CN112239809A - 一种适用于旋转电极电渣重熔技术的导电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于旋转电极电渣重熔技术的导电装置，包括导电杆、铜壳卡环、固定支架、导电滑环、导电铜管以及密封腔，其中导电杆上端与旋转电极电渣重熔装置的旋转轴连接，导电杆下端接有自耗电极，导电铜壳套于导电杆的中间段，导电滑环套装于导电铜管外，导电滑环通过导电铜管与供电系统电源连接；密封腔套于导电杆中段，并包裹在导电滑环外，通过固定支架固定，导电铜管穿过密封腔上的对应孔眼后接到供电设备上，密封腔注有液态金属。本发明采用导电碳刷滑环与导电液态金属相结合的办法来解决旋转自耗电极电渣重熔系统中的旋转体导电问题，增加了导电体之间的接触面积，改善了导电性能，保证电渣重熔系统在工作时稳定可控的功率供给。

Description

一种适用于旋转电极电渣重熔技术的导电装置

技术领域

本发明涉及一种旋转电极导电装置，具体为一种适用于旋转电极电渣重熔技术的导电装置。

背景技术

电渣重熔是将电流通入自耗电极中，依靠渣池产生的焦耳热将自耗电极熔化，形成的金属液滴在穿过渣池的过程中得到精炼，液滴到达结晶器底部，在冷却水的作用下凝固成铸锭。电渣重熔具有提高金属清洁度，控制凝固组织并最终成型达到毛坯精化三重功能。该方法生产的铸锭具有组织致密、成分均匀、表面光洁及优异的力学性能等优点。但采用传统的静态电极电渣重熔系统生产大断面铸锭时，仍然存在铸锭结晶组织粗大、偏析和晶粒尺度不均匀等问题。同时，电耗过高、生产率低也制约着电渣重熔的发展。

为此，研究人员提出了旋转自耗电极的电渣重熔系统，而采用旋转电极电渣重熔时存在导电问题。现有技术中，多使用碳刷结构来解决旋转体导电问题。但单一碳刷导电无法满足电渣重熔设备的供电需求，且碳刷存在负温度效应，接触电阻反而减少，这样流经碳刷的电流增加，碳刷发热变快，直至接触的电阻降至最低点，流经的电流达到最大才停止，如此恶性循环，碳刷极易损坏，从而导电效果不佳，无法满足电渣重熔系统的电力供给。

发明内容

针对现有技术中碳刷极易损坏、导电效果不佳从而无法满足电渣重熔系统的电力供给等不足，本发明要解决的问题是提供一种能够降低碳刷的工作温度，延长碳刷的使用寿命，保证电渣重熔系统的正常运行的适用于旋转电极电渣重熔技术的导电装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种适用于旋转电极电渣重熔技术的导电装置，包括导电杆、铜壳卡环、固定支架、导电滑环、导电铜管以及密封腔，其中导电杆上端与旋转电极电渣重熔装置的旋转轴连接，导电杆下端接有自耗电极，导电铜壳套于导电杆的中间段，导电滑环套装于导电铜管外，导电滑环通过导电铜管与供电系统电源连接；密封腔套于导电杆中段，并包裹在导电滑环外，通过固定支架固定，导电铜管穿过密封腔上的对应孔眼后接到供电设备上，密封腔内注满液态金属。

所述导电杆中间段由上至下线性加粗，导电铜壳孔径由上至下线性加粗，且二者线性斜率相同，导电铜壳通过铜壳卡环卡紧在导电杆上。

所述导电滑环包括规格形状相同的N个碳刷，各碳刷为弧形柱体，圆心角为360/N度；N个碳刷通过钢圈串接合围在导电铜壳外并与导电铜壳外壁具有规定距离；各碳刷上设有对应导电铜管管径大小的孔槽。

所述N为2～8个。

所述密封腔为筒形，上下端面开有与导电铜壳同等粗细的圆孔，圆孔开口处设有可与导电铜壳贴合的密封圈。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明采用了导电碳刷滑环与导电液态金属相结合的办法以解决旋转自耗电极电渣重熔系统中的旋转体导电问题，多个碳刷块组成的导电滑环包围导电铜壳，并由液态金属填充满各部分间的缝隙，液态金属的使用减小了碳刷的机械磨损，大大延长了碳刷的使用寿命，同时由于液态金属具有良好的铺展性，增加了导电体之间的接触面积，有效防止电弧产生，大大提高了装置的导电性能，保证电渣重熔系统在工作时稳定可控的功率供给。

