[發(fā)明專利]用于連續(xù)直流電弧爐的電極

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080056170.1
• 申請日: 2010-12-15
• 公開（公告）號: CN102656415A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 毛里齊奧·皮西奧托;馬可·安索爾迪;斯特凡諾·莫薩特;阿爾弗雷多·波羅尼
• 申請（專利權(quán)）人: 丹尼爾和科菲森梅克尼齊有限公司
• 主分類號: F27B3/24
• 分類號: F27B3/24;F27D11/04;F27D99/00;C21C5/52;H05B7/12
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 李冬梅;鄭霞

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于連續(xù)直流電弧爐的電極，特別是用作在所述爐的底部的陽極的電極。

現(xiàn)有技術(shù)

連續(xù)直流電弧爐(DC?EAF)在鋼技術(shù)中用于熔融和精煉基于鐵的金屬合金。

在這些爐中，電弧在布置在頂部處的至少一個石墨電極(陰極)和布置在爐的爐床中的底部處的至少一個底部電極(陽極)之間放電。電流的經(jīng)過允許電弧的形成，電弧的輻射和對流的效應(yīng)使廢鐵熔融。

相對于交流電弧爐(AC?EAF)，直流電弧爐有利地允許具有更低的電能消耗、更低的電極消耗和耐火材料消耗、廢鐵的均一的和快速的熔融(因為可獲得大長度的電弧)、噪聲和機械應(yīng)力的減少以及液體金屬浴的良好的蒸煮。此外，無功功率的變化以及“閃爍”效應(yīng)是顯著地更少的。

典型地，連續(xù)直流電弧爐具有與爐的冠部相關(guān)聯(lián)并且在爐自身內(nèi)部延伸的頂部電極或陰極，以及被包括在爐的用于封閉電路的耐火爐床中的多個下部電極或底部電極或陽極。

在這些爐中，陽極是最精密的部件中的一個，因為它們被具有非常高的強度的電流經(jīng)過并且經(jīng)受相當(dāng)大的熱應(yīng)力和磁力。

多種類型的底部電極屬于現(xiàn)有技術(shù)。

這樣的底部電極被例如制造為金屬桿的形狀，被包括在爐的耐火爐床中，在其底部端部處在爐自身的外部部分地延伸。所述桿的數(shù)量以及其相對于爐的中部對稱的布置取決于爐的功率并且取決于其爐床的構(gòu)造。

根據(jù)另一種類型的底部電極，所述金屬桿可以被分為多個具有非常小的直徑的坯件，坯件在底部固定在共用的板上，共用的板通常是空氣冷卻的并且借助于水冷卻的管連接于電源。

在另一個已知的實施方案中，代替坯件，每個電極單元可以由多個金屬片組成，多個金屬片被焊接在普通金屬支撐物上并且被布置為與其他電極單元配合，以形成與爐同心的環(huán)。

根據(jù)已知的技術(shù)，桿型的電極可以完全地由鋼制成或由鋼和銅制成。

所述桿的正在與熔融金屬浴接觸的頂部鋼部分熔融高至某個高度。根據(jù)冷卻的效率，桿具有被分隔區(qū)分隔的頂部液體部分和下部固體部分。

在這種類型的底部電極中，主要問題是，開發(fā)在由所述底部電極傳導(dǎo)的高電負(fù)荷和熱負(fù)荷的條件下也盡可能地延伸的能夠確保沿著桿的高度的固體下部部分的冷卻系統(tǒng)的問題。

除了別的以外，具有對于該冷卻系統(tǒng)的需要，以防止熔融金屬的可能的逃逸路線的形成。實際上，如果陽極內(nèi)的熔化前沿繼續(xù)完成陽極的基部的穿孔，那么將發(fā)生液體金屬與水或用于冷卻陽極的基部的其他冷卻液體的接觸，從而導(dǎo)致具有顯著地危險的后果的真實的爆炸。

已經(jīng)提出多種解決方案以獲得底部電極的冷卻作用的改進的熱效率。

第一解決方案提供使用配備有用于流體的通過的通道以冷卻銅部分的、相似于連續(xù)鑄造結(jié)晶器的、以坯件的形狀的雙金屬鋼-銅陽極。熱交換機理是與單相流體(以液態(tài)的水)強制對流的熱交換機理。冷卻流體的運動實質(zhì)上平行于待被冷卻的表面發(fā)生，這需要通道的某個速度和某個尺寸以確保足夠的熱交換。

如果所采用的電流不高的話，該解決方案是足夠的。當(dāng)電流增加時，需要增加直徑和流量，然而同時將通路通道的截面保持為盡可能不變，以進而保持熱交換系數(shù)所依賴的流體的速度不變。考慮到在這樣的條件下，金屬結(jié)構(gòu)的變形可以被巨大地放大，所以冷卻流體穿過的通道也將被熱交換的可能的顯著的減小修改。這些現(xiàn)象可能嚴(yán)重地危害陽極的結(jié)構(gòu)的完整性，對爐的操作有影響。

代替地，第二解決方案提供使用雙金屬鋼-銅陽極，其配備有在陽極的銅部分內(nèi)的冷卻系統(tǒng)，借助于當(dāng)它們與待被冷卻的表面接觸時的液滴霧化和其相繼的沸騰而使用二相冷卻流體(液態(tài)-氣態(tài))。相轉(zhuǎn)移(所謂的“沸騰”)允許高效率地除去熱，但是不利地僅高至臨界溫度。在超出該臨界溫度時，熱交換性質(zhì)快速衰退，這因此導(dǎo)致差的系統(tǒng)可靠性。如果發(fā)生陽極的基部的完全的穿孔，那么一系列障礙物被設(shè)置用于阻擋熔融流體向冷卻系統(tǒng)的殼體中泄漏，然而因此涉及增加的構(gòu)造復(fù)雜性。

因此，意識到制造允許克服上述缺點的底部電極的需要。

發(fā)明概述

本發(fā)明的主要目的是提供用于連續(xù)直流電弧爐的底部電極或陽極，其設(shè)置有冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)能夠確保最有可能的沿著坯件(billet)的縱向延伸部的固體部分(solid?part)也處在高電負(fù)荷的條件下，以持續(xù)地確保陽極的固體-液體界面和冷卻水之間的足夠的距離，以及因此確保絕對的安全性。

本發(fā)明的另一個目的是通過借助于冷卻通道的特定的幾何形狀優(yōu)化熱交換，獲得被制造為雙金屬坯件的形狀的底部電極的冷卻作用的高度優(yōu)于目前可能的效率的效率。