CN101282601B - 一种碳素空心电极 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁合金电炉冶炼中使用的碳素电极原料及其结构。提供一种以碳素为主要成分的电极导电材料，还提供一种碳素空心电极，包括电极主体和电极接头，所述的电极主体和电极接头皆为空心筒状，所述的电极主体上下两端具有凹台，凹台侧壁设有内螺纹；所述的电极接头小于电极主体，电极接头通过外螺纹与电极主体连接。在相同的碳素体积情况下，具有较高的表面比，工作面积大，放电面积大，产生热效率高，可以更节约耗材碳素电极的使用量，是一种结构简单巧妙，能耗小，产热量高，热利用率高，炉内缺碳时及时吹碳、多碳时及时减碳、吹料，添加方便，可以连续作业的碳素空心电极。

Description

一种碳素空心电极

技术领域

本发明涉及一种冶炼电炉加热器放电加热的耗材，尤其是一种碳素电极原料及其结构。

背景技术

由于碳素的耐高温性能和良好的化学稳定性，与自动化供电系统配套，产生电。现已广泛应用于国防、机械、冶金、轻化、陶瓷、半导体、分析化验、科学研究等领域，成为各种电炉电窑的电加热元件。

直流电炉、等离子电炉、低频交流电炉是近20年发展起来的新型电炉，具有功率密度高、电极消耗少、冶炼电耗低、功率因数高等优点。因此硅铁、金属硅电炉、冶炼炉以及各类加热设备，使用碳素棒加热既方便，又安全可靠。CZ法炉内工作温度在1600-2300℃，直接法基本特点是用一个高纯石英坩埚盛装熔融硅。基本过程是将高纯多晶硅块和微量的掺杂剂放置在石英坩埚内，石英坩埚置于石墨坩埚内，外置石墨加热器，碳素棒作为加热器电极通电产生高温的电弧，为冶炼提供热量，石英坩埚盛装熔融硅在真空或高纯惰性气环境下加热熔化，控制适当温度，熔融结晶凝固成单晶硅。

铁合金电炉冶炼就是通过电极，将经过炉用变压器把电网用电变为低电压、大电流的电能输送到炉内，并通过电极电弧和炉料电阻、熔炉炉渣和的金属的电阻，把电能转变成热能，以满足冶炼所需的高温和补充化学反应所需的热量。，铁合金电炉冶炼就是通过电极，将经过炉用变压器把电网用电变为低电压、大电流的电能输送到炉内，并通过电极电弧和炉料电阻、熔炉炉渣和的金属的电阻，把电能转变成热能，以满足冶炼所需的高温和补充化学反应所需的热量。

碳素棒为非金属电热元件，碳素石墨加热器一般使用的是高纯石墨，要求三高，即高纯度、高强度、高密度，要求纯度非常高，并且不允许含有金属杂质，价格高、资源珍贵。埋弧电炉是电炉的一种，在正常的熔炼过程中电弧始终埋在炉料之中。炉料连续或间断地由加料系统送入炉膛内，电极端为炉料所掩埋。反应区主要集中在电极周围的高温带。现在各种电炉用的石墨加热器使用这种碳素棒均为实芯石墨碳素棒，通电后电弧集中产生于碳素棒底部，热量过于集中，在产生电弧的同时，受到电弧的向上反弹力，碳素棒难以深插电炉内，对于炉内整体加热不利，热利用率不高，能耗高，现在产生一吨单晶硅消耗的石墨碳素棒为80～130公斤，生产成本大。并且目前使用的碳电极的因为成分原因电阻率高，抗折抗压性不强，灰分大，废料多。当在生产单晶硅时，硅冶炼炉中的电弧集中应区，常会发生充分过度反应，原料局部供应不及时，而造成资源的浪费。

发明内容

本发明提供一种以碳素为主要成分的电极导电材料，这种材料主要应用于工业硅的生产，解决了当在生产工业硅时，硅冶炼炉中的电弧集中应区原料局部供应不及时，浪费资源的问题，可以及时补充硅原料，生产率大大提高，制成的电极还具有电阻率低、体积密度大，抗折、抗压强度高，热膨胀系数小，灰分少的优点。

本发明还针对现有碳素棒难以深插电炉内，放电弧位置过于集中，耗电量大的问题，在相同的碳素体积情况下，具有较高的表面比，工作面积大，放电面积大，产生热效率高，可以更节约耗材碳素电极的使用量，是一种结构简单巧妙，能耗小，产热量高，热利用率高，炉内缺碳时及时吹碳、多碳时及时减碳、吹料，添加方便，可以连续作业的碳素空心电极。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种以碳素为主要成分的电极材料，包括焦碳、石墨碎、无烟石墨煤、石墨焦、氧化硅、硬脂酸、煅烧石油焦、改质沥青经物理混合而成，

