專利名稱：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
技術領域：
本發明屬于一種用于煉鋼領域連鑄中間包施加脈沖電流技術，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：
提高鋼的強度、韌性、延性、加工性能以及使用壽命是21世紀鋼鐵工業的重要研 究課題之一。改變金相組織，細化晶粒度是一種有效的方法。可以通過提高鋼材的特定合 金元素的含量來實現，也可以通過控軋控冷以及等徑角擠壓冷變形技術來完成。電脈沖細化金屬凝固組織是金屬組織細化領域內的一項新技術。電脈沖細化連鑄 坯凝固組織主要是在連鑄生產中鋼液凝固前或凝固過程中，通過對金屬熔體施加適宜的脈 沖電流，以實現控制連鑄坯凝固組織的方法。該項技術首先在有色金屬領域內進行了試驗 研究，尤其對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]，近幾年又把該技術引入到了煉鋼連鑄方面，如對連鑄結晶器或者中間包內鋼液施加電 脈沖對其效果的研究[5_8]，電脈沖技術的細化效果顯著并且穩定，并具有投資少、設備簡單、 方法靈活、無污染等優點，得到了國內外許多研究學者的密切關注。該技術雖然在試驗研究 方面已取得了一定的進展，但工業應用電極還需要滿足以下兩方面要求1)實用電極的安裝方式有待改進；電極耐高溫氧化和侵蝕性能還有待于提高，需 要達到較長時間的使用性能，盡量做到與中間包包襯同壽命。2)實用電極的導電性能有待于提高，應盡量降低電阻，提高電導率。參考文獻[1]王建中，齊錦剛，杜慧玲等.電脈沖孕育處理對純鋁凝固組織的影響[J].材料 科學與工藝，2008 (16).[2]王冰，王建中，齊錦剛等.電脈沖孕育處理對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，王靜松等.電脈沖處理時間對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，石向東等.電脈沖處理對Sn-15% Pb合金凝固組織中枝晶形 態的影響[J].北京科技大學學報，2005，(27).[5]顧武安，蒼大強，張開堅等.對連鑄結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.電脈沖細化HRB335螺紋鋼凝固組織的研究[J].熱 加工工藝，2008，(11).
發明內容
本發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 過在連鑄生產過程中施加于其上脈沖電流作用于中間包內的鋼液，達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，使用壽命 長；電阻率低，導電性能好；電極在脈沖處理過程中操作簡單易行，安全可靠。本發明的目的是通過下述技術方案來實現的，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狀耐火材料、及包覆于該耐火材料中的電極底 盤，在該電極底盤表面垂直連結有棒狀石墨電極，棒狀石墨電極貫穿于所述圓錐臺狀耐火 材料且其端頭裸露于圓錐臺狀耐火材料表面與鋼液相接；在所述電極底盤底端設有脈沖電 流接入端；該脈沖電流接入端穿出圓錐臺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構，其圓柱截面直徑根據所需脈沖電流的大小 和碳素電極需用電流密度值計算確定，選擇在50-200mm范圍內變動。所述棒狀石墨電極與 電極底盤打結成為一體結構。所述石墨電極直徑外沿至圓錐臺狀耐火材料頂面邊沿之間距離為20mm-40mm。所述電極底盤與脈沖電流接入端為一體結構，其材料為碳素鋼。棒狀石墨電極打 結于電極底盤中心與脈沖電流接入端相反的一側。同時，選用合適的不定型耐火材料，主要 為鎂鋁澆注料，把導電體包覆其中，進行打結成型、烘烤定形，使脈沖電極的損耗與中間包 工作層的損蝕同步。進一步地，本發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、工業硅 或磁鐵粉中的一種或多種；粘接劑選用酚醛樹脂、改性酚酸樹脂或焦油浙青。本發明的有益效果是，本發明采取的石墨電極其耐高溫侵蝕性能大大提高，使脈 沖電極與中間包內壁的損耗同步，鋼接頭的設計使得脈沖電極可迅速與脈沖電源連結，方 便了高溫條件下對鋼液的電脈沖處理，最終使連鑄坯凝固組織得到改善。
圖1是脈沖石墨電極結構示意圖；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構示意圖；圖4是脈沖石墨電極與中間包聯接示意圖。圖中1.脈沖電流接入端，2.耐火材料，3.電極底盤，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，包括一圓錐臺狀耐 火材料2、及包覆于該耐火材料2中的電極底盤3，在該電極底盤3表面垂直連結有棒狀石 墨電極4，棒狀石墨電極4貫穿于所述圓錐臺狀耐火材料2且其端頭裸露于圓錐臺狀耐火材料2表面與鋼液相接；在所述電極底盤3底端設有脈沖電流接入端1 ；該脈沖電流接入端1 穿出圓錐臺狀耐火材料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截面為圓柱形結構，圖中給出了截面為圓柱形結 構的石墨電極示意圖。并且石墨電極4直徑外沿至圓錐臺狀耐火材料2頂面邊沿之間距離 為 20mm-40mmo 本發明石墨電極根據電脈沖裝置輸出的瞬時電流范圍和棒狀石墨電極4材料允 許通過的電流密度，由A = I/J可以計算出與鋼液接觸的電極橫斷面積。上述輸出電流I范 圍根據各使用單位選定的脈沖設備給定，棒狀石墨電極4材料允許通過的電流密度J根據 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，進而可確定連結棒狀石墨電極4的脈沖電極底盤3的面積。設計棒狀石墨電 極4圓柱截面直徑為50mm-200mm。本發明的棒狀石墨電極4與脈沖電極底盤3之間打結為一體結構。并且電極底盤 3與脈沖電流接入端1為一體結構，其材料為碳素鋼。圖3給出了本發明用于電脈沖的中間包結構示意圖；如圖3所示，根據連鑄中間包 實際情況，如中間包容量、拉鋼時的工作液面、中間包水口數量等，對中間包進行技術改造， 根據連鑄中間包的具體條件，按照圖3確定出脈沖電極的合理的安裝高度h，并在中間包I 包壁預留兩個對稱的脈沖電極安裝孔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中間包預留的脈沖電極安裝孔II對應的位置，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。