專利名稱：渣金間電化學脫氧用液芯電極的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電極，特別是一種電化學脫氧電極，應用于冶金精煉工藝技術領域。
背景技術：
在冶金工程中，脫氧是煉鋼過程的重要環(huán)節(jié)，它直接影響著鋼材的性能。傳統(tǒng)的脫氧方法主要有三種:沉淀脫氧、真空脫氧和擴散脫氧，但它們分別有以下缺點:夾雜物在短時間內很難排出鋼液、投資較大脫氧深度不夠和脫氧速度慢。傳統(tǒng)的脫氧方法難以滿足人們對金屬材料潔凈度的要求。發(fā)明人周國治等發(fā)明了:渣金間電化學脫氧、金屬液電化學無污染脫氧方法，如公開號為CN1453371A發(fā)明專利公開了一種金屬液電化學無污染脫氧方法，其特征為在熔化的金屬液與爐渣之間，通過插入熔渣的頂電極和置于金屬液的底電極由直流脈沖電源施加電場，頂電極接電源的正極，底電極接電源的負極，通過控制氧離子在熔洛體系中的傳導方向和速度，從而實現金屬液的無污染脫氧。如公開號為CN101235430A發(fā)明專利公開了一種鋼包爐中外加電場無污染脫氧精煉的方法，在熔化的鋼液或金屬液和熔渣之間，通過插入熔渣的頂電極和置于鋼液中的底電極，由外加直流電源施加電場，同時在鋼包爐中對鋼液或金屬液進行攪拌和實現氣氛控制的條件下，控制氧離子在熔渣體系中的傳導方向和速度以及增強溶解氧在鋼液或金屬液中的傳質，從而實現鋼液或金屬液的無污染脫氧精煉。這些利用外加電場對金屬中的氧加以定向引導，從而達到脫氧的目的；但電極對渣金間電化學脫氧起著至關重要的作用，但以上發(fā)明專利中沒有對電極進行特殊設計。渣金間外加電場脫氧法對電極的要求較為苛刻:耐高溫、耐鋼液和熔渣侵蝕、導電性能良好。石墨和金屬電極難以滿足此要求，惰性陽極易產生陽極效應，影響電極過程和電流效率。如公開號為CN201339045A發(fā)明專利公開了一種熔渣法鋼液脫氧用的空腔脫氧電極，包括有多孔透氣導電材料電極部件、電極空腔、密封件、導氣管、熔渣、密封涂層；圓柱體或四方柱體形電極的底部和周壁都由多孔透氣導電材料構成，并形成電極空腔；上部開口部分設有一內插式的密封件，密封件頂部的中心位置開有一圓孔，并插有一導氣管，導氣管與外接氣氛真空室相連接；柱體電極的多孔透氣導電材料電極部件的下半部插入并埋沒在特定的熔渣中，柱體電極的多孔透氣導電材料電極部件的上半部的外壁涂覆有密封涂層；多孔透氣導電材料電極部件是由多孔導電陶瓷或多孔金屬陶瓷或多孔石墨制成。使用時將電極作為陽極插入或埋入特定熔渣中，與放置在金屬液或鋼液中的底部陰電極構成一對電極，在外接直流電源造成外加電場作用下，進行電化學電極反應，使金屬液或鋼液中的氧通過電極空腔真空狀態(tài)而被脫排出。公開號為CN202007247U實用新型專利公開了一種用于洛金間外加直流電場脫氧方法的電極，其包括一電極外殼，電極外殼導電；一密封件，其與電極外殼的開口端密封連接，在電極外殼內形成一空腔，空腔內設有脫氧劑；其特征在于，電極外殼包括:一內層，其為致密混合導體透氧膜，致密混合導體透氧膜具有鈣鈦礦結構；一外層，其為多孔材料導電層。采用本實用新型的電極可以促進氧在陽極的電化學反應以及氧氣在熔渣中的排除，同時有效防止了陽極其他離子的電極反應，提高了電流效率和脫氧效率。單純的金屬陶瓷電極中導電金屬相很難形成網狀分布，從而導電性能受到一定的影響，以上公開的熔渣法鋼液脫氧用的空腔脫氧電極和用于渣金間外加直流電場脫氧方法的電極雖然提高了一定的電流效率和脫氧效率，但效果也不夠理想。

