專利名稱：一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種用于煉鋼領(lǐng)域連鑄中間包施加 脈沖電流技術(shù)，特別是一種用于給 連鑄中間包施加脈沖電流的電極。
背景技術(shù)：
提高鋼的強(qiáng)度、韌性、延性、加工性能以及使用壽命是21世紀(jì)鋼鐵工業(yè)的重要研 究課題之一。改變金相組織，細(xì)化晶粒度是其中的一種方法?？梢酝ㄟ^(guò)提高鋼材的特定合 金元素的含量來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)控軋控冷以及等徑角擠壓冷變形技術(shù)來(lái)完成。電脈沖細(xì)化金屬凝固組織是金屬組織細(xì)化領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)新技術(shù)。電脈沖細(xì)化連鑄 坯凝固組織主要是在連鑄生產(chǎn)中鋼液凝固前或凝固過(guò)程中，通過(guò)對(duì)金屬熔體施加適宜的脈 沖電壓，以實(shí)現(xiàn)控制連鑄坯凝固組織的方法。該項(xiàng)技術(shù)首先在有色金屬領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行了試驗(yàn) 研究，尤其對(duì)Al、Al-5Cu合金、Al-18% Si合金、Sn_15% Pb合金凝固組織的影響得到肯定 [1_4]，近幾年又把該技術(shù)引入到了煉鋼連鑄方面，如對(duì)連鑄結(jié)晶器或者中間包內(nèi)鋼液施加電 脈沖對(duì)其效果的研究[5_8]，電脈沖技術(shù)的細(xì)化效果顯著，并且其具有穩(wěn)定、投資少、無(wú)污染等 特點(diǎn)，屬于新型清潔環(huán)保的冶金工藝，被譽(yù)為“綠色凝固細(xì)晶技術(shù)”，得到了國(guó)內(nèi)外研究者的 密切關(guān)注。該技術(shù)雖然在試驗(yàn)研究方面已取得了一定的進(jìn)展，但工業(yè)應(yīng)用電極還需要滿足 以下兩方面要求1)實(shí)用電極的耐高溫氧化和耐鋼水熔化性能還有待于提高，需要達(dá)到較長(zhǎng)時(shí)間的 使用性能。2)實(shí)用電極的導(dǎo)電性能有待于提高，應(yīng)盡量降低電阻，提高電導(dǎo)率。參考文獻(xiàn)[1]王建中，齊錦剛，杜慧玲等.電脈沖孕育處理對(duì)純鋁凝固組織的影響[J],材料科學(xué)與工藝，2008 (16).[2]王冰，王建中，齊錦剛等.電脈沖孕育處理對(duì)A1-5CU合金熱裂的影響[J],特種鑄造及有色合金，2007，(27).[3]石向東，薛慶國(guó)，王靜松等.電脈沖處理時(shí)間對(duì)Al-18% Si合金凝固組織的影 響[J]·金屬熱處理，2005，(12).[4]王靜松，薛慶國(guó)，石向東等.電脈沖處理對(duì)Sn-15% Pb合金凝固組織中枝晶形 態(tài)的影響[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，(27).[5]顧武安，蒼大強(qiáng)，張開(kāi)堅(jiān)等.對(duì)連鑄結(jié)晶器鋼液施加電脈沖提高鑄坯等軸晶率 的研究[J].鋼鐵釩鈦，2008，(29).[6]顧武安.中間包鋼液施加電脈沖的冶金效果研究[J].鋼鐵釩鈦，2009，(1).[7]張西鋒，袁守謙，魏穎娟等.電脈沖處理對(duì)45鋼凝固組織的影響[J].熱加工 工藝，2008，(6).[8]張西峰，袁守謙，王超等.電脈沖細(xì)化HRB335螺紋鋼凝固組織的研究[J].熱 加工工藝，2008，(11).

