专利名称：电弧炉的石墨电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电弧炉的石墨电极。尤其是，本发明涉及在冷却从炉顶突出的石墨电极的同时进行工作的用于炼钢的电弧炉的石墨电极的改进。
背景技术：
用于炼钢的电弧炉的石墨电极产生电弧并引起原料熔化。因为由于电弧石墨电极达到高温，石墨电极发生氧化作用和升华作用。此外，由于芯熔蚀(slug corrosion)等电极尖部迅速消耗。因此，为补偿磨损，通过连续地连接石墨电极，石墨电极从电炉外部被补充。
这样，由于电极温度的增加，石墨电极的外表面被氧化和消耗，由此，电极消耗率增加。这可能导致在工作中的破裂事故。因此，为抑制电极外表面的氧化和消耗，通过喷溅冷却液体到位于炉顶上的石墨电极表面来冷却石墨电极的方法被提出(美国专利号4852120)。
为增加上述方法中通过喷溅冷却液体到位于炉顶上的位置的石墨电极表面来冷却石墨电极的冷却效果，相对于水平线在-10°的向下倾角和+10°的向上倾角的范围内扩展喷溅冷却液体的方法也已被提出(美国专利号4941149和5795539)。
发明内容
用于炼钢的电弧炉的人造石墨电极通过向原料焦炭增加粘结剂，并搅拌混合物，然后挤压、初次烘烤、沥青浸渍、再烘烤、石墨化并机械加工成预定形状而制成。石墨电极随着石墨化的进行显示更优良的特性。然而，随着石墨化的进行，电极表面的亲水性趋于降低。因此，在通过喷溅冷却液体到石墨电极的表面来冷却用于炼钢的石墨电极的情况下，由于电极表面排斥冷却液体，冷却效果被降低，由此，不能充分获得防氧化效果。
本发明人进行了许多关于获得充分石墨化并具有优良的使用特性的用于炼钢的电弧炉的石墨电极表面的亲水性的电极的结构的实验和研究，并且发现亲水性可以通过在电极表面形成非平滑的结构而获得，由此冷却效果可被提高。
本发明基于上述发现而获得。本发明的一个目的是提供用于在冷却从具有炉顶突出的石墨电极时工作的电气炼钢炉的用于炼钢的电弧炉的石墨电极，其具有大的水分保持特性，提供了充足的冷却效果，并通过防止氧化和消耗降低电极的消耗率。
为达到上述目的，本发明提供用于在通过喷溅冷却液体到石墨电极表面而冷却从炉顶突出的石墨电极的同时工作的炼钢的电弧炉的石墨电极，其中非平滑结构形成在石墨电极的表面上。
图1为本发明石墨电极例子的局部正面示意图。
图2为图1所示部分A的扩大视图。
图3为说明非平滑结构另一例子的视图。
图4为说明非平滑结构再另一例子的视图。
图5为根据本发明说明供水量和电极水分保持量之间的关系的曲线图。
图6为说明本发明电极非平滑结构突出高度和水分保持量之间的关系的曲线图。
具体实施例方式
在本发明中，非平滑结构包括任何可以给电极表面提供水分保持特性的非平滑结构，例如其中沿垂直或平行于电极轴方向的方向在电极表面上形成凹槽的结构，形成螺旋凹槽的结构，通过使凹槽相交形成不均匀度的结构，及形成浅凹的结构。
在上述非平滑结构中，优选通过机械加工例如车床加工在垂直或几乎垂直于被喷溅到电极表面的冷却液体流动的方向上形成凹槽来形成非平滑结构。从易于加工的角度来看，如图1和图2中所示的在石墨电极1的表面上形成螺旋凹槽2的结构实际上是最优选的。非平滑结构可以形成在电极的整个表面上。非平滑结构可以形成在除支承部分外的电极表面上。
这样，螺旋凹槽2的螺旋角β优选在等于或大于45°但小于90°的范围中。在非平滑结构之间的间距(pitch)P优选在0.2到10mm的范围中。如果螺旋角小于45°，水分保持效果将被降低。如果间距P小于0.2mm，水分保持效果不充分。如果间距P超出10mm，电极不能被适当地支持。在形成V-型凹槽(如图1和图2中所示的凹槽)的情况下，凹槽的深度被增加，由此电极的有效强度被降低。
