一種碳素空心電極的製作方法

2023-10-05 04:11:29 2

專利名稱：：一種碳素空心電極的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種冶煉電爐加熱器放電加熱的耗材，尤其是一種碳素電極原料及其結構。技術背景由於碳素的耐高溫性能和良好的化學穩定性，與自動化供電系統配套，產生電。現已廣泛應用於國防、機械、冶金、輕化、陶瓷、半導體、分析化驗、科學研究等領域，成為各種電爐電窯的電加熱元件。直流電爐、等離子電爐、低頻交流電爐是近20年發展起來的新型電爐，具有功率密度高、電極消耗少、冶煉電耗低、功率因數高等優點。因此矽鐵、金屬矽電爐、冶煉爐以及各類加熱設備，使用碳素棒加熱既方便，又安全可靠。CZ法爐內工作溫度在1600—2300°C，直接法基本特點是用一個高純石英坩堝盛裝熔融矽。基本過程是將高純多晶矽塊和微量的摻雜劑放置在石英坩堝內，石英坩堝置於石墨坩堝內，外置石墨加熱器，碳素棒作為加熱器電極通電產生高溫的電弧，為冶煉提供熱量，石英坩堝盛裝熔融矽在真空或高純惰性氣環境下加熱熔化，控制適當溫度，熔融結晶凝固成單晶矽。鐵合金電爐冶煉就是通過電極，將經過爐用變壓器把電網用電變為低電壓、大電流的電能輸送到爐內，並通過電極電弧和爐料電阻、熔爐爐渣和的金屬的電阻，把電能轉變成熱能，以滿足冶煉所需的高溫和補充化學反應所需的熱量。，鐵合金電爐冶煉就是通過電極，將經過爐用變壓器把電網用電變為低電壓、大電流的電能輸送到爐內，並通過電極電弧和爐料電阻、熔爐爐渣和的金屬的電阻，把電能轉變成熱能，以滿足冶煉所需的高溫和補充化學反應所需的熱量。碳素棒為非金屬電熱元件,碳素石墨加熱器一般使用的是高純石墨，要求三高，即高純度、高強度、高密度，要求純度非常高，並且不允許含有金屬雜質，價格高、資源珍貴。埋弧電爐是電爐的一種，在正常的熔煉過程中電弧始終埋在爐料之中。爐料連續或間斷地由加料系統送入爐膛內，電極端為爐料所掩埋。反應區主要集中在電極周圍的高溫帶。現在各種電爐用的石墨加熱器使用這種碳素棒均為實芯石墨碳素棒，通電後電弧集中產生於碳素棒底部，熱量過於集中，在產生電弧的同時，受到電弧的向上反彈力，碳素棒難以深插電爐內，對於爐內整體加熱不利，熱利用率不高，能耗高，現在產生一噸單晶矽消耗的石墨碳素棒為80130公斤，生產成本大。並且目前使用的碳電極的因為成分原因電阻率高，抗折抗壓性不強，灰分大，廢料多。當在生產單晶矽時，矽冶煉爐中的電弧集中應區，常會發生充分過度反應，原料局部供應不及時，而造成資源的浪費。
發明內容本發明提供一種以碳素為主要成分的電極導電材料，這種材料主要應用於工業矽的生產，解決了當在生產工業矽時，矽冶煉爐中的電弧集中應區原料局部供應不及時，浪費資源的問題，可以及時補充矽原料，生產率大大提高，製成的電極還具有電阻率低、體積密度大，抗折、抗壓強度高，熱膨脹係數小，灰分少的優點。本發明還針對現有碳素棒難以深插電爐內，放電弧位置過於集中，耗電量大的問題，在相同的碳素體積情況下，具有較高的表面比，工作面積大，放電面積大，產生熱效率高，可以更節約耗材碳素電極的使用量，是一種結構簡單巧妙，能耗小，產熱量高，熱利用率高，爐內缺碳時及時吹碳、多碳時及時減碳、吹料，添加方便，可以連續作業的碳素空心電極。為實現上述目的，本發明的技術解決方案是一種以碳素為主要成分的電極材料，包括焦碳、石墨碎、無煙石墨煤、石墨焦、氧化矽、硬脂酸、煅燒石油焦、改質瀝青經物理混合而成，所述的焦碳為針狀焦，粒度為050mm，石墨粒度為080mm，無煙石墨煤粒度為050mm，石墨焦粒度為050腿，氧化矽粒度為0.lmm0.3mm，煅燒石油焦粒度為050mm，tableseeoriginaldocumentpage4由上述電極材碳素料製成的一種碳素空心電極，包括電極主體和石墨電極接頭，所述的電極主體和電極接頭皆為空心筒狀，所述的電極主體上下兩端部具有螺紋，電極接頭上也設有螺紋；所述的電極接頭小於電極主體，電極接頭與電極主體通過螺紋連接。