直流电弧炉底电极结构及其应用
【专利摘要】本发明涉及一种直流电弧炉底电极结构，其中所述的底电极结构为复合底阳极结构，所述的底电极结构包括数个竖直间隔安装于炉底的金属导电元件，所述的金属导电元件之间的间隔由耐火材料填充，在所述的间隔的下部由不导电耐火材料填充，在所述的间隔的上部由第一导电耐火材料填充，在所述的金属导电元件顶部铺置一层第二导电耐火材料，第二导电耐火材料作为热修补之用。本发明还涉及该直流电弧炉底电极结构的应用。本发明通过采用导电耐火材料，把金属型底阳极变成了金属和导电耐火材料组合起来的复合底阳极，把不可修补的金属底阳极变成了可以进行冷态修补和热态修补的底阳极，从而大大提高了底阳极的使用寿命，提高了这种电炉炼钢的作业率，降低了炼钢成本和提高了设备的利用率。
【专利说明】
直流电弧炉底电极结构及其应用
技术领域
[0001]本发明涉及一种直流电弧炉技术领域，尤其涉及直流电弧炉底阳极，具体是指一种直流电弧炉底电极结构及其应用。
【背景技术】
[0002]到目前为止，直流电弧炉有四种类型:
[0003](I)ABB型:整个炉底用导电镁碳材料砌筑。这种结构有如下不良结果:a)它的理想状态是电流在炉底均匀分布，实际上这是很难做到的。在施工和使用过程中，特别是通过热补后，炉底很难做到厚度均等和致密度一致。再加上电流有走低电阻通道的特性，因此，造成电炉底电流密度分布不均匀。在炉底中心(石墨阴极正下方)及电阻小的地方，发热量(发热量Q = V2/R)就大，电流密度就大造成局部过热，导致了 Mg0+C=Mg(g)+C0(g)的高温氧化还原反应，局部侵蚀过快;b)熔池四周脚下温度降低，形成了所谓的冷点，这为实践所证实；c)整个炉底用导电耐火材料砌筑，导热快，炉底温度高，特别是中心部位易过热。该炉的优点是可以冷态和热态修补，是底电极的使用寿命很长。
[0004](2)Clecim类型:炉底的中心有I?4根导电金属棒，钢棒外端用水冷，炉底其余部分用不导电的镁钙质干式料。这种结构有如下缺点:a)电流只集中于炉底中心，使炉底中心过热和钢水流动迅速，而炉底电极部分又不可能热修补，因此底电极使用寿命较低，一般只有500?1500炉次。这中间还要有不少停下生产来维护;b)炉墙脚下更易出现冷点。在短流程电弧炉炼钢中，由于出钢温度较低，往往出现在出钢时炉墙脚下废钢还有未熔化的现象，延长了炼钢时间，降低了温度和成分的均匀性;c)因为钢棒需要水冷，这给安全带来风险。不可修补导致底电极使用寿命低和漏钢风险大是其最凸出的缺点。
[0005](3)MAN-GHH型和(4)V0EST-ALPINE类型，分别为金属触针和钢片分布在炉底。电流在炉底的分布比Clecim好。但是由于电流有走捷径(低电阻通道)的特性，实际上这种结构炉底的电流密度分布仍然中心高而向外低，再加上电弧在熔池中心燃烧，因此，远离电弧燃烧点的墙脚仍然出现冷点，于此相应中心还会出现热点(这比Clecim类型的弱)；另一个缺点这种结构底电极也不可能热补，因此使用寿命较低，也只有500?1200炉次水平。对于MAN-GHH型和V0EST-ALPINE类型的底阳极相比较，因V0EST-ALPINE类型是薄金属片，不易产生感应电流，涡流现象得以很好改善。因此，底电极就不易发热。这样在这两种底电极中，V0EST-ALPINE类型应该更好。
[0006]我们注意到与本发明相关的专利“直流电弧炉的底电极”(申请号:201410425489.7)。该专利的底电极是下部为金属棒，中部为石墨块，上部为镁碳砖。镁碳砖与石墨块之间用镁砂和石墨质的捣打料。该专利从下列几点证明很难成功实施。I)上部的镁碳砖是否导电没有说明。这是电极的一部分，不但要求导电，而且要求电阻率要足够低才行。否则即使镁碳砖导电，只要导电性不足也不能正常运转;2)镁碳砖与石墨块之间用镁砂和石墨组成的料，没有任何交代。同样这个材料是否导电，或就是导电，导电性是否满足作为电极的要求，都没有交代。