專利名稱：電弧爐的石墨電極的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于電弧爐的石墨電極。尤其是，本發明涉及在冷卻從爐頂突出的石墨電極的同時進行工作的用于煉鋼的電弧爐的石墨電極的改進。
背景技術：
用于煉鋼的電弧爐的石墨電極產生電弧并引起原料熔化。因為由于電弧石墨電極達到高溫，石墨電極發生氧化作用和升華作用。此外，由于芯熔蝕(slug corrosion)等電極尖部迅速消耗。因此，為補償磨損，通過連續地連接石墨電極，石墨電極從電爐外部被補充。
這樣，由于電極溫度的增加，石墨電極的外表面被氧化和消耗，由此，電極消耗率增加。這可能導致在工作中的破裂事故。因此，為抑制電極外表面的氧化和消耗，通過噴濺冷卻液體到位于爐頂上的石墨電極表面來冷卻石墨電極的方法被提出(美國專利號4852120)。
為增加上述方法中通過噴濺冷卻液體到位于爐頂上的位置的石墨電極表面來冷卻石墨電極的冷卻效果，相對于水平線在-10°的向下傾角和+10°的向上傾角的范圍內擴展噴濺冷卻液體的方法也已被提出(美國專利號4941149和5795539)。

發明內容
用于煉鋼的電弧爐的人造石墨電極通過向原料焦炭增加粘結劑，并攪拌混合物，然后擠壓、初次烘烤、瀝青浸漬、再烘烤、石墨化并機械加工成預定形狀而制成。石墨電極隨著石墨化的進行顯示更優良的特性。然而，隨著石墨化的進行，電極表面的親水性趨于降低。因此，在通過噴濺冷卻液體到石墨電極的表面來冷卻用于煉鋼的石墨電極的情況下，由于電極表面排斥冷卻液體，冷卻效果被降低，由此，不能充分獲得防氧化效果。
本發明人進行了許多關于獲得充分石墨化并具有優良的使用特性的用于煉鋼的電弧爐的石墨電極表面的親水性的電極的結構的實驗和研究，并且發現親水性可以通過在電極表面形成非平滑的結構而獲得，由此冷卻效果可被提高。
本發明基于上述發現而獲得。本發明的一個目的是提供用于在冷卻從具有爐頂突出的石墨電極時工作的電氣煉鋼爐的用于煉鋼的電弧爐的石墨電極，其具有大的水分保持特性，提供了充足的冷卻效果，并通過防止氧化和消耗降低電極的消耗率。
為達到上述目的，本發明提供用于在通過噴濺冷卻液體到石墨電極表面而冷卻從爐頂突出的石墨電極的同時工作的煉鋼的電弧爐的石墨電極，其中非平滑結構形成在石墨電極的表面上。


