專利名稱：內(nèi)噴淋深水冷式鐵浴銅碳復(fù)合底電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利屬于直流電弧爐底電極設(shè)備，涉及一種內(nèi)噴淋深水冷式鐵浴(液態(tài)鋼或鐵，以下統(tǒng)稱鐵浴)銅碳復(fù)合底電極，該設(shè)備適用于熔煉氧化物耐火材料，特別是用天然礦物熔煉的氧化物耐火材料。
背景技術(shù)：
中國是電熔耐火材料的資源和生產(chǎn)大國，也是世界市場的主要出口國，僅電熔鎂砂和電熔棕剛玉兩種產(chǎn)品的出口量就分別占世界市場份額的85％和70％。目前國內(nèi)電熔氧化物耐火材料均用三相交流電弧爐生產(chǎn)，爐缸比功率水平不高，熔深受限制，熔體下部過早凝結(jié)，產(chǎn)品成分不均勻，資源優(yōu)勢沒有得到充分合理的利用，例如國內(nèi)生產(chǎn)電熔鎂砂的電弧爐約85％為1250KVA以下的小容量變壓器，其有效熔深不到500mm；生產(chǎn)電熔剛玉的電弧爐80％為3150KVA以下的小容量變壓器，其有效熔深不足1500mm。
由于大功率整流器技術(shù)和底電極安全技術(shù)的成熟，上世紀90年代超高功率大型煉鋼直流電弧爐得到迅猛的發(fā)展，稍后直流電弧爐技術(shù)應(yīng)用到鐵合金領(lǐng)域。由于直流爐煉鋼是熔煉導(dǎo)電性良好的廢鋼和鋼液，所以無論是觸針式底電極，水冷鋼棒式底電極，還是導(dǎo)電鎂碳磚式底電極都能滿足直流電弧爐煉鋼的要求。
直流電弧爐具有熱量集中，熔化快，熔池溫度高，產(chǎn)品化學(xué)成分均勻等工藝特點，理應(yīng)成為熔煉氧化物耐火材料的主流技術(shù)，尤其是用天然礦(如鋁礬土、石灰石、菱鎂石等)生產(chǎn)的電熔耐火材料。然而氧化物耐火材料的熔點很高，固態(tài)為不導(dǎo)電的絕緣體或不良導(dǎo)體，且在高溫熔融狀態(tài)下具有較強的氧化性，上述耐火材料的特性要求直流電弧爐的底電極應(yīng)滿足以下條件1.避免熔煉過程中熔融氧化物與碳質(zhì)導(dǎo)電爐底的高溫反應(yīng)，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和爐底的安全。
2.避免氧化物耐火材料在熔煉過程中底部熔體結(jié)晶，形成凝結(jié)層、導(dǎo)致電弧中斷。
3.保證底電極的冷卻強度和使用安全。
現(xiàn)有的底電極技術(shù)(觸針式、水冷鋼棒式、導(dǎo)電鎂碳磚式)均采用由導(dǎo)電性能較好的固體相結(jié)合結(jié)構(gòu)，并采用風(fēng)冷或爐外水冷或爐內(nèi)淺水冷等冷卻方式，不能滿足氧化物耐火材料的熔煉工藝要求。
已申請專利(申請?zhí)?00510046477.4)提出了用雙電極直流電弧爐熔煉鎂砂，采用雙頂電極閉合電路，回避了底電極技術(shù)難題，并沒有解決熔深的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用液固結(jié)合的全新的底電極結(jié)構(gòu)，由鐵浴(2)與碳質(zhì)導(dǎo)電體(3)液固結(jié)合，下接純銅導(dǎo)電套(5)，并采用與眾不同的內(nèi)噴淋深水冷的冷卻方式。具體方案如下1.利用鐵浴比重大的特性，作為導(dǎo)電過渡層，將高溫熔融狀態(tài)的氧化物耐火材料與碳質(zhì)導(dǎo)電體隔離，避免了氧化物與碳發(fā)生還原反應(yīng)所引起的質(zhì)量和安全事故。
2.氧化物耐火材料的結(jié)晶受溫度和晶核這兩個條件制約，鐵浴與氧化物耐火材料熔體為液相接觸，兩者都是導(dǎo)熱性良好的溶液，在爐內(nèi)高溫條件下，沒有結(jié)晶所需的成核低溫條件，氧化物耐火材料熔體底部不產(chǎn)生結(jié)晶層，保證了電流導(dǎo)通。
3.因為碳質(zhì)材料有不熔化的特性，用碳質(zhì)導(dǎo)電體有效避免了爐底鐵浴與純銅導(dǎo)電套的接觸，即保證了純銅導(dǎo)電套的使用安全和長壽命。
4.采用可控噴淋冷卻和對底電極溫度監(jiān)測，對鐵浴熱點溫度進行控制，保證了底電極的安全運行。