實用新型內容本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，并提供一種渣金間電化學脫氧用液芯電極，采用金屬陶瓷的內腔裝載金屬液芯構成，電極的液芯浸入金屬陶瓷孔隙內，有效地提高電極的導電性能和耐高溫、耐鋼液和熔渣侵蝕性能，脫氧周期可顯著縮短，脫氧速度加快，脫氧深度提高，顯著提高脫氧效率，用較低的成本顯著提高了金屬材料的潔凈度。為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本實用新型采用下述技術方案:—種洛金間電化學脫氧用液芯電極，包括電極本體和與電極本體電連接的金屬導線，電極本體由金屬液芯和空心內腔的金屬陶瓷構成，金屬陶瓷的內腔裝載金屬液芯，金屬液芯的液態(tài)金屬浸入金屬陶瓷的孔隙內，靠近電極本體的金屬導線部分設有耐高溫熔體侵蝕的保護涂層或包裹耐高溫熔體侵蝕的陶瓷保護套管，在熔融的金屬液和熔渣之間，將電極本體浸入熔渣形成頂電極，將電極本體浸入金屬液形成底電極，頂電極即為與施加電場的外加電源的正極相連接的陽極電極，底電極即為與外加電源的負極相連接的陰極電極。上述金屬陶瓷2的內腔為圓柱形或方柱形。作為本實用新型的第一種優(yōu)選的技術方案，在金屬陶瓷內腔封閉，金屬液芯的液態(tài)金屬被封閉于金屬陶瓷的內腔中，形成浸入于金屬液或熔渣中的封閉式液芯電極。作為本實用新型的第二種優(yōu)選的技術方案，在金屬陶瓷內腔頂端具有開口，金屬液芯的液態(tài)金屬的上表面位置低于金屬陶瓷內腔頂端開口的下緣，使金屬液芯的液態(tài)金屬的上表面裸露在熔渣上方氣氛中，形成專用浸入于熔渣中的頂端開口式液芯電極。作為本實用新型的第三種優(yōu)選的技術方案，在靠近金屬陶瓷內腔頂部的側壁上具有開口，金屬液芯的液態(tài)金屬上表面位置低于金屬陶瓷內腔側壁開口的下緣，形成浸入于金屬液或熔洛中的側壁開孔式液芯電極，在金屬陶瓷內腔側壁開口處，金屬液芯的液態(tài)金屬與電極所浸入金屬液或熔渣直接接觸，金屬液芯的液態(tài)金屬的比重大于電極所浸入的金屬液的比重，或者大于電極所浸入的熔渣的比重，使金屬液芯的液態(tài)金屬被約束在金屬陶瓷內腔中不會溢出。作為本實用新型的第四種優(yōu)選的技術方案，在金屬陶瓷內腔底部具有開口，金屬液芯的液態(tài)金屬的下表面位置高于金屬陶瓷內腔底端開口的上緣，形成浸入于金屬液或熔洛中的露底式液芯電極，在金屬陶瓷內腔底端開口處，金屬液芯的液態(tài)金屬與電極所浸入的金屬液或熔渣直接接觸，金屬液芯的液態(tài)金屬的比重小于電極所浸入的金屬液的比重，或者小于電極所浸入的熔渣的比重，使金屬液芯的液態(tài)金屬漂浮于金屬陶瓷內腔中的金屬液或熔渣之上，將金屬液芯的液態(tài)金屬約束在金屬陶瓷內腔中不會溢出。本實用新型與現有技術相比較，具有如下實質性特點和優(yōu)點:1.本實用新型渣金間電化學脫氧用液芯電極，采用金屬陶瓷的內腔裝載金屬液芯構成，此實用新型電極的液芯浸入金屬陶瓷孔隙內，有效地提高電極的導電性能和耐高溫、耐鋼液和熔渣侵蝕性能，與傳統(tǒng)的沉淀脫氧、真空脫氧和擴散脫氧相比較，脫氧周期可顯著縮短，脫氧速度加快，脫氧深度提高，顯著提高脫氧效率，用較低的成本顯著提高了金屬材料的潔凈度。