所述的焦碳为针状焦，粒度为0～50mm，石墨粒度为0～80mm，无烟石墨煤粒度为0～50mm，石墨焦粒度为0～50mm，氧化硅粒度为0.1mm～0.3mm，煅烧石油焦粒度为0～50mm，

各组分的重量百分比为：

焦碳        8～10％，

石墨碎      20～35％，

无烟石墨焦  15～20％，

冶金石墨焦  9～20％，

氧化硅      1.2～1.8％，

硬脂酸      0.3～1％，

煅烧石油焦  8～20％，

改质沥青    15～20％。

由上述电极材碳素料制成的一种碳素空心电极，包括电极主体和石墨电极接头，所述的电极主体和电极接头皆为空心筒状，所述的电极主体上下两端部具有螺纹，电极接头上也设有螺纹；所述的电极接头小于电极主体，电极接头与电极主体通过螺纹连接。

所述的电极主体上下两端具有凹台，凹台侧壁为内螺纹，电极接头上设有外螺纹。

所述的电极主体上下两端部的螺纹为外螺纹；电极接头上为内螺纹。

所述的电极接头位于电极主体凹台内部。

所述的电极接头上下两边各连接一个电极主体，若干个电极主体通过电极接头串接成一条杆状。

所述的电极接头的内孔直径为580毫米，外径为610毫米，长度小于2.7米，采用大大超过以往电极尺寸的结构，便于从中孔直接加料，加料迅速。

使用时，若干个电极主体与电极接头通过螺纹串接成一条首尾相连的杆状，氮气或者惰性气体从碳素空心电极的通孔中吹入，形成防氧化保护气层，当反应区原料减少时，也可以通过从碳素空心电极的通孔中及时吹入料粉，直接作用于电弧区，反应快，效率高，使生产始终保持高效的生产状态。

采用上述方案后，本发明的一种以石墨为主要成分的电极材料的原料中特别的添加了氧化硅，在放电的同时补充硅原素，提高生产率；各种成份采用大颗粒原料，原料颗粒大于以往采用的直径，大颗粒矿石使料层透气性好，增加通透性，放电弧充分，这种原料改善了成品的电阻率、抗折、抗压强度，可以用于制造超出以往的长度、面积的大尺寸电极，热膨胀系数小，灰分少。

由于采用了空心筒状电极主体和电极接头通过螺纹首尾连接的形式，产品中空，在相同的碳素体积情况下，具有较高的表面比，工作面积大，放电面积大，产生热效率高，可以更节约耗材碳素电极的使用量，电极接头小于电极主体，电阻率低、体积密度大、抗折强度强，抗压强度强，热膨胀系数小，灰分小。电极接头与电极主体通过螺纹连接，添加补充电极方便。形成防氧化保护气层，电弧在碳素空心电极的的底部形成环形电弧环，放电区域大，加热面积大，生产效率提高。当反应区原料减少时，可以通过从碳素空心电极的通孔中及时吹入料粉，直接作用于电弧区，反应快，效率高，使生产始终保持高效的生产状态。通孔中及时吹入料粉，直接作用于电弧区，反应快，效率高，使生产始终保持高效的生产状态

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1是本发明的一种较佳实施例的结构剖面示意图；

图2是本发明的图1中所示实施例的立体分解图；

图3是本发明的另一实施例的图。

具体实施方式

一种以碳素为主要成分的电极导电材料，包括焦碳、石墨、无烟石墨煤、石墨焦氧化硅、硬脂酸、煅烧石油焦、改质沥青经物理混合而成，焦碳为针状焦，粒度为0～50mm，石墨粒度为0～80mm，无烟石墨煤粒度为0～50mm，石墨焦粒度为0～50mm，氧化硅粒度为0.1mm～0.3mm，煅烧石油焦粒度为0～50mm，

