專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的石墨電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種用于煉鋼領(lǐng)域連鑄中間包施加脈沖電流技術(shù)，特別是一種用于給 連鑄中間包施加脈沖電流的石墨電極。
背景技術(shù)：
提高鋼的強(qiáng)度、韌性、延性、加工性能以及使用壽命是21世紀(jì)鋼鐵工業(yè)的重要研 究課題之一。改變金相組織，細(xì)化晶粒度是一種有效的方法?？梢酝ㄟ^(guò)提高鋼材的特定合 金元素的含量來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)控軋控冷以及等徑角擠壓冷變形技術(shù)來(lái)完成。電脈沖細(xì)化金屬凝固組織是金屬組織細(xì)化領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)新技術(shù)。電脈沖細(xì)化連鑄 坯凝固組織主要是在連鑄生產(chǎn)中鋼液凝固前或凝固過(guò)程中，通過(guò)對(duì)金屬熔體施加適宜的脈 沖電流，以實(shí)現(xiàn)控制連鑄坯凝固組織的方法。該項(xiàng)技術(shù)首先在有色金屬領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行了試驗(yàn) 研究，尤其對(duì)Al、Al-5Cu合金、Al-18% Si合金、Sn_15% Pb合金凝固組織的影響得到肯定 [1_4]，近幾年又把該技術(shù)引入到了煉鋼連鑄方面，如對(duì)連鑄結(jié)晶器或者中間包內(nèi)鋼液施加電 脈沖對(duì)其效果的研究[5_8]，電脈沖技術(shù)的細(xì)化效果顯著并且穩(wěn)定，并具有投資少、設(shè)備簡(jiǎn)單、 方法靈活、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，得到了國(guó)內(nèi)外許多研究學(xué)者的密切關(guān)注。該技術(shù)雖然在試驗(yàn)研究 方面已取得了一定的進(jìn)展，但工業(yè)應(yīng)用電極還需要滿(mǎn)足以下兩方面要求1)實(shí)用電極的安裝方式有待改進(jìn)；電極耐高溫氧化和侵蝕性能還有待于提高，需 要達(dá)到較長(zhǎng)時(shí)間的使用性能，盡量做到與中間包包襯同壽命。2)實(shí)用電極的導(dǎo)電性能有待于提高，應(yīng)盡量降低電阻，提高電導(dǎo)率。參考文獻(xiàn)[1]王建中，齊錦剛，杜慧玲等.電脈沖孕育處理對(duì)純鋁凝固組織的影響[J].材料 科學(xué)與工藝，2008 (16).[2]王冰，王建中，齊錦剛等.電脈沖孕育處理對(duì)A1-5CU合金熱裂的影響[J].特 種鑄造及有色合金，2007，(27).[3]石向東，薛慶國(guó)，王靜松等.電脈沖處理時(shí)間對(duì)Al-18% Si合金凝固組織的影 響[J]·金屬熱處理，2005，(12).[4]王靜松，薛慶國(guó)，石向東等.電脈沖處理對(duì)Sn-15% Pb合金凝固組織中枝晶形 態(tài)的影響[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，(27).[5]顧武安，蒼大強(qiáng)，張開(kāi)堅(jiān)等.對(duì)連鑄結(jié)晶器鋼液施加電脈沖提高鑄坯等軸晶率 的研究[J].鋼鐵釩鈦，2008，(29).[6]顧武安.中間包鋼液施加電脈沖的冶金效果研究[J].鋼鐵釩鈦，2009，(1).[7]張西鋒，袁守謙，魏穎娟等.電脈沖處理對(duì)45鋼凝固組織的影響[J].熱加工 工藝，2008，(6).[8]張西峰，袁守謙，王超等.電脈沖細(xì)化HRB335螺紋鋼凝固組織的研究[J].熱 加工工藝，2008，(11).