2.本實用新型渣金間電化學脫氧用液芯電極中的一種頂端開口式液芯電極的金屬陶瓷空腔的頂端開口，金屬陶瓷空腔內的液芯可以由外界提供，液芯可以由插入金屬陶瓷空腔中的金屬棒熔化制得，也可以外間直接提供金屬液，使得液芯電極的制備簡單、可操作和可持續(xù)利用。3.本實用新型渣金間電化學脫氧用液芯電極中的一種側壁開孔式液芯電極在金屬陶瓷空腔的側壁開孔，有效的解決液芯的形成后體積膨脹對金屬陶瓷的帶來的破壞，也能夠使得部分金屬液芯能夠直接與鋼液接觸，從而保證良好的導電性能。4.本實用新型渣金間電化學脫氧用液芯電極采用空心內腔的金屬陶瓷構成電極本體，節(jié)約金屬陶瓷的使用，降低電極成本。

圖1是本實用新型實施例一封閉式液芯電極剖面圖。圖2是本實用新型實施例一導線包裹陶瓷保護套管的封閉式液芯電極剖面圖。圖3是本實用新型實施例一液芯電極在渣-金間電化學脫氧時使用狀態(tài)圖。圖4是本實用新型實施例二頂端開口式液芯電極剖面圖。圖5是本實用新型實施例三側壁開孔式液芯電極剖面圖。圖6是本實用新型實施例四露底式液芯電極剖面圖。
具體實施方式
本實用新型的優(yōu)選實施例結合附圖說明如下:實施例一:參見圖1 圖3，一種渣金間電化學脫氧用液芯電極，包括電極本體和與電極本體電連接的金屬導線1，電極本體由金屬液芯3和空心內腔的金屬陶瓷2構成，金屬陶瓷2的內腔裝載金屬液芯3，金屬液芯3的液態(tài)金屬浸入金屬陶瓷2的孔隙內，靠近電極本體的金屬導線I部分設有耐高溫熔體4侵蝕的保護涂層或包裹耐高溫熔體4侵蝕的陶瓷保護套管
5,在熔融的金屬液7和熔洛6之間,將電極本體浸入熔洛6形成頂電極,將電極本體浸入金屬液7形成底電極，頂電極即為與施加電場的外加電源8的正極相連接的陽極電極，底電極即為與外加電源8的負極相連接的陰極電極。本實用新型渣金間電化學脫氧用液芯電極可作為陰陽極使用，此實用新型電極的金屬液芯3浸入金屬陶瓷2孔隙內，近一步提高電極的導電性能。使用時將本實施例特殊構造電極插入到鋼液7或熔渣6中，在高溫情況，金屬陶瓷2空腔內形成金屬液芯3，金屬液芯3浸入金屬陶瓷2空隙內，近一步提高電極的導電性能，有利于脫氧的進行；金屬陶瓷2的存在提高了電極的耐鋼液和熔渣侵蝕性能；液芯的形成，提高了電極的導電性能；同時，節(jié)約金屬陶瓷2的使用，降低電極成本。在本實施例中，金屬陶瓷2的內腔優(yōu)選采用圓柱形或方柱形，結構簡單，使用方便，便于選擇和利用。在本實施例中，金屬陶瓷2內腔封閉,金屬液芯3的液態(tài)金屬被封閉于金屬陶瓷2的內腔中，形成浸入于金屬液7或熔洛6中的封閉式液芯電極。封閉式液芯電極的結構包括金屬導線1、金屬陶瓷2、金屬液芯3和耐侵蝕保護層。制備電極時將金屬棒包裹在金屬陶瓷2內；金屬陶瓷2外接導線1，為防止金屬液7或熔渣6侵蝕導線1，導線I要用涂層或陶瓷套管5等耐侵蝕保護層保護；使用時，將本特殊構造液芯電極插入金屬液7或熔渣6中，金屬棒將熔化，形成金屬液芯3，并發(fā)生體積膨脹，浸入金屬陶瓷2孔隙內，更有利于電極的導電。制作時選擇導電性能優(yōu)于金屬液7和金屬陶瓷2中金屬相導電性能的金屬液芯3材料。