專利名稱：冶金容器的爐底電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于直流電工作的冶金容器的爐底電極，它由兩個具有不同材料可互相連接的部分組成，其中，朝容器外并設(shè)在容器底部外面的部分供入冷卻劑，而朝容器內(nèi)并設(shè)計為磨損件的部分與在容器內(nèi)的熔融金屬接觸。
直流電工作的冶金容器，尤其是冶煉廢鋼鐵的電爐，底部中至少有一個通常設(shè)計作為陽極的電極。在熔煉過程中，此底部電極處于熔池金屬液面下方，因此，除受電流負荷之外，還受由于熔融金屬造成的熱、化學(xué)以及侵蝕的負荷。為了減小熱磨損，在實際工作中冷卻一組這種爐底電極。
由DE-OS4026897已知一種金屬電極，它穿過直流電弧爐的爐壁并與在爐內(nèi)的熔融金屬接觸，與此同時，電極的另一端可與電源和冷卻液供應(yīng)源連接。這種電極由兩根可互相連接的桿組成，其中與熔融金屬接觸的桿用一種與熔融金屬類似的材料制成。在工作過程中，此桿的端部由于和熔融金屬接觸而被熔化，并通過熔池攪拌被帶走。
由EP0012050已知一種與熔融的金屬接觸的爐底電極，其中，在面朝熔池的端面設(shè)有一些裝置，它們應(yīng)減少電極附近熔融金屬的熱流運動。這些裝置由許多長形的耐火構(gòu)件構(gòu)成，它們互相平行地靠放，并朝熔融金屬的方延長導(dǎo)電體。在這種情況下，這些耐火的構(gòu)件可完全埋入導(dǎo)電體內(nèi)。
由此文件已知的連接設(shè)備有冷卻構(gòu)件，它們深深地插入冶金容器的耐火爐襯中。這種爐底電極不僅有另一種結(jié)構(gòu)形式，而且出自于工作可靠性技術(shù)方面的原因使人們對它感到懷凝，這種電極直接通過設(shè)在頭部附近的冷卻構(gòu)件的高度冷卻作用是否也直接對電極尖端有效。此外，這種電極還有一個缺點，在電極頭部熔化時，長形的耐火構(gòu)件被從金屬區(qū)沖出。
本發(fā)明的目的是，在避免上述爐底電極已說明的缺點的同時，采用簡單的方法制成一種用直流工作的冶金容器用的便于維護、可更新和長壽命的爐底電極，這種電極在可靠傳輸電流的過程中，對圍繞著它的耐火爐襯的磨損帶來積極的影響。
此目的通過權(quán)利要求1的特征部分所述來達到。其中，爐底電極的磨損部分設(shè)計成這樣的形式，即，它一方面允許有足夠的電流從冷卻部分傳入熔池，并與此同時減少電極尖端區(qū)內(nèi)的熔池攪拌。在熔煉期間，直流工作的冶金容器，尤其是按水倉作用原理(Sumpffahrweise)工作的電弧爐的通常用作為陽極的爐底電極，承受極高的熱負荷。其結(jié)果是使與熔融金屬接觸的爐底電極的頭部被熔化，并使電極材料與在容器內(nèi)的熔融金屬混合。此外，化合在熔融金屬內(nèi)的氧，在由于爐底電極造成的冷卻區(qū)內(nèi)自發(fā)地析出，從而導(dǎo)致激烈的熔池攪拌。在這種情況下，在電極尖端區(qū)內(nèi)的速度可達4米/秒。因此在電極附近產(chǎn)生明顯的腐蝕性磨損。由此帶來不利的后果是耐火爐襯的嚴(yán)重剝落(Ausmuldung)，從而導(dǎo)致產(chǎn)生更高的流動速度的可能，其結(jié)果是爐底電極進一步磨損和耐火容器底部的嚴(yán)重磨損。
按本發(fā)明建議，將爐底電極的磨損部分設(shè)計為這樣一種結(jié)構(gòu)，即它阻止下爐缸的和由同樣材料制成的電極前部的熔液流動，但與此同時既保證磨損部分散熱，又能保證電能輸入。為減少液態(tài)金屬的流動建議采用下列基本結(jié)構(gòu)-內(nèi)部的金屬芯，它朝容器內(nèi)部的方向縮小，并被冶煉容器的耐火材料所圍繞。
-爐底電極圓柱形磨損部分由與中心線同軸設(shè)置的用金屬和耐高溫材料制的結(jié)構(gòu)部分構(gòu)成，在這里上述材料最好是鋯氧化物。
-由上述兩個結(jié)構(gòu)部分組合成一種沿磨損部分的長度具有適合于電流消耗和散熱的橫截面變化。
在這種情況下，各金屬/耐火材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)應(yīng)彼此協(xié)調(diào)，使液態(tài)金屬的流速十分有效地降低，以及，電極頭部的熔化深度減少到最低程度。小的流速導(dǎo)致顯著減少容器耐火爐襯的腐蝕。
附圖表示了本發(fā)明的一個舉例。其中

圖1爐底電極的縱剖面；圖2a-c爐底電極磨損部分的橫截面。
圖1表示帶有容器壁12和耐火爐襯13的冶金容器10片段。爐底電極11穿過壁12和爐襯13，它由冷卻部分20和磨損部分30組合而成。在冷卻部分20上連接有冷卻劑供應(yīng)裝置22和供電裝置23。在冷卻部分20的端面21上，置有橫截面積A相同的磨損部分30。
在圖1的左部中，磨損部分30具有一種結(jié)構(gòu)，它是由依次堆疊的圓柱體34.1至34.4構(gòu)成，此時，朝冷卻部分20的方向，圓柱體34的直徑逐漸增大。
在圖1的右部中，磨損部分30由一個耐高溫的結(jié)構(gòu)部分31和一個金屬的結(jié)構(gòu)部分32組合而成。