2.本发明中，旋转自耗电极的电渣重熔系统工作时，金属液滴在离心力的作用下更快从电极端部分离，电极熔速增大，工艺的效率提高，最大可达25％，重熔的电耗降低；同时由于金属液滴得到细化，在渣池中的运动路径增长，最大可达不旋转时的2倍，极大提高了液滴的精炼效果，降低了夹杂物含量；旋转的自耗电极能够对渣池起到搅拌的作用，使渣池温度分布变得更加均匀，金属熔池也因此变得浅平，大大减少了铸锭的晶间偏析、内部疏松变质等质量问题，晶粒得到了细化。

附图说明

图1为本发明适用于旋转电极电渣重熔技术的导电装的整体结构示意图；

图2A为本发明中导电密封系统内部导电杆中段及导电铜壳和铜壳卡环结构示意图，图2B为图2A的轴向剖面结构示意图；

图3为本发明中单个碳刷的示意图；

图4为本发明中旋转电极电渣重熔装置的整体示意图；

其中，1为底座；2为垂直装置；3为旋转传动装置；4为导电装置，402为铜壳卡环，403为固定支架，404为导电铜壳，405为碳刷，406为导电铜管，407为密封腔，5为导电杆；6为自耗电极；7为出水口；8为结晶器；9为供电系统；10为进水口。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

如图1、4所示，本发明提供一种适用于旋转电极电渣重熔技术的导电装置，包括导电杆5、铜壳卡环402、固定支架403、导电滑环、导电铜管406以及密封腔407，其中导电杆5上端与旋转电极电渣重熔装置的旋转轴连接，导电杆5上端的冷却水进出水口接入到水循环系统，导电杆5下端接有自耗电极6，导电铜壳404套于导电杆5的中间段，导电滑环套装于导电铜壳404外，导电滑环通过导电铜管406与供电系统电源连接；密封腔707套于导电杆5中段，并包裹在导电滑环外通过固定支架403固定，固定支架3的竖梁安装在旋转电极电渣重熔装置的垂直升降平台上，导电铜管406穿过密封腔407上的对应孔眼后接到供电设备上，密封腔7注满液态金属，装置使用前需要注入液态金属，将固定支架403、密封腔7和导电滑环整体垂直上移，当密封腔7的上口水平高度超过铜壳卡环402时，可由缝隙向密封腔内注入液态金属，装置使用后，如需导出液态金属，可将上述部件整体下移，当密封腔7的下口水平高度低于导电铜壳406的下沿时，液态金属会由缝隙流出。

如图2A～2B所示，导电杆5中间段由上至下线性加粗，内部装有冷却水管，导电铜壳404孔径由上至下线性加粗，且二者线性斜率相同，导电铜壳404通过铜壳卡环402卡紧在导电杆5上。

导电滑环包括规格形状相同的N个碳刷405，如图3所示，各碳刷405为弧形柱体，圆心角为360/N度；N个碳刷405通过钢圈串接合围在导电铜壳404外并与导电铜壳404外壁具有规定距离；各碳刷405上设有对应导电铜管406管径大小的孔槽。碳刷405的数量为2～8个。

密封腔407为筒形，上下端面开有与导电铜壳404同等粗细的圆孔，导电铜壳404轴向穿过密封腔7的圆孔；圆孔开口处设有可与导电铜壳404贴合的密封圈。

本实施例中，碳刷405的数量为6个，因此每个碳刷40的弧度为60度。单个碳刷块405的详细形状如图3所示，右侧圆弧面贴于导电铜壳404外壁上，左侧壁面有一个导电铜管406的圆形接口槽，供电铜管连接到接口槽内，中间侧壁上有一个贯穿碳刷405的圆孔，调解钢圈具有与圆孔大小接近的直径，调节钢圈穿过6个碳刷块，将它们连接成一个导电滑环后包裹于导电铜壳的外壁。

6个碳刷405通过钢圈串接在一起，组成一组导电滑环套于导电铜壳404外，通过调节钢圈的长度控制滑环与导电铜壳404间的距离，间隙最大不超过2-10cm。导电铜管406摆也为6个，分别接到各自碳刷405的接触槽内，密封腔407套于导电杆5中段，将碳刷405组成的导电滑环包裹住，由固定支架3固定平稳，导电铜管6穿过密封腔7上的对应孔眼后接到供电设备上。为提高导电与密封效果，在密封腔407内注入液态金属(低熔点的镓铟锡合金材料)。

