專利名稱：用于渣金間外加直流電場脫氧方法的電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電極，尤其涉及一種用于鋼鐵冶煉脫氧過程中的電極。
背景技術(shù)：
鋼中的氧是有害元素，會(huì)對(duì)鋼的質(zhì)量造成不良影響。脫氧操作是鋼液精煉冶煉過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)的脫氧方法不可避免地引入大量的非金屬夾雜物污染鋼液，嚴(yán)重影響鋼的性能、惡化其質(zhì)量。為了解決污染問題，下現(xiàn)有的渣金間外加直流電場脫氧法，用爐渣代替固體電解質(zhì)，在渣金間施加電場來強(qiáng)化脫氧，通過控制氧離子在熔渣體系中的傳遞方向和速度，實(shí)現(xiàn)金屬液的無污染脫氧。這種方法具有設(shè)備簡單、成本低、可連續(xù)作業(yè)和無需還原劑等優(yōu)點(diǎn)。采用渣金間外加直流電場脫氧法進(jìn)行脫氧時(shí)，電極工作的環(huán)境往往是高溫和高腐蝕性介質(zhì)，因此這種方法對(duì)于電極的要求比較苛刻一方面要求電極材料的熱穩(wěn)定性好，電阻小，抗渣性能強(qiáng)；另一方面合理的電極的布置則影響電流效率和工藝效果。常用的電極材料包括金屬材料、碳素材料和陶瓷材料。金屬材料一般使用耐高溫金屬，價(jià)格昂貴且容易被熔渣侵蝕。碳陽極具有固有缺點(diǎn)不斷消耗，經(jīng)常更換，污染環(huán)境等；特別地，冶煉超低碳鋼時(shí)，碳素陽極材料進(jìn)入到電解質(zhì)中，增加鋼液中的碳含量，污染鋼液質(zhì)量。采用惰性陽極，在惰性陽極析出氧氣，電極表面被大量氣體覆蓋，在陽極和熔渣之間積聚形成一層氣網(wǎng)膜，妨礙熔渣對(duì)電極的潤濕，堵塞電流通道，形成陽極效應(yīng)，制約了脫氧效率；陽極氧析出的同時(shí)，還有部分非金屬發(fā)生電極反應(yīng)析出，影響了電極過程和電流效率。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種用于渣金間外加直流電場脫氧方法的電極，該電極能夠滿足渣金間外加直流電場脫氧方法對(duì)電極的苛刻要求，其耐高溫、耐腐蝕，能夠提高脫氧效率，還能避免污染鋼液質(zhì)量。本實(shí)用新型的發(fā)明構(gòu)思是具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的致密混合導(dǎo)體透氧膜是氧離子的選擇性材料，其只允許氧以離子形成通過，具有較高的透氧能力。此外，致密混合導(dǎo)體透氧膜在高溫下同時(shí)具有氧離子和電子導(dǎo)電性能。將電極外殼設(shè)計(jì)為內(nèi)層為致密混合導(dǎo)體透氧膜，外層為導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)，可是在內(nèi)層膜兩側(cè)有氧化學(xué)勢梯度存在的情況下，使氧由高化學(xué)勢端向低化學(xué)勢端傳導(dǎo)，使膜表現(xiàn)出透氧性能，同時(shí)保證電極外殼的導(dǎo)電性。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型提供了一種用于渣金間外加直流電場脫氧方法的電極，其包括一電極外殼，所述電極外殼導(dǎo)電；一密封件，其與電極外殼的開口端密封連接，在電極外殼內(nèi)形成一空腔，所述空腔內(nèi)設(shè)有脫氧劑；所述電極外殼包括一內(nèi)層，其為致密混合導(dǎo)體透氧膜，所述致密混合導(dǎo)體透氧膜具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；一外層，其為多孔材料導(dǎo)電層。上述電極外殼可以是一端或者兩端開口，管口用密封件填封。根據(jù)使用時(shí)的具體要求，電極外殼的外形可以是圓柱形、立方體等形狀。