无壳自焙电极系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种冶炼电炉、特别是矿热炉用的无壳自焙电极系统，由无壳自焙电极把持器和无壳自焙电极两部分组成，无壳自焙电极把持器包括升降油缸、把持筒总成、压放总成、称重传感器、位移传感器、多点温度传感器、辅助焙烧装置及相应的绝缘件、吊挂件、紧固件等部件构成；称重传感器、位移传感器、多点温度传感器的测量信号都汇总到冶炼电炉的操作台或工控机上，无壳自焙电极由装在无壳自焙电极把持器里的专用电极糊，利用电极把持器向电极工作端传输电能的电阻热焙烧而成，相对于现有的有壳自焙电极系统和预焙电极系统来说，采用无壳自焙电极系统，可节省电极方面的生产成本。
【专利说明】无壳自焙电极系统
[0001]【技术领域】本发明涉及冶炼电炉、特别是矿热炉用的电极系统，尤其是一种无壳自焙电极系统，包括无壳自焙电极把持器和无壳自焙电极两部分。
[0002]【背景技术】目前各种冶炼电弧炉、特别是矿热炉，常用的电极有两种:自焙电极、预焙电极(包括石墨电极和炭素电极)。
[0003]现有的自焙电极技术为:在钢制的圆筒内，焊接大量的翅片，称为电极壳，在电极壳内加入一定数量的电极糊，利用电极导电过程中自身的电阻热和电炉的辐射热，使电极糊发生一系列的软化、成型、烧结过程最终形成导电性好的电极。在电极使用的过程中，电极壳随着电极的消耗逐渐熔化，进入了所冶炼的产品中。这种电极以下称为有壳自焙电极。以直径1250毫米的有壳自焙电极为例，每焙烧一米的电极，大约需要使用100-180公斤的电极壳，电极糊和电极壳合计成本大约在四千到五千元每吨。
[0004]现有的预焙电极(包括碳素电极和石墨电极)是在专业的电极厂家，用低灰份无烟煤，冶金焦、石油焦按比例混合均匀后，在一定的温度下加入浙青等粘接剂，用专用的设备压制成形，再经过焙烧、煅烧、(石墨电极还需要经过石墨化处理)等工序做成电极毛坯，然后再经过车床加工做成成品电极。这样生产出来的电极，因为制作工序复杂，所以市场价格较高，碳素电极每吨价格在八千元以上，石墨电极每吨价格在一万二千元以上。
[0005]使用有壳自焙电极相对于使用预焙电极可以节约生产成本，因此使用范围比较普遍，大多数的铁合金生产和电石生产都采用有壳自焙电极，但有些对铁元素含量有严格要求的冶炼产品:如工业硅，就不能使用有壳自焙电极，只能使用价格较贵的预焙电极。
[0006]冶炼电炉中，抱紧电极向电极导电的装置叫电极把持器，目前常见的电极把持器有两种，一种是铜瓦抱环式电极把持器，另一种是组合式电极把持器。电极把持器的功能之一是向电极传输电能。功能之二是压放电极，这里所说的压放电极，是指让电极(有壳自焙电极包括电极壳、电极壳内部的电极糊和由电极糊焙烧而成电极工作端)相对于把持器向下位移一定的行程，来补偿电极工作端的消耗。铜瓦抱环式电极把持器既可以配套使用预焙电极，又可以使用有壳自焙电极，组合式电极把持器只能使用有壳自焙电极。
[0007]
【发明内容】
本发明的无壳自焙电极系统，包括无壳自焙电极把持器和无壳自焙电极两部分。无壳自焙电极把持器由升降油缸、把持筒总成、压放总成、称重传感器、位移传感器、多点温度传感器、辅助焙烧装置及相应的绝缘件、吊挂件、紧固件等部件构成。无壳自焙电极由装在无壳自焙电极把持器的专用电极糊，利用电极把持器向电极工作端传输电能的电阻热焙烧而成。
