專利名稱：直流電弧爐底電極及其冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通過放電加熱裝置的電極領(lǐng)域。主要適用于直流電弧爐的底電極。
直流電弧爐，特別是工業(yè)煉鋼用的直流電弧爐的特點(diǎn)是高功率，具有電極消耗低、能耗少、爐襯壽命長(zhǎng)、熔池溫度均勻、對(duì)電網(wǎng)的干擾小等優(yōu)點(diǎn)，故在國(guó)際上得到了較快的發(fā)展。
在直流電弧爐中，底電極是一個(gè)重要的組件或一項(xiàng)重要技術(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)中，IRCID-Clecim型直流電弧爐的底電極是外水冷鋼柱式。在鋼柱下部有水冷套，底部有水冷底墊通水冷卻。根據(jù)功率電流的大小確定電極的支數(shù)，為埃斯科冶金公司(S.M.E)提供的75噸、84MVA直流電弧爐就安裝了3支這種底電極。公告號(hào)為CN2122461U的中國(guó)專利，也提供了一種直流電弧爐的底電極。該底電極是采用兩種不同性能的材料聯(lián)接而成。電極上端為上小下大的園錐空心體，電極底座上端與電極上端緊密結(jié)合成一體，電極底座下有冷卻水道和兼作水道入口的空心電極，并與爐底殼聯(lián)接成一體。
上述底電極結(jié)構(gòu)及其用水冷卻電極的方法，存在的缺點(diǎn)是1.耗水量大，而且為了造成湍流，還需要較高的水壓。
2.存在潛在的不安全因素，本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)電效率高、承載功率大、冷卻效果好及安全長(zhǎng)壽的直流電弧爐底電極及其冷卻方法。
針對(duì)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案其底電極由銅鋼焊接而成。底電極上端與鋼水接觸部分采用普碳鋼制成，底電極下端由紫銅做成。底電極上端呈倒“U”型，底電極下端焊接在上端的“U”型腔內(nèi)。紫銅的底電極下端也呈倒“U”型。使其水噴咀和霧化噴咀直伸到接近底電極下端“U”型腔的頂部。底電極通過托圈座在絕緣耐火材料上，并由大法蘭將底電極固定在電爐爐底鋼板上。底電極周圍砌有耐火材料套磚，保護(hù)底電極。水噴咀和霧化噴咀分別與進(jìn)水管和進(jìn)氣管相連。底電極通過電極夾和導(dǎo)電銅排(或母線)與電源正極相連。
在一個(gè)直流電弧爐底可安裝一根或多根底電極。每根底電極下端內(nèi)可包含1組或多組水噴咀和霧化噴咀。
底電極的冷卻方法是以壓縮空氣和被壓縮空氣霧化的水為冷卻介質(zhì)噴至底電極下端“U”型銅體內(nèi)腔表面的內(nèi)冷卻方式，對(duì)電極進(jìn)行冷卻。其冷卻作用是靠噴至被冷卻表面細(xì)小水滴蒸發(fā)吸熱完成的。冷卻后的排出物是僅含少量水的氣、水混合物。
本發(fā)明在正常情況下既可采用氣-水霧冷卻，又可采用全水冷卻。正常情況下，采用氣-水霧化冷卻，當(dāng)生產(chǎn)過程中一旦供氣系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能快速切換成水冷，進(jìn)行全水冷卻，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。當(dāng)恢復(fù)供氣后，又可立即切換成氣-水霧化冷卻。
具有的冷卻參數(shù)如下當(dāng)采用氣-水霧化冷卻時(shí)，水壓為0.15～0.5MPa。水流量0.02～1.5M3/hr;氣體壓力0.4～0.8MPa，氣體流量50～1500NM3/hr。
當(dāng)采用全水冷卻時(shí)，水壓為0.2～0.5MPa，流量為1.5～20M3/hr。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)①既可氣-水混合氣體冷卻，又可全水冷，適用面廣。