所述的電極主體上下兩端具有凹臺，凹臺側壁為內螺紋，電極接頭上設有外螺紋。所述的電極主體上下兩端部的螺紋為外螺紋；電極接頭上為內螺紋。所述的電極接頭位於電極主體凹臺內部。所述的電極接頭上下兩邊各連接一個電極主體，若干個電極主體通過電極接頭串接成一條杆狀。所述的電極接頭的內孔直徑為580毫米，外徑為610毫米，長度小於2.7米，採用大大超過以往電極尺寸的結構，便於從中孔直接加料，加料迅速。使用時，若干個電極主體與電極接頭通過螺紋串接成一條首尾相連的杆狀，氮氣或者惰性氣體從碳素空心電極的通孔中吹入，形成防氧化保護氣層，當反應區原料減少時,也可以通過從碳素空心電極的通孔中及時吹入料粉，直接作用於電弧區，反應快，效率高，使生產始終保持高效的生產狀態。採用上述方案後，本發明的一種以石墨為主要成分的電極材料的原料中特別的添加了氧化矽，在放電的同時補充矽原素，提高生產率；各種成份採用大顆粒原料，原料顆粒大於以往採用的直徑，大顆粒礦石使料層透氣性好，增加通透性，放電弧充分，這種原料改善了成品的電阻率、抗折、抗壓強度，可以用於製造超出以往的長度、面積的大尺寸電極，熱膨脹係數小，灰分少。由於採用了空心筒狀電極主體和電極接頭通過螺紋首尾連接的形式，產品中空，在相同的碳素體積情況下，具有較高的表面比，工作面積大，放電面積大，產生熱效率高，可以更節約耗材碳素電極的使用量，電極接頭小於電極主體，電阻率低、體積密度大、抗折強度強，抗壓強度強，熱膨脹係數小，灰分小。電極接頭與電極主體通過螺紋連接，添加補充電極方便。形成防氧化保護氣層，電弧在碳素空心電極的的底部形成環形電弧環，放電區域大，加熱面積大，生產效率提高。當反應區原料減少時,可以通過從碳素空心電極的通孔中及時吹入料粉，直接作用於電弧區，反應快，效率高，使生產始終保持高效的生產狀態。通孔中及時吹入料粉，直接作用於電弧區，反應快,效率高，使生產始終保持高效的生產狀態下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步的詳細說明圖1是本發明的一種較佳實施例的結構剖面示意圖；圖2是本發明的圖1中所示實施例的立體分解圖；圖3是本發明的另一實施例的圖。具體實施方式一種以碳素為主要成分的電極導電材料，包括焦碳、石墨、無煙石墨煤、石墨焦氧化矽、硬脂酸、煅燒石油焦、改質瀝青經物理混合而成，焦碳為針狀焦，粒度為050mm,石墨粒度為080mm，無煙石墨煤粒度為050mm，石墨焦粒度為050mm，氧化矽粒度為0.lmm0.3mm，煅燒石油焦粒度為050mm，各組分的重量百分比為焦碳810%，石墨碎2035%，無煙石墨煤1520%，冶金石墨焦920%，氧化矽1.21.8%，硬脂酸0.31%，煅燒石油焦820%，改質瀝青1520%。實施例一一種以石墨為主要成分的電極導電材料，包括各組分的重量百分比為焦碳為針狀焦粒度為50mm，重量百分比為10%，石墨碎無煙石墨煤冶金石墨焦氧化矽硬脂酸煅燒石油焦改質瀝青粒度為80誦，粒度為50mm，粒度為50ram,粒度為0.3rran，1%,粒度為50跳17.2%。重量百分比為20%，重量百分比為15%，重量百分比為20%，重量百分比為1.8%,15%,實施例二一種以碳素為主要成分的電極導電材料，包括各組分的重量百分比為:各組分的重量百分比為-針狀焦，粒度為30mm，8%,石墨碎粒度為50咖，35%,無煙石墨煤粒度為30mm，15%，石墨焦粒度為30mm，12%，氧化矽粒度為0.lmm，1.2%，硬脂酸1%，煅燒石油焦粒度為30mm，8%,改質瀝青19.8%。由上述電極材料製成的一種碳素空心電極，包括電極主體1和電極接頭2，如圖2所示電極主體1和電極接頭2皆為空心筒狀，電極主體1內通孔13，電極接頭2空心筒狀。電極主體l上下兩端部具有螺紋ll，電極接頭2上也設有螺紋21;電極接頭小2於電極主體1，電極接頭與電極主體通過螺紋ll、21連接。電極主體1上下兩端具有凹臺12，凹臺12側壁為內螺紋11，電極接頭2上設有外螺紋21。