[0008]升降油缸的主要作用是提升或下插电极，调节电极电流。整个电极把持器通过升降油缸吊装在厂房的平台上。称重传感器的作用是测量整个电极系统的重量，推算电极工作端的长度，位移传感器的作用是测量升降油缸杆头的伸出长度，进而推算电极工作端头部到炉底的距离。把持筒总成由电极糊加料筒、上把持筒、中把持筒、下把持筒串联而成，作用之一是包裹里面的电极糊，作为电极成型的模具，取代了有壳自焙电极的电极壳；其二是向电极工作端导电:在下把持筒的外侧，有多根导电导水铜管通过水冷电缆与变压器相连，接收来自变压器的电能，传输到内部的电极糊和电极工作端上。下把持筒优先采用导电性能好，导磁率低的金属材料制作，如:铜材、铝材等。下把持筒的内部有冷却水水路与导电导水铜管的水路相通，用于给下把持筒降温。
[0009]在把持筒的内部，安装若干组的压放总成，压放总成由串联的压放机构、旋转机构和压放杆组成，固装在电极糊加料筒的下法兰上，压放机构完成压放杆的上下运动，可以选用液压油缸、电液推杆等机构；旋转机构完成压放杆的旋转运动，可以选用低速液压马达，电动机减速机组合等机构；压放杆的外周有螺纹状的翅片，便于附着在电极中。
[0010]把持筒的内部，安装有若干组多点温度传感器(如热电偶)，每个多点温度传感器从上到下有多个测量点，用来测量各个高度电极糊的温度，来反映各部位的电极糊的焙烧状况。
[0011]为了使电极的焙烧和电极的消耗基本保持平衡，本电极系统还可以选装辅助焙烧装置。辅助焙烧装置分为加热装置或冷却装置，加热装置的内部安装有电热管或其它的热源装置，其作用是用来加热电极糊，提高电极的焙烧速度。冷却装置的内部有循环的冷却液(如水，导热油等)，其作用是用来冷却电极糊，减缓电极的焙烧速度。
[0012]采用无壳自焙电极系统，相对于使用有壳自焙电极系统来说，可以节省电极壳的生产成本。例如一台年产5万吨电石，采用组合式电极把持器生产的电石炉，每年需要150吨的优质冷轧板用于制作电极壳，材料费及加工费合计达120万元。若改用无壳自焙电极系统，就可以节省这项成本。若采用无壳自焙电极系统取代预焙电极系统使用在工业硅和其它冶炼产品的生产上，在电极方面节约的生产成本更大。例如一台年产I万吨工业硅，采用碳素电极生产的工业硅炉，每年需要消耗900吨碳素电极，成本1000万以上，若采用无壳自焙电极生产，只需要消耗1300吨左右的专用电极糊，价值在500万元左右，每年可节约500万左右的电极成本。
[0013]【专利附图】
【附图说明】图1为本发明的无壳自焙电极系统的剖面图，[I]、称重传感器，[2]、升降油缸，[3]、电极糊加料筒，[4]、绝缘件，[5]、压放机构，[6]、位移传感器，[7]、旋转机构，
[8]、上把持筒，[9]、绝缘件，[10]、定位板，[11]、中把持筒，[12]、多点温度传感器，[13]、导电导水铜管，[14]、下把持筒，[15]、压放杆，[16]、辅助焙烧装置，[17]、新加的无壳自焙电极专用电极糊，此时温度在200摄氏度以下，刚开始部分软化，[18]、已经融化的电极糊，温度在200-500摄氏度之间，成流态，[19]、已经开始硬化的电极工作端，温度在500-1200摄氏度之间，[20]、温度达到1200摄氏度以上，已经开始石墨化的电极工作端。
[0014]图2为图1中A-A截面的剖面图，[12]、多点温度传感器，[13]、导电导水铜管，
[14]、下把持筒，[15]、压放杆，[16]、辅助焙烧装置，[17]、电极糊。
[0015]图3为现有的铜瓦抱环式电极把持器配合有壳自焙电极使用的结构示意图，
[30]、电极壳，[31]、上抱闸，[32]、压放油缸，[33]、下抱闸，[34]、上把持筒，[35]、升降油缸，[36]、下把持筒，[37]、铜管吊架，[38]、水冷铜管，[39]、抱环吊杆，[40]、水冷保护屏，
[41]、抱环，[42]、水冷铜瓦，[43]、电极工作段。
