內噴淋深水冷式鐵浴銅碳複合底電極的製作方法
2023-09-23 03:40:25
專利名稱：內噴淋深水冷式鐵浴銅碳複合底電極的製作方法
技術領域：
本發明專利屬於直流電弧爐底電極設備，涉及一種內噴淋深水冷式鐵浴(液態鋼或鐵，以下統稱鐵浴)銅碳複合底電極，該設備適用於熔煉氧化物耐火材料，特別是用天然礦物熔煉的氧化物耐火材料。
背景技術：
中國是電熔耐火材料的資源和生產大國，也是世界市場的主要出口國，僅電熔鎂砂和電熔棕剛玉兩種產品的出口量就分別佔世界市場份額的85％和70％。目前國內電熔氧化物耐火材料均用三相交流電弧爐生產，爐缸比功率水平不高，熔深受限制，熔體下部過早凝結，產品成分不均勻，資源優勢沒有得到充分合理的利用，例如國內生產電熔鎂砂的電弧爐約85％為1250KVA以下的小容量變壓器，其有效熔深不到500mm；生產電熔剛玉的電弧爐80％為3150KVA以下的小容量變壓器，其有效熔深不足1500mm。
由於大功率整流器技術和底電極安全技術的成熟，上世紀90年代超高功率大型煉鋼直流電弧爐得到迅猛的發展，稍後直流電弧爐技術應用到鐵合金領域。由於直流爐煉鋼是熔煉導電性良好的廢鋼和鋼液，所以無論是觸針式底電極，水冷鋼棒式底電極，還是導電鎂碳磚式底電極都能滿足直流電弧爐煉鋼的要求。
直流電弧爐具有熱量集中，熔化快，熔池溫度高，產品化學成分均勻等工藝特點，理應成為熔煉氧化物耐火材料的主流技術，尤其是用天然礦(如鋁礬土、石灰石、菱鎂石等)生產的電熔耐火材料。然而氧化物耐火材料的熔點很高，固態為不導電的絕緣體或不良導體，且在高溫熔融狀態下具有較強的氧化性，上述耐火材料的特性要求直流電弧爐的底電極應滿足以下條件1.避免熔煉過程中熔融氧化物與碳質導電爐底的高溫反應，以保證產品的質量和爐底的安全。
2.避免氧化物耐火材料在熔煉過程中底部熔體結晶，形成凝結層、導致電弧中斷。
3.保證底電極的冷卻強度和使用安全。
現有的底電極技術(觸針式、水冷鋼棒式、導電鎂碳磚式)均採用由導電性能較好的固體相結合結構，並採用風冷或爐外水冷或爐內淺水冷等冷卻方式，不能滿足氧化物耐火材料的熔煉工藝要求。
已申請專利(申請號200510046477.4)提出了用雙電極直流電弧爐熔煉鎂砂，採用雙頂電極閉合電路，迴避了底電極技術難題，並沒有解決熔深的問題。
發明內容
本發明採用液固結合的全新的底電極結構，由鐵浴(2)與碳質導電體(3)液固結合，下接純銅導電套(5)，並採用與眾不同的內噴淋深水冷的冷卻方式。具體方案如下1.利用鐵浴比重大的特性，作為導電過渡層，將高溫熔融狀態的氧化物耐火材料與碳質導電體隔離，避免了氧化物與碳發生還原反應所引起的質量和安全事故。
2.氧化物耐火材料的結晶受溫度和晶核這兩個條件制約，鐵浴與氧化物耐火材料熔體為液相接觸，兩者都是導熱性良好的溶液，在爐內高溫條件下，沒有結晶所需的成核低溫條件，氧化物耐火材料熔體底部不產生結晶層，保證了電流導通。
3.因為碳質材料有不熔化的特性，用碳質導電體有效避免了爐底鐵浴與純銅導電套的接觸，即保證了純銅導電套的使用安全和長壽命。
4.採用可控噴淋冷卻和對底電極溫度監測，對鐵浴熱點溫度進行控制，保證了底電極的安全運行。