在中間包的對稱位置裝有另一 根同樣規格的電極。下面給出不同的實施例來說明本發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施例1本發明棒狀石墨電極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% )、改性酚醛樹脂(8%)0本實施例棒狀石墨電極4的圓柱截面直徑選用200mm。實施例2本發明棒狀石墨電極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% )、酚醛樹脂(5% )。本實施例棒狀石墨電極4的圓柱截面直徑選用80mm。實施例3本發明棒狀石墨電極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% )、工業硅(3% )、焦油浙青(7% )。本實施例棒狀石墨電極4的圓柱截面直徑選用50mm。實施例4本發明棒狀石墨電極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% )、改性酚醛樹脂(12% )0本實施例棒狀石墨電極4的圓柱截面直徑選用120mm。圖4給出了本發明安裝于中間包的結構示意圖，其聯接固定如圖4所示，棒狀石墨電極4打結在電極底盤3上，通過不定型耐火材料2把棒狀石墨電極4包覆其中，進行打結 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相接觸段設有絕緣材 料9 ；脈沖電極通過固定螺栓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，脈沖電極插進中間包壁11，并通過焊接在中間包壁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，轉運至拉鋼位后，通過其脈沖電極接頭與脈沖電源連接，在連鑄 過程中實現對鋼液的電脈沖。在連鑄過程中，根據中間包液面情況，選擇脈沖電壓，適時開啟脈沖電源，對中間 包鋼水施加不同電參數的電脈沖。本發明的石墨電極在使用時要同時使用2個，將其對應 鑲嵌在中間包包襯的對稱位置，這對電極之間的鋼液可以被電脈沖處理。從而達到通過對 金屬熔體施加適宜的脈沖電流，以實現控制連鑄坯凝固組織的目的。對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行適當的加工改造， 由電脈沖裝置輸出脈沖電流，通過耐高溫導線、中間包脈沖電極接頭8、金屬電極底盤3、脈 沖電極導入鋼液，對鋼液進行電脈沖處理。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內的金屬底盤連接，背面留出脈沖電極接頭與脈 沖電源連接。同時，選用合適的不定型高溫耐火材料，將石墨電極包裹于其中。參數上，選用的石墨電極電阻系數小，允許通過的電流值大，石墨電極載流斷面滿 足輸出的要求。由于棒狀石墨材料的熔點、荷重軟化點均很高，在液態鋼水的溫度下，石墨 電極的形狀不會發生變化，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參數選擇得當，則 可得到與中間包同壽命的脈沖電極。根據連鑄中間包實際情況，如中間包容量、拉鋼時的工作液面、中間包水口數量 等，對中間包進行一定的技術改造，按照圖3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中對應的位置，聯接固定如圖4后， 將脈沖電源通過接頭與脈沖電極連接。在連鑄過程中，根據中間包液面情況，選擇脈沖電 壓，適時開啟脈沖電源，對中間包鋼水施加不同電參數的電脈沖。
權利要求
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狀耐火材料(2)及包覆于該耐火材料(2)中的電極底盤(3)，在該電極底盤(3)表面垂直連接有棒狀石墨電極(4)，棒狀石墨電極(4)貫穿于所述圓錐臺狀耐火材料(2)且其端頭裸露于圓錐臺狀耐火材料(2)表面與鋼液相接；在所述電極底盤(3)底端設有脈沖電流接入端(1)；該脈沖電流接入端(1)穿出圓錐臺狀耐火材料(2)底端面與脈沖電源相連。
2.根據權利要求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)為圓柱形結構，其圓柱截面直徑為50mm-200mm。
3.根據權利要求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直徑外沿至圓錐臺狀耐火材料⑵頂面邊沿之間距離為20mm-40mm。
4.根據權利要求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(3)打結連接為一體。
5.根據權利要求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(3)與脈沖電流接入端(1)為一體結構，其材料為碳素鋼。
6.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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、工業硅或磁鐵粉中的一種或多種。
9.根據權利要求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脂、改性酚醛樹脂或焦油浙青。
全文摘要
本發明公開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狀耐火材料(2)、及包覆于該耐火材料(2)中的電極底盤(3)，在該電極底盤(3)表面垂直連接有棒狀石墨電極(4)，棒狀石墨電極(4)貫穿于所述圓錐臺狀耐火材料(2)且其端頭裸露于圓錐臺狀耐火材料(2)表面與鋼液相接；在所述電極底盤(3)底端設有脈沖電流接入端(1)；該脈沖電流接入端(1)穿出圓錐臺狀耐火材料(2)底端面與脈沖電源相連。該石墨電極制造簡便；耐高溫氧化、耐高溫鋼液侵蝕，使用壽命長；電阻率低，導電性能好；電極在脈沖處理過程中性能穩定，安全可靠。
文檔編號B22D11/11GK101850406SQ201010213728
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月30日 優先權日2010年6月30日
發明者張西鋒, 李都宏, 李雪潔, 楊拉道, 王超, 袁守謙 申請人:西安建筑科技大學