专利名称：一种用于给连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极的制作方法
技术领域：
本发明属于一种用于炼钢领域连铸中间包施加脉冲电流技术，特别是一种用于给 连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极。
背景技术：
提高钢的强度、韧性、延性、加工性能以及使用寿命是21世纪钢铁工业的重要研 究课题之一。改变金相组织，细化晶粒度是一种有效的方法。可以通过提高钢材的特定合 金元素的含量来实现，也可以通过控轧控冷以及等径角挤压冷变形技术来完成。电脉冲细化金属凝固组织是金属组织细化领域内的一项新技术。电脉冲细化连铸 坯凝固组织主要是在连铸生产中钢液凝固前或凝固过程中，通过对金属熔体施加适宜的脉 冲电流，以实现控制连铸坯凝固组织的方法。该项技术首先在有色金属领域内进行了试验 研究，尤其对Al、Al-5Cu合金、Al-18% Si合金、Sn_15% Pb合金凝固组织的影响得到肯定 [1_4]，近几年又把该技术引入到了炼钢连铸方面，如对连铸结晶器或者中间包内钢液施加电 脉冲对其效果的研究[5_8]，电脉冲技术的细化效果显著并且稳定，并具有投资少、设备简单、 方法灵活、无污染等优点，得到了国内外许多研究学者的密切关注。该技术虽然在试验研究 方面已取得了一定的进展，但工业应用电极还需要满足以下两方面要求1)实用电极的安装方式有待改进；电极耐高温氧化和侵蚀性能还有待于提高，需 要达到较长时间的使用性能，尽量做到与中间包包衬同寿命。2)实用电极的导电性能有待于提高，应尽量降低电阻，提高电导率。参考文献[1]王建中，齐锦刚，杜慧玲等.电脉冲孕育处理对纯铝凝固组织的影响[J].材料 科学与工艺，2008 (16).[2]王冰，王建中，齐锦刚等.电脉冲孕育处理对A1-5CU合金热裂的影响[J].特 种铸造及有色合金，2007，(27).[3]石向东，薛庆国，王静松等.电脉冲处理时间对Al-18% Si合金凝固组织的影 响[J]·金属热处理，2005，(12).[4]王静松，薛庆国，石向东等.电脉冲处理对Sn-15% Pb合金凝固组织中枝晶形 态的影响[J].北京科技大学学报，2005，(27).[5]顾武安，苍大强，张开坚等.对连铸结晶器钢液施加电脉冲提高铸坯等轴晶率 的研究[J].钢铁钒钛，2008，(29).[6]顾武安.中间包钢液施加电脉冲的冶金效果研究[J].钢铁钒钛，2009，(1).[7]张西锋，袁守谦，魏颖娟等.电脉冲处理对45钢凝固组织的影响[J].热加工 工艺，2008，(6).[8]张西峰，袁守谦，王超等.电脉冲细化HRB335螺纹钢凝固组织的研究[J].热 加工工艺，2008，(11).