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的石墨電極，該電極通 過(guò)在連鑄生產(chǎn)過(guò)程中施加于其上脈沖電流作用于中間包內(nèi)的鋼液，達(dá)到改善連鑄坯凝固組 織的目的，并且該石墨電極耐高溫侵蝕性能、耐高溫氧化和耐鋼水熔化性能強(qiáng)，使用壽命 長(zhǎng)；電阻率低，導(dǎo)電性能好；電極在脈沖處理過(guò)程中操作簡(jiǎn)單易行，安全可靠。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種用于給連鑄中間包施加脈沖電 流的石墨電極，其特征在于包括一圓錐臺(tái)狀耐火材料、及包覆于該耐火材料中的電極底 盤(pán)，在該電極底盤(pán)表面垂直連結(jié)有棒狀石墨電極，棒狀石墨電極貫穿于所述圓錐臺(tái)狀耐火 材料且其端頭裸露于圓錐臺(tái)狀耐火材料表面與鋼液相接；在所述電極底盤(pán)底端設(shè)有脈沖電 流接入端；該脈沖電流接入端穿出圓錐臺(tái)狀耐火材料底端面與脈沖電源相連。所述棒狀石墨電極截面為圓柱形結(jié)構(gòu)，其圓柱截面直徑根據(jù)所需脈沖電流的大小 和碳素電極需用電流密度值計(jì)算確定，選擇在50-200mm范圍內(nèi)變動(dòng)。所述棒狀石墨電極與 電極底盤(pán)打結(jié)成為一體結(jié)構(gòu)。所述石墨電極直徑外沿至圓錐臺(tái)狀耐火材料頂面邊沿之間距離為20mm-40mm。所述電極底盤(pán)與脈沖電流接入端為一體結(jié)構(gòu)，其材料為碳素鋼。棒狀石墨電極打 結(jié)于電極底盤(pán)中心與脈沖電流接入端相反的一側(cè)。同時(shí)，選用合適的不定型耐火材料，主要 為鎂鋁澆注料，把導(dǎo)電體包覆其中，進(jìn)行打結(jié)成型、烘烤定形，使脈沖電極的損耗與中間包 工作層的損蝕同步。進(jìn)一步地，本發(fā)明還給出了制作棒狀石墨電極的原料配比耐火材料骨料 (55-75% )、鱗片石墨(15-25% )、抗氧化劑(2%-8% )、粘接劑為(5% -12%).其中耐火 材料骨料選用鎂砂、高鋁釩土或剛玉中的一種或多種；抗氧化劑選用金屬鋁、硅鈣、工業(yè)硅 或磁鐵粉中的一種或多種；粘接劑選用酚醛樹(shù)脂、改性酚酸樹(shù)脂或焦油浙青。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明采取的石墨電極其耐高溫侵蝕性能大大提高，使脈 沖電極與中間包內(nèi)壁的損耗同步，鋼接頭的設(shè)計(jì)使得脈沖電極可迅速與脈沖電源連結(jié)，方 便了高溫條件下對(duì)鋼液的電脈沖處理，最終使連鑄坯凝固組織得到改善。


圖1是脈沖石墨電極結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是脈沖石墨電極A向示意圖；圖3是用于電脈沖的中間包結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是脈沖石墨電極與中間包聯(lián)接示意圖。圖中1.脈沖電流接入端，2.耐火材料，3.電極底盤(pán)，4.棒狀小電極，5.脈沖電 極固定圓管，6.法蘭，7.固定脈沖電極圓板，8.脈沖電極接頭，9.絕緣材料，10.固定螺栓， 11.中間包壁；I.中間包，II.脈沖電極安裝孔，H.中間包總高，h.脈沖電極安裝高度。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，該用于給連鑄中間包施加脈沖電流的石墨電極，包括一圓錐臺(tái)狀耐 火材料2、及包覆于該耐火材料2中的電極底盤(pán)3，在該電極底盤(pán)3表面垂直連結(jié)有棒狀石 墨電極4，棒狀石墨電極4貫穿于所述圓錐臺(tái)狀耐火材料2且其端頭裸露于圓錐臺(tái)狀耐火材料2表面與鋼液相接；在所述電極底盤(pán)3底端設(shè)有脈沖電流接入端1 ；該脈沖電流接入端1 穿出圓錐臺(tái)狀耐火材料2底端面與脈沖電源相連。如圖2所示，所述棒狀石墨電極4截面為圓柱形結(jié)構(gòu)，圖中給出了截面為圓柱形結(jié) 構(gòu)的石墨電極示意圖。并且石墨電極4直徑外沿至圓錐臺(tái)狀耐火材料2頂面邊沿之間距離 為 20mm-40mmo 本發(fā)明石墨電極根據(jù)電脈沖裝置輸出的瞬時(shí)電流范圍和棒狀石墨電極4材料允 許通過(guò)的電流密度，由A = I/J可以計(jì)算出與鋼液接觸的電極橫斷面積。上述輸出電流I范 圍根據(jù)各使用單位選定的脈沖設(shè)備給定，棒狀石墨電極4材料允許通過(guò)的電流密度J根據(jù) 所采用的材料決定。在已確定棒狀石墨電極4的斷面尺寸后，可求出該棒狀石墨電極4的 圓截面直徑，進(jìn)而可確定連結(jié)棒狀石墨電極4的脈沖電極底盤(pán)3的面積。設(shè)計(jì)棒狀石墨電 極4圓柱截面直徑為50mm-200mm。本發(fā)明的棒狀石墨電極4與脈沖電極底盤(pán)3之間打結(jié)為一體結(jié)構(gòu)。并且電極底盤(pán) 3與脈沖電流接入端1為一體結(jié)構(gòu)，其材料為碳素鋼。