②克服了風(fēng)冷底電極冷卻系統(tǒng)設(shè)備龐大、復(fù)雜的缺點(diǎn)，又排除了水冷底電極潛在的不安全因素。
③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，冷卻效果好。
④易于修補(bǔ)維護(hù)，與優(yōu)質(zhì)保護(hù)套磚和爐底耐火材料相配合，可實(shí)現(xiàn)高壽命。
⑤易于啟動(dòng)，開新爐或冷啟動(dòng)時(shí)，也無需輔助電極幫助。
現(xiàn)結(jié)合附圖
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
附圖為本發(fā)明直流電弧爐底電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1為爐底耐火材料，2為底電極上端，3為底電極下端，4為托圈，5為絕緣耐火材料，6為爐底殼鋼板，7為大法蘭，8為電極夾和導(dǎo)電銅排，9為連接法蘭，10為外套管，11為小水管，12為進(jìn)水管，13、14為快速切斷閥，15為進(jìn)氣管，16為氣-水(或水)排泄管，17為水噴咀，18為霧化噴咀，19為底電極下端內(nèi)表面，20為耐火材料套磚。
底電極由底電極上端2和底電極下端3組成，底電極上端2由碳鋼制成，底電極下端3由紫銅制成。
底電極上端2和底電極下端3均為倒“U”型結(jié)構(gòu)。中間是一個(gè)口朝下的園柱形腔體。底電極下端3通過焊接套裝在底電極上端2的“U”型園柱形腔體中;底電極上端2和底電極下端3通過托圈4裝配在絕緣耐火材料5上;絕緣耐火材料5固定在大法蘭7上，法蘭7固定在爐底殼鋼板6上;整個(gè)底電極周圍砌有優(yōu)質(zhì)耐火材料保護(hù)套磚20;電極夾和導(dǎo)電銅排8夾持在底電極下端3上;小水管11與外套管10分別與水噴咀17和霧化噴咀18相接相通，兩者套裝在底電極下端3的“U”型園柱形腔體內(nèi)，并靠近頂部;進(jìn)水管12和進(jìn)氣管15與外套管10相接相通，并由快速切斷閥13、14控制;氣-水(或水)排泄管16與底電極下端3的“U”型腔體相通。
由水噴咀17、霧化噴咀18、小水管11、進(jìn)水管12、進(jìn)氣管15和外套管10組成冷卻系統(tǒng)。
當(dāng)氣-水霧化冷卻工作時(shí)，關(guān)閉快速切斷閥13，打開快速切斷閥14，高壓氣體由進(jìn)氣管15進(jìn)入外套管10，由進(jìn)水管11引入并由水噴咀17噴出的水經(jīng)由霧化噴咀18霧化，形成分散細(xì)小水滴，然后噴出，直接到達(dá)底電極下端3U型腔體的頂部及四周，使底電極下端3得到良好冷卻，通過熱傳導(dǎo)作用，進(jìn)而有效地冷卻底電極上端2，達(dá)到整個(gè)電極的良好冷卻效果。
當(dāng)供氣系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，關(guān)閉快速切斷閥14，切斷進(jìn)氣管15，并打開快速切斷閥13，水經(jīng)進(jìn)水管12進(jìn)入外套管10，并通過霧化噴咀17，這時(shí)起水通道作用，將水噴至底電極下端3的U型腔體頂部和周圍，達(dá)到冷卻目的。
實(shí)施例一在0.5噸、650KVA的直流電弧爐上，安裝了本發(fā)明底電極1支，底電極中只有1組水噴咀和霧化噴咀，分別采用氣-水霧化冷卻和水冷卻方式對(duì)底電極進(jìn)行冷卻，進(jìn)行直流電弧爐冶煉操作。
采用氣-水霧化冷卻底電極的參數(shù)如下水壓 0.15MPa，水流量0.02～0.03M3/hr氣壓 0.4MPa，氣流量50～100NM3/hr
采用全水冷卻底電極的冷卻參數(shù)如下水壓 0.2MPa，水流量2M3/hr試驗(yàn)結(jié)果，冶煉平穩(wěn)、安全，底電極未發(fā)生過任何故障。該直流電弧爐采用本發(fā)明所述的底電極用冷卻方法，其底電極壽命大于1000次。