发明内容
本发明的目的是提供一种用于给连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极，该电极通 过在连铸生产过程中施加于其上脉冲电流作用于中间包内的钢液，达到改善连铸坯凝固组 织的目的，并且该石墨电极耐高温侵蚀性能、耐高温氧化和耐钢水熔化性能强，使用寿命 长；电阻率低，导电性能好；电极在脉冲处理过程中操作简单易行，安全可靠。本发明的目的是通过下述技术方案来实现的，一种用于给连铸中间包施加脉冲电 流的石墨电极，其特征在于包括一圆锥台状耐火材料、及包覆于该耐火材料中的电极底 盘，在该电极底盘表面垂直连结有棒状石墨电极，棒状石墨电极贯穿于所述圆锥台状耐火 材料且其端头裸露于圆锥台状耐火材料表面与钢液相接；在所述电极底盘底端设有脉冲电 流接入端；该脉冲电流接入端穿出圆锥台状耐火材料底端面与脉冲电源相连。所述棒状石墨电极截面为圆柱形结构，其圆柱截面直径根据所需脉冲电流的大小 和碳素电极需用电流密度值计算确定，选择在50-200mm范围内变动。所述棒状石墨电极与 电极底盘打结成为一体结构。所述石墨电极直径外沿至圆锥台状耐火材料顶面边沿之间距离为20mm-40mm。所述电极底盘与脉冲电流接入端为一体结构，其材料为碳素钢。棒状石墨电极打 结于电极底盘中心与脉冲电流接入端相反的一侧。同时，选用合适的不定型耐火材料，主要 为镁铝浇注料，把导电体包覆其中，进行打结成型、烘烤定形，使脉冲电极的损耗与中间包 工作层的损蚀同步。进一步地，本发明还给出了制作棒状石墨电极的原料配比耐火材料骨料 (55-75% )、鳞片石墨(15-25% )、抗氧化剂(2%-8% )、粘接剂为(5% -12%).其中耐火 材料骨料选用镁砂、高铝钒土或刚玉中的一种或多种；抗氧化剂选用金属铝、硅钙、工业硅 或磁铁粉中的一种或多种；粘接剂选用酚醛树脂、改性酚酸树脂或焦油浙青。本发明的有益效果是，本发明采取的石墨电极其耐高温侵蚀性能大大提高，使脉 冲电极与中间包内壁的损耗同步，钢接头的设计使得脉冲电极可迅速与脉冲电源连结，方 便了高温条件下对钢液的电脉冲处理，最终使连铸坯凝固组织得到改善。
图1是脉冲石墨电极结构示意图；图2是脉冲石墨电极A向示意图；图3是用于电脉冲的中间包结构示意图；图4是脉冲石墨电极与中间包联接示意图。图中1.脉冲电流接入端，2.耐火材料，3.电极底盘，4.棒状小电极，5.脉冲电 极固定圆管，6.法兰，7.固定脉冲电极圆板，8.脉冲电极接头，9.绝缘材料，10.固定螺栓， 11.中间包壁；I.中间包，II.脉冲电极安装孔，H.中间包总高，h.脉冲电极安装高度。
具体实施例方式如图1所示，该用于给连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极，包括一圆锥台状耐 火材料2、及包覆于该耐火材料2中的电极底盘3，在该电极底盘3表面垂直连结有棒状石 墨电极4，棒状石墨电极4贯穿于所述圆锥台状耐火材料2且其端头裸露于圆锥台状耐火材料2表面与钢液相接；在所述电极底盘3底端设有脉冲电流接入端1 ；该脉冲电流接入端1 穿出圆锥台状耐火材料2底端面与脉冲电源相连。如图2所示，所述棒状石墨电极4截面为圆柱形结构，图中给出了截面为圆柱形结 构的石墨电极示意图。并且石墨电极4直径外沿至圆锥台状耐火材料2顶面边沿之间距离 为 20mm-40mmo 本发明石墨电极根据电脉冲装置输出的瞬时电流范围和棒状石墨电极4材料允 许通过的电流密度，由A = I/J可以计算出与钢液接触的电极横断面积。上述输出电流I范 围根据各使用单位选定的脉冲设备给定，棒状石墨电极4材料允许通过的电流密度J根据 所采用的材料决定。在已确定棒状石墨电极4的断面尺寸后，可求出该棒状石墨电极4的 圆截面直径，进而可确定连结棒状石墨电极4的脉冲电极底盘3的面积。设计棒状石墨电 极4圆柱截面直径为50mm-200mm。本发明的棒状石墨电极4与脉冲电极底盘3之间打结为一体结构。并且电极底盘 3与脉冲电流接入端1为一体结构，其材料为碳素钢。