電極外殼內(nèi)的空腔根據(jù)使用要求，可以是圓形，橢圓形或方形等任意形狀。電極外殼的導(dǎo)電層是多孔材料，根據(jù)不同的使用溫度和氣氛條件選取，可以是金屬，導(dǎo)電陶瓷，金屬陶瓷，石墨或其他導(dǎo)電材料。密封件為高溫電子材料。在渣金間外加直流電場脫氧法中，采用本實(shí)用新型所述的電極，使得遷移到熔渣/ 陽極接觸界面的氧離子，通過如下兩個(gè)途徑發(fā)生反應(yīng)一方面在多孔材料導(dǎo)電層表面發(fā)生陽極反應(yīng)，生成氧氣，同時(shí)使熔渣/陽極的接觸界面積累負(fù)電荷，產(chǎn)生阻礙電場，阻止氧離子在熔渣中的遷移，通過外加電場，以克服阻礙電場，使氧離子向渣中遷移能夠持續(xù)進(jìn)行。 另一方面，熔渣/陽極接觸界面的氧離子從熔渣透過致密混合導(dǎo)體透氧膜進(jìn)入空腔，在電極內(nèi)界面與脫氧劑發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的脫氧產(chǎn)物，同時(shí)在界面積累了電子，電子通過致密混合導(dǎo)體透氧膜遷移至陽極外界面的多孔金屬陶瓷，使得氧離子在致密混合導(dǎo)體透氧膜的遷移持續(xù)進(jìn)行，直到達(dá)到脫氧平衡。本實(shí)用新型所述的電極通過采用致密混合導(dǎo)體透氧膜作為電極外殼的內(nèi)層，改善了電極外殼外層導(dǎo)電層的脫氧動(dòng)力學(xué)條件，提高了脫氧效率。優(yōu)選地，所述空腔內(nèi)的脫氧劑為固體脫氧劑。固體脫氧劑為粉末狀的強(qiáng)脫氧劑，以便于填裝，其可以是石墨、活潑金屬如鎂、鋁、鈦等。優(yōu)選地，所述空腔內(nèi)的脫氧劑為氣體脫氧劑，所述密封件上設(shè)有一導(dǎo)管孔，一導(dǎo)管通過所述導(dǎo)管孔插于空腔內(nèi)，將氣體脫氧劑導(dǎo)入空腔。氣體脫氧劑可以是還原性氣氛如C0， H2等，還可以是惰性氣體如氮?dú)饣驓鍤獾?。?yōu)選地，所述空腔內(nèi)的脫氧劑還包括氣體脫氧劑，所述密封件上設(shè)有一導(dǎo)管孔，一導(dǎo)管通過所述導(dǎo)管孔插于空腔內(nèi)，將氣體脫氧劑導(dǎo)入空腔。優(yōu)選地，所述密封件為內(nèi)插式密封件或外套式密封件。本實(shí)用新型通過采用上述技術(shù)方案，使其具有下述優(yōu)點(diǎn)1.采用本實(shí)用新型所述的電極，可以促進(jìn)氧在陽極的電化學(xué)反應(yīng)以及氧氣在熔渣中的排除，同時(shí)有效防止了陽極其他離子的電極反應(yīng)，提高了電流效率和脫氧效率。2.與無污染脫氧體相比，通過設(shè)置在內(nèi)層透氧膜外的外層導(dǎo)電層，使得以熔渣作為電解質(zhì)的渣金間外加直流電場脫氧法順利進(jìn)行，有利于發(fā)揮熔渣的保溫，防止二次氧化、 成本低、可連續(xù)作業(yè)的優(yōu)勢，還避免了透氧膜高溫不穩(wěn)定和成本高的弊端；3.多孔材料導(dǎo)電層能夠增加氧在電極上的反應(yīng)界面面積，提高氧在陽極中的電極反應(yīng)，同時(shí)還能夠防止熔渣對(duì)透氧膜材料的侵蝕，提高透氧膜的使用壽命。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來對(duì)本實(shí)用新型所述的電極做進(jìn)一步說明。


圖1為本實(shí)用新型所述的電極一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型所述的電極另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型所述的電極的使用狀態(tài)圖。
具體實(shí)施方式
如