圖1為本發明石墨電極例子的局部正面示意圖。
圖2為圖1所示部分A的擴大視圖。
圖3為說明非平滑結構另一例子的視圖。
圖4為說明非平滑結構再另一例子的視圖。
圖5為根據本發明說明供水量和電極水分保持量之間的關系的曲線圖。
圖6為說明本發明電極非平滑結構突出高度和水分保持量之間的關系的曲線圖。
具體實施例方式
在本發明中，非平滑結構包括任何可以給電極表面提供水分保持特性的非平滑結構，例如其中沿垂直或平行于電極軸方向的方向在電極表面上形成凹槽的結構，形成螺旋凹槽的結構，通過使凹槽相交形成不均勻度的結構，及形成淺凹的結構。
在上述非平滑結構中，優選通過機械加工例如車床加工在垂直或幾乎垂直于被噴濺到電極表面的冷卻液體流動的方向上形成凹槽來形成非平滑結構。從易于加工的角度來看，如圖1和圖2中所示的在石墨電極1的表面上形成螺旋凹槽2的結構實際上是最優選的。非平滑結構可以形成在電極的整個表面上。非平滑結構可以形成在除支承部分外的電極表面上。
這樣，螺旋凹槽2的螺旋角β優選在等于或大于45°但小于90°的范圍中。在非平滑結構之間的間距(pitch)P優選在0.2到10mm的范圍中。如果螺旋角小于45°，水分保持效果將被降低。如果間距P小于0.2mm，水分保持效果不充分。如果間距P超出10mm，電極不能被適當地支持。在形成V-型凹槽(如圖1和圖2中所示的凹槽)的情況下，凹槽的深度被增加，由此電極的有效強度被降低。
非平滑結構的突出部的高度(高度差)h優選為0.2到5mm，并且更優選0.3到2mm。如果高度h小于0.2mm，水分保持效果不充分。如果高度h超出5mm，電極的有效強度降低，因而電極易于破裂。在電極的全部表面上形成非平滑結構的情況下，非平滑間距的上限和突出部的高度根據電極的大小進行選擇，使得電極不會由于有效強度的降低而破裂或電極可以適當地支持。
在流過通過在電極表面形成非平滑結構獲得的電極表面時，從噴霧器或噴淋管噴濺到電極表面的冷卻液體如下所述發揮功能，因此有利于提高電極冷卻功效。
(1)由于電極表面上的非平滑結構，冷卻液體的流速被降低。這使冷卻液薄膜均勻地分布在電極表面。此外，由于薄膜的厚度增加，水分保持效果增加。這有利于提高冷卻效果。
(2)電極的表面面積，特別地，冷卻液體的熱傳遞面積被增加。
(3)因為普通沸騰面積增加，由于蒸發熱量的排熱效果提高。
此外，由于由非平滑結構引起的冷卻液體的攪動效果，從電極表面到冷卻液體薄膜表面的熱傳遞系數顯著增加。
作為冷卻液體，水(工業用水)通常被應用。電極表面的水分保持效果可以通過給水添加表面活化劑而被增加。水分保持效果也可以通過給電極表面應用表面活化劑而增加。抗氧化劑的水溶液可以代替水被使用。
當例子時，本發明的實施例描述如下，同時與具有光滑表面而不具有非平滑結構的傳統石墨電極的例子(比較實施例)相比較。然而，下述實施例僅說明本發明的一個實施方式，不應解釋為限制本發明。
實施例和比較實施例通過使石墨電極在如表1所示的條件下進行螺旋凹槽加工，在具有4英寸直徑和350mm長度的石墨電極的表面上形成螺旋凹槽的非平滑結構。電極通過負載傳感器(load cell)被懸置，且冷卻水從排列在電極周圍的噴嘴以4L/min的噴水速率噴濺到電極表面上并且使得其在電極的表面流動。通過使用負載傳感器測量電極重量的增加來計算水分保持量(水分保持量＝噴濺冷卻水前的電極重量-噴濺冷卻水并使其流動后的電極重量)。
圖5說明在實施例和比較實施例中供水量和水保持量之間的關系。圖6說明在突出部的高度(槽深h)和水保持量之間的關系。
如圖5中所示，在形成螺旋槽的實施例中，與其中電極表面沒有被提供螺旋槽而光滑的比較實施例相比較，水保持量在1.0mm或更大的凹槽間距p時增加。尤其，良好的水保持效果在其中凹槽間距p為2mm或更大的實驗實施例3、4和5中獲得。
如圖6中所示，與其中電極表面沒有被提供螺旋槽而光滑的比較例相比較，水保持量在形成螺旋槽的實施例中被增加。尤其，良好的水保持效果在其中槽深為0.8mm或更大的實驗實施例3到7中獲得。在其中槽深為1.75mm或更大的實驗實施例4和5中，水保持效果被提高到較大程度。
工業實用性根據本發明，在操作中氧化和消耗可以被有效抑制并且可以減小電極消耗率的制鋼用石墨電極可以被提供。
表1

權利要求
1.石墨電極用于煉鋼電爐，當通過噴濺冷卻的液體到石墨電極的表面冷卻從爐頂突出的石墨電極時，煉鋼電爐進行工作，其特征在于，非平滑的表面結構形成在石墨電極的表面上。
2.根據權利要求1的石墨電極，其特征在于，非平滑結構為螺旋槽。
3.根據權利要求1的石墨電極，其特征在于，非平滑結構為螺旋槽，螺旋槽具有等于或大于45°但小于90°的螺旋角β，0.2到10mm的凹槽間距p和0.2到0.5mm的槽深h。
全文摘要
本發明提供一種用于煉鋼的電弧爐的石墨電極，其可以有效抑制操作過程中用于電氣煉鋼爐的石墨電極的氧化和消耗，并減小電極消耗率。石墨電極用于在通過噴濺冷卻液體到石墨電極的表面冷卻從爐頂向上突出的石墨電極的同時工作的電氣煉鋼爐，其中非平滑的表面結構形成在石墨電極的表面上。
文檔編號C01B31/00GK1720421SQ0382579
公開日2006年1月11日 申請日期2003年4月30日 優先權日2003年1月10日
發明者白石千鶴浩, 灰野和義, 土屋正勝 申請人:東海碳株式會社