一种电弧炉的复合式电极装置的制作方法

本实用新型涉及金属冶炼设备技术领域，特别是指用于电弧炉增加电极电流密度，减少石墨电极消耗的装置。

背景技术：

石墨电极是炼钢电弧炉中的重要装置。近年来国际和国内石墨电极价格不断上涨，石墨电极占电炉钢成本比例从原先的5%增长到15%，随着钢产量的增加，造成了石墨电极供不应求。因此，设法降低石墨电极消耗以降低电炉钢成本是一个值得特别关注的问题。电极消耗可分为４种形式，即端部消耗、侧面氧化、残端脱落和折断。前两项为连续性消耗，约占电极总消耗量的50％一70％。后两项为间断性消耗，通常称为折断损失，也是其重要的消耗原因。

现有的石墨电极的改进措施主要有以下三种：1、水冷石墨电极：采用水喷淋技术，即在电极夹持器下方用环形喷水装置，起到隔离空气和防止其对电极侧面氧化侵蚀的作用；2、石墨电极表面涂抗氧化层：具有明显的高温抗氧化效果；3、水冷复合电极：电极由上下两段组成，上段为金属水冷电极，下段为石墨电极，既保证了电极的导电性，也降低了石墨电极的成本。其中，复合电极虽然技术复杂，但上段由于采用了金属水冷电极，不参与石墨消耗，达到了节省石墨的终极目标，因此方案较好。但是其下部的石墨段还是有较大的消耗，与国外技术水平还有一定的差距。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种适用于大型电弧炉的新型复合电极装置，减少石墨电极的消耗，提高效益。

本实用新型的另一个目的是提供一种石墨电极在不增加电极直径的情况下，提高电极电流密度的方法。

电弧炉的新型复合电极装置，上段同样采用金属水冷电极，下段石墨电极包括凹字型连接器，预制孔石墨电极、钨棒螺丝三个部分组成。

连接器外表为圆柱状，与水冷电极和石墨电极的外径相同，用于将水冷电极和石墨电极可靠联接。

预制孔石墨电极的直径与内部的孔的数量与所承载的电流密度有关，电流密度越大，孔数越多，直径也越大。通过预制孔，钨棒螺丝能够方便地将连接器与石墨电极连成一体。

钨棒螺丝起到固定连接器与石墨电极的作用，其数量与电极的电流密度相关。由于钨棒螺丝的电阻率小，承担了大部分的电极电流。

本实用新型的有益效果：1、利用钨棒良好的导电性以及耐高温性能，增加复合电极的电流密度，使得通过同样电流密度所需的电极直径与纯石墨电极相比可以明显减小，而钨电极可以重复利用，从而减少石墨电极损耗；2、由于复合电极表面石墨面积减少，可以减少侧面氧化损耗；3、钨加强石墨电极强度增大，减少了电极折断的概率；4、可以使得炉内可用容积相对增大；5、电弧比纯石墨电极集中，可以提高冶炼效率。

附图说明：

图1为本实用新型复合电极装置具体实施例结构示意图；

图2为本实用新型水冷段4与石墨段2的凹字形连接器1的示意图；

图3为本实用新型石墨电极段2的剖面图；

图4为本实用新型钨棒螺丝3示意图；

图5为本实用新型一根钨棒螺丝石墨电极段的剖面图

图6为本实用新型二根钨棒螺丝石墨电极段的剖面图

图7为本实用新型三根钨棒螺丝石墨电极段的剖面图

图8为本实用新型四根钨棒螺丝石墨电极段的剖面图

图9为本实用新型五根钨棒螺丝石墨电极段的剖面图

具体实施方式。

实施例1

如图1所示，电弧炉复合电极装置，包括凹字形连接器1、预制孔石墨电极2、钨棒螺丝3；其中凹字形连接器1通过钨棒螺丝与预制孔的石墨电极2连接，然后通过凹字形连接器1内壁的螺纹旋入电极水冷段4，连接成一个整体电极。

