CN1009759B - 直流电弧炉炉底电极的通电装置 - Google Patents

Abstract

按照本发明的装置，主要包括：

一个穿过炉壁并且包括一个由冷却的塞块10延长的金属芯7的沪底电极，塞块对面的金属芯的自由端与炉中存在的溶化了的金属相接触，一个由导热材料制成的套筒11，该套筒11被冷却液体的循环所冷却并且包围着金属芯，一个连接金属芯7到电源的装置29，按本发明的装置的特征在于它还具有在套筒11和金属芯7之间形成的一个分隔间隙12，和一个弹性频器系统33、34、35，该系统可用于把该金属芯7恢复到装置时所给定它的原始位置。经本发明的装置，特别被钢铁工业很好地用作直缠电弧炉的炉膛式电极。

Description

本发明的主题是通过直流电冶炼炉壁安装的一个通电装置，这个通电装置，通常是通过炉底安装的。

通电装置的一端与炉内金属溶液，例如钢溶液相接触，另一端与直流电源的一个电极相连接。电源另一极习惯上与一个或数个可移动的圆头电极相接。这些电极稍高于槽内金属液，以便在电极和金属液面间产生并保持电弧，用来熔炼金属。

在钢铁工业中，特别是在冶炼或保温铁水包中或在熔炼含金属的固体原料的电弧炉中，这类通电装置被称作炉膛式电极。

在这方面遇到的主要问题是涉及炉膛式电极长期的抗热问题，由于这些电极与熔化金属液相接触，而自身又要通过高强度的电流，特别是在电弧炉中电流强度高达40000安培以上，甚至更高，因而要承受巨大的热应力。

本专利申请者对此问题在作了大量研究之后，于一九八四年十一月六日在法国专利申请第84/17323号中提出在直流电弧炉中采用一个特别适用长时间工作的炉膛电极，该电极主要由一个钢芯构成，该钢芯穿过炉膛以使其一端与炉中金属液相接触，另一端置入用导电导热材料制成的套筒内，最好是钢套筒。这个套筒用循环水冷却，置于套筒中的钢芯的一端与套筒有一个间隔，在“热的”期间，即熔炉工作时，钢芯充满此间隔;在“冷的”期间，即断电后，钢芯冷却，恢复间隔。这便于使钢芯在套筒内随着反复的熔化、凝固的程序作纵向的膨胀和收缩，露在冷却套筒外的钢芯部分也经受着由熔炉的循环性工作造成的反复程序。

此外，钢芯下端与一个在冷却套内的用导电、导热材料，最好像冷却套也用铜制成的塞块相连接。该塞块与电源相接通，并被内部冷却液体的循环所冷却。

这类炉膛式电极产生非常好的效果，然而我们利用位移检测器可以看出在熔炉停止工作时（或“冷的”时期），钢芯和塞块象一个滑动部件似的在套筒内上升。这一上升，在熔化、凝固程序中不断重复。由于炉膛式电极的一端与金属溶液接触而造成损耗，结果会导致电极的逐渐消失。

本发明的目的是解决这一问题，从而进一步提 高炉膛式电极的抗热能力。

为此目的，本发明的主题是通过直流电冶炼炉的特别是电弧冶炼炉的炉膛，一般是炉底安装的一个通电装置，该装置由下列部件构成：

-一个包括金属芯和塞块的炉底电极，其一端与冶炼炉内壁平，其另一端与塞块相连接;

-一个以导热材料制成的套筒，该套筒有一冷却回路，围住上述金属芯;

-一个连接金属芯与电流的装置;

本通电装置其特征在于，它提供，

-套筒和金属芯之间有一间隔，有一支承炉底电极的弹性固定系统随时使金属芯和塞块回到装配时的原始位置上。

按照本发明的一种最佳方案，塞块是用既导热又导电的材料，最好用铜或铜合金来制作，并且由于内部冷却液，例如水的循环，塞块被充分冷却。

在这种情况下该塞块最好与电源相接，从而保证金属芯与电源相接。

按照上述方案的另一种可选择的方案，套筒也是由导电材料构成，这样在熔炉的“热的”时期，铁芯与套筒接触，从而使金属芯横向通电。

这将毫无疑问，在熔化状态下，弹性固定系统能使金属芯连同塞块一起回归装配时确定的恒定位置，由于金属芯和塞块可在套筒内滑动，这一点就更容易做到。

为了容易理解本发明，下面将试图描述炉心在再熔化，再凝固周期内电极区域发生的情况，尽管这一区域出现的实际现象至今还不能认为完全解释清楚。

首先，应提到的是，不论是交流式的或直流式的电弧炉其内部的底部场有一杯形凹底，每次熔炼后有少量名叫“热度”金属保存在这杯形底中，以便更顺利的进行下一批金属的冶炼。当然，如果是个直流电弧炉只有当炉膛电极伸入到杯形底，“热底”才能起作用。

