专利名称：内喷淋深水冷式铁浴铜碳复合底电极的制作方法
技术领域：
本发明专利属于直流电弧炉底电极设备，涉及一种内喷淋深水冷式铁浴(液态钢或铁，以下统称铁浴)铜碳复合底电极，该设备适用于熔炼氧化物耐火材料，特别是用天然矿物熔炼的氧化物耐火材料。
背景技术：
中国是电熔耐火材料的资源和生产大国，也是世界市场的主要出口国，仅电熔镁砂和电熔棕刚玉两种产品的出口量就分别占世界市场份额的85％和70％。目前国内电熔氧化物耐火材料均用三相交流电弧炉生产，炉缸比功率水平不高，熔深受限制，熔体下部过早凝结，产品成分不均匀，资源优势没有得到充分合理的利用，例如国内生产电熔镁砂的电弧炉约85％为1250KVA以下的小容量变压器，其有效熔深不到500mm；生产电熔刚玉的电弧炉80％为3150KVA以下的小容量变压器，其有效熔深不足1500mm。
由于大功率整流器技术和底电极安全技术的成熟，上世纪90年代超高功率大型炼钢直流电弧炉得到迅猛的发展，稍后直流电弧炉技术应用到铁合金领域。由于直流炉炼钢是熔炼导电性良好的废钢和钢液，所以无论是触针式底电极，水冷钢棒式底电极，还是导电镁碳砖式底电极都能满足直流电弧炉炼钢的要求。
直流电弧炉具有热量集中，熔化快，熔池温度高，产品化学成分均匀等工艺特点，理应成为熔炼氧化物耐火材料的主流技术，尤其是用天然矿(如铝矾土、石灰石、菱镁石等)生产的电熔耐火材料。然而氧化物耐火材料的熔点很高，固态为不导电的绝缘体或不良导体，且在高温熔融状态下具有较强的氧化性，上述耐火材料的特性要求直流电弧炉的底电极应满足以下条件1.避免熔炼过程中熔融氧化物与碳质导电炉底的高温反应，以保证产品的质量和炉底的安全。
2.避免氧化物耐火材料在熔炼过程中底部熔体结晶，形成凝结层、导致电弧中断。
3.保证底电极的冷却强度和使用安全。
现有的底电极技术(触针式、水冷钢棒式、导电镁碳砖式)均采用由导电性能较好的固体相结合结构，并采用风冷或炉外水冷或炉内浅水冷等冷却方式，不能满足氧化物耐火材料的熔炼工艺要求。
已申请专利(申请号200510046477.4)提出了用双电极直流电弧炉熔炼镁砂，采用双顶电极闭合电路，回避了底电极技术难题，并没有解决熔深的问题。
发明内容
本发明采用液固结合的全新的底电极结构，由铁浴(2)与碳质导电体(3)液固结合，下接纯铜导电套(5)，并采用与众不同的内喷淋深水冷的冷却方式。具体方案如下1.利用铁浴比重大的特性，作为导电过渡层，将高温熔融状态的氧化物耐火材料与碳质导电体隔离，避免了氧化物与碳发生还原反应所引起的质量和安全事故。
2.氧化物耐火材料的结晶受温度和晶核这两个条件制约，铁浴与氧化物耐火材料熔体为液相接触，两者都是导热性良好的溶液，在炉内高温条件下，没有结晶所需的成核低温条件，氧化物耐火材料熔体底部不产生结晶层，保证了电流导通。
3.因为碳质材料有不熔化的特性，用碳质导电体有效避免了炉底铁浴与纯铜导电套的接触，即保证了纯铜导电套的使用安全和长寿命。
4.采用可控喷淋冷却和对底电极温度监测，对铁浴热点温度进行控制，保证了底电极的安全运行。
5.利用喷淋管深入纯铜导电套内部，距碳质导电体顶部150--300mm，将带有一定压力的水喷淋到纯铜导电套内部进行冷却，通过调节水的压力控制冷却强度，回水结构采用开放式，避免恶性事故。
本发明采用控制局部有限热点的冷却方式，炉底散热有限，不增加电能消耗。
本发明结构简单，易于加工和维护，纯铜导电套部分可长期使用，寿命明显高于现已在线使用的其他类型底电极。
本发明适用于现有的熔炼氧化物耐火材料的炉型，包括倾倒炉、熔块炉，尤其适用于流放炉。
本发明为熔炼氧化物耐火材料行业实现高功率或超高功率直流电弧炉生产方式提供了必要的技术支撑。
下面结合附图
对本发明专利作进一步描述。
附图为本发明专利纵向剖面结构图。
图中1为氧化物熔体，2为铁浴，3为整体碳质导电体，4为热电偶，5为纯铜导电套，6为开放式底盘，7为喷淋管。
权利要求
1.一种熔炼氧化物耐火材料的直流电弧炉用内喷淋深水冷式铁浴铜碳复合底电极，由铁浴(2)，整体碳质导电体(3)，纯铜导电套(5)，喷淋管(7)、检测底电极温度用的热电偶(4)及开放式底盘(6)组成。
2.如权利要求1所述，其特征在于铁浴(2)深度为50--500mm，由碎钢屑或碎铁屑电熔形成，加入方式为在起弧前一次加入或部分加入，余量在熔炼过程中加入。
3.如权利要求1所述，其特征在于碳质导电体(3)为碳块或石墨块或导电镁碳砖或含碳质导电打结料，形状为多边方柱形或圆柱形，长度为300--500mm，碳质导电体与纯铜导电套通过罗纹连接，并用细电极糊填充。
4.如权利要求1所述，其特征在于纯铜导电套(5)为空腔结构，铜套外径为80--240mm，铜套长度为800--1600mm，铜套壁厚为8-50mm，铜套侧部开1或2个热电偶线槽，热电偶(4)焊接在铜套上部，依不同生产工艺的需要，铜套数为一个或数个。
5.如权利要求1所述，其特征在于喷淋管(7)头部为分层多孔结构，每层孔数为3-8个，孔径为1-15mm，喷淋管深入纯铜导电套内部，距碳质导电体顶部150--300mm，喷淋管通过纯铜导电套底部开放式底盘(6)固定，回水由开放式底盘流出。
6.如权利要求1所述，其特征在于氧化物耐火材料包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钙、氧化锆、氧化铬和以这六种氧化物为基质成分的合成材料(例如铝酸钙水泥、莫来石、尖晶石、镁钙砂、锆刚玉等)，其生产所用原料为天然氧化物矿或经煅烧的天然氧化物矿或经工业提纯后的天然氧化物矿产品。
全文摘要
一种熔炼氧化物耐火材料的直流电弧炉用内喷淋深水冷式铁浴铜碳复合底电极，由铁浴(2)，整体碳质导电体(3)，纯铜导电套(5)，喷淋管(7)、检测底电极温度用的热电偶(4)及开放式底盘(6)组成。本发明使用安全、维护方便，具有炉底不凝结、不反应、不断弧的功能，为熔炼氧化物耐火材料行业实现高功率或超高功率直流电弧炉生产方式提供了必要的技术支撑。
文档编号F27B3/20GK1837735SQ20061000380
公开日2006年9月27日 申请日期2006年1月19日 优先权日2006年1月19日
发明者王昌意, 王元增 申请人:王昌意, 王元增