5.利用噴淋管深入純銅導(dǎo)電套內(nèi)部，距碳質(zhì)導(dǎo)電體頂部150--300mm，將帶有一定壓力的水噴淋到純銅導(dǎo)電套內(nèi)部進行冷卻，通過調(diào)節(jié)水的壓力控制冷卻強度，回水結(jié)構(gòu)采用開放式，避免惡性事故。
本發(fā)明采用控制局部有限熱點的冷卻方式，爐底散熱有限，不增加電能消耗。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于加工和維護，純銅導(dǎo)電套部分可長期使用，壽命明顯高于現(xiàn)已在線使用的其他類型底電極。
本發(fā)明適用于現(xiàn)有的熔煉氧化物耐火材料的爐型，包括傾倒爐、熔塊爐，尤其適用于流放爐。
本發(fā)明為熔煉氧化物耐火材料行業(yè)實現(xiàn)高功率或超高功率直流電弧爐生產(chǎn)方式提供了必要的技術(shù)支撐。
下面結(jié)合附圖
對本發(fā)明專利作進一步描述。
附圖為本發(fā)明專利縱向剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖中1為氧化物熔體，2為鐵浴，3為整體碳質(zhì)導(dǎo)電體，4為熱電偶，5為純銅導(dǎo)電套，6為開放式底盤，7為噴淋管。
權(quán)利要求
1.一種熔煉氧化物耐火材料的直流電弧爐用內(nèi)噴淋深水冷式鐵浴銅碳復(fù)合底電極，由鐵浴(2)，整體碳質(zhì)導(dǎo)電體(3)，純銅導(dǎo)電套(5)，噴淋管(7)、檢測底電極溫度用的熱電偶(4)及開放式底盤(6)組成。
2.如權(quán)利要求1所述，其特征在于鐵浴(2)深度為50--500mm，由碎鋼屑或碎鐵屑電熔形成，加入方式為在起弧前一次加入或部分加入，余量在熔煉過程中加入。
3.如權(quán)利要求1所述，其特征在于碳質(zhì)導(dǎo)電體(3)為碳塊或石墨塊或?qū)щ婃V碳磚或含碳質(zhì)導(dǎo)電打結(jié)料，形狀為多邊方柱形或圓柱形，長度為300--500mm，碳質(zhì)導(dǎo)電體與純銅導(dǎo)電套通過羅紋連接，并用細電極糊填充。
4.如權(quán)利要求1所述，其特征在于純銅導(dǎo)電套(5)為空腔結(jié)構(gòu)，銅套外徑為80--240mm，銅套長度為800--1600mm，銅套壁厚為8-50mm，銅套側(cè)部開1或2個熱電偶線槽，熱電偶(4)焊接在銅套上部，依不同生產(chǎn)工藝的需要，銅套數(shù)為一個或數(shù)個。
5.如權(quán)利要求1所述，其特征在于噴淋管(7)頭部為分層多孔結(jié)構(gòu)，每層孔數(shù)為3-8個，孔徑為1-15mm，噴淋管深入純銅導(dǎo)電套內(nèi)部，距碳質(zhì)導(dǎo)電體頂部150--300mm，噴淋管通過純銅導(dǎo)電套底部開放式底盤(6)固定，回水由開放式底盤流出。
6.如權(quán)利要求1所述，其特征在于氧化物耐火材料包括氧化鋁、氧化硅、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋯、氧化鉻和以這六種氧化物為基質(zhì)成分的合成材料(例如鋁酸鈣水泥、莫來石、尖晶石、鎂鈣砂、鋯剛玉等)，其生產(chǎn)所用原料為天然氧化物礦或經(jīng)煅燒的天然氧化物礦或經(jīng)工業(yè)提純后的天然氧化物礦產(chǎn)品。
全文摘要
一種熔煉氧化物耐火材料的直流電弧爐用內(nèi)噴淋深水冷式鐵浴銅碳復(fù)合底電極，由鐵浴(2)，整體碳質(zhì)導(dǎo)電體(3)，純銅導(dǎo)電套(5)，噴淋管(7)、檢測底電極溫度用的熱電偶(4)及開放式底盤(6)組成。本發(fā)明使用安全、維護方便，具有爐底不凝結(jié)、不反應(yīng)、不斷弧的功能，為熔煉氧化物耐火材料行業(yè)實現(xiàn)高功率或超高功率直流電弧爐生產(chǎn)方式提供了必要的技術(shù)支撐。
文檔編號F27B3/20GK1837735SQ20061000380
公開日2006年9月27日 申請日期2006年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月19日
發(fā)明者王昌意, 王元增 申請人:王昌意, 王元增