明确了这一点，我们更容易理解在熔炉处于“冷的”时期，就是两次熔炼间歇时，“热底”固化，紧紧的粘在杯形底部。结果促使逐渐冷却的金属芯收缩因而在套筒内上升，这样，在冷却期结束时，会发现炉膛电极的长度缩短了，可缩短数毫米。

在熔炉这样冷的期间，由于金属芯的收缩，直径变小，使金属芯与冷却套筒之间又形成了间隔，并且金属芯由于滑动而上升。随套筒内铁心的上升弹性紧固系统的应力也在增加，（系统可能是拉伸或压缩，这取决于所用的是拉簧还是压簧）。

与此相反，在“热的”情况下，也就是在熔炉工作时，“热”底首先熔化，熔液向夹入炉底耐火炉衬内的未冷却金属芯的上部流动，这使得上次凝固时在耐火炉衬中的金属芯上的大部分粘着点消失了。然而，这还不足以确保金属芯的可移动部分在自重的作用下恢复装配时的原始位置。

然后由于先前的收缩而仍处于应力下的弹性紧固系统恢复它的平衡状态，同时将金属芯向炉外方向推动，促使金属芯恢复原位。

在这方面应当注意到，金属芯和套筒间的距离有助于固定系统的复元动作。事实上，金属芯加热后，由于径向的膨胀，充填这个间隔，同时失去了它的原状，所以不要向套筒内壁施加横向压力，从而阻止紧固系统的复元动作。然而，在金属芯还未全部占据套筒内的间隔之前，弹性系统有可能作出它的复元动作。这个精确的机制还有待于更具体的详细的描述，因为它取决于许多因素。如：金属芯的大小，复元系统阻力的大小，以及耐火衬的厚度等等。

但是，弹性紧固系统以及在“冷的”状态时，金属芯与套筒间的间隔的存在，使金属芯于每次炉内熔化金属可靠地恢复原位。这样就杜绝了金属芯在套筒内的纵向收缩现象的累积作用下所造成的任何可能性。

在下列通过实例的描述中，将给出本发明的另一些优点和特色，参看附图，其中：

-图一为一个直流冶金电弧炉的纵剖面简图，其底部按本发明安装一通电装置。

-图二为该配电装置放大了的纵剖面详细图。

图一所示的电弧炉包括盖在耐火衬3中的金属壳2。

金属4被由它和圆头的石墨电极5（本例中有两个）末端产生的电弧所熔化，这两个石墨电极都与直流电源的负极（未画出）相连接。这两个电极与通电装置6通过冶炼溶液按照本发明构成一个闭路电路。可以看出该装置由钢坯制的并通过炉底8而安装金属芯7所构成，因此钢芯上端与金属液相接触，金属芯通常在炉的最低点的杯形炉底熔液相 接触，在这里常久地保存着称作“热底”的金属。以使下次对固体冶炼原料的容易开始。

金属芯7的下端9同铜制螺纹接口的塞块10相连，该塞块由内部循环水进行冷却。

从图二可以仔细地看到，钢坯下部9和塞块的上部被包在冷却的铜11中，该冷却的铜11以一空间隔包围着金属芯7，从而在两者间形成一个空隙12，该空隙12将在熔炉通电时，由于钢坯膨胀空隙12被填满。

与此相反，当套筒11和塞块10冷却时在塞块10和套筒11之间只起到导轨的作用，以保证塞块10可在套筒11中滑动。

在上述范例中应注意处于套筒内的金属芯7的下端9足以保证塞块10在金属芯周期性的热膨胀和收缩时都能在套筒11中滑动。也就是说铜在铜上滑动。

此外，如图所示：金属芯7套筒11和塞块10都是圆的横截面。

金属芯7借助于套筒11和塞块10达到冷却，套筒11在其外侧表面上有彼此平行的螺旋槽13。

金属外套14的一端紧套在套筒11的外面不露泄地将这些槽密封住，金属外壳14的一端是入水口15、15′。另一端是出水口16、16′，以供冷却液（最好为脱矿物质的水）出入。

塞块10下部凹进，使它下端有一实际上是圆锥体的空心开口17，空心开口17安有一金属核18。这个普通锥形的金属核的表面上方有上方槽19，和侧面槽20，以便冷却水循环。

用螺丝24将金属板23不露泄地固定在塞块10底下。金属板23与塞块之间夹入一个环型圈21。金属板23上凿了两个孔25、26，以便分别不露泄地接上水的进出口。

含有套筒和金属外套的整体分别由安装在套筒11上、下两端的环形套圈27和28进行液体的密封。

金属芯7是通过套管11和密块10与线源相接，11和10组成了与钢心相通的两条平行的电支路。这个电路通过铜连接29最终与电源一级（未标出）相接。以便一起接到套筒11和塞块10相接。