[0016]图4为现有的铜瓦抱环式电极把持器配合预焙电极使用的结构示意图，[50]、预焙电极，[51]、上抱闸，[52]、压放油缸，[53]、下抱闸，[54]、上把持筒，[55]、升降油缸，
[56]、下把持筒，[57]、水冷保护屏，[58]、水冷铜管，[59]、抱环，[60]、水冷铜瓦，[61]、电极工作段。
[0017]图5为现有的组合式电极把持器配合有壳自焙电极使用的结构示意图，[70]、自焙电极壳，[71]、升降油缸，[72]、压放装置，[73]、上把持筒，[74]、下把持筒，[75]、导电铜管，[76]、水冷保护屏，[77]、接触元件，[78]、底部环，[79]、电极工作段。
[0018]【具体实施方式】本发明的无壳自焙电极系统，主要完成向电极工作端馈电、焙烧电极、压放电极三个功能。
[0019]一、向电极工作端馈电:在下把持筒[14]的外侧有导电导水铜管[13]，接受来自短网的电能，传导给内部的电极糊[17]、[18]、[19]，最终传递给电极工作端[20]，完成导电的功能。
[0020]二、焙烧电极:从电极糊加料筒[3]加入专用电极糊[17]，填充到把持筒[11]和
[14]内部的空腔里，利用下把持筒向电极工作端传输电能的电阻热，电极糊[17]的温度逐渐升高，在50摄氏度左右电极糊开始软化，到200摄氏度时电极糊[18]全部转化为液态包裹住压放杆，随着温度进一步升高，电极糊中的挥发份不断的逸出，到500摄氏度电极糊
[19]开始逐渐硬化，和电极工作端[20]结合为一个整体，到1200摄氏度电极糊逐渐石墨化，成为具有良好导电性的自焙电极。
[0021 ] 为了使电极焙烧速度和电极消耗速度基本保持平衡，除了选用焙烧速度适当的电极糊外，还需要安装若干个辅助焙烧装置[16]，辅助焙烧装置分为加热装置或冷却装置，力口热装置的内部安装有电热管或其它的热源装置，其作用是用来加热电极糊。冷却装置的内部有循环的冷却液(如水，导热油等)，其作用是用来给电极糊降温。对于有些电极消耗速度过快的冶炼品种，为了使电极焙烧的速度赶上电极消耗的速度，一方面需要选用焙烧速度快的电极糊，另一方面需要安装辅助加热装置来加速电极的焙烧；对于另一些电极消耗速度过慢的冶炼品种，除了选用焙烧速度慢的电极糊外，还需要安装冷却装置来减缓电极的焙烧。对有些电极消耗速度适中的冶炼品种，只需选用焙烧速度适当的电极糊就可以实现电极的焙烧和电极的消耗基本平衡了，也就不需要安装辅助焙烧装置了。
[0022]三、压放电极:压放电极的目的是为了补充电极工作端的消耗。电极压放前先判断电极的工况:1、根据升降油缸[2]上称重传感器[I]和位移传感器[6]的测量结果，推算电极工作段距炉底的位置，判断是否需要压放电极；2、通过多点温度传感器[12]测量压放杆端部电极糊的温度，推算电极的焙烧状况，判断是否可以压放电极；3、检查所有的压放机构是否都处于上限位置，如果以上三个条件都满足，就可以开始压放电极。压放电极前，先提升升降油缸[2]，适当的降低该相电极的负荷。压放电极时所有的压放机构同时向下用力，推动压放杆[15]，带动电极工作端[19]、[20]及上面的电极糊[17]、[18]，相对于下把持筒向下移动一个压放行程(20-300毫米)，来补充电极工作端的消耗。压放电极时定位板
[10]可防止压放杆受压弯曲。
[0023]压放完电极后，所有的压放机构都处于下限位置，为了准备下一次压放，所有的压放杆都要交替轮流旋升到上限位置，压放杆旋升由压放杆上部的旋转机构和压放机构共同动作完成:旋转机构逆着螺纹方向转动同时压放机构收缩，带动压放杆从下限位置提升到上限位置，旋转机构转动的同时带动上部已经软化的电极糊[18]填充进压放杆先前所在的空间。当某一根压放杆旋升到上限位置后，杆的周围填充进软化的电极糊，该压放杆暂时对电极工作端失去了把持能力。这时其它的压放杆起到固定电极工作端的作用，当该压放杆周围的电极糊逐渐硬化后，又恢复对电极工作端的把持能力。这样每间隔一段时间，就有一个压放杆旋升，当所有的压放杆交替间隔旋升到上限位置后，就可以等待下一次的压放操作。