圖1所示，本實(shí)施例中的電極，其包括一圓柱形的電極外殼2，該電極外殼2的一端開口，開口端通過外套式的密封件1密封。電極外殼2的內(nèi)層為致密混合導(dǎo)體透氧膜6，電極外殼2的外層為多孔金屬陶瓷導(dǎo)電層5。電極空3的下部填充為固體脫氧劑4-石墨粉末。如圖2所示，本實(shí)施例中的電極，其包括一長方體的電極外殼2，該電極外殼2的兩端開口，兩個(gè)開口端均與內(nèi)插式的密封件1密封連接。電極外殼2的內(nèi)層為致密混合導(dǎo)體透氧膜6，電極外殼2的外層為多孔導(dǎo)電陶瓷導(dǎo)電層5。與電極外殼2的上開口端連接的密封件1上開有兩個(gè)孔，兩根導(dǎo)管7分別插于電極空腔3中，用于向空腔3中填充氣體脫氧劑 4，該氣體脫氧劑為CO氣體。在渣金間外加直流電場脫氧過程中，本實(shí)用新型所述的電極作為陽極使用，其使用狀態(tài)圖如圖3所示。使用時(shí)，將該電極P的底端插于熔渣8中，熔渣下方為鋼液9，從而與電源10形成回路，進(jìn)行脫氧反應(yīng)。在實(shí)際的脫氧過程中，可根據(jù)需要設(shè)定電極的設(shè)置個(gè)數(shù)， 以達(dá)到有效脫氧的目的。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本實(shí)用新型，而并非用作為對(duì)本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于渣金間外加直流電場脫氧方法的電極，其包括一電極外殼，所述電極外殼導(dǎo)電；一密封件，其與電極外殼的開口端密封連接，在電極外殼內(nèi)形成一空腔，所述空腔內(nèi)設(shè)有脫氧劑；其特征在于，所述電極外殼包括一內(nèi)層，其為致密混合導(dǎo)體透氧膜，所述致密混合導(dǎo)體透氧膜具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；一外層，其為多孔材料導(dǎo)電層。
2.如權(quán)利要求1所述的用于渣金間外加直流電場脫氧方法的電極，其特征在于，所述空腔內(nèi)的脫氧劑為固體脫氧劑。
3.如權(quán)利要求1所述的用于渣金間外加直流電場脫氧方法的電極，其特征在于，所述空腔內(nèi)的脫氧劑為氣體脫氧劑，所述密封件上設(shè)有一導(dǎo)管孔，一導(dǎo)管通過所述導(dǎo)管孔插于空腔內(nèi)，將氣體脫氧劑導(dǎo)入空腔。
4.如權(quán)利要求2所述的用于渣金間外加直流電場脫氧方法的電極，其特征在于，所述空腔內(nèi)的脫氧劑還包括氣體脫氧劑，所述密封件上設(shè)有一導(dǎo)管孔，一導(dǎo)管通過所述導(dǎo)管孔插于空腔內(nèi)，將氣體脫氧劑導(dǎo)入空腔。
5 如權(quán)利要求3或4所述的用于渣金間外加直流電場脫氧方法的電極，其特征在于，所述密封件為內(nèi)插式密封件或外套式密封件。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于渣金間外加直流電場脫氧方法的電極，其包括一電極外殼，所述電極外殼導(dǎo)電；一密封件，其與電極外殼的開口端密封連接，在電極外殼內(nèi)形成一空腔，所述空腔內(nèi)設(shè)有脫氧劑；所述電極外殼包括一內(nèi)層，其為致密混合導(dǎo)體透氧膜，所述致密混合導(dǎo)體透氧膜具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；一外層，其為多孔材料導(dǎo)電層。采用本實(shí)用新型所述的電極可以促進(jìn)氧在陽極的電化學(xué)反應(yīng)以及氧氣在熔渣中的排除，同時(shí)有效防止了陽極其他離子的電極反應(yīng)，提高了電流效率和脫氧效率。
文檔編號(hào)C21C7/00GK202007247SQ20112004248
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者張捷宇, 揭暢, 沈建國, 胡漢濤, 許繼芳, 阮飛, 陳兆平, 黃宗澤 申請(qǐng)人:上海大學(xué), 寶山鋼鐵股份有限公司