导电装置通过固定支架403连接在电渣重熔装置的升降平台上，导电杆5上接旋转轴，内部冷却水管接入水循环系统，旋转轴与皮带传动装置连接在一起，导电杆5下接自耗电极。导电铜管406外接到电源上；导电杆5中间段由上至下404可以严密套于导电杆5的中段上。固定支架403上的竖梁焊接在图4中垂直升降系统2的壁面上，使之固定。导电杆5在旋转传动装置的带动下绕轴心旋转，导电铜壳404和铜壳卡环402随导电杆5一起旋转，其余部分保持静止。

本发明的工作过程及原理如下：供电时，电流通过导电铜管406进入碳刷405，碳刷405和液态金属将电流传导至导电铜壳404，电流再经导电铜壳404进入到导电杆5，依次传递到自耗电极6。由于单一碳刷结构与旋转电极间接触导电效果较差，不易为电渣重熔工艺提供稳定的功率输入，且旋转电刷与电极直接接触的机械磨损较大，故采用液态金属加以辅助。液态金属可以使用低熔点的合金材料(例如镓铟锡合金)，液态金属可以靠液态金属表面的张力形成真空密封。

如图4所示，通电后旋转电极电渣重熔装置的结晶器8中渣池产生大量的热，使自耗电极6熔化，熔化的金属液滴从自耗电极6端头滴落，穿过渣层后形成金属熔池，在结晶器8内由进水口10流进、出水口7流出的冷却水冷却后凝固成铸锭，重熔过程结束后，抬起结晶器8，使其与水冷底座分离，重熔后的钢锭便从结晶器8中脱落。

该电渣重熔装置的旋转传动装置3安装在垂直传动装置2的平台上，旋转传动装置3通过旋转导电杆5从而带动下端自耗电极6的运动。

当旋转传动装置带动导电杆5旋转时，导电铜壳404和铜壳卡环402随之旋转，碳刷405组成的导电滑环、导电铜管406和密封腔407等均保持不动。

密封腔407内填充液态金属，密封腔407与导电铜壳404和导电铜管406间做严格的密封处理，液态金属的工作需求环境温度大约在8-90C，由于液态金属本身可以依靠液态金属表面的张力来保证良好的密封性，所以该装置把碳刷滑环与液态金属结合导电的设计无需更加复杂的密封装置，仅在所需密封位置安装密封圈即可。

综上所述，本发明一种适用于旋转电极的电渣重熔技术的导电装置，解决了旋转自耗电极电渣重熔系统的稳定电传输问题，改善了类似单一碳刷导电结构易磨损和供电不稳的不足，使导电装置中碳刷的工作寿命更长，导电性更好，供电功率更加稳定，解决旋转电极电渣重熔炉的导电问题，可以精准稳定地为电渣重熔系统供电，适合电渣重熔工艺的需求。

Claims (6)

1.一种适用于旋转电极电渣重熔技术的导电装置，其特征在于：包括导电杆、铜壳卡环、固定支架、导电滑环、导电铜管以及密封腔，其中导电杆上端与旋转电极电渣重熔装置的旋转轴连接，导电杆下端接有自耗电极，导电铜壳套于导电杆的中间段，导电滑环套装于导电铜管外，导电滑环通过导电铜管与供电系统电源连接；密封腔套于导电杆中段，并包裹在导电滑环外，通过固定支架固定，导电铜管穿过密封腔上的对应孔眼后接到供电设备上，密封腔内注满液态金属，充满组成导电滑环的碳刷之间的缝隙和导电滑环与导电铜壳间的缝隙。

2.根据权利要求1所述的适用于旋转电极电渣重熔技术的导电装置，其特征在于：所述导电杆中间段由上至下线性加粗，导电杆内部通冷却水。

3.根据权利要求1所述的适用于旋转电极电渣重熔技术的导电装置，其特征在于：所述导电铜壳孔径由上至下线性加粗，且与导电杆的线性斜率相同，导电铜壳通过铜壳卡环卡紧在导电杆上。

4.根据权利要求1所述的适用于旋转电极电渣重熔技术的导电装置，其特征在于：所述导电滑环包括规格形状相同的N个碳刷，各碳刷为弧形柱体，圆心角为360/N度；N个碳刷通过钢圈串接合围在导电铜壳外并与导电铜壳外壁具有规定距离；各碳刷上设有对应导电铜管管径大小的孔槽。

5.根据权利要求4所述的适用于旋转电极电渣重熔技术的导电装置，其特征在于：所述碳刷数量N为2～8个。

6.根据权利要求1所述的适用于旋转电极电渣重熔技术的导电装置，其特征在于：所述密封腔为筒形，上下端面开有与导电铜壳同等粗细的圆孔，圆孔开口处设有可与导电铜壳贴合的密封圈。

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