CN202925057U - 渣金间电化学脱氧用液芯电极 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种渣金间电化学脱氧用液芯电极，电极本体由金属液芯和空心内腔的金属陶瓷构成，金属陶瓷的内腔装载金属液芯，金属液芯的液态金属浸入金属陶瓷的孔隙内，靠近电极本体的金属导线部分设有耐高温熔体侵蚀的保护涂层陶瓷保护套管，在熔融的金属液和熔渣之间，将电极本体浸入熔渣形成顶电极，将电极本体浸入金属液形成底电极，顶电极即为与施加电场的外加电源的正极相连接的阳极电极，底电极即为与外加电源的负极相连接的阴极电极。电极的液芯浸入金属陶瓷孔隙内，提高电极的导电性能和耐高温、耐钢液和熔渣侵蚀性能，脱氧周期可显著缩短，脱氧速度加快，脱氧深度提高，显著提高脱氧效率，用较低的成本显著提高了金属材料的洁净度。

Description

渣金间电化学脱氧用液芯电极

技术领域

本实用新型涉及一种电极，特别是一种电化学脱氧电极，应用于冶金精炼工艺技术领域。

背景技术

在冶金工程中，脱氧是炼钢过程的重要环节，它直接影响着钢材的性能。传统的脱氧方法主要有三种：沉淀脱氧、真空脱氧和扩散脱氧，但它们分别有以下缺点：夹杂物在短时间内很难排出钢液、投资较大脱氧深度不够和脱氧速度慢。传统的脱氧方法难以满足人们对金属材料洁净度的要求。发明人周国治等发明了：渣金间电化学脱氧、金属液电化学无污染脱氧方法，如公开号为CN1453371A发明专利公开了一种金属液电化学无污染脱氧方法，其特征为在熔化的金属液与炉渣之间， 通过插入熔渣的顶电极和置于金属液的底电极由直流脉冲电源施加电场，顶电极接电源的正极，底电极接电源的负极，通过控制氧离子在熔渣体系中的传导方向和速度，从而实现金属液的无污染脱氧。如公开号为CN101235430A发明专利公开了一种钢包炉中外加电场无污染脱氧精炼的方法，在熔化的钢液或金属液和熔渣之间，通过插入熔渣的顶电极和置于钢液中的底电极，由外加直流电源施加电场，同时在钢包炉中对钢液或金属液进行搅拌和实现气氛控制的条件下，控制氧离子在熔渣体系中的传导方向和速度以及增强溶解氧在钢液或金属液中的传质，从而实现钢液或金属液的无污染脱氧精炼。这些利用外加电场对金属中的氧加以定向引导，从而达到脱氧的目的；但电极对渣金间电化学脱氧起着至关重要的作用，但以上发明专利中没有对电极进行特殊设计。

渣金间外加电场脱氧法对电极的要求较为苛刻：耐高温、耐钢液和熔渣侵蚀、导电性能良好。石墨和金属电极难以满足此要求，惰性阳极易产生阳极效应，影响电极过程和电流效率。如公开号为CN201339045A发明专利公开了一种熔渣法钢液脱氧用的空腔脱氧电极，包括有多孔透气导电材料电极部件、电极空腔、密封件、导气管、熔渣、密封涂层；圆柱体或四方柱体形电极的底部和周壁都由多孔透气导电材料构成，并形成电极空腔；上部开口部分设 有一内插式的密封件，密封件顶部的中心位置开有一圆孔，并插有一导气管， 导气管与外接气氛真空室相连接；柱体电极的多孔透气导电材料电极部件的下半部 插入并埋没在特定的熔渣中，柱体电极的多孔透气导电材料电极部件的上半部的外壁涂覆有密封涂层；多孔透气导电材料电极部件是由多孔导电陶瓷或多孔金属陶瓷或多孔石墨制成。使用时将电极作为阳极插入或埋入特定熔渣中，与放置在金属液或钢液中的底部阴电极构成一对电极，在外接直流电源造成外加电场作用下，进行电化学电极反应，使金属液或钢液中的氧通过电极空腔真空状态而被脱排出。公开号为CN202007247U实用新型专利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，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，空腔内设有脱氧剂；其特征在于，电极外壳包括：一内层，其为致密混合导体透氧膜，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。单纯的金属陶瓷电极中导电金属相很难形成网状分布，从而导电性能受到一定的影响，以上公开的熔渣法钢液脱氧用的空腔脱氧电极和用于渣金间外加直流电场脱氧方法的电极虽然提高了一定的电流效率和脱氧效率，但效果也不够理想。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种渣金间电化学脱氧用液芯电极，采用金属陶瓷的内腔装载金属液芯构成，电极的液芯浸入金属陶瓷孔隙内，有效地提高电极的导电性能和耐高温、耐钢液和熔渣侵蚀性能，脱氧周期可显著缩短，脱氧速度加快，脱氧深度提高，显著提高脱氧效率，用较低的成本显著提高了金属材料的洁净度。

