一种安装在石墨真空炉内的石墨电极的制作方法

本实用新型涉及一种真空冶金设备，具体是一种安装在石墨真空炉内的石墨电极。

背景技术：

在金属冶炼过程中，特别是在有色金属火法还原冶炼过程中，得到的粗金属产品，往往熔解了其它不同的金属，如粗锡中熔解了铁、铅、银，粗锌中熔解了铜、镉、铅，粗铅中熔解了银、锡、锌。粗金属产品需要进行精炼，脱去其中的杂质元素，才能最终得到产品。在粗金属精炼过程中，有物理方法除杂，也有化学方法除杂，熔析法、凝析法、结晶法、区域熔炼法、蒸馏法等属于物理方法，加入试剂法、电解法、氧化法、还原法等属于化学方法。

蒸馏分离是物理方法中的一种，利用粗金属产品中不同的金属存在着沸点差，在真空状态下进行蒸馏分离，达到分离金属、产出合格品的目的，如火法粗锌通过铅塔和镉塔蒸馏分离后，可以分离粗锌中的铅、镉、铜、铁、锡、铟等杂质元素，产出合格锌锭产品。根据粗金属沸点的温度，蒸馏分离可以在常压下进行，也可以在真空下进行，如锌的沸点较低，在常压下进行，而锡的沸点较高，可以选择真空下进行。真空蒸馏分离具有现场环境好、金属损失少、占地面积小、资金投入省等优点，是金属蒸馏分离的发展趋势，但由于真空蒸馏分离是在真空条件下进行，炉内压力与炉外压力差很大，设备需要承受很大压力，这决定了真空蒸馏炉的外部尺寸不可能太大，因此设备产能是限制真空蒸馏炉发展及推广应用的主要瓶颈之一。

石墨真空蒸馏炉，简称石墨真空炉，由于石墨具有熔点高、沸点高、导电导热能力好、高温抗变形能力强、容易加工、价格低廉等优点，且抗氧化能力和自身强度适中，是真空蒸馏炉结构件的理想材料，石墨真空炉的核心部件均为石墨加工件，如发热电极、蒸发盘、冷凝盘、集液盘等。工作时，电流通过石墨电柱体，电柱体存在电阻形成电阻发热，石墨电柱电阻小、电流大，在短时间内能够产出很大的热量，并以辐射方式直接传热给蒸发盘加热，因此，石墨真空炉热利用率较高，小型真空炉达到40％以中，中型真空炉达到50％以上，大型真空炉能够达到60％以上；另外，由于蒸馏在真空条件下进行，气相压力低，加大了液体与气体的蒸汽压力差，加快了金属蒸发分离的速度，因此，石墨真空炉的设备虽然较小，但效率较大，如1台每天处理20吨焊锡的真空炉，包括其附属设备，总占地面积不到30平方米。

目前在工业生产应用的石墨真空炉，尽管具有热效率高、金属损失小、现场环境好的优点；但设备的大型化受到了限制，主要原因是在真空炉内只设置一个发热电极，一个发热电极，一是提供的热量有限，二是对石墨蒸发盘的辐射加热面积有限，三是电极的三个电流相体聚集在一个圆柱上，加工复杂，无法实现大电极整体加工。设备大形化受到了限制，既降低了设备产能和劳动生产效率，无形中增加了人力、物力和财力消耗，这也限制了石墨真空炉各项技术指标和经济指标的进一步提升。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种安装在石墨真空炉内的石墨电极，使用本发明所述的石墨电极，具有结构简单、加工方便、发热能力强、热辐射能力大等优点，能够使石墨真空炉提高设备产能、提高生产效率、降低生产成本、降低能源消耗。

本实用新型通过以下技术方案实现上述目的：一种安装在石墨真空炉内的石墨电极，包括三个电极柱体和电极柱体连接盖，具体结构和连接关系为：

所述三个电极柱体均为设有上下两个圆孔形凹槽的圆柱体，电极柱体连接盖为设有三个圆柱形凸槽的圆形盖板，电极柱体下端中心的圆柱形空洞为下圆孔形凹槽，电极柱体上端中心的圆柱形空洞为上圆孔形凹槽，上圆孔形凹槽与下圆孔形凹槽不连通，电极柱体连接盖上方为圆形盖板，圆形盖板外沿下方设有三个在圆周上平均分布的圆柱形凸槽，工作时，每个电极柱体的上圆孔形凹槽与电极柱体连接盖的三个圆柱形凸槽分别连接，形成石墨电极。

