一种碳素空心电极制造技术

本发明专利技术涉及一种铁合金电炉冶炼中使用的碳素电极原料及其结构。提供一种以碳素为主要成分的电极导电材料，还提供一种碳素空心电极，包括电极主体和电极接头，所述的电极主体和电极接头皆为空心筒状，所述的电极主体上下两端具有凹台，凹台侧壁设有内螺纹；所述的电极接头小于电极主体，电极接头通过外螺纹与电极主体连接。在相同的碳素体积情况下，具有较高的表面比，工作面积大，放电面积大，产生热效率高，可以更节约耗材碳素电极的使用量，是一种结构简单巧妙，能耗小，产热量高，热利用率高，炉内缺碳时及时吹碳、多碳时及时减碳、吹料，添加方便，可以连续作业的碳素空心电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种冶炼电炉加热器放电加热的耗材，尤其是一种碳素电极原料及其结构。技术背景由于碳素的耐高温性能和良好的化学稳定性，与自动化供电系统配套，产 生电。现已广泛应用于国防、机械、冶金、轻化、陶瓷、半导体、分析化验、 科学研究等领域，成为各种电炉电窑的电加热元件。直流电炉、等离子电炉、低频交流电炉是近20年发展起来的新型电炉，具 有功率密度高、电极消耗少、冶炼电耗低、功率因数高等优点。因此硅铁、金 属硅电炉、冶炼炉以及各类加热设备，使用碳素棒加热既方便，又安全可靠。CZ 法炉内工作温度在1600—2300° C，直接法基本特点是用一个高纯石英坩埚盛 装熔融硅。基本过程是将高纯多晶硅块和微量的掺杂剂放置在石英坩埚内，石 英坩埚置于石墨坩埚内，外置石墨加热器，碳素棒作为加热器电极通电产生高 温的电弧，为冶炼提供热量，石英坩埚盛装熔融硅在真空或高纯惰性气环境下 加热熔化，控制适当温度，熔融结晶凝固成单晶硅。铁合金电炉冶炼就是通过电极，将经过炉用变压器把电网用电变为低电压、 大电流的电能输送到炉内，并通过电极电弧和炉料电阻、熔炉炉渣和的金属的 电阻，把电能转变成热能，以满足冶炼所需的高温和补充化学反应所需的热量。， 铁合金电炉冶炼就是通过电极，将经过炉用变压器把电网用电变为低电压、大 电流的电能输送到炉内，并通过电极电弧和炉料电阻、熔炉炉渣和的金属的电 阻，把电能转变成热能，以满足冶炼所需的高温和补充化学反应所需的热量。碳素棒为非金属电热元件,碳素石墨加热器一般使用的是高纯石墨，要求三高，即高纯度、高强度、高密度，要求纯度非常高，并且不允许含有金属杂质， 价格高、资源珍贵。埋弧电炉是电炉的一种，在正常的熔炼过程中电弧始终埋在 炉料之中。炉料连续或间断地由加料系统送入炉膛内，电极端为炉料所掩埋。 反应区主要集中在电极周围的高温带。现在各种电炉用的石墨加热器使用这种 碳素棒均为实芯石墨碳素棒，通电后电弧集中产生于碳素棒底部，热量过于集 中，在产生电弧的同时，受到电弧的向上反弹力，碳素棒难以深插电炉内，对 于炉内整体加热不利，热利用率不高，能耗高，现在产生一吨单晶硅消耗的石 墨碳素棒为80 130公斤，生产成本大。并且目前使用的碳电极的因为成分原 因电阻率高，抗折抗压性不强，灰分大，废料多。当在生产单晶硅时，硅冶炼 炉中的电弧集中应区，常会发生充分过度反应，原料局部供应不及时，而造成 资源的浪费。
技术实现思路
本专利技术提供一种以碳素为主要成分的电极导电材料，这种材料主要应用于 工业硅的生产，解决了当在生产工业硅时，硅冶炼炉中的电弧集中应区原料局 部供应不及时，浪费资源的问题，可以及时补充硅原料，生产率大大提高，制 成的电极还具有电阻率低、体积密度大，抗折、抗压强度高，热膨胀系数小， 灰分少的优点。本专利技术还针对现有碳素棒难以深插电炉内，放电弧位置过于集中，耗电量 大的问题，在相同的碳素体积情况下，具有较高的表面比，工作面积大，放电 面积大，产生热效率高，可以更节约耗材碳素电极的使用量，是一种结构简单 巧妙，能耗小，产热量高，热利用率高，炉内缺碳时及时吹碳、多碳时及时减 碳、吹料，添加方便，可以连续作业的碳素空心电极。为实现上述目的，本专利技术的技术解决方案是一种以碳素为主要成分的电极材料，包括焦碳、石墨碎、无烟石墨煤、石 墨焦、氧化硅、硬脂酸、煅烧石油焦、改质沥青经物理混合而成，所述的焦碳为针状焦，粒度为0 50mm，石墨粒度为0 80mm，无烟石墨煤 粒度为0 50mm，石墨焦粒度为0 50腿，氧化硅粒度为0. lmm 0. 