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的電極，該電極通過(guò)在 連鑄生產(chǎn)過(guò)程中施加于其上脈沖電流作用于中間包內(nèi)的鋼液，達(dá)到改善連鑄坯凝固組織的 目的，并且該電極耐高溫氧化和耐鋼水熔化性能強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)；導(dǎo)電性能好；電極在脈沖 處理過(guò)程中操作簡(jiǎn)單易行，安全可靠。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種用于給連鑄中間包施加脈沖電 流的電極，其特征在于包括一圓錐臺(tái)狀耐火材料、及嵌于該耐火材料中的電極分配盤(pán)，在 該電極分配盤(pán)表面垂直分布有若干棒狀小電極，棒狀小電極貫穿于所述圓錐臺(tái)狀耐火材料 且其端頭裸露在圓錐臺(tái)狀耐火材料表面與鋼液相接；在所述電極分配盤(pán)底端設(shè)有脈沖電流 接入端；該脈沖電流接入端穿出圓錐臺(tái)狀耐火材料底端面與脈沖電源相連。所述棒狀小電極沿電極分配盤(pán)圓周表面依次環(huán)向自外向內(nèi)均布，且相鄰兩電極之 間間距為2mm-1 Omm。所述棒狀小電極截面為圓柱形或矩形扁條狀結(jié)構(gòu)，其單根截面面積為lmm2-20mm2， 所需小電極的支數(shù)根據(jù)脈沖電流的大小和許用電流密度確定。 所述棒狀小電極與脈沖電極分配盤(pán)焊接連接或?yàn)橐惑w結(jié)構(gòu)。所述棒狀小電極采取低碳鋼材料制作。本發(fā)明的有益效果是，由于采取了上述結(jié)構(gòu)的脈沖電極，其耐高溫氧化性能大大 提高，可以與中間包內(nèi)壁的損耗達(dá)到同步；同時(shí)，快速接頭的設(shè)計(jì)使得脈沖電極方便更換， 方便了高溫條件下對(duì)鋼液的電脈沖處理，改善了連鑄坯的凝固組織。


圖1是脈沖電極結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是脈沖電極A向示意圖；圖3是用于電脈沖的中間包結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是脈沖電極與中間包聯(lián)接示意圖。圖中1.脈沖電流接入端，2.耐火材料，3.電極分配盤(pán)，4.棒狀小電極，5.脈沖電 極固定圓管，6.法蘭，7.固定脈沖電極圓板，8.脈沖電極接頭，9.絕緣材料，10.固定螺栓， 11.中間包壁；I .中間包，II.脈沖電極安裝孔，H.中間包總高，h.脈沖電極安裝高度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，該用于給連鑄中間包施加脈沖電流的電極，包括一圓錐臺(tái)狀耐火材 料2、及嵌于該耐火材料2中的電極分配盤(pán)3，在該電極分配盤(pán)3表面垂直分布有若干棒狀 小電極4，棒狀小電極4貫穿于所述圓錐臺(tái)狀耐火材料2且其端頭與鋼液相接；在所述電極 分配盤(pán)3底端設(shè)有脈沖電流接入端1 ；該脈沖電流接入端1穿出圓錐臺(tái)狀耐火材料2底端 面與脈沖電源相連。如圖2所示，棒狀小電極4沿電極分配盤(pán)3圓周表面依次環(huán)向自外向內(nèi)均勻分布。 選用棒狀小電極4截面為圓柱形或矩形扁條狀結(jié)構(gòu)的低碳鋼材料作為棒狀小電極。本發(fā)明電極根據(jù)電脈沖裝置輸出的瞬時(shí)電流范圍和棒狀小電極4材料允許通過(guò)的電流密度，由 A= I/J可以計(jì)算出與鋼液接觸的總電極橫斷面積。上述輸出電流I范圍根據(jù)各使用單 位選定的脈沖設(shè)備給定，棒狀小電極4材料允許通過(guò)的電流密度J根據(jù)所采用的材料決定 的。在已確定棒狀小電極4的總斷面尺寸后，在確定該棒狀小電極4單根截面面積范圍為 lmm2-20mm2內(nèi)選定單根棒狀小電極4截面面積10mm2，可根據(jù)該選定的單根棒狀小電極4截 面面積計(jì)算出需要用棒狀小電極4的根數(shù)。所需小電極的支數(shù)根據(jù)脈沖電流的大小和許用 電流密度確定。上述實(shí)施例僅給出了一個(gè)單根棒狀小電極4截面面積的實(shí)施例，本發(fā)明不 限于此限定單根棒狀小電極4截面面積，在棒狀小電極4單根截面面積為l_20mm2范圍內(nèi) 作出的選擇為均屬本發(fā)明允許實(shí)施的范圍。棒狀小電極4應(yīng)均勻的分布在圓形托盤(pán)上(如附圖1所示)。相鄰兩電極之間間 距保持2mm-10mm的間距，進(jìn)而可確定焊接棒狀小電極4的脈沖電極分配盤(pán)3面積。本發(fā)明的棒狀小電極4與脈沖電極分配盤(pán)3為焊接連接方式或一體結(jié)構(gòu)。圖3給出了本發(fā)明用于電脈沖的中間包結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3所示，根據(jù)連鑄中間包 實(shí)際情況，如中間包容量、拉鋼時(shí)的工作液面、中間包水口數(shù)量等，對(duì)中間包進(jìn)行技術(shù)改造， 根據(jù)連鑄中間包的具體條件，按照?qǐng)D3確定出脈沖電極的合理的安裝高度h，并在中間包I 包壁預(yù)留脈沖電極安裝孔II。使脈沖電極能夠順利安裝。將制作好的脈沖電極(圖1所 示)安裝于圖3中間包預(yù)留的脈沖電極安裝孔II對(duì)應(yīng)的位置，即脈沖電極分配盤(pán)3安裝于 中間包下部1/3處。圖中所示H為中間包的總高。圖4給出了本發(fā)明安裝于中間包的結(jié)構(gòu)示意圖，其聯(lián)接固定如圖4所示，棒狀小電 極4焊接在電極分配盤(pán)3上，通過(guò)不定型耐火材料2把棒狀小電極4包覆其中，進(jìn)行打結(jié)成 型；然后將脈沖電極的脈沖電流接入端1連接脈沖電極接頭8，并在耐火材料2底端包覆一 層固定脈沖電極圓板7，在固定脈沖電極圓板7與脈沖電流接入端1相接觸段設(shè)有絕緣材料 9 ；脈沖電極通過(guò)固定螺栓10將連接于固定脈沖電極圓板7上的法蘭6與固定脈沖電極圓 板7連接。