CN202007247U - 用于渣金间外加直流电场脱氧方法的电极 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于渣金间外加直流电场脱氧方法的电极，其包括一电极外壳，所述电极外壳导电；一密封件，其与电极外壳的开口端密封连接，在电极外壳内形成一空腔，所述空腔内设有脱氧剂；所述电极外壳包括：一内层，其为致密混合导体透氧膜，所述致密混合导体透氧膜具有钙钛矿结构；一外层，其为多孔材料导电层。采用本实用新型所述的电极可以促进氧在阳极的电化学反应以及氧气在熔渣中的排除，同时有效防止了阳极其他离子的电极反应，提高了电流效率和脱氧效率。

Description

用于渣金间外加直流电场脱氧方法的电极

技术领域

本实用新型涉及一种电极，尤其涉及一种用于钢铁冶炼脱氧过程中的电极。

背景技术

钢中的氧是有害元素，会对钢的质量造成不良影响。脱氧操作是钢液精炼冶炼过程的关键环节之一。传统的脱氧方法不可避免地引入大量的非金属夹杂物污染钢液，严重影响钢的性能、恶化其质量。为了解决污染问题，下现有的渣金间外加直流电场脱氧法，用炉渣代替固体电解质，在渣金间施加电场来强化脱氧，通过控制氧离子在熔渣体系中的传递方向和速度，实现金属液的无污染脱氧。这种方法具有设备简单、成本低、可连续作业和无需还原剂等优点。

采用渣金间外加直流电场脱氧法进行脱氧时，电极工作的环境往往是高温和高腐蚀性介质，因此这种方法对于电极的要求比较苛刻：一方面要求电极材料的热稳定性好，电阻小，抗渣性能强；另一方面合理的电极的布置则影响电流效率和工艺效果。

常用的电极材料包括金属材料、碳素材料和陶瓷材料。金属材料一般使用耐高温金属，价格昂贵且容易被熔渣侵蚀。碳阳极具有固有缺点：不断消耗，经常更换，污染环境等；特别地，冶炼超低碳钢时，碳素阳极材料进入到电解质中，增加钢液中的碳含量，污染钢液质量。采用惰性阳极，在惰性阳极析出氧气，电极表面被大量气体覆盖，在阳极和熔渣之间积聚形成一层气网膜，妨碍熔渣对电极的润湿，堵塞电流通道，形成阳极效应，制约了脱氧效率；阳极氧析出的同时，还有部分非金属发生电极反应析出，影响了电极过程和电流效率。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于渣金间外加直流电场脱氧方法的电极，该电极能够满足渣金间外加直流电场脱氧方法对电极的苛刻要求，其耐高温、耐腐蚀，能够提高脱氧效率，还能避免污染钢液质量。

本实用新型的发明构思是：具有钙钛矿结构的致密混合导体透氧膜是氧离子的选择性材料，其只允许氧以离子形成通过，具有较高的透氧能力。此外，致密混合导体透氧膜在高温下同时具有氧离子和电子导电性能。将电极外壳设计为内层为致密混合导体透氧膜，外层为导电层的结构，可是在内层膜两侧有氧化学势梯度存在的情况下，使氧由高化学势端向低化学势端传导，使膜表现出透氧性能，同时保证电极外壳的导电性。

为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种用于渣金间外加直流电场脱氧方法的电极，其包括一电极外壳，所述电极外壳导电；一密封件，其与电极外壳的开口端密封连接，在电极外壳内形成一空腔，所述空腔内设有脱氧剂；所述电极外壳包括：

一内层，其为致密混合导体透氧膜，所述致密混合导体透氧膜具有钙钛矿结构；

一外层，其为多孔材料导电层。

上述电极外壳可以是一端或者两端开口，管口用密封件填封。根据使用时的具体要求，电极外壳的外形可以是圆柱形、立方体等形状。电极外壳内的空腔根据使用要求，可以是圆形，椭圆形或方形等任意形状。电极外壳的导电层是多孔材料，根据不同的使用温度和气氛条件选取，可以是金属，导电陶瓷，金属陶瓷，石墨或其他导电材料。密封件为高温电子材料。

在渣金间外加直流电场脱氧法中，采用本实用新型所述的电极，使得迁移到熔渣/阳极接触界面的氧离子，通过如下两个途径发生反应：一方面在多孔材料导电层表面发生阳极反应，生成氧气，同时使熔渣/阳极的接触界面积累负电荷，产生阻碍电场，阻止氧离子在熔渣中的迁移，通过外加电场，以克服阻碍电场，使氧离子向渣中迁移能够持续进行。另一方面，熔渣/阳极接触界面的氧离子从熔渣透过致密混合导体透氧膜进入空腔，在电极内界面与脱氧剂发生反应，形成稳定的脱氧产物，同时在界面积累了电子，电子通过致密混合导体透氧膜迁移至阳极外界面的多孔金属陶瓷，使得氧离子在致密混合导体透氧膜的迁移持续进行，直到达到脱氧平衡。本实用新型所述的电极通过采用致密混合导体透氧膜作为电极外壳的内层，改善了电极外壳外层导电层的脱氧动力学条件，提高了脱氧效率。

