风冷触针式底电极的制作方法

1.本发明属于炉内或炉上的电热元件领域，具体涉及一种直流电弧炉的风冷触针式底电极。


背景技术：

2.直流电弧炉的底电极目前主要有风冷触针式底电极、水冷棒式底电极、导电炉底三种型式，其中风冷触针式底电极因其安全隐患小，在实际中多有应用。
3.目前使用的风冷触针式底电极主要由下部集电板、中间导流板、上部基板、(风冷)冷却腔，以及负责从下部集电板引导电流进入炉内的多个导电触针组成。导电触针又有两种型式，一种型式参照专利93108202.1，导电触针下端连接固定在集电板上，向上穿过冷却腔、基板，然后伸入炉内，即每根导电触针从炉外到炉内是一体的，外部电流主要是通过集电板、触针直接导入炉内。另一种型式参照专利申请201911008334.2，该导电触针是分体的，即触针在基板处是断开的，并分成了炉外触针和炉内触针，炉外、炉内触针与基板的下表面和上表面分别焊接在一起，底电极工作时，外部电流需经过集电板、炉内外触针外，还需要流过基板才能导入炉内。
4.第一种型式的底电极，其触针是一体的，加工制作方便，外部电流经过触针直接导入炉内，电流导通路径直接、通畅，但该结构型式在触针、冷却风道布局上容易受到空间局限，适合于中小型容量的直流炉。第二种型式的底电极，其炉内炉、外触针是分体的，使得炉内、外触针，以及冷却风道布置起来更加灵活方便，但电流导通路径上增加了基板和很多焊缝，因此对焊接和制作要求较高，适合于中大型容量的直流炉。
5.目前两种风冷触针式底电极存在如下问题：触针的炉内部分均埋在炉底耐火材料中，电炉在烘炉和热试过程中，炉底耐材受热膨胀，会挤压和拉伸包裹在其中的各个触针，被炉底耐材包裹的触针承受较大的向上的拉应力。对于分体型的触针式底电极，触针与基板的焊缝处容易拉裂，影响导电性；对于一体型触针式底电极，触针与集电板的连接处承受较大的拉应力，实际中有导电结合面被拉分离，甚至有带测温孔触针被拉断的情况，从而影响了触针的实际导电效果。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风冷触针式底电极，以解决炉内触针受到耐材膨胀引起的拉应力问题，进而改善其导电性能。
7.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种风冷触针式底电极，包括集电板、导流板、基板以及触针；基板通过销接装置绝缘固定在炉壳底板上，导流板固设在基板的下端面上，导流板下方设有集电板，该集电板与导流板以及基板配合形成冷却腔；触针的下部穿过集电板并通过连接件与集电板可拆卸连接，触针的导电端面与集电板的上表面紧密压接。
9.集电板通过螺栓连接装置与基板相拉紧、且导流板的下端面与集电板间留有缝
隙；该螺栓连接装置包括螺栓、弹性垫板、套筒与螺母；弹性垫板与套筒设置在基板与集电板之间，螺栓的下端头依次穿过基板、弹性垫板、套筒以及集电板后通过螺母紧固在集电板上，以使螺栓的上端头、弹性垫板的上端面对应压紧在基板上，同时套筒的下端面对应压紧在集电板上。
10.进一步，集电板的中心部位设置有冷却风的进风口，基板的中心区域设置有锥状的导流座，该导流座的锥顶端正对下方集电板的进风口。
11.进一步，导流板有多片且均为弧形板，各导流板以导流座为中心并呈放射状均匀焊接在基板下方，以将冷却腔分隔成多个螺旋状的冷却风道。
12.进一步，触针围绕集电板的进风口均匀布置有多个，各触针均位于冷却风道内或冷却风道的进风口处。
13.进一步，触针的下部开有测温孔，测温孔内安装有测温热电偶。
14.进一步，触针的下部为测温热电偶，该测温热电偶穿过集电板并通过螺母与集电板连接在一起。
15.进一步，集电板的边缘处设置有与外部供电线路相连接的导电连接端。
16.进一步，螺栓连接装置有多个，其绕集电板的中心均匀布置；螺栓连接装置中的弹性垫板为蝶形弹簧。
17.进一步，销接装置有多个，绕基板中心均匀布置；各销接装置包括销轴与绝缘套，其中销轴焊接在炉壳底板上，基板上对应设有穿过销轴的销孔，绝缘套套装在销轴上且位于销孔内，销轴的下端伸出销孔且其上插装有楔形销，基板与炉壳底板间设有绝缘垫，基板与楔形销间依次设有绝缘垫与金属垫。
18.本发明的有益效果在于：
19.通过对触针工作状态下所承受的拉应力和发生的形变量进行计算，根据计算结果合理选择弹性垫板的承载力和变形量，同时合理设定集电板和导流板之间的缝隙，即可抵消触针所受拉应力，进而改善触针导电效果。
20.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
21.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
22.图1为本方案的立面图；
23.图2为冷却腔的俯视图；
24.图3为触针的结构示意图；
25.图4为螺栓连接装置的结构示意图；
26.图5为销接装置的结构示意图。
27.附图标记：
28.集电板1、导流板2、基板3、触针4、炉底耐材5、炉内熔池6、销接装置7、螺栓连接装
置8、测温热电偶9、炉壳底板10、冷却风道11、缝隙12；
29.导电连接端1.1、进风口1.2；导流座3.1；
30.螺杆段4.1、导电端面4.2、测温孔4.3；
31.销轴7.1、楔形销7.2、金属垫7.3、绝缘垫7.4、绝缘套7.5；
32.螺栓8.1、弹性垫板8.2、套筒8.3、螺母8.4。
具体实施方式