非平滑结构的突出部的高度(高度差)h优选为0.2到5mm，并且更优选0.3到2mm。如果高度h小于0.2mm，水分保持效果不充分。如果高度h超出5mm，电极的有效强度降低，因而电极易于破裂。在电极的全部表面上形成非平滑结构的情况下，非平滑间距的上限和突出部的高度根据电极的大小进行选择，使得电极不会由于有效强度的降低而破裂或电极可以适当地支持。
在流过通过在电极表面形成非平滑结构获得的电极表面时，从喷雾器或喷淋管喷溅到电极表面的冷却液体如下所述发挥功能，因此有利于提高电极冷却功效。
(1)由于电极表面上的非平滑结构，冷却液体的流速被降低。这使冷却液薄膜均匀地分布在电极表面。此外，由于薄膜的厚度增加，水分保持效果增加。这有利于提高冷却效果。
(2)电极的表面面积，特别地，冷却液体的热传递面积被增加。
(3)因为普通沸腾面积增加，由于蒸发热量的排热效果提高。
此外，由于由非平滑结构引起的冷却液体的搅动效果，从电极表面到冷却液体薄膜表面的热传递系数显著增加。
作为冷却液体，水(工业用水)通常被应用。电极表面的水分保持效果可以通过给水添加表面活化剂而被增加。水分保持效果也可以通过给电极表面应用表面活化剂而增加。抗氧化剂的水溶液可以代替水被使用。
当例子时，本发明的实施例描述如下，同时与具有光滑表面而不具有非平滑结构的传统石墨电极的例子(比较实施例)相比较。然而，下述实施例仅说明本发明的一个实施方式，不应解释为限制本发明。
实施例和比较实施例通过使石墨电极在如表1所示的条件下进行螺旋凹槽加工，在具有4英寸直径和350mm长度的石墨电极的表面上形成螺旋凹槽的非平滑结构。电极通过负载传感器(load cell)被悬置，且冷却水从排列在电极周围的喷嘴以4L/min的喷水速率喷溅到电极表面上并且使得其在电极的表面流动。通过使用负载传感器测量电极重量的增加来计算水分保持量(水分保持量＝喷溅冷却水前的电极重量-喷溅冷却水并使其流动后的电极重量)。
图5说明在实施例和比较实施例中供水量和水保持量之间的关系。图6说明在突出部的高度(槽深h)和水保持量之间的关系。
如图5中所示，在形成螺旋槽的实施例中，与其中电极表面没有被提供螺旋槽而光滑的比较实施例相比较，水保持量在1.0mm或更大的凹槽间距p时增加。尤其，良好的水保持效果在其中凹槽间距p为2mm或更大的实验实施例3、4和5中获得。
如图6中所示，与其中电极表面没有被提供螺旋槽而光滑的比较例相比较，水保持量在形成螺旋槽的实施例中被增加。尤其，良好的水保持效果在其中槽深为0.8mm或更大的实验实施例3到7中获得。在其中槽深为1.75mm或更大的实验实施例4和5中，水保持效果被提高到较大程度。
工业实用性根据本发明，在操作中氧化和消耗可以被有效抑制并且可以减小电极消耗率的制钢用石墨电极可以被提供。
表1
权利要求
1.石墨电极用于炼钢电炉，当通过喷溅冷却的液体到石墨电极的表面冷却从炉顶突出的石墨电极时，炼钢电炉进行工作，其特征在于，非平滑的表面结构形成在石墨电极的表面上。
2.根据权利要求1的石墨电极，其特征在于，非平滑结构为螺旋槽。
3.根据权利要求1的石墨电极，其特征在于，非平滑结构为螺旋槽，螺旋槽具有等于或大于45°但小于90°的螺旋角β，0.2到10mm的凹槽间距p和0.2到0.5mm的槽深h。
全文摘要
本发明提供一种用于炼钢的电弧炉的石墨电极，其可以有效抑制操作过程中用于电气炼钢炉的石墨电极的氧化和消耗，并减小电极消耗率。石墨电极用于在通过喷溅冷却液体到石墨电极的表面冷却从炉顶向上突出的石墨电极的同时工作的电气炼钢炉，其中非平滑的表面结构形成在石墨电极的表面上。
文档编号C01B31/00GK1720421SQ0382579
公开日2006年1月11日 申请日期2003年4月30日 优先权日2003年1月10日
发明者白石千鹤浩, 灰野和义, 土屋正胜 申请人:东海碳株式会社