所述石墨电极由四个部件组成，其中有三个部件为电极柱体，另外一个部件为电极柱体连接盖，每个部件均为石墨整体结构。

所述电极柱体为三个，三个电极柱体结构相同，电极柱体高1000～3000mm，外直径100～300mm。

电极额定功率300～1000kVA。

石墨真空炉内的真空度为5～500Pa。

工作原理及过程：

在石墨真空炉内，石墨电极的三个电极柱体下端圆孔形凹槽部分分别插入到三个电级母线金属导电头内，然后将适当数量的蒸发盘自下而上穿过三个电极柱体，接着将电极柱体连接盖的三个圆柱形凸槽分别插入到三个电极柱体，最后在电极柱体下端圆孔形凹槽与金属导电头的连接处和电极柱体上端圆孔形凹槽与连接盖圆柱形凸槽的连接处，加入低熔点高沸点的锡铜合金或锡铁合金。当输入三相电源时，三相电流首先分别通过三个电极母线金属导电头，然后通过锡铜合金或锡铁合金分别流经三个电极柱体，接着通过锡铜合金或锡铁合金流经连接盖圆柱形凸槽，最后在连接盖中心汇合，完成三相电流接通。当电流流经电极柱体时，由于电极柱体存在电阻，电能转换为热能，电极柱体发出很大热量，并将热量以辐射方式传递给蒸发盘，蒸发盘受到电极柱体的辐射加热温度上升，并将大部分热量传导给蒸发盘内的粗金属液体，粗金属液体温度也跟随升高，使粗金属液体中低沸点的金属元素优先挥发到气相中，粗金属液体中高沸点的金属元素继续留存在液体中，引发粗金属合金的蒸馏分离。

本实用新型的突出优点是：

(1)、结构简单、加工方便。现有的石墨真空炉，三个相电极同设计在一个石墨圆柱体内，结构复杂，由于石墨很脆，容易破碎，加工难度大，加工时废品率高，且在保管、存贮、装卸、运输、安装、使用及维护过程中，非常容易损伤或损坏，导致电极加工件价格昂贵。本发明将电极拆分为四个部件，发热电极柱体为一个简单的圆柱体，连接盖为一个带三个圆孔形凹槽的盖板，每个部件的结构都很简单，容易加工，成品率高，且在保管、存贮、装卸、运输、安装、使用及维护过程中，不容易损伤或损坏，有效降低了电极加工件的价格。

(2)、发热能力强、热辐射能力大。由于本实用新型结构简单，加工容易，因此，能够加工制作更大的电极；另外，三个电极分别设置在三个独立的电极柱体上，电极柱体的自身体积变大，电极柱体的表面积也变大，这样，电极柱体既能通过更大的电流，将更多的电能转换为热能，电极柱体发热能力强，同时也能够将更多的热量通过表面辐射传递给蒸发盘，热辐射能力大。由于发热能力强、热辐射能力大，因此，可以用于功率较大的石墨真空炉内，电极功率可以达到1000kVA，为提升设备产能创造了条件。

(3)节能。设备产能的提升，在提高生产效率的同时，也起到降低能源消耗、降低生产成本作用。如现有的石墨真空炉发热电极，最大功率为250kVA，处理Sn75％、Pb25％的焊锡合金时，每天处理20吨，电能消耗为300千瓦时/吨焊锡合金；而安装了本发明所述的石墨电热电极后，通常功率为600kVA，处理Sn75％、Pb25％的焊锡合金时，每天处理约60吨，电能消耗为240千瓦时/吨焊锡合金，节能达到20％。使用本实用新型之所以节能，这是由于①设置了三个独立发热的电极柱体，对蒸发盘形成三个方向的传热，不仅增加了受热面积，提高了受热能力，同时还能够使蒸发盘的受热更平衡，蒸发盘内的温度更均匀，金属的蒸发更均衡，提高了蒸发效果；②独立发热的电极柱体，可以使蒸发盘的数量增多，蒸发盘之间的传质与传热更多，减少了高沸点物质的蒸发能源消耗，从而提高了能源利用效率；③设备及设备产能的大形化，降低了额外损耗的分摊，减少了能源额外损耗。

附图说明

图1为本实用新型所述的安装在石墨真空煽内的石墨电极的结构示意图。

图2为本实用新型所述的安装在石墨真空炉内的石墨电极的俯视图。

图3为本实用新型所述的安装在石墨真空炉内的石墨电极的电极柱体部件图。

图4为本实用新型所述的安装在石墨真空煽内的石墨电极的电极柱体连接盖部件图。

图中标记为：第一个电极柱体1、电极柱体下圆孔形凹槽1-1、电极柱体上圆孔形凹槽1-2、第二个电极柱体2、第三个电极柱体3、电极柱体连接盖4、圆形盖板4-1、圆柱形凸槽4-2、圆柱形凸槽4-3、圆柱形凸槽4-4。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述。

