专利名称：强电流电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种尤其用于电弧炉的强电流电极，该强电流电极具有 基体以及沉积在该基体上的涂层。
背景技术：
在所谓的电弧炉、也被称为Elektrolichtbogenofen中，熔化不同 质量的碎钢。为此，借助电极在电极和碎钢之间点燃电弧，并且用这种 方式产生为熔化碎钢所需要的热能。由于该引入的热能，在引入碎钢的 所谓炉的装金属液容器中形成液态钢以及液态炉渣。这种形式的电弧炉 可以从例如DE 38 14 261 Al中得悉。
为了能够引入熔化所所要的热能，需要高电能。典型地由三相的炉 变压器给三个电极馈电，当电压达到大概2000伏特时，该三相电炉能 够提供直到100kA的电流。因此，可以将强电流电极理解为尤其用于以 下应用的电极，在这种应用中，给电极施加至少两位数字的kA级电流， 尤其是超过100kA的电流。
在电弧炉工作的过程中，电极经受了极端的电、热以及化学负荷。 由于高功率输入而逐渐消耗了电极。为了保持稳定的电弧，可以调节电
极进入和退出，也就是调节熔融金属与电极之间的距离。在此在不利的 运行情况下，可能导致电弧断开和/或电极被短时间浸入金属熔液中。
通常将几个电极组合成所谓的电极股(Elektrodenstrang)，其中 各个电极彼此机械地用所谓的插口 (Schachteln)和插头(Nippeln) 连接。由此实现了持续长时间地驱动电弧炉，并且在电极股上从后面连 续地安装其它的新电极。因为电极消耗构成了运行费用中的重要部分， 因此致力于形成尽可能耐用的电极。例如在DE 33 15 975 Al中设置了 具有由硅酸盐涂料制成的保护层的电极。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供具有较长使用寿命以及低燃损比的电极。
该技术问题根据本发明通过尤其用于电弧炉的强电流电极解决，该 强电流电极具有基体以及沉积在该基体上的涂层，该涂层具有可传导的 矩阵以及嵌入该矩阵中的硬质材料颗粒，并且该涂层尤其由具有嵌入的 硬质材料的这种矩阵构成。在此，基体优选由碳/石墨构成，从而基体 主要通过商业上惯用的未被涂层的石墨电极构成。
通过附加的用作保护层的涂层，保护了构成实际电极的基体免受高 负荷，由此，与常规简单的石墨电极相比，整个电极的使用寿命明显地 提高了。出人意料的是，将硬质材料颗粒纳入可传导的矩阵中明显提高 了电极的使用寿命。与硬质材料颗粒相比，该矩阵在此明显更易延展， 因此是一种比较柔软的，尤其是金属的原料，该原料优选具有最大约为
180到230HV(u的维氏硬度。按照维氏的硬度确定可以从标准DIN EN ISO 6507中得悉。嵌入的硬质材料颗粒具有相对明显更高的硬度，例如它们 具有比矩阵原料提高了大于2倍的粘度以及表面硬度。通过使用可传导 的矩阵，尤其是金属矩阵，涂层另外还具有足够好的导电性，从而进一 步实现了流过电极的高电流，而没有因为提高了涂层中的电阻而产生附 加的热负荷。
合乎目的地在此引入所谓的CNT颗粒(CNT: Carbon Nano Tubes, 碳纳米管)作为硬质材料颗粒。Carbon Nano Tubes是碳纳米管，该碳 纳米管的直径典型地小于lOOmn至几个nm。这些管状结构的壁由碳构 成。CNT颗粒由许多这种类型的碳纳米管构成。采用CNT颗粒作为硬质 材料颗粒的特殊优点在于该CNT颗粒的极好的导电性，较高的导热性以 及机械电阻率。基于与导热性配合的良好的导电性，该CNT颗粒具有极 高的电流负载能力。
也可以用金刚石颗粒(Diamantpartikel )、 碳化硼颗粒 (Borcarbidpartikel )、 鴒 (Wolfram ) 或者碳化鴒颗粒 (Wolframcarbidpartikel )作为硬质材料颗粒来代替CNT颗粒。这些 硬质材料颗粒都导致涂层的明显改善，尤其是涂层的机械电阻率的改 善。然而优选CNT颗粒，因为CNT颗粒具有惊人的特性，尤其是它极好 的导电性。
为了实现涂层的极高的电阻率，涂层中的硬质材料颗粒部分优选占 涂层体积的约10%到40%。
4此外优选硬质材料颗粒具有微米级的大小，尤其是几个微米到50 微米。除此之外也可以补充地使用或者只使用纳米级大小的硬质材料颗 粒，例如从10纳米到几百纳米。
可导电的矩阵在此优选由铜或铜合金构成。铜或铜合金与硬质材料 颗粒的组合提供了具有对计划的应用情况来说极好特性的涂层。尤其是 由铜和CNT颗粒构成的配对具有极高的导电性以及导热性。除此之外， 该涂层提供了针对其它负荷的有效保护，由此与常规的石墨电极相比， 该电极的燃损比与磨损整体上有了显著的改善。