安裝時(shí)，脈沖電極插進(jìn)中間包壁11，并通過(guò)焊接在中間包壁11上的脈沖電極固 定圓管5將脈沖電極與中間包I固定連接；脈沖電極上端面的棒狀小電極4端頭與中間包 壁上端面平行分布。將脈沖電極裝入中間包安裝孔后，通過(guò)脈沖電極接頭8與脈沖電源連接。脈沖電 極與連鑄中間包安裝完好，轉(zhuǎn)運(yùn)至拉鋼位后，通過(guò)其脈沖電極接頭與脈沖電源連接，在連鑄 過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼液的電脈沖。在連鑄過(guò)程中，根據(jù)中間包液面情況，選擇脈沖電壓，適時(shí)開(kāi)啟脈沖電源，對(duì)中間 包鋼水施加不同電參數(shù)的電脈沖。本發(fā)明的電極在使用時(shí)要同時(shí)使用2個(gè)，將其對(duì)應(yīng)鑲嵌 在中間包包襯的對(duì)稱位置，這對(duì)電極之間的鋼液可以被電脈沖處理。從而達(dá)到通過(guò)對(duì)金屬 熔體施加適宜的脈沖電流，以實(shí)現(xiàn)控制連鑄坯凝固組織的目的。對(duì)煉鋼連鑄中間包保證其容量和使用便捷性不變的情況下進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸じ脑欤?由電脈沖裝置輸出脈沖電流，通過(guò)耐高溫導(dǎo)線、中間包脈沖電極接頭8、金屬電極分配盤(pán)3、 脈沖電極導(dǎo)入鋼液，對(duì)鋼液進(jìn)行電脈沖處理。為了使脈沖電極耐高溫腐蝕性能提高，裝配工 藝上，細(xì)小的金屬電極與托盤(pán)內(nèi)的金屬分配盤(pán)焊接，背面留出脈沖電極接頭與脈沖電源連 接。同時(shí)，選用合適的不定型高溫耐火材料，在確保棒狀小電極不會(huì)彼此接觸且有一定間隔 的條件下，把多根棒狀小電極包覆其中，進(jìn)行打結(jié)成型、烘烤定形(如附圖2所示)。
參數(shù)上，選用的電極電阻系數(shù)小，允許通過(guò)的電流值大，每一支棒狀小電極載流斷 面滿足輸出的要求。棒狀小電極相互之間保持一定的距離。在高溫鋼水的加熱熔化作用下， 即使棒狀小電極端部被熔化，不定型高溫耐火材料仍可保持原形狀不變這樣，由于鋼液表 面張力和包壁溫度梯度的雙重作用，高溫的鋼液將無(wú)法過(guò)深的侵入或熔化脈沖電極中的棒 狀小電極，因此，只要脈沖電極的各相關(guān)參數(shù)選擇得當(dāng)，則可得到與中間包同壽命的脈沖電 極。
權(quán)利要求
一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的電極，其特征在于包括一圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)、及嵌于該耐火材料(2)中的電極分配盤(pán)(3)，在該電極分配盤(pán)(3)表面垂直分布有若干棒狀小電極(4)，棒狀小電極(4)貫穿于所述圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)且其端頭裸露于圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)表面與鋼液相接；在所述電極分配盤(pán)(3)底端設(shè)有脈沖電流接入端(1)；該脈沖電流接入端(1)穿出圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)底端面與脈沖電源相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的電極，其特征在于 所述棒狀小電極(4)沿電極分配盤(pán)(3)圓周表面依次環(huán)向自外向內(nèi)均布，且相鄰兩電極之 間間距為2mm-1 Omm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的電極，其特征在于 所述棒狀小電極(4)截面為圓柱形或矩形扁條狀結(jié)構(gòu)，其單根截面面積為lmm2-20mm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的電極，其特征在于 所述棒狀小電極(4)與電極分配盤(pán)(3)焊接連接或?yàn)橐惑w結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的電極，其特征在于 所述棒狀小電極⑷采取低碳鋼材料制作。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的電極，其特征在于包括一圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)、及嵌于該耐火材料(2)中的電極分配盤(pán)(3)，在該電極分配盤(pán)(3)表面垂直分布有若干棒狀小電極(4)，棒狀小電極(4)貫穿于所述圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)且其端頭裸露于圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)表面與鋼液相接；在所述電極分配盤(pán)(3)底端設(shè)有脈沖電流接入端(1)；該脈沖電流接入端(1)穿出圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)底端面與脈沖電源相連。該電極耐高溫氧化和耐鋼水熔化性能強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)；導(dǎo)電性能好；電極在脈沖處理過(guò)程中操作簡(jiǎn)單易行，安全可靠。
文檔編號(hào)B22D11/11GK101885042SQ201010214270
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者張西鋒, 王超, 董鵬, 袁守謙 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)