CN101074097A - 一种碳化硼的冶炼方法及可调电弧冶炼炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化工产品的生产方法及设备，即碳化硼的冶炼方法及可调电弧冶炼炉。现有设备的三项电极只能升降，不能平动，由此造成引弧难度大，炉内温度不一致，耗电量大，产品质量低等弊端。为此提出本发明的方法和设备，该方法是在冶炼过程中，根据炉内热量分布状况随时调整电极间的距离，其设备也是由炉体(1)、电极(2)和电极架(3)所构成，其特点是：所说的电极(2)与电极架之间为铰链连接，且设有水平推拉电极的驱动装置及计算机程序控制系统。改进后省略了引弧焦，使炉内的温度均衡，提高了产品质量，大幅度降低了电耗和生产成本。
Description
技术领域 本发明涉及一种化工产品的冶炼方法及设备，即一种碳化硼的冶炼方法及可调电弧冶炼炉。
背景技术 碳化硼是一种非金属难熔化合物，以B4C为常用品，是超硬的人造磨料之一，硬度仅次于金刚石，金刚石莫氏硬度为10，碳化硼为9.36。且具有适于磨削、理化性质稳定、质量轻、研磨性能好等特点，与酸碱几乎不起反应，还具有半导体性和吸收中子的性能，是金刚石理想的代用材料，碳化硼微粉及碳化硼制品被广泛应用到航空、军工、核工业、耐磨、耐火材料等领域。
目前，碳化硼的主要生产设备是电弧冶炼炉。电弧冶炼炉有三支电极插入炉内，电极之间产生强大的电弧，发出巨大的热量，使原料迅速分解并重组化合。由于电极的相对位置，即所构成的极心圆直径的大小，对于电弧状态的影响很大，因此，现有电弧冶炼炉的电极位置参数是基于大多数情况优化确定的，并且没有可调的结构。可是，由于电弧炉内的情况是变化的，尽管现有电极的位置参数考虑了大多数情况，但仍然难以满足各种不同的要求，在实践中暴露出许多弊端。例如：在电极开始工作时电弧很难形成，需要加入引弧焦才能形成电弧，而引弧焦对产品质量却有负面影响。在冶炼过程中，三个电极所构成的极心圆中心的温度很高，外围的温度却比较低，因而内外的反应速度相差很大，中部反应完成时，外周反应尚未完成。外面反应完成了，中部已经过烧。因此，现有的碳化硼电弧冶炼炉不仅耗电量大，而且产品质量较差，产品的多项指标低于国际标准。
发明内容 本发明的目的是提供一种能解决碳化硼冶炼过程中出现的反应速度不均的难题，并能大幅度降低电耗、降低成本、提高产品质量的方法和能够实施这种方法的可调电弧冶炼炉。
上述目的是由以下技术方案实现的：一种碳化硼的冶炼方法，也是把原料置于电弧冶炼炉里通过三项电极产生的电弧进行高温冶炼，这里说的电极也是竖立放置并夹持在电极架上，可上下垂直升降，所不同的是：在冶炼过程中，要根据炉内热量分布状况随时调整电极的水平位置。
所说的调整电极的水平位置，是指每支电极的轴线可以沿水平方向平移。
所说的调整电极的水平位置，是指每支电极的轴线可以绕一点进行摆动。
所说的调整电极的水平位置，是指根据炉内热量分布状况改变三项电极所形成的极心圆的直径。
一种碳化硼的生产设备可调电弧冶炼炉，也是一种电弧冶炼炉，也是由炉体、电极和夹吊电极的电极架所构成，其电极竖立放置，且可在电极架的夹持下上下升降，其改进是：所说的电极与电极架之间是铰链连接，在电极附近还设有沿水平方向推拉电极的驱动装置。
所说的碳化硼的生产设备可调电弧冶炼炉，也是一种电弧冶炼炉，也是由炉体、电极和夹吊电极的电极架所构成，其电极竖立放置，且可在电极架的夹持下上下升降，其电极架也是由底座、卷扬机、立柱、升降台以及导电杆构成，其升降台也是由滑套、支承臂构成，电极也是夹持在支承臂前端的卡套里，其特点是：所说的卡套与支承臂之间由转轴相连接，在升降架上还设有拉动器，卡套可在拉动器的带动下绕转轴摆动。
所说的拉动器是由汽缸、拉杆和立杆构成，汽缸的尾端固定在升降台的滑套上，汽缸的活塞杆前端与拉杆相连，拉杆的另一端与立杆的上端相铰链，立杆的下端固定在卡套上边。
所说的碳化硼的生产设备可调电弧冶炼炉，还设有计算机程序管理系统。