为了取得这种改善的燃损比，另外在为此目的的配置中规定，涂层 具有大约多达几毫米的厚度，例如在1毫米到3毫米的范围内。在此涂 层厚度是以涂层的特性为导向的。如果该涂层具有例如极好的电学特 性，那么该涂层可以如规定的那样以毫米级大小形成。如果选择具有较 差导电性的涂层，为了不阻碍电流通过以及不因为提高电阻而提高温度 负荷，优选将涂层保持得尽可能地薄并且例如保持在微米级大小(例如 小于50微米)。相反也可以在使用具有极好导电性和导热性的涂层时提 高涂层厚度，例如沉积到10mm的涂层厚度。
这种厚度的涂层在此优选利用喷涂法来涂覆，例如利用所谓的冷气 喷涂(Kaltgasspritzen )或者热喷涂法，例如火焰喷涂 (Flammspritzen)。因此可以实现几乎任意的涂层厚度，尤其是对基体 多次涂覆的时候。
在优选的配置中，可以用电解方式涂覆涂层，以替换用喷涂法来形 成涂层。利用这两种方法给出了涂层在基体上的良好的附着性，从而即 使在极度负荷的情况下也可以避免剥落。
下面借助附图进一步阐述本发明的实施例。分别在示意性和极度简 化的附图中
图1示出侧视图中的电弧炉切面图，
图2示出用于为电弧炉构成电极股的一个电极的截面图。
在附图中，为相同部件提供相同的附图标记。
具体实施例方式
5在图1中极度筒化示出的电弧炉具有炉的装金属液容器2，该炉的装金属液容器通常可以用没有进一步示出的盖子关闭，通过这个盖子，石墨电极股4可以在双向箭头示出的方向上垂直地进入和退出。在炉的金属液容器2中引入碎钢作为熔化物3来熔化。为了熔化，将电极股4一直引导到靠近碎钢的表面，并且点燃电弧。为了保证电弧的稳定燃烧，通过调节电极股高度来移动电极股4。
通过所谓的炉变压器6来提供为保持电孤所需要的电能。通常设置3个电极股4，这3个电极股分别与在炉变压器6次级侧的一相连接。电极4在此通过强电流系统与炉变压器6的次级侧连接。在次级侧的接线柱8上，通过弹性连接器7连接的强电流管或者强电流轨道9掉落为弹性的尤其是由水冷却的强电流电缆IO，该强电流电缆分别在一个电极支架12的一端上与该电极支架电气连接。电极支架12可利用实施为升降柱的电极杆14在双向箭头的方向上垂直移动。电极支架12伸到炉的金属液容器2的上方，并且利用接线柱形式的电极固定装置分别承载了一个电极股4。电极股4在此大致设置在等边三角形的顶点位置。
电极股分别由多个电极16构成。
在图2中举例示出这种类型的电极16。电极16在该实施例中由实心的、由固体物质构成的石墨基体18以及沉积在该基体18上的涂层20构成。在基体18的两个端面上具有位于中心并大致为圆形的凹陷，在该凹陷的圓柱形侧壁上加工有螺紋。这种通常称为插口 22的容器，用于容纳按照螺丝形式形成的插头24。为了形成由多个电极16构成的电极股4，两个电极16通过插头24在纵向上相互连接。
在该实施例中涂层20完全包裹基体18，并且还设置在插口 22的区域内以及在相邻电极16相互冲撞的端面区域内。在此可替换地也存在这种可能性，即为了在两个相邻电极16的基体18的端面之间实现直接接触，或者为了保证插头24的螺紋与插口 22的螺紋直接啮合，在插口22的区域内和/或在该端面区域内省略涂层。
涂层20主要由具有嵌入的硬质材料颗粒28的铜矩阵26构成。硬质材料28在此尤其是实施为所谓的CNT颗粒，该CNT颗粒分别具有几个微米级的颗粒大小，例如最大直至50微米。在此铜矩阵26也可以理解为铜合金矩阵。硬质材料28的部分占涂层20体积的例如10%到40%。构成了非常耐负荷的电极16，由此与常规的纯石墨电极相比，该电极16的燃损比有了明显的改善。
权利要求
1. 一种尤其用于电弧炉的强电流电极(16)，所述强电流电极具有基体(18)以及沉积在所述基体上的涂层(20)，其特征是，所述涂层(20)具有传导矩阵(26)，该传导矩阵(26)具有嵌入矩阵中的硬质材料颗粒(28)。
2. 根据权利要求1所述的电极(16)，其特征是，使用导电颗粒作为硬质 材料颗粒(28 )。
3. 根据权利要求1或2所述的电极(16 )，其特征是，设置CNT颗粒作为 硬质材料颗粒(28 )。
4. 根据上述任何一项权利要求所述的电极(16),其特征是，所述硬质 材料颗粒(28)的部分在所述涂层(20)中占体积的10%到40%。
5. 根据上述任何一项权利要求所述的电极(16)，其特征是，所述硬质 材料颗粒(28)具有微米级的大小，尤其是在几微米到50微米范围内。
6. 根据上述任何一项权利要求所述的电极(16)，其特征是，所述传导 矩阵(26)由铜或铜合金构成。
7. 根据上述任何一项权利要求所述的电极(16)，其特征是，所述涂层 (20)具有大约1到3毫米的厚度。
全文摘要
为了在用于电弧炉的电极(16)中改善燃损比，为电极(16)的基体(18)配置涂层(20)，该涂层具有嵌入了硬质材料颗粒(28)的传导矩阵(26)。在此优选CNT颗粒作为硬质材料颗粒(28)。
文档编号H05B7/00GK101502172SQ200780029826
公开日2009年8月5日 申请日期2007年8月2日 优先权日2006年8月10日
发明者A·多贝勒, T·桑特根, T·马特舒莱特 申请人:西门子公司