5.利用噴淋管深入純銅導電套內部，距碳質導電體頂部150--300mm，將帶有一定壓力的水噴淋到純銅導電套內部進行冷卻，通過調節水的壓力控制冷卻強度，回水結構採用開放式，避免惡性事故。
本發明採用控制局部有限熱點的冷卻方式，爐底散熱有限，不增加電能消耗。
本發明結構簡單，易於加工和維護，純銅導電套部分可長期使用，壽命明顯高於現已在線使用的其他類型底電極。
本發明適用於現有的熔煉氧化物耐火材料的爐型，包括傾倒爐、熔塊爐，尤其適用於流放爐。
本發明為熔煉氧化物耐火材料行業實現高功率或超高功率直流電弧爐生產方式提供了必要的技術支撐。
下面結合附圖
對本發明專利作進一步描述。
附圖為本發明專利縱向剖面結構圖。
圖中1為氧化物熔體，2為鐵浴，3為整體碳質導電體，4為熱電偶，5為純銅導電套，6為開放式底盤，7為噴淋管。
權利要求
1.一種熔煉氧化物耐火材料的直流電弧爐用內噴淋深水冷式鐵浴銅碳複合底電極，由鐵浴(2)，整體碳質導電體(3)，純銅導電套(5)，噴淋管(7)、檢測底電極溫度用的熱電偶(4)及開放式底盤(6)組成。
2.如權利要求1所述，其特徵在於鐵浴(2)深度為50--500mm，由碎鋼屑或碎鐵屑電熔形成，加入方式為在起弧前一次加入或部分加入，餘量在熔煉過程中加入。
3.如權利要求1所述，其特徵在於碳質導電體(3)為碳塊或石墨塊或導電鎂碳磚或含碳質導電打結料，形狀為多邊方柱形或圓柱形，長度為300--500mm，碳質導電體與純銅導電套通過羅紋連接，並用細電極糊填充。
4.如權利要求1所述，其特徵在於純銅導電套(5)為空腔結構，銅套外徑為80--240mm，銅套長度為800--1600mm，銅套壁厚為8-50mm，銅套側部開1或2個熱電偶線槽，熱電偶(4)焊接在銅套上部，依不同生產工藝的需要，銅套數為一個或數個。
5.如權利要求1所述，其特徵在於噴淋管(7)頭部為分層多孔結構，每層孔數為3-8個，孔徑為1-15mm，噴淋管深入純銅導電套內部，距碳質導電體頂部150--300mm，噴淋管通過純銅導電套底部開放式底盤(6)固定，回水由開放式底盤流出。
6.如權利要求1所述，其特徵在於氧化物耐火材料包括氧化鋁、氧化矽、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋯、氧化鉻和以這六種氧化物為基質成分的合成材料(例如鋁酸鈣水泥、莫來石、尖晶石、鎂鈣砂、鋯剛玉等)，其生產所用原料為天然氧化物礦或經煅燒的天然氧化物礦或經工業提純後的天然氧化物礦產品。
全文摘要
一種熔煉氧化物耐火材料的直流電弧爐用內噴淋深水冷式鐵浴銅碳複合底電極，由鐵浴(2)，整體碳質導電體(3)，純銅導電套(5)，噴淋管(7)、檢測底電極溫度用的熱電偶(4)及開放式底盤(6)組成。本發明使用安全、維護方便，具有爐底不凝結、不反應、不斷弧的功能，為熔煉氧化物耐火材料行業實現高功率或超高功率直流電弧爐生產方式提供了必要的技術支撐。
文檔編號F27B3/20GK1837735SQ20061000380
公開日2006年9月27日 申請日期2006年1月19日 優先權日2006年1月19日
發明者王昌意, 王元增 申請人:王昌意, 王元增