在連接座134的外突緣208、連接法蘭220與爐底16上分別設有相對齊的孔222、224、226，可供螺栓228穿過並將連接座134及連接法蘭220固定至爐底16上，進而將電極114結合至電弧爐爐體10上。孔224和226內可設有內螺紋，以供結合螺栓228。在連接法蘭220與爐底16及連接座134的外突緣208之間均設有絕緣環230、232，以將三者絕緣隔離開。
根據本發明，連接法蘭220內緣面和外緣面分別向內及向外突伸超過固定法蘭134的外突緣208的內緣面(即收納槽206的外壁部)和外緣面，而在二者間形成臺階狀的不連續表面，其目的及功能即如前所述，要使鉛液形成液滴狀滴落，而不會形成連續的鉛液流，避免短路現象的發生。另外在連接法蘭220的上表面靠近於其外緣面處設有一斜面305，大致上對齊於爐底16上所設的排鉛孔49，可引導所排出的鉛液順著連接法蘭220的外緣面滴下。
另外根據本發明，爐底16上的穿孔20內徑小於連接法蘭220的內緣面的內徑，因此在爐底16與連接法蘭220的內緣面之間也形成有臺階狀的不連續表面，其功能也是避免鉛液形成連續的液流，而消除短路現象的發生。
另外，由於在實際使用上，在連接法蘭220與爐底16之間並不一定要設有絕緣環230，如圖7和圖8中的本發明第二實施例所示。
在直流電弧爐的爐底16上鋪設有一層粉粒狀的耐火材料48(如圖5和圖6中所示)，用以保護電極總成114及爐體10。
另外要特別說明的是，根據本發明，由於設有收納槽206，突緣結構122(或爐底穿孔20的內緣)與電極本體130間在徑向方向上的距離可有效地增長，這與現有結構相比，更可有效地減低短路的可能性，進而減少因短路而造成的穿孔洩漏情形。
另外，根據本發明，在爐底16與爐體10的底面開孔28之間加設有一絕緣環307(見圖2)，其作用在於提供爐底16與爐體10間的絕緣隔離作用，做為對於電極總成114的額外保護措施。
根據本發明的實施，直流電弧爐爐底電極的使用壽命約可提升至五仟爐次以上，其所可節省的更換爐底次數、更換爐底操作時間及耗材的節省等，經濟效益遠比傳統的直流電弧爐要高。
綜上所述，可知本發明的直流電弧爐電極結構具有比現有技術更為可靠耐用的結構，更合乎經濟方面及使用上的需求，因此本發明不僅具有創造性，同時更兼具有實用性，完全合於專利法相關的規定，因此依法提出專利申請，並請早日授與專利權。以上所述的本發明為一較佳實施例，在不脫離本發明的精神情形下，其仍可有多種的變化，而這些的變化，只要不脫離所附的權利要求範圍，均應視為本發明所要保護的範圍。
權利要求
1．一種直流電弧爐的爐底電極結構，包括有一金屬圓棒電極本體，可供插入至一個設置在電弧爐爐底上的孔洞內，該電極本體上設有一環緣；以及一連接座，包括有一環狀的收納槽，具有內壁部和外壁部，自收納槽內和外壁部上向內及向外突伸出內突緣及外突緣，該內突緣結合至該環緣的下方表面上，該外突緣結合至該爐底上，以將該電極固定至該爐底上，其中該收納槽在徑向方向上大致位於該環緣與爐底孔洞的內緣之間。
2．根據權利要求1所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中該收納槽的外壁部與爐底孔洞的內徑之間形成臺階狀的不連續表面。
3．根據權利要求1所述的直流電弧爐的爐底電極結構，進一步包括有一環狀的連接法蘭，設置在該連接座的外突緣與爐底之間。
4．根據權利要求3所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中該連接法蘭的內緣位於收納槽的外壁部與爐底孔洞的內徑之間，在其間形成一個臺階狀不連續表面。
5．根據權利要求3所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中該連續法蘭的外緣徑向向外超過連接座的外突緣的外徑，而在其之間形成一個臺階狀的不連續表面。
6．根據權利要求5所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中該連接法蘭的外緣處設有一斜面，大致上對齊形成於爐底的排鉛孔，可供導引自該排鉛孔排出的鉛液。
7．根據權利要求3所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中在該連接法蘭與連接座外突緣之間設有一絕緣環。
8．根據權利要求3所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中在該連接法蘭與爐底之間設有一絕緣環。
9．根據權利要求1所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中在該連接座的內突緣與電極的環緣下方表面之間設有一絕緣環。
10．根據權利要求1所述的直流電弧爐的爐底電極結構，進一步包括有一環狀的固定法蘭，設置在電極的環緣上方表面上。
11．根據權利要求10所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中在該固定法蘭與電極環緣之間設有絕緣環。
12．根據權利要求11所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中在電極環緣的外緣表面上套設有一絕緣套環。
13．根據權利要求10所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中該固定法蘭的內側緣上套設一絕緣套環。
14．根據權利要求10所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中該固定法蘭的外側緣徑向向外突伸超出該收納槽的內壁部，而在其之間形成一個臺階狀的不連續表面。
15．根據權利要求1所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中該收納槽用以容納滲漏至該電極內的熔融鉛液，且其中該收納槽的底部上設有至少一個排鉛孔，用以將其中所收納的熔融鉛液排放出去。
16．根據權利要求10所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中該固定法蘭、環緣及連接座的內突緣上設有相對齊的孔洞，可供螺栓穿過而將三者固定在一起。
17．根據權利要求1所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中該連接座的外突緣上設有孔洞，可供螺栓穿過並結合至爐底上。
18．根據權利要求3所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中該連接法蘭上設有孔洞，可供螺栓穿過並將其各結合至爐底上。
19．根據權利要求1所述的直流電弧爐的爐底電極結構，其中該爐底結合至設在電弧爐的爐體底端上的開孔而結合至爐體上，其中在爐底與爐體底端開孔之間設有一絕緣環。
全文摘要
一種直流電弧爐的爐底電極結構,包括金屬圓棒電極本體,供插入至一個設置在電弧爐爐底上的孔洞內。電極下半部有環緣,其上有連接座。連接座包括圓形收納槽及自收納槽兩側向內及向外突伸出的內突緣及外突緣,連接座以其內突緣用螺栓結合至環緣的下方表面上。在外突緣與爐底之間設有連接法蘭,並將連接座及連接法蘭固定至爐底上。收納槽在徑向方向上位於環緣與爐底孔洞內緣之間,在連接法蘭及電極環緣的下表面上設有絕緣環。
文檔編號H05B7/02GK1293529SQ9912313
公開日2001年5月2日 申請日期1999年10月18日 優先權日1999年10月18日
發明者呂林和, 李維彬 申請人:東和鋼鐵企業股份有限公司