33.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
35.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
36.请参阅图1～图5，为一种风冷触针式底电极，包括集电板1、导流板2、基板3以及触针4；基板3通过销接装置7绝缘固定在炉壳底板10上，导流板2固设在基板3的下端面上，导流板2下方设有集电板1，该集电板1与导流板2以及基板3配合形成冷却腔；触针4的下部穿过集电板1并通过连接件与集电板1可拆卸连接，触针的导电端面4.2与集电板的上表面紧密压接。
37.集电板1通过螺栓连接装置8与基板3相拉紧、且导流板2的下端面与集电板1间留有缝隙12；该螺栓连接装置8包括螺栓8.1、弹性垫板8.2、套筒8.3与螺母8.4；弹性垫板8.2与套筒8.3设置在基板3与集电板1之间，螺栓8.1的下端头依次穿过基板3、弹性垫板8.2、套筒8.3以及集电板1后通过螺母8.4紧固在集电板1上，以使螺栓8.1的上端头、弹性垫板8.2的上端面对应压紧在基板3上，同时套筒8.3的下端面对应压紧在集电板1上。
38.本方案中，螺栓连接装置8有多个，其绕集电板1的中心均匀布置。此处螺栓8.1的上端压紧在基板3上，向下穿过基板3、集电板1，并在下端通过螺母8.4固定在集电板1上，在穿过冷却腔的螺栓8.1外部套弹性垫板8.2与套筒8.3，使弹性垫板8.2和套筒8.3压紧在基板3和集电板1之间。(导电)触针4为整体式，底部与集电板1通过螺栓连接在一起，向上则穿过冷却腔、基板3、炉底耐材，进入炉内。缝隙12的设置使得集电板1有向上移动的空间与余量，而向上移动的集电板1则能通过套筒8.3压迫弹性垫板8.2和基板3，由于基板3是固定
的，故使弹性垫板8.2被迫压缩，集电板1与基板3相拉紧，进而使触针4带着集电板1整体向上运动，进而补偿炉内触针4受到的拉伸形变。
39.本方案中的弹性垫板8.2为蝶形弹簧，但除蝶形弹簧外，也可以是其它形式的弹簧或有弹性的垫板。
40.本方案中，集电板1的中心部位设置有冷却风的进风口1.2，边缘处设置有与外部供电线路相连接的导电连接端1.1。基板3的中心区域设置有锥状的导流座3.1，该导流座3.1的锥顶端正对下方集电板的进风口1.2。此处的锥状导流座3.1可为圆锥形或是圆台形，优选圆锥形，更有利于进风导引。
41.本方案中，导流板2有多片且均为弧形板，各导流板2以导流座3.1为中心并呈放射状均匀焊接在基板3下方，以将冷却腔分隔成多个螺旋状的冷却风道11。
42.触针4为棒式结构，上端插入炉底耐材5中，并与炉内熔池6连通，触针4向下穿过基板3与冷却腔。触针4的下部为螺杆段4.1，该螺杆段4.1穿过集电板1并通过螺母与集电板1连接在一起。触针的导电端面4.2为主要导电面，该导电端面4.2与集电板1的上表面紧紧压在一起，以减少两面之间的接触电阻，保证导电通畅。需要说明的是：触针4为棒状结构，其截面可以等截面，也可以是变截面，截面形状可以是圆形，也可以是椭圆形、矩形等，亦或是几种截面形状的组合。
43.触针4围绕集电板的进风口1.2均匀布置有多个，并且所有的触针4都布置在由导流板2分隔成的冷却风道11内或是冷却风道11的进风口处。
44.根据测温需要，在不同区域部位选择代表性的触针4，并在该触针4的下部中心处开设测温孔4.3，在测温孔4.3内安装测温热电偶9，即可适时检测触针4的工作温度，进而反应底电极不同区域触针4的工作状态。
45.本方案中，销接装置7沿炉壳底板10开孔圆周布置(即绕基板3中心)有多个，各销接装置7包括销轴7.1楔形销7.2、金属垫7.3、绝缘垫7.4与绝缘套7.5。其中销轴7.1焊接在炉壳底板10上，基板3上对应设有穿过销轴7.1的销孔，绝缘套7.5套装在销轴7.1上且位于基板3的销孔内，销轴7.1的下端伸出基板3的销孔，销轴7.1上也设有销孔，楔形销7.2从销轴7.1下方的销孔穿过，基板3与炉壳底板10间设有绝缘垫7.4，基板与楔形销7.2间依次设有绝缘垫7.4与金属垫7.3。整个底电极系统被压紧在炉壳底板10上，且底电极系统与炉壳底板10间是绝缘的。
46.该底电极工作时，集电板1通过导电连接端1.1接受外部电流，并通过导电端面4.2传导给与之连接的触针4，触针4进而将电流传导到炉内熔池6中；通过集电板1中部的进风口1.2向冷却腔鼓入冷空气，在导流座3.1的导引下冷空气进入各冷却风道11，进而冷却集电板1、触针4、导流板2和基板3。在电炉烘炉和热试时，炉底耐材5升温膨胀，包裹在其中的触针4会被挤压和向上拉伸，进而向上拉动集电板1，由于集电板1与导流板2之间有缝隙12的存在，使得集电板1可向上移动，并通过套筒8.3压迫弹性垫板8.2(碟簧)和基板3，由于基板3是通过销接装置7固定在炉壳底板10上，故弹性垫板8.2会被迫压缩，结果是触针4带着集电板1整体向上运动，并压缩弹性垫板8.2，进而补偿炉内触针4受到的拉伸形变，从而降低和释放了炉内触针4所受到的拉力，改善了触针连接螺杆段4.1的应力状态，防止触针的导电端面4.2与集电板1拉分离或连接螺杆段4.1被拉断。
47.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较
佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。