图3给出了本发明用于电脉冲的中间包结构示意图；如图3所示，根据连铸中间包 实际情况，如中间包容量、拉钢时的工作液面、中间包水口数量等，对中间包进行技术改造， 根据连铸中间包的具体条件，按照图3确定出脉冲电极的合理的安装高度h，并在中间包I 包壁预留两个对称的脉冲电极安装孔II。使脉冲电极能够顺利安装。将制作好的两根脉冲 电极(图1所示)分别安装于图3中间包预留的脉冲电极安装孔II对应的位置，即脉冲电 极安装于中间包下部1/3处。图中所示H为中间包的总高。在中间包的对称位置装有另一 根同样规格的电极。下面给出不同的实施例来说明本发明石墨电极所选用不同的材料制备的配制比 例及其制作后的圆柱截面直径实施例1本发明棒状石墨电极4由下述重量百分比的原料配制而成电熔镁砂骨料 (72% )、鳞片石墨(15% )、铝(3% )、磁铁粉(2% )、改性酚醛树脂(8%)0本实施例棒状石墨电极4的圆柱截面直径选用200mm。实施例2本发明棒状石墨电极4由下述重量百分比的原料配制而成高铝钒土骨料 (75% )、鳞片石墨(18% )、硅钙(2% )、酚醛树脂(5% )。本实施例棒状石墨电极4的圆柱截面直径选用80mm。实施例3本发明棒状石墨电极4由下述重量百分比的原料配制而成刚玉骨料(58% )、镁 砂(15% )、鳞片石墨(17% )、工业硅(3% )、焦油浙青(7% )。本实施例棒状石墨电极4的圆柱截面直径选用50mm。实施例4本发明棒状石墨电极4由下述重量百分比的原料配制而成电熔镁砂骨料 (55% )、鳞片石墨(25% )、铝(5% )、磁铁粉(3% )、改性酚醛树脂(12% )0本实施例棒状石墨电极4的圆柱截面直径选用120mm。图4给出了本发明安装于中间包的结构示意图，其联接固定如图4所示，棒状石墨电极4打结在电极底盘3上，通过不定型耐火材料2把棒状石墨电极4包覆其中，进行打结 成型；然后将脉冲电极的脉冲电流接入端1连接脉冲电极接头8，并在耐火材料2底端包覆 一层固定脉冲电极圆板7，在固定脉冲电极圆板7与脉冲电流接入端1相接触段设有绝缘材 料9 ；脉冲电极通过固定螺栓10将连接于固定脉冲电极圆板7上的法兰6与固定脉冲电极 圆板7连接。安装时，脉冲电极插进中间包壁11，并通过焊接在中间包壁11上的脉冲电极 固定圆管5将脉冲电极与中间包I固定连接；脉冲电极上端面的棒状石墨电极4端头与中 间包壁上端面平行分布。
将脉冲电极装入中间包安装孔后，通过脉冲电极接头8与脉冲电源连接。脉冲电 极与连铸中间包安装完好，转运至拉钢位后，通过其脉冲电极接头与脉冲电源连接，在连铸 过程中实现对钢液的电脉冲。在连铸过程中，根据中间包液面情况，选择脉冲电压，适时开启脉冲电源，对中间 包钢水施加不同电参数的电脉冲。本发明的石墨电极在使用时要同时使用2个，将其对应 镶嵌在中间包包衬的对称位置，这对电极之间的钢液可以被电脉冲处理。从而达到通过对 金属熔体施加适宜的脉冲电流，以实现控制连铸坯凝固组织的目的。对炼钢连铸中间包保证其容量和使用便捷性不变的情况下进行适当的加工改造， 由电脉冲装置输出脉冲电流，通过耐高温导线、中间包脉冲电极接头8、金属电极底盘3、脉 冲电极导入钢液，对钢液进行电脉冲处理。为了使脉冲电极耐高温腐蚀性能提高，装配工艺 上，按照上述配方制取的石墨电极与托盘内的金属底盘连接，背面留出脉冲电极接头与脉 冲电源连接。同时，选用合适的不定型高温耐火材料，将石墨电极包裹于其中。参数上，选用的石墨电极电阻系数小，允许通过的电流值大，石墨电极载流断面满 足输出的要求。由于棒状石墨材料的熔点、荷重软化点均很高，在液态钢水的温度下，石墨 电极的形状不会发生变化，不定型耐火材料隔绝了石墨电极与空气和包壁钢板的接触，这 样保证了绝缘，并防止了石墨电极的氧化。因此，只要脉冲电极的各相关参数选择得当，则 可得到与中间包同寿命的脉冲电极。根据连铸中间包实际情况，如中间包容量、拉钢时的工作液面、中间包水口数量 等，对中间包进行一定的技术改造，按照图3确定出脉冲电极合理的安装位置h，使脉冲电 极能够顺利安装。将制作好的脉冲电极图1安装于图2中对应的位置，联接固定如图4后， 将脉冲电源通过接头与脉冲电极连接。在连铸过程中，根据中间包液面情况，选择脉冲电 压，适时开启脉冲电源，对中间包钢水施加不同电参数的电脉冲。
权利要求