電極接頭位於電極主體凹臺12內部。電極接頭2上下兩邊各連接一個電極主體1，若干個電極主體1通過電極接頭2串接成一條杆狀，如圖l所示。由上述電極材料製成的一種碳素空心電極，抗折強度強，抗壓強度強，由此可以大大加大電極的生產尺寸，如電極接頭的內孔直徑為580毫米，外徑為610毫米，長度小於2.7米。電極主體內的通孔直徑也大於580毫米，則可以增加通氣及加料量，充分形成保護氣流、迅速加料。使用時，若干個電極主體與電極接頭通過螺紋串接成一條首尾相連的杆狀，氮氣或者惰性氣體從碳素空心電極的通孔中吹入，形成防氧化保護氣層，電弧在碳素空心電極的的底部形成環形電弧環。石墨為主要成分的電極材料的原料中特別的添加了氧化矽，在放電的同時補充矽原素，提高生產率；各種成份採用大顆粒原料，原料顆粒大於以往採用的直徑，大顆粒礦石使料層透氣性好，增加通透性，放電弧充分，這種原料改善了成品的電阻率、抗折、抗壓強度，可以用於製造超出以往的長度、面積的大尺寸電極，熱膨脹係數小，灰分少。以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關
技術領域：
的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以作出各種變換或變化，如如圖3所示，電極主體1上下兩端部的螺紋為外螺紋；電極接頭2上為內螺紋。因此，所有等同的技術方案也應該屬於本發明的範疇，應由各權利要求限定。權利要求1、一種以碳素為主要成分的電極導電材料，其特徵在於包括焦碳、石墨、碎無煙石墨煤、石墨焦氧化矽、硬脂酸、煅燒石油焦、改質瀝青經物理混合而成，所述的焦碳為針狀焦，粒度為0～50mm，石墨粒度為0～80mm，無煙石墨煤粒度為0～50mm，石墨焦粒度為0～50mm，氧化矽粒度為0.1mm～0.3mm，煅燒石油焦粒度為0～50mm，各組分的重量百分比為焦碳8～10％，石墨碎20～35％，無煙石墨焦15～20％，冶金石墨焦9～20％，氧化矽1.2～1.8％，硬脂酸0.3～1％，煅燒石油焦8～20％，改質瀝青15～20％。2、由權利要求1所述的碳素電極導電材料製成的一種碳素空心電極，其特徵在於包括電極主體和電極接頭，所述的電極主體和電極接頭皆為空心筒狀，所述的電極主體上下兩端部具有螺紋，電極接頭上也設有螺紋；所述的電極接頭小於電極主體，電極接頭與電極主體通過螺紋連接。3、如權利要求2所述的一種碳素空心電極，其特徵在於所述的電極主體上下兩端具有凹臺，凹臺側壁為內螺紋，電極接頭上設有外螺紋。4、如權利要求2所述的一種碳素空心電極，其特徵在於所述的電極主體上下兩端部的螺紋為外螺紋；電極接頭上為內螺紋。5、如權利要求3所述的一種碳素空心電極，其特徵在於所述的電極接頭位於電極主體凹臺內部。6、如權利要求2所述的一種碳素空心電極，其特徵在於所述的電極接頭上下兩邊各連接一個電極主體，若干個電極主體通過電極接頭串接成一條杆狀。7、如權利要求2所述的一種碳素空心電極，其特徵在於所述的電極接頭的內孔直徑為580毫米，外徑為610毫米，長度小於2.7米。全文摘要本發明涉及一種鐵合金電爐冶煉中使用的碳素電極原料及其結構。提供一種以碳素為主要成分的電極導電材料，還提供一種碳素空心電極，包括電極主體和電極接頭，所述的電極主體和電極接頭皆為空心筒狀，所述的電極主體上下兩端具有凹臺，凹臺側壁設有內螺紋；所述的電極接頭小於電極主體，電極接頭通過外螺紋與電極主體連接。在相同的碳素體積情況下，具有較高的表面比，工作面積大，放電面積大，產生熱效率高，可以更節約耗材碳素電極的使用量，是一種結構簡單巧妙，能耗小，產熱量高，熱利用率高，爐內缺碳時及時吹碳、多碳時及時減碳、吹料，添加方便，可以連續作業的碳素空心電極。文檔編號C08L95/00GK101282601SQ20081009423公開日2008年10月8日申請日期2008年4月23日優先權日2008年4月23日發明者恆劉,張振海,毅黃申請人:北京民海豔科技有限公司