为达到上述发明创造目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种渣金间电化学脱氧用液芯电极，包括电极本体和与电极本体电连接的金属导线，电极本体由金属液芯和空心内腔的金属陶瓷构成，金属陶瓷的内腔装载金属液芯，金属液芯的液态金属浸入金属陶瓷的孔隙内，靠近电极本体的金属导线部分设有耐高温熔体侵蚀的保护涂层或包裹耐高温熔体侵蚀的陶瓷保护套管，在熔融的金属液和熔渣之间，将电极本体浸入熔渣形成顶电极，将电极本体浸入金属液形成底电极，顶电极即为与施加电场的外加电源的正极相连接的阳极电极，底电极即为与外加电源的负极相连接的阴极电极。

上述金属陶瓷2的内腔为圆柱形或方柱形。

作为本实用新型的第一种优选的技术方案，在金属陶瓷内腔封闭，金属液芯的液态金属被封闭于金属陶瓷的内腔中，形成浸入于金属液或熔渣中的封闭式液芯电极。

作为本实用新型的第二种优选的技术方案，在金属陶瓷内腔顶端具有开口，金属液芯的液态金属的上表面位置低于金属陶瓷内腔顶端开口的下缘，使金属液芯的液态金属的上表面裸露在熔渣上方气氛中，形成专用浸入于熔渣中的顶端开口式液芯电极。

作为本实用新型的第三种优选的技术方案，在靠近金属陶瓷内腔顶部的侧壁上具有开口，金属液芯的液态金属上表面位置低于金属陶瓷内腔侧壁开口的下缘，形成浸入于金属液或熔渣中的侧壁开孔式液芯电极，在金属陶瓷内腔侧壁开口处，金属液芯的液态金属与电极所浸入金属液或熔渣直接接触，金属液芯的液态金属的比重大于电极所浸入的金属液的比重，或者大于电极所浸入的熔渣的比重，使金属液芯的液态金属被约束在金属陶瓷内腔中不会溢出。

作为本实用新型的第四种优选的技术方案，在金属陶瓷内腔底部具有开口，金属液芯的液态金属的下表面位置高于金属陶瓷内腔底端开口的上缘，形成浸入于金属液或熔渣中的露底式液芯电极，在金属陶瓷内腔底端开口处，金属液芯的液态金属与电极所浸入的金属液或熔渣直接接触，金属液芯的液态金属的比重小于电极所浸入的金属液的比重，或者小于电极所浸入的熔渣的比重，使金属液芯的液态金属漂浮于金属陶瓷内腔中的金属液或熔渣之上，将金属液芯的液态金属约束在金属陶瓷内腔中不会溢出。

本实用新型与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点：

1.本实用新型渣金间电化学脱氧用液芯电极，采用金属陶瓷的内腔装载金属液芯构成，此实用新型电极的液芯浸入金属陶瓷孔隙内，有效地提高电极的导电性能和耐高温、耐钢液和熔渣侵蚀性能，与传统的沉淀脱氧、真空脱氧和扩散脱氧相比较，脱氧周期可显著缩短，脱氧速度加快，脱氧深度提高，显著提高脱氧效率，用较低的成本显著提高了金属材料的洁净度。

2. 本实用新型渣金间电化学脱氧用液芯电极中的一种顶端开口式液芯电极的金属陶瓷空腔的顶端开口，金属陶瓷空腔内的液芯可以由外界提供，液芯可以由插入金属陶瓷空腔中的金属棒熔化制得，也可以外间直接提供金属液，使得液芯电极的制备简单、可操作和可持续利用。

3．本实用新型渣金间电化学脱氧用液芯电极中的一种侧壁开孔式液芯电极在金属陶瓷空腔的侧壁开孔，有效的解决液芯的形成后体积膨胀对金属陶瓷的带来的破坏，也能够使得部分金属液芯能够直接与钢液接触，从而保证良好的导电性能。

4. 本实用新型渣金间电化学脱氧用液芯电极采用空心内腔的金属陶瓷构成电极本体，节约金属陶瓷的使用，降低电极成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例一封闭式液芯电极剖面图。