这就不能作为电极材料使用，或根本不能保证直流电炉的正常运转，甚至不能运转；3)在镁碳砖和镁砂与石墨组成了散料不能运转的情况下，要不导电，要么弱的导电性而随时可能被击穿，导致石墨块暴露在钢液之中，这样导致石墨块很快溶解到钢液内，导致电极下形成一个很大的坑，炉底温度过高，安全事故可能随时出现;4)石墨块与金属棒之间是否形成牢固的静配合，再加上二者的热膨胀差异很大，这可能导致很大的界面电阻，因而导致炉底发热，导致电极损耗过快，使用寿命很短。总之，这样的直流电弧炉底阳极要么不能工作，要么即使能工作，可能导致底阳极损耗过快，炉底温度过高和使用寿命很短。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够提高底电极的使用寿命、且可同时热修补和冷修补的直流电弧炉底电极结构及其应用。
[0008]为了实现上述目的，本发明的直流电弧炉底电极结构及其应用如下:
[0009]本发明的直流电弧炉底电极结构，其主要特点是，所述的底电极结构为复合底阳极结构，所述的底电极结构包括数个竖直间隔安装于炉底的金属导电元件，所述的金属导电元件之间的间隔由耐火材料填充，在所述的间隔的下部由不导电耐火材料填充，在所述的间隔的上部由第一导电耐火材料填充，在所述的金属导电元件顶部铺置一层第二导电耐火材料。
[0010]较佳地，所述的金属导电元件为钢片或钢针或者二者复合。
[0011]较佳地，所述的金属导电元件的高度大于所述的炉底厚度的2/3。
[0012]较佳地，所述的由不导电耐火材料填充的间隔的高度小于或等于所述的炉底厚度的 1/2。
[0013]较佳地，所述的不导电耐火材料为干式碱性捣打料。
[0014]较佳地，所述的第一导电耐火材料为镁碳质捣打料。
[0015]较佳地，所述的第二导电耐火材料为镁碳质捣打料和热修补料，且优先选用的是导电的镁碳质热修补料。
[00? 0]较佳地，所述的第一导电耐火材料与金属导电元件之间的接触面积(m2)彡0.054X供电流强度(KA)。
[0017]更佳地，所述的镁碳质捣打料碳化后的性能参数包括:电阻率<3X10—4Ω.πι，体积密度彡2.8g/cm3，耐压强度彡20MPa，MgO+C彡85 %。
[0018]更佳地，所述的镁碳质热修补料碳化后的性能参数包括:电阻率彡3X10—3Ω.m,体积密度彡2.2g/cm3，耐压强度彡12MPa，MgO+C彡85 %。
[0019]本发明的直流电弧炉底电极结构的应用，其主要特点是，所述的底电极结构用于炼钢。
[0020]本发明的直流电弧炉底电极结构，即使在热运转生产过程中，当遇到底阳极侵蚀快等情况导致炉底温度过高时，可以出净钢液，用氧枪吹扫干净底阳极上表面的钢渣后，将热修补料投入底阳极上面即可，该热补料就会在热的情况下自流平，并碳化，与原来的残底阳极牢牢结合在一起。这个过程只有30?60mins。然后就可以进行加料炼钢。因此，热补可以根据具体情况随时用导电热修补料对其进行热态修补；当要更换出钢口、换渣线等炉子冷却下来时，可以同时冷修底阳极。当炉子冷却下来后，清理干净底阳极表面的钢渣，用导电镁碳质捣打料对其进行捣打，使之达到原始厚度，以维持底阳极的长度和炉底温度在安全操作水平。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明的直流电弧炉底电极结构的主视剖面图。
[0022]【附图说明】:
[0023]I 石墨电极(阴极)
[0024]2 炉壳
[0025]3 导电热修补料
[0026]4 儀碳砖衬
[0027]5 轻质镁砖(永久层)
[0028]6 镁钙质干式料
[0029]7 导电镁碳质捣打料
[0030]8 金属电极(钢针或钢片)
【具体实施方式】
[0031]为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
[0032]本直流电弧炉底电极结构，其中所述的底电极结构为复合底阳极结构，所述的底电极结构包括数个竖直间隔安装于炉底的金属导电元件，所述的金属导电元件之间的间隔由耐火材料填充，在所述的间隔的下部由不导电耐火材料填充，在所述的间隔的上部由第一导电耐火材料填充，在所述的金属导电元件顶部铺置一层第二导电耐火材料。