圖3給出了本發(fā)明用于電脈沖的中間包結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3所示，根據(jù)連鑄中間包 實(shí)際情況，如中間包容量、拉鋼時(shí)的工作液面、中間包水口數(shù)量等，對(duì)中間包進(jìn)行技術(shù)改造， 根據(jù)連鑄中間包的具體條件，按照?qǐng)D3確定出脈沖電極的合理的安裝高度h，并在中間包I 包壁預(yù)留兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的脈沖電極安裝孔II。使脈沖電極能夠順利安裝。將制作好的兩根脈沖 電極(圖1所示)分別安裝于圖3中間包預(yù)留的脈沖電極安裝孔II對(duì)應(yīng)的位置，即脈沖電 極安裝于中間包下部1/3處。圖中所示H為中間包的總高。在中間包的對(duì)稱(chēng)位置裝有另一 根同樣規(guī)格的電極。下面給出不同的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明石墨電極所選用不同的材料制備的配制比 例及其制作后的圓柱截面直徑實(shí)施例1本發(fā)明棒狀石墨電極4由下述重量百分比的原料配制而成電熔鎂砂骨料 (72% )、鱗片石墨(15% )、鋁(3% )、磁鐵粉(2% )、改性酚醛樹(shù)脂(8%)0本實(shí)施例棒狀石墨電極4的圓柱截面直徑選用200mm。實(shí)施例2本發(fā)明棒狀石墨電極4由下述重量百分比的原料配制而成高鋁釩土骨料 (75% )、鱗片石墨(18% )、硅鈣(2% )、酚醛樹(shù)脂(5% )。本實(shí)施例棒狀石墨電極4的圓柱截面直徑選用80mm。實(shí)施例3本發(fā)明棒狀石墨電極4由下述重量百分比的原料配制而成剛玉骨料(58% )、鎂 砂(15% )、鱗片石墨(17% )、工業(yè)硅(3% )、焦油浙青(7% )。本實(shí)施例棒狀石墨電極4的圓柱截面直徑選用50mm。實(shí)施例4本發(fā)明棒狀石墨電極4由下述重量百分比的原料配制而成電熔鎂砂骨料 (55% )、鱗片石墨(25% )、鋁(5% )、磁鐵粉(3% )、改性酚醛樹(shù)脂(12% )0本實(shí)施例棒狀石墨電極4的圓柱截面直徑選用120mm。圖4給出了本發(fā)明安裝于中間包的結(jié)構(gòu)示意圖，其聯(lián)接固定如圖4所示，棒狀石墨電極4打結(jié)在電極底盤(pán)3上，通過(guò)不定型耐火材料2把棒狀石墨電極4包覆其中，進(jìn)行打結(jié) 成型；然后將脈沖電極的脈沖電流接入端1連接脈沖電極接頭8，并在耐火材料2底端包覆 一層固定脈沖電極圓板7，在固定脈沖電極圓板7與脈沖電流接入端1相接觸段設(shè)有絕緣材 料9 ；脈沖電極通過(guò)固定螺栓10將連接于固定脈沖電極圓板7上的法蘭6與固定脈沖電極 圓板7連接。安裝時(shí)，脈沖電極插進(jìn)中間包壁11，并通過(guò)焊接在中間包壁11上的脈沖電極 固定圓管5將脈沖電極與中間包I固定連接；脈沖電極上端面的棒狀石墨電極4端頭與中 間包壁上端面平行分布。
將脈沖電極裝入中間包安裝孔后，通過(guò)脈沖電極接頭8與脈沖電源連接。脈沖電 極與連鑄中間包安裝完好，轉(zhuǎn)運(yùn)至拉鋼位后，通過(guò)其脈沖電極接頭與脈沖電源連接，在連鑄 過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼液的電脈沖。在連鑄過(guò)程中，根據(jù)中間包液面情況，選擇脈沖電壓，適時(shí)開(kāi)啟脈沖電源，對(duì)中間 包鋼水施加不同電參數(shù)的電脈沖。本發(fā)明的石墨電極在使用時(shí)要同時(shí)使用2個(gè)，將其對(duì)應(yīng) 鑲嵌在中間包包襯的對(duì)稱(chēng)位置，這對(duì)電極之間的鋼液可以被電脈沖處理。從而達(dá)到通過(guò)對(duì) 金屬熔體施加適宜的脈沖電流，以實(shí)現(xiàn)控制連鑄坯凝固組織的目的。對(duì)煉鋼連鑄中間包保證其容量和使用便捷性不變的情況下進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸じ脑欤?由電脈沖裝置輸出脈沖電流，通過(guò)耐高溫導(dǎo)線(xiàn)、中間包脈沖電極接頭8、金屬電極底盤(pán)3、脈 沖電極導(dǎo)入鋼液，對(duì)鋼液進(jìn)行電脈沖處理。為了使脈沖電極耐高溫腐蝕性能提高，裝配工藝 上，按照上述配方制取的石墨電極與托盤(pán)內(nèi)的金屬底盤(pán)連接，背面留出脈沖電極接頭與脈 沖電源連接。同時(shí)，選用合適的不定型高溫耐火材料，將石墨電極包裹于其中。參數(shù)上，選用的石墨電極電阻系數(shù)小，允許通過(guò)的電流值大，石墨電極載流斷面滿(mǎn) 足輸出的要求。由于棒狀石墨材料的熔點(diǎn)、荷重軟化點(diǎn)均很高，在液態(tài)鋼水的溫度下，石墨 電極的形狀不會(huì)發(fā)生變化，不定型耐火材料隔絕了石墨電極與空氣和包壁鋼板的接觸，這 樣保證了絕緣，并防止了石墨電極的氧化。因此，只要脈沖電極的各相關(guān)參數(shù)選擇得當(dāng)，則 可得到與中間包同壽命的脈沖電極。根據(jù)連鑄中間包實(shí)際情況，如中間包容量、拉鋼時(shí)的工作液面、中間包水口數(shù)量 等，對(duì)中間包進(jìn)行一定的技術(shù)改造，按照?qǐng)D3確定出脈沖電極合理的安裝位置h，使脈沖電 極能夠順利安裝。將制作好的脈沖電極圖1安裝于圖2中對(duì)應(yīng)的位置，聯(lián)接固定如圖4后， 將脈沖電源通過(guò)接頭與脈沖電極連接。在連鑄過(guò)程中，根據(jù)中間包液面情況，選擇脈沖電 壓，適時(shí)開(kāi)啟脈沖電源，對(duì)中間包鋼水施加不同電參數(shù)的電脈沖。