各组分的重量百分比为：

焦碳        8～10％，

石墨碎      20～35％，

无烟石墨煤  15～20％，

冶金石墨焦  9～20％，

氧化硅      1.2～1.8％，

硬脂酸      0.3～1％，

煅烧石油焦  8～20％，

改质沥青    15～20％。

实施例一：

一种以石墨为主要成分的电极导电材料，包括各组分的重量百分比为：

焦碳为针状焦  粒度为50mm，重量百分比为10％，

石墨碎        粒度为80mm，重量百分比为20％，

无烟石墨煤    粒度为50mm，重量百分比为15％，

冶金石墨焦    粒度为50mm，重量百分比为20％，

氧化硅        粒度为0.3mm，重量百分比为1.8％，

硬脂酸        1％，

煅烧石油焦    粒度为50mm，15％，

改质沥青      17.2％。

实施例二：

一种以碳素为主要成分的电极导电材料，包括各组分的重量百分比为：

各组分的重量百分比为：

针状焦，      粒度为30mm，8％，

石墨碎        粒度为50mm，35％，

无烟石墨煤    粒度为30mm，15％，

石墨焦        粒度为30mm，12％，

氧化硅        粒度为0.1mm，1.2％，

硬脂酸        1％，

煅烧石油焦    粒度为30mm，8％，

改质沥青      19.8％。

由上述电极材料制成的一种碳素空心电极，包括电极主体1和电极接头2，如图2所示：电极主体1和电极接头2皆为空心筒状，电极主体1内通孔13，电极接头2空心筒状。电极主体1上下两端部具有螺纹11，电极接头2上也设有螺纹21；电极接头小2于电极主体1，电极接头与电极主体通过螺纹11、21连接。电极主体1上下两端具有凹台12，凹台12侧壁为内螺纹11，电极接头2上设有外螺纹21。电极接头位于电极主体凹台12内部。电极接头2上下两边各连接一个电极主体1，若干个电极主体1通过电极接头2串接成一条杆状，如图1所示。

由上述电极材料制成的一种碳素空心电极，抗折强度强，抗压强度强，由此可以大大加大电极的生产尺寸，如：电极接头的内孔直径为580毫米，外径为610毫米，长度小于2.7米。电极主体内的通孔直径也大于580毫米，则可以增加通气及加料量，充分形成保护气流、迅速加料。

使用时，若干个电极主体与电极接头通过螺纹串接成一条首尾相连的杆状，氮气或者惰性气体从碳素空心电极的通孔中吹入，形成防氧化保护气层，电弧在碳素空心电极的的底部形成环形电弧环。石墨为主要成分的电极材料的原料中特别的添加了氧化硅，在放电的同时补充硅原素，提高生产率；各种成份采用大颗粒原料，原料颗粒大于以往采用的直径，大颗粒矿石使料层透气性好，增加通透性，放电弧充分，这种原料改善了成品的电阻率、抗折、抗压强度，可以用于制造超出以往的长度、面积的大尺寸电极，热膨胀系数小，灰分少。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，如：如图3所示，电极主体1上下两端部的螺纹为外螺纹；电极接头2上为内螺纹。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims (8)

1.一种以碳素为主要成分的电极导电材料，其特征在于：由焦碳、石墨碎、无烟石墨煤、冶金石墨焦、氧化硅、硬脂酸、煅烧石油焦和改质沥青经物理混合而成，所述的焦碳为针状焦，各组分的粒度和重量百分比为：

焦碳          粒度为50mm，    重量百分比为10％，

石墨碎        粒度为80mm，    重量百分比为20％，

无烟石墨煤    粒度为50mm，    重量百分比为15％，

冶金石墨焦    粒度为50mm，    重量百分比为20％，

氧化硅        粒度为0.3mm，   重量百分比为1.8％，

硬脂酸                        重量百分比为1％，

煅烧石油焦    粒度为50mm，    重量百分比为15％，

改质沥青                      重量百分比为17.2％。

2.一种以碳素为主要成分的电极导电材料，其特征在于：由焦碳、石墨碎、无烟石墨煤、石墨焦、氧化硅、硬脂酸、煅烧石油焦和改质沥青经物理混合而成，所述的焦碳为针状焦，各组分的粒度和重量百分比为：

焦碳          粒度为30mm，    重量百分比为8％，

石墨碎        粒度为50mm，    重量百分比为35％，

无烟石墨煤    粒度为30mm，    重量百分比为15％，

石墨焦        粒度为30mm，    重量百分比为12％，

氧化硅        粒度为0.1mm，   重量百分比为1.2％，

硬脂酸                        重量百分比为1％，

煅烧石油焦    粒度为30mm，    重量百分比为8％，

改质沥青                      重量百分比为19.8％。

3.由权利要求1或2所述的以碳素为主要成分的电极导电材料制成的一种碳素空心电极，其特征在于：包括电极主体和电极接头，所述的电极主体和电极接头皆为空心筒状，所述的电极主体上下两端部具有螺纹，电极接头上也设有螺纹；所述的电极接头的长度小于电极主体，电极接头与电极主体通过螺纹连接。

4.如权利要求3所述的一种碳素空心电极，其特征在于：所述的电极主体上下两端具有凹台，凹台侧壁为内螺纹，电极接头上设有外螺纹。

5.如权利要求3所述的一种碳素空心电极，其特征在于：所述的电极主体上下两端部的螺纹为外螺纹；电极接头上的螺纹为内螺纹。

6.如权利要求4所述的一种碳素空心电极，其特征在于：所述的电极接头位于电极主体凹台内部。

7.如权利要求3所述的一种碳素空心电极，其特征在于：所述的电极接头上下两边各连接一个电极主体，若干个电极主体通过电极接头串接成一条杆状。

8.如权利要求3所述的一种碳素空心电极，其特征在于：所述的电极接头的内孔直径为580毫米，外径为610毫米，长度小于2.7米。