[0033]本发明所述的金属导电元件为钢片或钢针;所述的金属导电元件的高度大于所述的炉底厚度的2/3;所述的由不导电耐火材料填充的间隔的高度小于或等于所述的炉底厚度的1/2;所述的不导电耐火材料为镁钙质干式料;所述的第一导电耐火材料为镁碳质捣打料;所述的第二导电耐火材料为镁碳质捣打料和热修补料。
[0034]其中所述的导电耐火材料与金属导电元件之间的接触面积(m2)彡0.054X供电流强度(KA);所述的镁碳质捣打料碳化后的性能参数包括:电阻率<3 X 10—4 Ω.m，体积密度彡2.8g/cm3，耐压强度彡20MPa，MgO+C彡85 % ;所述的镁碳质热修补料碳化后的性能参数包括:电阻率彡3 X 10—3 Ω.m，体积密度彡2.2g/cm3，耐压强度彡12MPa，Mg0+C彡85%。
[0035]本发明的直流电弧炉底电极结构的应用，其中所述的底电极结构用于炼钢。
[0036]实施例1:
[0037]对1t钢针式直流电弧炉，当安装好金属阳极钢针后，捣打厚度350mm的干式镁钙质捣打料6，值得指出的是，为了致密化，每次加料厚度不得大于100mm，要用专门震动捣打设备进行捣打施工。然后添加镁碳质导电捣打料7进行施工，镁碳质导电捣打料与钢针重合厚度为300mm，在钢针以上再捣打导电的镁碳质捣打料50mm厚。捣打施工方法同干式镁钙质捣打料。一定要打密实。这不但对抗侵蚀而且对导电性都有重要意义。然后砌筑镁碳砖炉衬，再用干式镁钙质捣打料捣打电炉周边及斜坡。这样就可以添加炼钢原料、供电进行炼钢了。在底电极接铜板风冷或自然冷却的条件下，炉底外表面温度可在250°C，运转到一定炉次后，对该炉子也进行了热态修补，情况良好，该电炉处于正常运行状态。
[0038]实施例2:
[0039]当安装好金属阳极钢片后，捣打厚度400_的干式镁钙质捣打料6，值得指出的是，为了致密化，每次加料厚度不得大于100mm，要用专门震动捣打设备进行捣打施工。然后添加镁碳质导电捣打料7进行施工，镁碳质导电捣打料与钢片重合厚度为200mm，在钢片以上再捣打镁碳质捣打料200mm厚。捣打施工方法同干式镁钙质捣打料。一定要打密实。这不但对抗侵蚀而且对导电性都有重要意义。然后砌筑镁碳砖炉衬，再用干式镁钙质捣打料捣打电炉周边及斜坡。这样就可以添加炼钢原料、供电进行炼钢了。在底电极接铜板风冷或自然冷却的条件下，炉底外表面温度可在300°C以下，侧墙表面温度可在350°C以下，可使电炉正常运行。
[°04°]金属导电元件与镁碳质耐火材料导电元件之间的接触面积(m2)X).054 X供电流强度(KA)，这可以有效防止底电极发热，能够安全工作。导电镁碳质捣打料，碳化后性能是:电阻率彡3X10—4Ω.m，体积密度彡2.8g/cm3，耐压强度彡20MPa，Mg0+C彡85%，它主要用于冷态捣打施工以延长底电极的使用寿命。导电的镁碳质热补料，其特征是碳化后性能是:电阻率彡3 X 10—3 Ω.πι，体积密度彡2.2g/cm3，耐压强度彡12MPa，Mg0+C彡85%，它主要用于热态投补，在炼钢热态下，投入该料，可以热自流平，填补侵蚀严重的坑凹出，热态加长底电极，在不停炉生产的情况下，延长底电极的使用寿命。
[0041 ]本发明的直流电弧炉炉底电极的结构用不导电的隔热和耐侵蚀的镁钙质干式料填充导电钢针或钢片之间的间隙，并捣打致密化，起到隔热和耐侵蚀的作用，同时保护了阳极钢片和钢针，该料层厚度由供电强度决定，一般为整个炉底厚度的50%。再往上的炉底和钢片或钢针之间的间隙用导电的镁碳质捣打料填塞并捣打而成。这样的底电极的下部分是靠钢针或钢片导电，中部为导电镁碳捣打料和钢针或钢片混合型导电，因为是散装的具有塑性的捣打料，导致导电镁碳捣打料与金属钢片或钢针界面结合致密，界面电阻很小。上部就是镁碳质捣打料进行导电。这样的直流电弧炉的底电极因可以用导电捣打料7进行冷修，也可以随时用导电热补料3进行热补，这就同交流电炉一样，炉底电极寿命可控，不会因为底电极而停炉和影响设备作业率。同时也可以降低耐火材料单耗，对降低成本提高安全性具有重要意义。