图2是本实用新型实施例一导线包裹陶瓷保护套管的封闭式液芯电极剖面图。

图3是本实用新型实施例一液芯电极在渣-金间电化学脱氧时使用状态图。

图4是本实用新型实施例二顶端开口式液芯电极剖面图。

图5是本实用新型实施例三侧壁开孔式液芯电极剖面图。

图6是本实用新型实施例四露底式液芯电极剖面图。

具体实施方式

本实用新型的优选实施例结合附图说明如下：

实施例一：

参见图1～图3，一种渣金间电化学脱氧用液芯电极，包括电极本体和与电极本体电连接的金属导线1，电极本体由金属液芯3和空心内腔的金属陶瓷2构成，金属陶瓷2的内腔装载金属液芯3，金属液芯3的液态金属浸入金属陶瓷2的孔隙内，靠近电极本体的金属导线1部分设有耐高温熔体4侵蚀的保护涂层或包裹耐高温熔体4侵蚀的陶瓷保护套管5，在熔融的金属液7和熔渣6之间，将电极本体浸入熔渣6形成顶电极，将电极本体浸入金属液7形成底电极，顶电极即为与施加电场的外加电源8的正极相连接的阳极电极，底电极即为与外加电源8的负极相连接的阴极电极。本实用新型渣金间电化学脱氧用液芯电极可作为阴阳极使用，此实用新型电极的金属液芯3浸入金属陶瓷2孔隙内，近一步提高电极的导电性能。使用时将本实施例特殊构造电极插入到钢液7或熔渣6中，在高温情况，金属陶瓷2空腔内形成金属液芯3，金属液芯3浸入金属陶瓷2空隙内，近一步提高电极的导电性能，有利于脱氧的进行；金属陶瓷2的存在提高了电极的耐钢液和熔渣侵蚀性能；液芯的形成，提高了电极的导电性能；同时，节约金属陶瓷2的使用，降低电极成本。

在本实施例中，金属陶瓷2的内腔优选采用圆柱形或方柱形，结构简单，使用方便，便于选择和利用。

在本实施例中，金属陶瓷2内腔封闭，金属液芯3的液态金属被封闭于金属陶瓷2的内腔中，形成浸入于金属液7或熔渣6中的封闭式液芯电极。封闭式液芯电极的结构包括金属导线1、金属陶瓷2、金属液芯3和耐侵蚀保护层。制备电极时将金属棒包裹在金属陶瓷2内；金属陶瓷2外接导线1，为防止金属液7或熔渣6侵蚀导线1，导线1要用涂层或陶瓷套管5等耐侵蚀保护层保护；使用时，将本特殊构造液芯电极插入金属液7或熔渣6中，金属棒将熔化，形成金属液芯3，并发生体积膨胀，浸入金属陶瓷2孔隙内，更有利于电极的导电。制作时选择导电性能优于金属液7和金属陶瓷2中金属相导电性能的金属液芯3材料。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图4，在金属陶瓷2内腔顶端具有开口，金属液芯3的液态金属的上表面位置低于金属陶瓷2内腔顶端开口的下缘，使金属液芯3的液态金属的上表面裸露在熔渣6上方气氛中，形成专用浸入于熔渣6中的顶端开口式液芯电极。本实施例顶端开口式液芯电极的金属陶瓷2空腔内的金属液芯3可以由外界提供，金属液芯3可以由插入金属陶瓷2空腔中的金属棒熔化制得，也可以外间直接提供金属液，使得液芯电极的制备简单、可操作和可持续利用。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图5，在靠近金属陶瓷2内腔顶部的侧壁上具有开口，金属液芯3的液态金属上表面位置低于金属陶瓷2内腔侧壁开口的下缘，形成浸入于金属液7或熔渣6中的侧壁开孔式液芯电极，在金属陶瓷2内腔侧壁开口处，金属液芯3的液态金属与电极所浸入金属液7或熔渣6直接接触，金属液芯3的液态金属的比重大于电极所浸入的金属液7的比重，或者大于电极所浸入的熔渣6的比重，使金属液芯3的液态金属被约束在金属陶瓷2内腔中不会溢出。本实施例侧壁开孔式液芯电极有效的解决金属液芯3的形成后体积膨胀对金属陶瓷2的带来的破坏，也能够使得部分金属液芯3能够直接与高温熔体4接触，从而保证良好的导电性能。本实施例侧壁开孔式液芯电极说实在高温使用时，金属液芯3也可由装载于金属陶瓷2内腔中的金属棒熔化提供。

实施例四：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图6，在金属陶瓷2内腔底部具有开口，金属液芯3的液态金属的下表面位置高于金属陶瓷2内腔底端开口的上缘，形成浸入于金属液7或熔渣6中的露底式液芯电极，在金属陶瓷2内腔底端开口处，金属液芯3的液态金属与电极所浸入的金属液7或熔渣6直接接触，金属液芯3的液态金属的比重小于电极所浸入的金属液7的比重，或者小于电极所浸入的熔渣6的比重，使金属液芯3的液态金属漂浮于金属陶瓷2内腔中的金属液7或熔渣6之上，将金属液芯3的液态金属约束在金属陶瓷2内腔中不会溢出。本实施例露底式液芯电极说的金属陶瓷2空腔底部不封闭，金属液芯3高于金属陶瓷2底端，此形式要求金属液芯3密度小于钢液密度或熔渣密度，不但金属液芯3浸入金属陶瓷2孔隙内提高导电率，金属液芯3与钢液或熔渣接触也能提高其导电性能。