如图2所示，凹字形连接器1的凹槽壁上有螺纹，用于同电极水冷段4相连；凹槽底部有若干个沉孔，钨棒螺丝3从此孔插入，可与石墨电极段2相连；

如图3所示，石墨电极段2的上端预先开有若干个等长的盲孔，数量取决于通过电极电流的密度，保证钨棒螺丝3与石墨电极2可靠连接，防止电极意外折断；

如图4所示，钨棒螺丝3用于可靠将凹字形连接器1与石墨电极2组成一个整体。

实施例2、3、4

如图5、6、7所示，本实施例与实施例1不同的地方在于：本实施例的石墨电极电流密度小，钨棒数目小于等于3，除单根钨棒居中外，其他2种形式的钨棒均居于石墨电极的内部的外层，电极的强度较好，适用于直流电弧焊。

实施例5、6

如图8、9所示，本实施例与实施例2、3、4不同的地方在于：本实施例的钨棒数目大于等于4，其中有一根钨棒居于石墨电极的中央，形成双层布置，在使用于交流电弧焊时，能够使电流分布均匀，以消除集肤效应的影响。

本实用新型的技术构思并不仅限于上述实施例，还可以依据本实用新型的构思得到许多不同的具体方案，例如，随着电弧电流的不断提高，钨棒电极的需求数量会增加，当数量较多时，即可以将电极如实例1、2、3、4单层布置，也可以如实例5、6构成内外双层布置，必要时可以多层布置，使得电流在石墨电极内部分布均匀，从而提高石墨电极的载流能力。

技术特征：

1.电弧炉的复合式电极装置，其特征在于：包括凹字形连接器元件、预制孔石墨电极元件、钨棒螺丝元件，三部分元件连成一个整体，构成复合的石墨电极下段。

2.如权利要求1所述的电弧炉的复合式电极装置，其特征在于：所述连接器的剖面形状为凹字形，内部侧壁上有内螺纹，可以与金属水冷段元件的下部外螺纹紧密连接，底部有台阶形的平底沉孔，上大下小，上部与钨棒头部尺寸匹配，下部与钨棒杆身匹配，并通过钨棒螺丝攻入石墨电极的预制孔。

3.如权利要求2所述的电弧炉的复合式电极装置，其特征在于：所述连接器元件为金属材质，其外径与金属水冷段和石墨电极段相同。

4.如权利要求2所述的电弧炉的复合式电极装置，其特征在于：所述石墨电极的预制孔数量取决于电极承载电流密度，可以为1个以上的多个孔，其深度与钨棒螺丝长度相匹配。

5.如权利要求2所述的电弧炉的复合式电极装置，其特征在于：所述钨棒螺丝带有自攻螺纹，可以人工或电动方式攻入石墨电极的预制孔。

6.如权利要求5所述的电弧炉的复合式电极装置，其特征在于：所述钨棒螺丝穿过凹字形连接器元件的底部平底沉孔，攻入墨电极的预制孔，其钨棒头部沉入平底沉孔，并与凹字形连接器元件的底部平齐，全部钨棒连接完成后，连接器与石墨段组成的增强型的石墨电极下段，无明显的缝隙，不晃动，不歪斜。

7.如权利要求6所述的电弧炉的复合式电极装置，其特征在于：所述的增强型的石墨电极下段，可以通过凹字形连接器的内螺纹紧密的连接到金属水冷段下端的外螺纹上，构成水冷复合式电极。

技术总结
本实用新型属于电弧炉设备装备，特别涉及一种用于电弧炉的复合电极装置；电弧炉复合式电极装置包括凹字形连接器元件、预制孔石墨电极元件、钨棒螺丝元件。其中钨棒穿过连接器元件的底部平底沉孔，攻入石墨电极元件的预制孔，将连接器元件与石墨电极组成一个完整的下段电极，最后通过连接器元件内壁上的螺纹旋入上段的金属水冷段，组成完整的增强型的复合电极。本实用新型的有益效果：利用钨棒良好的导电性以及耐高温性能，增加复合电极的电流密度，使得同样直径的复合电极比纯石墨电极载流能力显著增大，降低了石墨电极表面的温度，减少侧面氧化损耗，减少了电极折断的概率，使得炉内可用容积相对增大，电弧比纯石墨电极集中，提高冶炼效率。

技术研发人员：吴兴培;黄健康;刘玉龙;刘世恩;管志忱
受保护的技术使用者：兰州理工大学;吴兴培
技术研发日：2019.11.07
技术公布日：2020.07.28