[0042]本发明就是把钢针型和钢片型的金属底阳极型的直流炼钢电弧炉变为可以冷态和热态修补的导电耐火材料型直流炼钢电弧炉。这样可以显著提高底阳极的使用寿命，对提高炼钢效率和降低成本具有显著的效果。
[0043]本发明的目的通过下列途径实现:(I)把钢针或钢片型底阳极的中上部不用镁钙质干式捣打料，而用导电的镁碳质捣打料。(2)在热运转过程中，即在生产过程中，当遇到底阳极侵蚀快等情况导致炉底温度过高时，可以出净钢液，用氧枪吹扫干净底阳极上表面的钢渣后，将热修补料投入底阳极上面即可，该热补料就会在热的情况下自流平，并碳化，与原来的残底阳极牢牢结合在一起。这个过程只有30?60mins。然后就可以进行加料炼钢。因此，热补可以根据具体情况随时用导电热修补料对其进行热态修补；(3)当要更换出钢口、换渣线等炉子冷却下来时，可以同时冷修底阳极。当炉子冷却下来后，清理干净底阳极表面的钢渣，用导电镁碳质捣打料对其进行捣打，使之达到原始厚度，以维持底阳极的长度和炉底温度在安全操作水平。
[0044]本发明的优点在于:通过采用导电耐火材料，把金属型底阳极变成了金属和导电耐火材料组合起来的复合底阳极。这样就把不可修补的金属底阳极变成了可以进行冷态修补和热态修补的底阳极，从而大大提高了底阳极的使用寿命。这样，就提高了这种电炉炼钢的作业率，降低了炼钢成本和提高了设备的利用率。
[0045]在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书应被认为是说明性的而非限制性的。
【主权项】
1.一种直流电弧炉底电极结构，其特征在于，所述的底电极结构为复合底阳极结构，所述的底电极结构包括数个竖直间隔安装于炉底的金属导电元件，所述的金属导电元件之间的间隔由耐火材料填充，在所述的间隔的下部由不导电耐火材料填充，在所述的间隔的上部由第一导电耐火材料填充，在所述的金属导电元件顶部铺置一层第二导电耐火材料。2.根据权利要求1所述的直流电弧炉底电极结构，其特征在于，所述的金属导电元件为钢片或钢针或者二者复合。3.根据权利要求1所述的直流电弧炉底电极结构，其特征在于，所述的金属导电元件的高度大于所述的炉底厚度的2/3。4.根据权利要求1所述的直流电弧炉底电极结构，其特征在于，所述的由不导电耐火材料填充的间隔的高度小于或等于所述的炉底厚度的1/2。5.根据权利要求1所述的直流电弧炉底电极结构，其特征在于，所述的不导电耐火材料为干式碱性耐火捣打料。6.根据权利要求1所述的直流电弧炉底电极结构，其特征在于，所述的第一导电耐火材料为镁碳质捣打料。7.根据权利要求1所述的直流电弧炉底电极结构，其特征在于，所述的第二导电耐火材料为镁碳质捣打料和热修补料，且优先选用的是导电的镁碳质热修补料。8.根据权利要求1所述的直流电弧炉底电极结构，其特征在于，所述的第一导电耐火材料与金属导电元件之间的接触面积(m2)彡0.054 X供电流强度(KA)。9.根据权利要求6或7任一项中所述的直流电弧炉底电极结构，其特征在于，所述的镁碳质捣打料碳化后的性能参数包括:电阻率彡3 X 10—4 Ω.m，体积密度彡2.8g/cm3，耐压强度彡 20MPa，Mg0+C 彡 85%。10.根据权利要求7所述的直流电弧炉底电极结构，其特征在于，所述的镁碳质热修补料碳化后的性能参数包括:电阻率彡3 X 1—3 Ω.m，体积密度彡2.2 g / c m3，耐压强度彡12MPa，MgO+C 彡 85%。11.一种权利要求1至10中任一项所述的直流电弧炉底电极结构的应用，其特征在于，所述的底电极结构用于炼钢。
【文档编号】C21C5/52GK106091671SQ201610545796
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】田守信, 蓝振华, 柯美亚, 赵玲娣, 王礼玮
【申请人】上海彭浦特种耐火材料厂有限公司, 上海柯瑞冶金炉料有限公司, 山东柯信新材料有限公司