CN1049044C - 一种直流电弧炉底电极 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金炼钢领域。特别适用于直流炼钢电弧炉或直流等离子炉等设备的底电极。该底电极的组成包含有底电极的冷却铜段、石墨段、和导电棒构成的导电装置和炉底耐火材料等部分，其特征在于底电极的水冷铜段外壁安装有导电卡头，上端是镶嵌在石墨段下端内的，石墨段在露出炉壳的外的部分，周围安装有水冷套，在被埋于炉底耐火材料内的石墨段上端，安装有带保护套管的导电棒。采用本发明直流电弧炉底电极与现有技术相比较，具有结构简单、经济并能耐受高的冶炼温度和较长的治炼周期等特点。

Description

一种直流电弧炉底电极

本发明属于冶金炼钢领域。特别适用于直流炼钢电弧炉或直流等离子炉等设备。

在现有技术中在直流电弧炉使用的底电极主要有ABB、GHH、Clecim三种类型。其中ABB底民极为导电炉底型。阳极电流是通过砌筑于导电铜板上的镁碳导电砖传入熔池中的，炉底部是采用鼓风进行冷却。采用这种方式的炉底底阳极，虽然结构可靠，但导电材料表面易脱碳，电阻高、炉底压降大，而且要求有很大的导电面积，以及在冷起动时需要有起动电极。因此采用该方法所生产的底阳极造价较高。而且辅助设备投资较大。GHH底阳极为风冷棒针型，阳极电流经由捣制在炉底耐火材料中的数拾根钢棒导入熔池。其炉底外露部份是由鼓风冷却的。由于钢的热阻大，导热能力差，在高温钢水的作用下熔化深度较大。炉底消耗速度较高(＞1mm/炉)。因此一般炉底砌筑厚度均在1米以上，生产中主要靠补炉技术来维持底电极的寿命长，且风冷设备一次性投资较高。Clecim底阳极为水冷钢柱式，阳极电流是通过砌筑于炉底耐火材料中的钢柱传入熔池的，由钢柱下部周围的水冷套和底部的水冷底垫进行冷却，但其冷却效果并不理想。例如日本大同制钢，在20吨直流电弧炉上使用表明在冶炼碳素钢，出钢温度为1600℃时，底电极钢柱已熔至距水冷套上沿100mm处，而在冶炼不锈钢出钢温度为1800℃时，底电极钢柱熔化部分已深入到水冷套100mm处。

本发明的目的是提出一种结构合理、操作、维护简便，耐受高温能力强的安全、长寿、经济的直流电弧炉底电极。

本发明目的里所提出的直流电弧炉底电极的附图中1为水冷铜段，2为导电卡头，3为水冷套，4为石墨段，5为导电棒，6为导电棒套管，7为炉底耐火材料，8为炉壳，9为进水导管。A为进水口，B为出水口。下面根据本发明直流电弧炉底电极的附图详细叙述如下。本发明底电极的组成是在水冷铜段1的外壁安装有导电卡头2，导电卡头2是与电源阳极相联，水冷铜段1为一空心体，下端安装有进水导管9，冷却水是由进水导管9的A端进入，对水冷铜段1进行冷却后，由水冷铜段1的B口流出，将热量带走。水冷铜段1的上端是镶嵌在石墨段4的下端内，镶嵌的深度应根据传热需要决定。其最大深度距导电棒5下端面不得小于40mm。石墨段4的炉外部份表面安装水冷套3，冷却水由A端进B端出，对底电极进行冷却。在埋于炉底耐火材料7中的石墨段4的上端安装有带保护套管6的导电棒5，套管6和导电棒5的上端应不低于炉底上表面并与熔池相导通。而安装在石墨段4上端的导电棒5应长于安装在石墨段4上的套管6，并与石墨段采用紧密联接，应保证有良好的导电效果。导电棒5可以采用紫铜材质加工而成。套管6应该是采用耐高温的非金属材料材质加工而成。在石墨段4的上端至少安装有一根或一根以上的多根这种带套管6的导电棒5。炉底耐火材料7捣打在石墨段4和装有导电棒5的保护套管6的周围。本发明底电极的导电棒5是采用紫铜加工而成，也可加工成上段为钢，下段为紫铜的导电棒。本发明底电极的工作原理以及工作过程具体叙述如下。炼钢时，电流经底电极的铜段1。石墨段4和导电棒5导入炉内熔池的，而熔池通过底电极热端所传入的热量由石墨段4上的水冷套3和铜段1的冷却水带走。在冶炼后期，由于熔池钢水温度远高于导电棒5的上部材料熔点，这样使导电棒5上部的铜或钢段发生部份熔化，由于本发明底电极的导电棒5是采用良好导热性能的材质加工而成，所以当导电棒5上端熔化到一定深度时，上部传入的热量和下部冷却所带走的热量达到平衡，熔化即停止。固液平衡点在铜段内。由于钢水的流动，上部熔化的铜部份地被钢取代，热阻随之增大，当底电极导热能力超过上部钢水导入的热量时，在铜导棒5的固液平衡点向上推移进入钢段，在残存的铜棒上部形成一个具有一定厚度的凝钢层，与导电棒5残余铜段焊为一体，  这时的底电极进入了正常的工作状态。由于本发明在导电棒5外部安装有保护套管6，这对保持底电极导电棒5的良好形状，对提高整体使用寿命有重要作用，由于套管6的保护作用，使导电棒5中被熔化的部份金属熔体不会因炉底耐火材料的缺陷流失，并隔绝了与炉底耐火材料的接触，使导电棒5基本保护正常的工作状态。当导电棒5即使熔到石墨段4是段由于铜不与石墨发生反应，也不会使电极发生破坏。这时套管6和下部的石墨段4形成一个“坩埚”，仍能保持底电极的正常工作形状，由于铜在钢中溶解度很低，且比重大于钢，能起隔离作用，上部的钢液不能与石墨段4接触，不会发生钢水溶解石墨的反应。当然这种情况只能发生在炉令后期。因此石墨段4及其以下部份可以认为是一种“永久型”的结构装置。水冷铜段1是一种强化冷却装置，并兼有使电流导入炉内的功能。当底电极电流密度较低时，水冷铜段1是可以去掉的，而底电极的冷却作用只靠石墨段4的水冷套3即可保证，这时的水冷套3兼有导电卡头的作用。