實施例二:本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于:在本實施例中，參見圖4,在金屬陶瓷2內腔頂端具有開口，金屬液芯3的液態(tài)金屬的上表面位置低于金屬陶瓷2內腔頂端開口的下緣，使金屬液芯3的液態(tài)金屬的上表面裸露在熔渣6上方氣氛中，形成專用浸入于熔渣6中的頂端開口式液芯電極。本實施例頂端開口式液芯電極的金屬陶瓷2空腔內的金屬液芯3可以由外界提供，金屬液芯3可以由插入金屬陶瓷2空腔中的金屬棒熔化制得，也可以外間直接提供金屬液，使得液芯電極的制備簡單、可操作和可持續(xù)利用。實施例三:本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于:在本實施例中，參見圖5，在靠近金屬陶瓷2內腔頂部的側壁上具有開口，金屬液芯3的液態(tài)金屬上表面位置低于金屬陶瓷2內腔側壁開口的下緣，形成浸入于金屬液7或熔洛6中的側壁開孔式液芯電極,在金屬陶瓷2內腔側壁開口處,金屬液芯3的液態(tài)金屬與電極所浸入金屬液7或熔渣6直接接觸，金屬液芯3的液態(tài)金屬的比重大于電極所浸入的金屬液7的比重，或者大于電極所浸入的熔渣6的比重，使金屬液芯3的液態(tài)金屬被約束在金屬陶瓷2內腔中不會溢出。本實施例側壁開孔式液芯電極有效的解決金屬液芯3的形成后體積膨脹對金屬陶瓷2的帶來的破壞，也能夠使得部分金屬液芯3能夠直接與高溫熔體4接觸，從而保證良好的導電性能。本實施例側壁開孔式液芯電極說實在高溫使用時，金屬液芯3也可由裝載于金屬陶瓷2內腔中的金屬棒熔化提供。實施例四:本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于:在本實施例中，參見圖6,在金屬陶瓷2內腔底部具有開口，金屬液芯3的液態(tài)金屬的下表面位置高于金屬陶瓷2內腔底端開口的上緣，形成浸入于金屬液7或熔渣6中的露底式液芯電極，在金屬陶瓷2內腔底端開口處,金屬液芯3的液態(tài)金屬與電極所浸入的金屬液7或熔渣6直接接觸，金屬液芯3的液態(tài)金屬的比重小于電極所浸入的金屬液7的比重，或者小于電極所浸入的熔渣6的比重，使金屬液芯3的液態(tài)金屬漂浮于金屬陶瓷2內腔中的金屬液7或熔渣6之上，將金屬液芯3的液態(tài)金屬約束在金屬陶瓷2內腔中不會溢出。本實施例露底式液芯電極說的金屬陶瓷2空腔底部不封閉，金屬液芯3高于金屬陶瓷2底端，此形式要求金屬液芯3密度小于鋼液密度或熔渣密度，不但金屬液芯3浸入金屬陶瓷2孔隙內提高導電率，金屬液芯3與鋼液或熔渣接觸也能提高其導電性能。此四種形式的液芯電極材料的選擇:均要求金屬液芯導電性能大于鋼液和金屬陶瓷中金屬相的導電性能。此渣金間電化學脫氧用實用新型液芯電極可作為陰陽極使用，使用情況參考圖5，置于熔渣6中的陰極和鋼液7中的陽極，在外加電源8的作用下提供電場，使氧在外加電場的作用下定向移動，從而達到脫氧的目的；封閉式、側壁開孔式和露底式液芯電極均能在鋼液或熔渣中使用，但頂端開口式液芯電極只能在熔渣6中使用。此液芯電極使其耐鋼液和熔渣侵蝕性以及電性能近一步提高，有利于脫氧的進行。