在圖2中舉例表示了耐高溫的結(jié)構(gòu)部分31和金屬的結(jié)構(gòu)部分32相互的排列關(guān)系。其他的排列方式也是可能的并在技術(shù)上是合理的。
舉例2a與圖1左側(cè)相對應(yīng)，表示了一種磨損部分30，它具有由橫截面不同的圓柱體34.1至34.4構(gòu)成的堆垛。
舉例2b表示了一根中央金屬桿38和一個金屬套筒39，后者圍繞著一個耐高溫的套筒35。
舉例2c表示了金屬立柱36，它們裝在一個耐高溫的基體31中。
舉例2d表示了平行排列的板37，它們由耐高溫的材料31和金屬的材料32組成。
符號表10冶金容器11爐底電極12容器壁13耐火爐襯20冷卻部分21端面22冷卻劑供應(yīng)裝置23供電裝置30磨損部分31耐高溫結(jié)構(gòu)部分32金屬結(jié)構(gòu)部分
33外輪廓34金屬圓柱體35耐高溫套筒36金屬立柱37板38金屬桿39金屬套筒S熔池I中心心線A橫截面積L長度
權(quán)利要求
1.用于用直流電工作的冶金容器的爐底電極，它由兩個可互相連接且用不同材料制成的部分組成，其中，朝容器外并設(shè)在容器底部的部分供入一種冷卻劑，而朝容器內(nèi)并設(shè)計為磨損件的部分與在容器內(nèi)的金屬熔池接觸，其特征為磨損部分(30)-有一個結(jié)構(gòu)部分(32)，它主要由一種金屬的并與熔融金屬類似的材料制成，其中，在與冷卻部分(20)連接的端面(21)上，具有一個與冷卻部分橫截面積(A)相配的外輪廓(33)，以及，它具有阻止在工作期間爐底電極(11)一部分熔化了的材料以及金屬熔液流動的結(jié)構(gòu)，以及-有一個用耐高溫材料制成的結(jié)構(gòu)部分(31)，它具有與金屬結(jié)構(gòu)部分(32)相符的結(jié)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求1所述之爐底電極，其特征為金屬結(jié)構(gòu)部分(32)的阻止熔融材料流動的結(jié)構(gòu)，由依次堆疊的圓柱體(34)構(gòu)成，其中，朝冷卻部分(20)的方向各圓柱體直徑逐漸增大。
3.按照權(quán)利要求1所述之爐底電極，其特征為金屬結(jié)構(gòu)部分(32)阻止熔融材料流動的結(jié)構(gòu)，是一個平行于中心線(I)，并朝冷卻部分(20)的方向逐漸增大的截錐體，它朝著容器(10)內(nèi)部的端面面積，小于冷卻部分(20)橫截面積A的1/2。
4.按照前列權(quán)利要求之一所述之爐底電極，其特征為金屬結(jié)構(gòu)部分(32)阻止熔融材料流動的結(jié)構(gòu)，由一個具有與冷卻部分(20)相同橫截面積(A)的圓柱體構(gòu)成，除了由金屬材料制成的結(jié)構(gòu)部分(32)之外，它還有耐高溫材料制成的結(jié)構(gòu)部分(31)，其中，磨損部分(30)的金屬體積(Vmet)與冷卻部分(20)的端面(21)到熔池的距離(L)之比為Vmet/L＝30-300(厘米3/厘米)。
5.按照權(quán)利要求4所述之爐底電極，其特征為由耐高溫材料制成的結(jié)構(gòu)部分(31)含有耐腐和穩(wěn)定的材料，例如由鋯氧化物組成。
6.按照權(quán)利要求4所述之爐底電極，其特征為金屬結(jié)構(gòu)部分(32)設(shè)計為與中心線(I)同軸延伸的套筒(39)的形式。
7.按照權(quán)利要求4所述之爐底電極，其特征為金屬結(jié)構(gòu)部分(32)具有軸線與中心線(I)平行延伸的立柱(36)的形式。
8.按照權(quán)利要求4所述之爐底電極，其特征為金屬結(jié)構(gòu)部分(32)具有軸線與中心線(I)平行延伸的板(37)的形式，板(37)由金屬結(jié)構(gòu)部分(32)和耐高溫結(jié)構(gòu)部分(31)組成。
9.按照權(quán)利要求1所述之爐底電極，其特征為金屬結(jié)構(gòu)部分(32)的橫截面積與可能傳輸?shù)碾娏飨噙m應(yīng)，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計為，從冷卻部分(20)的端面(21)起，連續(xù)加寬至磨損部分(20)的長度L×2/3的區(qū)域內(nèi)達到最大值，以及，在朝容器內(nèi)部方向繼續(xù)延伸時，減小到一個小于1/2橫截面積A的尺寸。
全文摘要
用于一種用直流電工作的冶金容器的爐底電極，它由兩個可互相連接用不同材料制成的部分組成，其中，朝容器外部并設(shè)在容器底部之外的部分被供入冷卻劑，朝容器內(nèi)部設(shè)計作為磨損件的部分與在容器內(nèi)的金屬熔池接觸。磨損部分包括一個結(jié)構(gòu)部分，它主要由一種與熔融金屬類似的金屬材料制成，以及包括一個耐高溫材料制成的結(jié)構(gòu)部分。
文檔編號F27D99/00GK1133114SQ94193734
公開日1996年10月9日 申請日期1994年10月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月11日
發(fā)明者路茲·貝克, 格哈德·謝菲爾斯, 伊沃爾德·福伊爾斯泰克, 沃納·霍夫曼 申請人:曼內(nèi)斯曼股份公司