优选地，所述空腔内的脱氧剂为固体脱氧剂。固体脱氧剂为粉末状的强脱氧剂，以便于填装，其可以是石墨、活泼金属如镁、铝、钛等。

优选地，所述空腔内的脱氧剂为气体脱氧剂，所述密封件上设有一导管孔，一导管通过所述导管孔插于空腔内，将气体脱氧剂导入空腔。气体脱氧剂可以是还原性气氛如CO，H₂等，还可以是惰性气体如氮气或氩气等。

优选地，所述空腔内的脱氧剂还包括气体脱氧剂，所述密封件上设有一导管孔，一导管通过所述导管孔插于空腔内，将气体脱氧剂导入空腔。

优选地，所述密封件为内插式密封件或外套式密封件。

本实用新型通过采用上述技术方案，使其具有下述优点：

1.采用本实用新型所述的电极，可以促进氧在阳极的电化学反应以及氧气在熔渣中的排除，同时有效防止了阳极其他离子的电极反应，提高了电流效率和脱氧效率。

2.与无污染脱氧体相比，通过设置在内层透氧膜外的外层导电层，使得以熔渣作为电解质的渣金间外加直流电场脱氧法顺利进行，有利于发挥熔渣的保温，防止二次氧化、成本低、可连续作业的优势，还避免了透氧膜高温不稳定和成本高的弊端；

3.多孔材料导电层能够增加氧在电极上的反应界面面积，提高氧在阳极中的电极反应，同时还能够防止熔渣对透氧膜材料的侵蚀，提高透氧膜的使用寿命。

附图说明

以下结合附图和具体实施例来对本实用新型所述的电极做进一步说明。

图1为本实用新型所述的电极一种实施方式的结构示意图。

图2为本实用新型所述的电极另一种实施方式的结构示意图。

图3为本实用新型所述的电极的使用状态图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中的电极，其包括一圆柱形的电极外壳2，该电极外壳2的一端开口，开口端通过外套式的密封件1密封。电极外壳2的内层为致密混合导体透氧膜6，电极外壳2的外层为多孔金属陶瓷导电层5。电极空3的下部填充为固体脱氧剂4-石墨粉末。

如图2所示，本实施例中的电极，其包括一长方体的电极外壳2，该电极外壳2的两端开口，两个开口端均与内插式的密封件1密封连接。电极外壳2的内层为致密混合导体透氧膜6，电极外壳2的外层为多孔导电陶瓷导电层5。与电极外壳2的上开口端连接的密封件1上开有两个孔，两根导管7分别插于电极空腔3中，用于向空腔3中填充气体脱氧剂4，该气体脱氧剂为CO气体。

在渣金间外加直流电场脱氧过程中，本实用新型所述的电极作为阳极使用，其使用状态图如图3所示。使用时，将该电极P的底端插于熔渣8中，熔渣下方为钢液9，从而与电源10形成回路，进行脱氧反应。在实际的脱氧过程中，可根据需要设定电极的设置个数，以达到有效脱氧的目的。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种用于渣金间外加直流电场脱氧方法的电极，其包括一电极外壳，所述电极外壳导电；一密封件，其与电极外壳的开口端密封连接，在电极外壳内形成一空腔，所述空腔内设有脱氧剂；其特征在于，所述电极外壳包括：

一内层，其为致密混合导体透氧膜，所述致密混合导体透氧膜具有钙钛矿结构；

一外层，其为多孔材料导电层。

2.如权利要求1所述的用于渣金间外加直流电场脱氧方法的电极，其特征在于，所述空腔内的脱氧剂为固体脱氧剂。

3.如权利要求1所述的用于渣金间外加直流电场脱氧方法的电极，其特征在于，所述空腔内的脱氧剂为气体脱氧剂，所述密封件上设有一导管孔，一导管通过所述导管孔插于空腔内，将气体脱氧剂导入空腔。

4.如权利要求2所述的用于渣金间外加直流电场脱氧方法的电极，其特征在于，所述空腔内的脱氧剂还包括气体脱氧剂，所述密封件上设有一导管孔，一导管通过所述导管孔插于空腔内，将气体脱氧剂导入空腔。

5.如权利要求3或4所述的用于渣金间外加直流电场脱氧方法的电极，其特征在于，所述密封件为内插式密封件或外套式密封件。

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