權(quán)利要求
一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的石墨電極，其特征在于包括一圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)及包覆于該耐火材料(2)中的電極底盤(pán)(3)，在該電極底盤(pán)(3)表面垂直連接有棒狀石墨電極(4)，棒狀石墨電極(4)貫穿于所述圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)且其端頭裸露于圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)表面與鋼液相接；在所述電極底盤(pán)(3)底端設(shè)有脈沖電流接入端(1)；該脈沖電流接入端(1)穿出圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)底端面與脈沖電源相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的石墨電極，其特征在 于所述棒狀石墨電極(4)為圓柱形結(jié)構(gòu)，其圓柱截面直徑為50mm-200mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的石墨電極，其特征在 于所述石墨電極⑷直徑外沿至圓錐臺(tái)狀耐火材料⑵頂面邊沿之間距離為20mm-40mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的石墨電極，其特征在 于所述棒狀石墨電極(4)與電極底盤(pán)(3)打結(jié)連接為一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的石墨電極，其特征在 于所述電極底盤(pán)(3)與脈沖電流接入端(1)為一體結(jié)構(gòu)，其材料為碳素鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的石墨電極，其特征在 于所述棒狀石墨電極(4)由下述重量百分比的原料配制而成耐火材料骨料55-75% ；鱗 片石墨15-25% ；抗氧化劑2% -8% ；粘接劑為5% -12%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的石墨電極，其特征在 于所述耐火材料骨料為鎂砂、高鋁釩土或剛玉中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的石墨電極，其特征在 于所述抗氧化劑為金屬鋁、硅鈣、工業(yè)硅或磁鐵粉中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的石墨電極，其特征在 于所述粘接劑為酚醛樹(shù)脂、改性酚醛樹(shù)脂或焦油浙青。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于給連鑄中間包施加脈沖電流的石墨電極，其特征在于包括一圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)、及包覆于該耐火材料(2)中的電極底盤(pán)(3)，在該電極底盤(pán)(3)表面垂直連接有棒狀石墨電極(4)，棒狀石墨電極(4)貫穿于所述圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)且其端頭裸露于圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)表面與鋼液相接；在所述電極底盤(pán)(3)底端設(shè)有脈沖電流接入端(1)；該脈沖電流接入端(1)穿出圓錐臺(tái)狀耐火材料(2)底端面與脈沖電源相連。該石墨電極制造簡(jiǎn)便；耐高溫氧化、耐高溫鋼液侵蝕，使用壽命長(zhǎng)；電阻率低，導(dǎo)電性能好；電極在脈沖處理過(guò)程中性能穩(wěn)定，安全可靠。
文檔編號(hào)B22D11/11GK101850406SQ201010213728
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者張西鋒, 李都宏, 李雪潔, 楊拉道, 王超, 袁守謙 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)