铜连接板29有一孔为使塞块通过，并且用螺栓30将铜连接板29固定在套筒11下端。

为了使炉膛式电极的内部组件7、10保持有充分的滑动功能，塞块10一方面和套筒11、另一方面和铜连接板29之间具有滑动电接触点。

在举例的实施方案中，这些电接触点，包括三个片弹簧做的环型铜圈31。每个圈被插入套筒11的内壁圆槽内和铜连接板29内，这样，环型圈31的柔软部分就可以永远与塞块10的侧面作弹性的接触。

本发明的一个重量特征，是谋求一个炉膛电极滑动部分7、10的弹性紧固系统，以便在电熔炉通电再熔炼时，能使这部分（即金属芯7和塞块10这一整体）恢复装配时的原始位置。

在图2所示的实施方案中，弹性紧固系统主要包括称为“百利维力”（Belleville）的圆锥形金属垫圈33的压簧，它们两个锥口相对也被叠落起来，弹簧围着导柱34组装。导柱一端有一个可移动的，固定在滑动部分7、10上的挡头。另一端是固定挡头，也就是说该固定挡头和体外壳2成一整体，而处于炉壳和可移动的挡头之间。在实施方案的范例中，固定挡头包括电连接板29本身，而可移动的挡头是由焊接在板23上可滑动的支承架35所组成。板23封住了塞块10中的孔17。

用螺丝将导柱34的一端与铜连接板29拧为一体。导柱的另一端，安装上也由一叠“百利维力”金属垫圈组成的有效的减震器36。这一叠垫圈安装于沿导柱34滑动的支承架35和紧固螺母37之间，紧固螺母37可用来调整对弹簧施加的初始压力。更可取的是每个弹簧末端各安一个平面垫圈38。

按本发明，整个装置用底板39固定于熔炉壳2上，外壳14用堆焊40被牢牢地同底盘39相接。底板39本身固定在炉壳2下面，并在两者之间插入电绝缘板410。为此目的，在底板39和板41上开了一些通孔以便螺钉42能够插入并将它们与炉壳体2固定。为了保护炉壳2的电绝缘性，在螺丝42的孔中，放入带有绝缘垫圈44的绝缘管43。

当然，只要保留在所附的权利要求中提到的特点，本发明绝不仅限于如述的实施方案，它还包括许多可选择的形式。

如：由片弹簧环形铜圈形成的电接触点31并 不一定要弹性地承受塞块10，但当然可以弹性的承受套筒11和钢连接板29，在这种情况下，装铜圈的槽是开在塞块10的横侧面的。

况且，可以不用上述的设备而用另外包括位于套筒11底部的铜连接板29对金属芯通电的设备。

例如，紧固板39也可以被用做导电部件，这时，39最好用铜制作。

就滑动部分7、10的弹性紧固而言，也可能有与上述不同的实施方案。如：由一叠“百利维力”金属垫圈做的压簧系统，也可以由一个拉簧系统来代替，该拉簧在金属芯在再凝固时的冷缩作用下变长。在这种情况下，当然，可移动挡头35将必须位于炉壳2和弹簧的固定挡头之间。

Claims (9)

1、一个安装在直流电弧炉炉底的炉底电极通电装置，该装置包括：

由金属芯(7)、塞块(10)组成的炉底电极，金属芯一端面与炉底面等高，另一端与塞块(10)相接触；

由导热材料做成的套筒(11)，该套筒套住金属芯(7)下部和塞块(10)，该套筒被固定在炉壳(2)上并有冷却液循环回路(13)；连接金属芯和电源的装置；

其特征在于塞块(10)由电的良导体构成，套筒(11)与金属芯之间有一空隙(12)，有一支承炉底电极的弹性固定系统，该系统随时使金属芯和塞块回到装配时的原始位置上。

2、根据权利要求1所述的通电装置，其特征在于：上述弹性固定系统由固定在炉壳（2）上的固定挡头，固定在炉底电极底部的可动挡头及安放在固定挡头和可动挡头间的弹簧组成。

3、根据权利要求2所述的通电装置，其特征在于：上述弹簧是压簧式的，其中上述的固定挡头（29）位于炉壳（2）与上述可移动的挡头（35）之间。

4、根据权利要求2或3所述的通电装置，其特征在于：还有一安装在固定挡头和可动挡头之间并插在弹簧内以导向移动挡头的导柱（34）。

5、根据权利要求4所述的通电装置，其特征在于：上述可移动挡头还包括顺导柱（34）滑动的并固定在塞块（10）上的支承架（35）。

6、根据权利要求3的装置的特征在于：弹簧组由圆锥体金属垫圈叠放堆（33）组成。

7、根据权利要求2的装置其特征在于：还具有减震器（36），它由被装在可移动的挡头处的弹簧组所组成。

8、根据权利要求1的装置其特征在于：金属芯（7）通过上述的塞块与电源相接，和塞块有一冷却液体循环回路（19、20）。

9、根据权利要求6的装置的特征在于：套筒（11）也是由电的良导体制成，而且有铜连接板（29）把塞块（10）连接到和套筒（11）同一电源的电极上，因而塞块（10）和套筒（11）组成与金属芯（7）相通的两条并联的分支电路。