实施例1

如图1所示，本实施例为本实用新型所述的安装在石墨真空炉内的石墨电极，由四个部件组成，其中有三个部件为电极柱体，另外一个部件为电极柱体体连接盖，电极柱体为一个设有上下两个圆孔形凹槽的圆柱体，电极柱体连接盖由圆形盖板和三个圆柱形凸槽组成。

具体结构和连接关系为：第一个电极柱体1、第二个电极柱体2、第三个电极柱体3下端中心的圆柱形空洞为电极柱体下圆孔形凹槽1-1，电极柱体上端中心的圆柱形空洞为电极柱体上圆孔形凹槽1-2，电极柱体上圆孔形凹槽1-2与电极柱体下圆孔形凹槽1-1不连通；电极柱体连接盖4上方为圆形盖板4-1，圆形盖板4-1外沿下方设有三个在圆周上平均分布的圆柱形凸槽4-2、圆柱形凸槽4-3、圆柱形凸槽4-4；工作时，第一个电极柱体1、第二个电极柱体2、第三个电极柱体3的上圆孔形凹槽1-2与电极柱体连接盖4的圆柱形凸槽4-2、圆柱形凸槽4-3、圆柱形凸槽4-4分别连接，形成石墨电极。

所述的一种安装在石墨真空炉内的石墨电极，三个电极柱体部件结构相同，电极柱体高1000～3000mm，电极柱体外直径100～300mm，石墨电极额定功率300～1000kVA，石墨真空炉内的真空度为5～500Pa。

实施例2

本实施例为本实用新型所述的安装在石墨真空炉内的石墨电极的第一应用实例。

石墨电极的每个电极柱体高1000mm，外直径100mm，上圆孔形凹槽孔直径50mm、孔深60mm，下圆孔形凹槽孔直径40mm、孔深900mm，电极柱体连接盖的盖板直径300mm、厚度10mm，连接盖圆柱形凸槽直径40mm、高55mm。

石墨电极安装在20级蒸发盘石墨真空炉内，启动真空系统后，炉内真空度5Pa，输入22伏的三相交流电压后，每个电极柱体渡过8660安培的电流，电极功率为300kVA。

将温度280℃含Sn80％、Pb20％的金属合金液体，以真空虹吸方式按1.25t/h的速度连续加入石墨真空炉内，进行真空蒸馏后，得到含Sn99.995％、Pb0.005％的锡液1.0t/h和含Pb99.996％、Sn0.004％的铅液0.25t/h。锡液和铅液分别浇铸冷却后得到锡锭产品和铅锭产品，对外销售。

实施例3

本实施例为本实用新型所述的安装在石墨真空炉内的石墨电极的第二应用实例。

石墨电极的每个电极柱体高2000mm，外直径200mm，上圆孔形凹槽孔直径140mm、孔深80mm，下圆孔形凹槽孔直径120mm、孔深1850mm，电极柱体连接盖的盖板直径500mm、厚度15mm，连接盖圆柱形凸槽直径120mm、高75mm。

石墨电极安装在30级蒸发盘石墨真空炉内，启动真空系统后，炉内真空度50Pa，输入30伏的三相交流电压后，每个电极柱体渡过12000安培的电流，电极功率为623kVA。

将温度330℃含Sn95％、Sb5％的金属合金液体，以真空虹吸方式按2.0t/h的速度连续加入真空炉内，进行真空蒸馏后，得到含Sn99.981％、Sb0.019％的锡液1.9t/h和含Sb99.92％、Sn0.08％的锑液0.1t/h。锡液和锑液分别浇铸冷却后得到锡锭产品和锑锭产品，对外销售。

实施例4

本实施例为本实用新型所述的安装在石墨真空炉内的石墨电极的第三应用实例。

石墨电极的每个电极柱体高3000mm，外直径300mm，上圆孔形凹槽孔直径220mm、孔深100mm，下凹孔直径200mm、孔深2800mm，电极柱体连接盖的盖板直径700mm、厚度20mm，连接盖圆柱形凸槽直径200mm、高95mm。

石墨电极安装在45级蒸发盘石墨真空炉内，启动真空系统后，炉内真空度500Pa，输入38.5伏的三相交流电压后，每个电极柱体渡过15000安培的电流，电极功率为1000kVA。

将温度460℃含Pb90％、Zn10％的金属合金液体，以真空虹吸方式按3.0t/h的速度连续加入真空炉内，进行真空蒸馏后，得到含Pb99.992％、Zn0.008％的铅液2.7t/h和Zn99.992％、Pb0.003％的锌液0.3t/h。铅液和锌液分别浇铸冷却后得到铅锭产品和锌锭产品，对外销售。