此四种形式的液芯电极材料的选择：均要求金属液芯导电性能大于钢液和金属陶瓷中金属相的导电性能。此渣金间电化学脱氧用实用新型液芯电极可作为阴阳极使用，使用情况参考图5，置于熔渣6中的阴极和钢液7中的阳极，在外加电源8的作用下提供电场，使氧在外加电场的作用下定向移动，从而达到脱氧的目的；封闭式、侧壁开孔式和露底式液芯电极均能在钢液或熔渣中使用，但顶端开口式液芯电极只能在熔渣6中使用。此液芯电极使其耐钢液和熔渣侵蚀性以及电性能近一步提高，有利于脱氧的进行。

上面结合附图对本实用新型实施例进行了说明，但本实用新型不限于上述实施例，还可以根据本实用新型的实用新型创造的目的做出多种变化，凡依据本实用新型技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合用于本实用新型渣金间电化学脱氧用液芯电极的结构和构造原理，都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种渣金间电化学脱氧用液芯电极，包括电极本体和与所述电极本体电连接的金属导线（1），其特征在于：所述电极本体由金属液芯（3）和空心内腔的金属陶瓷（2）构成，所述金属陶瓷（2）的内腔装载所述金属液芯（3），所述金属液芯（3）的液态金属浸入所述金属陶瓷（2）的孔隙内，靠近所述电极本体的所述金属导线（1）部分设有耐高温熔体（4）侵蚀的保护涂层或包裹耐高温熔体（4）侵蚀的陶瓷保护套管（5），在熔融的金属液（7）和熔渣（6）之间，将所述电极本体浸入熔渣（6）形成顶电极，将所述电极本体浸入金属液（7）形成底电极，所述顶电极即为与施加电场的外加电源（8）的正极相连接的阳极电极，所述底电极即为与所述外加电源（8）的负极相连接的阴极电极。

2.根据权利要求1所述的渣金间电化学脱氧用液芯电极，其特征在于：在所述金属陶瓷（2）内腔封闭，所述金属液芯（3）的液态金属被封闭于所述金属陶瓷（2）的内腔中，形成浸入于金属液（7）或熔渣（6）中的封闭式液芯电极。

3.根据权利要求1所述的渣金间电化学脱氧用液芯电极，其特征在于：在所述金属陶瓷（2）内腔顶端具有开口，所述金属液芯（3）的液态金属的上表面位置低于所述金属陶瓷（2）内腔顶端开口的下缘，使所述金属液芯（3）的液态金属的上表面裸露在熔渣（6）上方气氛中，形成专用浸入于熔渣（6）中的顶端开口式液芯电极。

4.根据权利要求1所述的渣金间电化学脱氧用液芯电极，其特征在于：在靠近所述金属陶瓷（2）内腔顶部的侧壁上具有开口，所述金属液芯（3）的液态金属上表面位置低于所述金属陶瓷（2）内腔侧壁开口的下缘，形成浸入于金属液（7）或熔渣（6）中的侧壁开孔式液芯电极，在所述金属陶瓷（2）内腔侧壁开口处，所述金属液芯（3）的液态金属与电极所浸入金属液（7）或熔渣（6）直接接触，所述金属液芯（3）的液态金属的比重大于电极所浸入的金属液（7）的比重，或者大于电极所浸入的熔渣（6）的比重，使所述金属液芯（3）的液态金属被约束在所述金属陶瓷（2）内腔中不会溢出。

5.根据权利要求1所述的渣金间电化学脱氧用液芯电极，其特征在于：在所述金属陶瓷（2）内腔底部具有开口，所述金属液芯（3）的液态金属的下表面位置高于所述金属陶瓷（2）内腔底端开口的上缘，形成浸入于金属液（7）或熔渣（6）中的露底式液芯电极，在所述金属陶瓷（2）内腔底端开口处，所述金属液芯（3）的液态金属与电极所浸入的金属液（7）或熔渣（6）直接接触，所述金属液芯（3）的液态金属的比重小于电极所浸入的金属液（7）的比重，或者小于电极所浸入的熔渣（6）的比重，使所述金属液芯（3）的液态金属漂浮于所述金属陶瓷（2）内腔中的金属液（7）或熔渣（6）之上，将金属液芯（3）的液态金属约束在所述金属陶瓷（2）内腔中不会溢出。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的渣金间电化学脱氧用液芯电极，其特征在于：所述金属陶瓷（2）的内腔为圆柱形或方柱形。

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