一种用于给连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极，其特征在于包括一圆锥台状耐火材料(2)及包覆于该耐火材料(2)中的电极底盘(3)，在该电极底盘(3)表面垂直连接有棒状石墨电极(4)，棒状石墨电极(4)贯穿于所述圆锥台状耐火材料(2)且其端头裸露于圆锥台状耐火材料(2)表面与钢液相接；在所述电极底盘(3)底端设有脉冲电流接入端(1)；该脉冲电流接入端(1)穿出圆锥台状耐火材料(2)底端面与脉冲电源相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于给连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极，其特征在 于所述棒状石墨电极(4)为圆柱形结构，其圆柱截面直径为50mm-200mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于给连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极，其特征在 于所述石墨电极⑷直径外沿至圆锥台状耐火材料⑵顶面边沿之间距离为20mm-40mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于给连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极，其特征在 于所述棒状石墨电极(4)与电极底盘(3)打结连接为一体。
5.根据权利要求1所述的一种用于给连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极，其特征在 于所述电极底盘(3)与脉冲电流接入端(1)为一体结构，其材料为碳素钢。
6.根据权利要求1所述的一种用于给连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极，其特征在 于所述棒状石墨电极(4)由下述重量百分比的原料配制而成耐火材料骨料55-75% ；鳞 片石墨15-25% ；抗氧化剂2% -8% ；粘接剂为5% -12%。
7.根据权利要求6所述的一种用于给连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极，其特征在 于所述耐火材料骨料为镁砂、高铝钒土或刚玉中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的一种用于给连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极，其特征在 于所述抗氧化剂为金属铝、硅钙、工业硅或磁铁粉中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的一种用于给连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极，其特征在 于所述粘接剂为酚醛树脂、改性酚醛树脂或焦油浙青。
全文摘要
本发明公开了一种用于给连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极，其特征在于包括一圆锥台状耐火材料(2)、及包覆于该耐火材料(2)中的电极底盘(3)，在该电极底盘(3)表面垂直连接有棒状石墨电极(4)，棒状石墨电极(4)贯穿于所述圆锥台状耐火材料(2)且其端头裸露于圆锥台状耐火材料(2)表面与钢液相接；在所述电极底盘(3)底端设有脉冲电流接入端(1)；该脉冲电流接入端(1)穿出圆锥台状耐火材料(2)底端面与脉冲电源相连。该石墨电极制造简便；耐高温氧化、耐高温钢液侵蚀，使用寿命长；电阻率低，导电性能好；电极在脉冲处理过程中性能稳定，安全可靠。
文档编号B22D11/11GK101850406SQ201010213728
公开日2010年10月6日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者张西锋, 李都宏, 李雪洁, 杨拉道, 王超, 袁守谦 申请人:西安建筑科技大学