[0024]经过一次或几次压放操作后，向电极糊加料筒[3]内补充一次电极糊。
[0025]每一个电极系统上所有的称重传感器[I]、位移传感器[6]、多点温度传感器[12]的测量信号都汇总到冶炼电炉的操作台或工控机上，便于实时掌握电极的各种情况，为电炉的操作提供依据。
【权利要求】
1.一种冶炼电炉、特别是矿热炉用的无壳自焙电极系统，其特征是；本系统由无壳自焙电极把持器和无壳自焙电极两部分组成，无壳自焙电极把持器包括升降油缸、把持筒总成、压放总成、称重传感器，位移传感器、多点温度传感器、辅助焙烧装置及相应的绝缘件、吊挂件、紧固件等部件构成；无壳自焙电极由装在无壳自焙电极把持器内的专用电极糊，利用把持器向电极工作端传输电能的电阻热焙烧而成。
2.根据权利要求1所示的无壳自焙电极系统,其特征是；把持筒总成由电极糊加料筒、上把持筒、中把持筒、下把持筒串联而成，把持筒总成的作用之一是包裹里面的电极糊，作为电极成型的模具，取代了有壳自焙电极的电极壳；其二是向电极工作端导电:在下把持筒上，有多根导电导水铜管通过水冷电缆与变压器相连，接收来自变压器的电能，传输到内部的电极糊和电极工作端上。下把持筒一般采用导电性能良好，导磁率低的金属材料制作，如:铜材，铝材。下把持筒的内部有水路与导电导水铜管的水路相通，用于给下把持筒降温。
3.根据权利要求1所示的无壳自焙电极系统，其特征是:压放总成由串联的压放机构、旋转机构和压放杆组成，固装在电极糊加料筒的下法兰上，压放机构完成压放杆的上下运动；旋转机构完成压放杆的旋转运动；压放杆的外周有螺纹状的翅片，便于附着在电极中。
4.根据权利要求1所示的无壳自焙电极系统，其特征是:称重传感器的作用是测量整个电极系统的重量，推算电极工作端的长度，位移传感器的作用是测量升降油缸杆头的伸出长度，进而推算电极工作端头部到炉底的距离。
5.根据权利要求1所示的无壳自焙电极系统，其特征是:把持筒的内部，安装有若干组多点温度传感器，每个多点温度传感器从上到下有多个测量点，用来测量各个高度电极糊的温度，来反映各部位的电极糊的焙烧状况。
6.根据权利要求1所示的无壳自焙电极系统，其特征是:辅助焙烧装置分为加热装置或冷却装置，加热装置的内部安装有电热管或其它的热源装置，其作用是用来加热电极糊。冷却装置的内部有循环的冷却液，如水，导热油等，其作用是用来冷却电极糊。辅助焙烧装置的作用是使电极的焙烧速度和电极的消耗速度基本保持平衡。对于有些电极消耗速度过快的冶炼品种，需要安装若干组加热装置来加速电极的焙烧，对于另一些电极消耗速度过慢的冶炼品种，则需要安装若干组冷却装置来减缓电极的焙烧，对于有些电极消耗速度适中的冶炼品种，只要选用合适的电极糊，就可以使电极的消耗速度和电极的焙烧速度基本平衡了，也就可以不需要加装辅助焙烧装置了。
7.根据权利要求1所示的无壳自焙电极系统，其特征是:所有的称重传感器、位移传感器、多点温度传感器的测量信号都汇总到冶炼电炉的操作台或工控机上，便于操作人员实时掌握电极的各种情况，为电炉的操作提供依据。
【文档编号】H05B7/09GK104427673SQ201310404529
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月1日 优先权日:2013年9月1日
【发明者】钱学君 申请人:钱学君