3mm，煅烧石 油焦粒度为0 50mm，<table>table see original document page 4</column></row><table>由上述电极材碳素料制成的一种碳素空心电极，包括电极主体和石墨电极 接头，所述的电极主体和电极接头皆为空心筒状，所述的电极主体上下两端部具有螺纹，电极接头上也设有螺纹；所述的电极接头小于电极主体，电极接头 与电极主体通过螺纹连接。所述的电极主体上下两端具有凹台，凹台侧壁为内螺纹，电极接头上设有 外螺纹。所述的电极主体上下两端部的螺纹为外螺纹；电极接头上为内螺纹。 所述的电极接头位于电极主体凹台内部。所述的电极接头上下两边各连接一个电极主体，若干个电极主体通过电极 接头串接成一条杆状。所述的电极接头的内孔直径为580毫米，外径为610毫米，长度小于2. 7 米，采用大大超过以往电极尺寸的结构，便于从中孔直接加料，加料迅速。使用时，若干个电极主体与电极接头通过螺纹串接成一条首尾相连的杆状， 氮气或者惰性气体从碳素空心电极的通孔中吹入，形成防氧化保护气层，当反应区原料减少时,也可以通过从碳素空心电极的通孔中及时吹入料粉，直接作用 于电弧区，反应快，效率高，使生产始终保持高效的生产状态。采用上述方案后，本专利技术的一种以石墨为主要成分的电极材料的原料中特 别的添加了氧化硅，在放电的同时补充硅原素，提高生产率；各种成份采用大 颗粒原料，原料颗粒大于以往采用的直径，大颗粒矿石使料层透气性好，增加 通透性，放电弧充分，这种原料改善了成品的电阻率、抗折、抗压强度，可以 用于制造超出以往的长度、面积的大尺寸电极，热膨胀系数小，灰分少。由于采用了空心筒状电极主体和电极接头通过螺纹首尾连接的形式，产品 中空，在相同的碳素体积情况下，具有较高的表面比，工作面积大，放电面积 大，产生热效率高，可以更节约耗材碳素电极的使用量，电极接头小于电极主 体，电阻率低、体积密度大、抗折强度强，抗压强度强，热膨胀系数小，灰分 小。电极接头与电极主体通过螺纹连接，添加补充电极方便。形成防氧化保护 气层，电弧在碳素空心电极的的底部形成环形电弧环，放电区域大，加热面积 大，生产效率提高。当反应区原料减少时,可以通过从碳素空心电极的通孔中及 时吹入料粉，直接作用于电弧区，反应快，效率高，使生产始终保持高效的生产状 态。通孔中及时吹入料粉，直接作用于电弧区，反应快,效率高，使生产始终保持 高效的生产状态附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明 图1是本专利技术的一种较佳实施例的结构剖面示意图； 图2是本专利技术的图1中所示实施例的立体分解图； 图3是本专利技术的另一实施例的图。具体实施方式一种以碳素为主要成分的电极导电材料，包括焦碳、石墨、无烟石墨煤、 石墨焦氧化硅、硬脂酸、煅烧石油焦、改质沥青经物理混合而成，焦碳为针状 焦，粒度为0 50mm,石墨粒度为0 80mm，无烟石墨煤粒度为0 50mm，石墨焦 粒度为0 50mm，氧化硅粒度为0. lmm 0. 3mm，煅烧石油焦粒度为0 50mm，各组分的重量百分比为焦碳 8 10%，石墨碎 20 35%，无烟石墨煤 15 20%，冶金石墨焦 9 20%，氧化硅 1.2 1.8%，硬脂酸 0.3 1%，煅烧石油焦 8 20%，改质沥青 15 20%。 实施例一一种以石墨为主要成分的电极导电材料，包括各组分的重量百分比为 焦碳为针状焦 粒度为50mm，重量百分比为10%，石墨碎无烟石墨煤冶金石墨焦氧化硅硬脂酸煅烧石油焦改质沥青粒度为80誦， 粒度为50mm， 粒度为50r本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以碳素为主要成分的电极导电材料，其特征在于：包括焦碳、石墨、碎无烟石墨煤、石墨焦氧化硅、硬脂酸、煅烧石油焦、改质沥青经物理混合而成，所述的焦碳为针状焦，粒度为０～５０ｍｍ，石墨粒度为０～８０ｍｍ，无烟石墨煤粒度为０～５０ｍｍ，石墨焦粒度为０～５０ｍｍ，氧化硅粒度为０．１ｍｍ～０．３ｍｍ，煅烧石油焦粒度为０～５０ｍｍ，各组分的重量百分比为：焦碳８～１０％，石墨碎２０～３５％，无烟石墨焦１５～２０％，冶金石墨焦９～２０％，氧化硅１．２～１．８％，硬脂酸０．３～１％，煅烧石油焦８～２０％，改质沥青１５～２０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张振海，刘恒，黄毅，
申请(专利权)人：北京民海艳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]