本发明电弧炉底电极与现有技术相比较具有能耐受更高冶炼温度和较长冶炼周期的能力，例如冶炼周期5小时，高温(1600～1750℃)运行时间4小时，出钢温度在1750℃时，底电极仍能正常工作。由于本发明底电极结构设计合理，在底电极上的导电棒5在具有“坩埚”作用的套管6保护下，始终使底电极保护正常的工作状态，底电极中的石墨段4以及水冷铜段1等装置只起导电和冷却作用，在高温冶炼过程中不参加反应，所以这些装置是一种永久型结构的设备，另外本发明底电极还具有结构设计简单，使用方便，经济，冷却只需采用循环水。而且该底电极还具有使用安全可靠等特点。

实施例。

根据本发明所设计的直流电弧炉底电极的结构，我们加工成了两种底电极，分别安装0.5T/650KVA直流电弧炉内进行试验，其各种试验参数见表1，在这次试验中，两种底电极的高温运行时间均超过4小时，其中1700～1750℃高温工作时间也大于2小时。序号1是带水冷铜段1和在石墨段4上带水冷套3的底电极，电流密度较高，采用水冷铜段1。加水冷套2的双重冷却方式。序2的底电极电流密度较小，只采用水冷套3的冷却方式可以满足冶炼的需要。

在整个冶炼过程中操作正常，设备运行良好，底电极状态和冷却效果均达到设计要求。完全能满足电弧炉冶炼温度高，冶炼周期长的需要。

               表1  为实施例中两种底电极工作试验参数

序号	炉底厚度mm	石墨段直径mm	冷却方式	供电参数1(A)V(B)		电流密度A/cm2	冶练周期min	1600～1700℃时间min	监测点温度℃
										1	400	110	水冷铜段+水冷套	2600	100～210	27	＞800	＞240	70
2	400	150	水冷套	2600	100～210	14	＞800	＞240	75

Claims (6)

1、一种直流电弧炉底电极，这种底电极的组成包含有底电极的冷却部分，由铜段、石墨段和导电棒构成的底电极的导电部份，和由耐火材料套管构成的保护部分，其特征在于在该底电极的水冷铜段(1)的外壁安装有导电卡头(2)，水冷铜段(1)的上端是镶嵌在石墨段(4)的下端内，镶嵌的深度距导电棒(5)下端40mm以下的范围内，在露出炉壳外的石墨段(4)周围安装有水冷套(3)，在被埋在炉底耐火材料(7)的石墨段(4)的上端，安装有带保护套管(6)的导电棒(5)。

2、根据权利要求1所述底电板，其特征在于当流过该底电极石墨段(4)的电流密度较低时，底电极的冷却可只采用石墨段(4)周围的水冷套(3)完成，这时水冷套(3)也兼有导电卡头的作用。

3、根据权利要求1、2所述底电极，其特征在于石墨段(4)的上端安装有一根或一根以上的多根这种带套管(6)的导电棒(5)。

4、根据权利要求1所述底电极，其特征在于导电棒(5)是采用紫铜材质加工而成。

5、根据权利要求1所述底电板，其特征在于套管(6)是采用耐高温的非金属材料加工而成的。

6、根据权利要求1所述底电极，其特征在于将导棒(5)的上段用钢，下段用紫铜加工而成。

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