采用上述技术方案的碳化硼可调电弧冶炼炉，能根据需求随时调整电极之间的距离，改变极心圆的直径，从而省略了引弧焦，缩小了炉内各点的温度差别，使原料反应均衡，保证了产品质量，大幅度降低了电耗和生产成本。
附图说明 本发明的具体实施例由以下附图给出：
图1是一种实施例的主视图；
图2是部件升降架的主视图；
图3是部件升降架的俯视图；
图4是部件拉动器的主视图；
图5是部件拉动器的俯视图；
图6是部件支承臂的主视图；
图7是部件支承臂的俯视图；
图8是电极直立状态的示意图；
图9是电极内摆状态的示意图；
图10是电极外摆状态的示意图；
图11是这种实施例工作状态的主视图；
图12是这种实施例工作状态的俯视图；
图13是这种实施例计算机控制程序框图。
图中可见：炉体1，电极2，电极架3，底座4，卷扬机5，立柱6，升降台7，导电杆8，滑轮9，滑套10，滚轮11，拉动器12，支承臂13，卡套14，汽缸15，拉杆16，立杆17，吊轮18，钢丝绳19，卡套汽缸20，压板21，转轴22，接头23，连板24。
具体实施方式 下面结合附图作进一步介绍：
本发明针对现有碳化硼电弧冶炼炉的电极只能升降，不能水平移动或摆动，所形成的极心圆直径不能调整，造成引弧困难和炉温不均的现状，提出根据炉温分布及原料冶炼的状况，随时调整三项电极的水平距离，即调整三项电极所形成的极心圆直径的方法。
在工程实践中，实施上述方法的方式，即改变三项电极极心圆的方式和设备有很多种。改变极心圆的方式除了电极轴线摆动之外，还可以采用轴线水平移动的方式。改变极心圆的设备除了采用上述拉动器之外，还可以在三支电极之间另设其他方式的推拉器。特别是在设备的控制方法上，既可采用人工控制，也可以通过设备实行定温控制或定时控制，也可采用计算机程序控制等等。下面仅列举两种实施例：
第一种实施例：如图1、11、12所示，这种电弧冶炼炉也有一个立式的圆形炉体1，炉体1的周围竖立三个高大的电极架3，每个电极架都通过一个卡套14夹持一根柱状的电极2。电极架3的下面有底座4，底座4上面装有卷扬机2和一根立柱6，立柱6的顶端装有滑轮9，卷扬机5和滑轮9通过钢丝绳吊装一个升降台7。如图2、3所示，升降台7的前端是一个滑套10，滑套10套在立柱6上，四角装有滚轮11，可在卷扬机2、滑轮9、吊轮18、钢丝绳19以及配重块的带动下，以立柱6为轨道上下滑动，滑套10上面装有导电杆8、拉动器12、支承臂13和卡套14。如图4、5所示，拉动器12是由汽缸15、拉杆16和立杆17组成，汽缸15固定在滑套10上，其活塞前端与拉杆16的一端相铰链，拉杆16的另一端与立杆17的上端相铰链，立杆17的下端固连在卡套14的上面。如图6、7所示，支承臂13的前端装在滑套10上，中部上方装有吊轮18，.通过钢丝绳19与上面的滑轮9以及卷扬机、配重块相联系。支承臂13的末端通过接头23与夹持电极2的卡套14相连，卡套14的主体是一个竖立的圆管，圆管的外侧装有一个卡套汽缸20，汽缸20的活塞杆由管壁上的通孔进入管内，通过前端的压板21顶压插入卡套的电极。在卡套14的外侧还设有连板24，连板24上设有轴孔，与接头23上的轴孔相通，由一支转轴22把两者串连起来，卡套能绕转轴22摆动。
图11、12介绍了这种冶炼炉的一种工作状态，在一个平台上上装有三个高大的电极架3均布在炉体1的周围，图中的炉体1仅画出了炉体上段的水冷集烟罩，其炉体的主体是在平台以下，且可移动。工作时，三支电极2从炉体水冷集烟罩上的长孔伸入炉内，然后接通电源，操纵拉杆汽缸15后拉，致使电极2下端前移(见图9)，极心圆变小，形成电弧。在中部温度足够时，操纵汽缸前推，使电极直立(见图8)或下端后移(见图10)，极心圆变大，使外周升温加剧。这样就可以使炉内温度均衡，防止温度不足或温度过高的现象出现。
当然，上述电极架的布局不是唯一的，还可根据现场的条件采用其他的形式。例如：为了操作方便，可将三个电极架竖立在炉体(1)的一侧，把升降台(7)分别制成不同的长度，同样可以使三相电极保持均布的位置。