實(shí)施例二在30噸、15000KVA直流電弧爐上，安裝了兩支本發(fā)明底電極，每支底電極中安裝有7組由水噴咀和霧化噴咀組成的冷卻系統(tǒng)。
在該直流電弧爐上，分別對(duì)底電極采用氣-水霧化冷卻和全水冷卻進(jìn)行冶煉操作。
采用氣-水霧化冷卻底電極的冷卻參數(shù)如下水壓 0.3MPa，水流量 1M3/hr.支氣壓 0.5MPa，氣流量 1000NM3/hr.支采用全水冷卻底電極的參數(shù)如下水壓 0.3MPa，水流量10M3/hr.支經(jīng)使用證明，該底電極安全、可靠，該直流電弧爐底電極的壽命預(yù)計(jì)將大于1000次。
權(quán)利要求
1.一種直流電弧爐底電極，包含由鋼制作的底電極上端(2)和由銅制作的底電極下端(3)、砌在底電極周圍的耐火材料和冷卻水管，且底電極上端(2)和底電極下端(3)焊接而成，其特征在于①底電極上端(2)和底電極下端(3)均呈倒“U”型結(jié)構(gòu)，中間是一個(gè)口朝下的園柱形腔體；②底電極下端(3)套裝在底電極上端(2)的U型園柱形腔體內(nèi)；③小水管(11)和外套管(10)分別與水噴咀(17)和霧化噴咀(18)相接相通，兩者套裝在底電極下端(3)的U型園柱形腔體內(nèi)，并靠近頂部；④進(jìn)水管(12)和進(jìn)氣管(15)與外套管(10)相接相通，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底電極，其特征在于底電極上端(2)和底電極下端(3)通過托圈(4)裝配在絕緣耐火材料(5)上;絕緣耐火材料(5)固定在大法蘭(7)上，大法蘭(7)固定在爐底殼鋼板(6)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底電極，其特征在于在一個(gè)直流電弧爐底部可安裝一根或多根底電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的底電極，其特征在于一根底電極下端(3)內(nèi)可包含1組或多組水噴咀(17)和霧化噴咀(18)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底電極，其特征在于進(jìn)水管(12)和進(jìn)氣管(15)上均裝有快速切斷閥(13)和(14)。
6.一種權(quán)利要求1所述的直流電弧爐底電極的冷卻方法，可采用全水冷卻，其特征在于底電極可采用氣-水霧化冷卻和全水冷卻，采用氣-水霧化冷卻時(shí)的冷卻參數(shù)為水壓 0.15～0.5MPa，水流量0.02～1.5M3/hr氣壓 0.4～0.8MPa，氣體流量50～1500Nm3/hr;采用全水冷卻時(shí)的冷卻參數(shù)為水壓 0.2～0.5MPa，水流量1.5～20M3/hr。
全文摘要
本發(fā)明屬于通過放電加熱裝置的電極領(lǐng)域。主要適用于直流電弧爐。其特征在于底電極由帶倒U形腔體的底電極上端和底電極下端組成。底電極下端焊接在底電極上端的U形腔體內(nèi)。水噴嘴和霧化噴嘴直伸至底電極下端的U形腔體頂部，為內(nèi)冷卻結(jié)構(gòu)。底電極的冷卻方法在正常情況下采用氣-水霧化冷卻，當(dāng)供氣系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可迅速切換成全水冷。本發(fā)明克服了風(fēng)冷底電極冷卻系統(tǒng)設(shè)備龐大復(fù)雜的缺點(diǎn)，又排除了水冷底電極的潛在不安全因素。
文檔編號(hào)F27B3/24GK1092930SQ9410145
公開日1994年9月28日 申請(qǐng)日期1994年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月3日
發(fā)明者劉瀏, 張孟亭, 郭征, 劉運(yùn)興, 丁永良 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院