第二种实施例：由于采用了水平可调的电极设备，为计算机程序控制技术的介入提供了空间。因此，本发明增加了计算机控制系统。在大量实验数据的基础上建立了数学模型，编制了如图13所示的控制程序。其控制程序为：初始化—模拟量通道切换—电流采集—滤波运算转换存储—三相电流采集未完成返回、三相电流采集完成进入计算实际值与设定值偏差—根据偏差量进行解耦控制并计算出电极升降或移动的时间和参数—控制输出—返回。
由于实现了全程自动控制，使产品质量产生了质的飞跃，使碳化硼结晶块的质量指标超过了国标，在原材料消耗降低10％，耗电量大幅度降低的情况下，使碳化硼产品晶型更加规整，产品纯度提高了2％以上，达到了国际先进水平。其具体指标如下表：
碳化硼结晶块技术指标的对比情况
| 项目 | 国标(％) | 美国标准(％) | 实验产品指标(％) |
| 总硼 | 76.5-81.0 | 73.0-81.0 | 79.49 |
| 游硼 | ＜0.7 | ＜0.5 | 0.18 |
| 游碳 | ＜0.7 | 无 | 0.62 |
| 总硼加总碳 | ≥98.0 | ≥98.0 | 99.12 |
| 氟 | ＜0.0025 | ＜0.0025 | 0.0010 |
| 氯 | ＜0.0075 | ＜0.0075 | 0.0051 |
| 钙 | ＜0.3 | ＜0.3 | 0.0068 |
| 铁 | ＜1.0 | ＜1.0 | 0.016 |
Claims (8)
1.一种碳化硼的冶炼方法，也是把原料置于电弧冶炼炉里通过三项电极(2)产生的电弧进行高温冶炼，这种电极(2)也是竖立放置并夹持在电极架(2)上，可上下垂直升降的棒式电极，其特征在于：在冶炼过程中，根据炉内热量分布状况随时调整电极(2)的水平位置。
2.根据权利要求1所述的碳化硼的冶炼方法，其特征在于：所说的调整电极(2)的水平位置，是指每支电极(2)的轴线可以沿水平方向平移。
3.根据权利要求1所述的碳化硼的冶炼方法，其特征在于：所说的调整电极(2)的水平位置，是指每支电极(2)的轴线可以绕一点进行摆动。
4.根据权利要求1所述的碳化硼的冶炼方法，其特征在于：所说的调整电极(2)的水平位置，是指根据炉内热量分布状况改变三项电极(2)所形成的极心圆的直径。
5.一种碳化硼的冶炼设备，也是一种电弧冶炼炉，也是由炉体(1)、电极(2)和夹吊电极的电极架(3)所构成，其电极(2)也是竖立放置，且可在电极架(3)的夹持下上下升降，其特征在于：所说的电极(2)与电极架(3)之间是铰链连接，在电极(2)附近还设有沿水平方向推拉电极(2)的驱动装置。
6.根据权利要求5所述的碳化硼的冶炼设备可调电弧冶炼炉，也是由炉体(1)、电极(2)和夹吊电极的电极架(3)所构成，其电极架(3)也是由底座(4)、卷扬机(5)、立柱(6)、升降台(7)以及导电杆(8)构成，其升降台(7)也是由滑套(10)、支承臂(13)构成，电极(3)也是夹持在支承臂(13)前端的卡套(14)里，其特征在于：所说的卡套(14)与支承臂(13)之间由转轴(22)相连接，在升降架(7)上还设有拉动器(12)，卡套(14)可在拉动器(12)的带动下绕转轴(22)摆动。
7.根据权利要求5或6所述的碳化硼的冶炼设备可调电弧冶炼炉，其特征在于：所说的拉动器(12)是由汽缸(15)、拉杆(16)和立杆(17)构成，汽缸(15)的尾端固定在升降台(12)的滑套(10)上，汽缸(15)的活塞杆前端与拉杆(16)相连，拉杆(16)的另一端与立杆(17)的上端相铰链，立杆(17)的下端固定在卡套(14)上边。
8.根据权利要求5所述的碳化硼的冶炼设备可调电弧冶炼炉，其特征在于：在设备运行控制方式上采用了计算机程序管理系统，其控制程序为：初始化——模拟量通道切换——电流采集——滤波运算转换存储——三相电流采集未完成返回、三相电流采集完成进入计算实际值与设定值偏差——根据偏差量进行解耦控制并计算出电极升降或移动的时间和参数——控制输出——返回。
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