上面結合附圖對本實用新型實施例進行了說明，但本實用新型不限于上述實施例，還可以根據本實用新型的實用新型創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據本實用新型技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，只要符合用于本實用新型渣金間電化學脫氧用液芯電極的結構和構造原理，都屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種渣金間電化學脫氧用液芯電極，包括電極本體和與所述電極本體電連接的金屬導線(1)，其特征在于:所述電極本體由金屬液芯(3)和空心內腔的金屬陶瓷(2)構成，所述金屬陶瓷(2)的內腔裝載所述金屬液芯(3)，所述金屬液芯(3)的液態(tài)金屬浸入所述金屬陶瓷(2)的孔隙內，靠近所述電極本體的所述金屬導線(I)部分設有耐高溫熔體(4)侵蝕的保護涂層或包裹耐高溫熔體(4)侵蝕的陶瓷保護套管(5)，在熔融的金屬液(7)和熔渣(6)之間，將所述電極本體浸入熔渣(6)形成頂電極，將所述電極本體浸入金屬液(7)形成底電極，所述頂電極即為與施加電場的外加電源(8)的正極相連接的陽極電極，所述底電極即為與所述外加電源(8)的負極相連接的陰極電極。
2.根據權利要求1所述的渣金間電化學脫氧用液芯電極，其特征在于:在所述金屬陶瓷(2)內腔封閉，所述金屬液芯(3)的液態(tài)金屬被封閉于所述金屬陶瓷(2)的內腔中，形成浸入于金屬液(7)或熔洛(6)中的封閉式液芯電極。
3.根據權利要求1所述的渣金間電化學脫氧用液芯電極，其特征在于:在所述金屬陶瓷(2)內腔頂端具有開口，所述金屬液芯(3)的液態(tài)金屬的上表面位置低于所述金屬陶瓷(2)內腔頂端開口的下緣,使所述金屬液芯(3)的液態(tài)金屬的上表面裸露在熔洛(6)上方氣氛中，形成專用浸入于熔渣(6)中的頂端開口式液芯電極。
4.根據權利要求1所述的渣金間電化學脫氧用液芯電極，其特征在于:在靠近所述金屬陶瓷(2)內腔頂部的側壁上具有開口，所述金屬液芯(3)的液態(tài)金屬上表面位置低于所述金屬陶瓷(2)內腔側壁開口的下緣，形成浸入于金屬液(7)或熔渣(6)中的側壁開孔式液芯電極，在所述金屬陶瓷(2)內腔側壁開口處，所述金屬液芯(3)的液態(tài)金屬與電極所浸入金屬液(7)或熔渣(6)直接接觸，所述金屬液芯(3)的液態(tài)金屬的比重大于電極所浸入的金屬液(7)的比重，或者大于電極所浸入的熔渣(6)的比重，使所述金屬液芯(3)的液態(tài)金屬被約束在所述金屬陶瓷(2)內腔中不會溢出。
5.根據權利要求1所述的渣金間電化學脫氧用液芯電極，其特征在于:在所述金屬陶瓷(2)內腔底部具有開口，所述金屬液芯(3)的液態(tài)金屬的下表面位置高于所述金屬陶瓷(2)內腔底端開口的上緣，形成浸入于金屬液(7)或熔渣(6)中的露底式液芯電極，在所述金屬陶瓷(2)內腔底端開口處，所述金屬液芯(3)的液態(tài)金屬與電極所浸入的金屬液(7)或熔渣(6)直接接觸，所述金屬液芯(3)的液態(tài)金屬的比重小于電極所浸入的金屬液(7)的比重，或者小于電極所浸入的熔渣(6)的比重，使所述金屬液芯(3)的液態(tài)金屬漂浮于所述金屬陶瓷(2)內腔中的金屬液(7)或熔渣(6)之上，將金屬液芯(3)的液態(tài)金屬約束在所述金屬陶瓷(2)內腔中不會溢出。
6.根據權利要求1 5中任意一項所述的洛金間電化學脫氧用液芯電極,其特征在于:所述金屬陶瓷(2)的內腔為圓柱形或方柱形。
專利摘要本實用新型公開了一種渣金間電化學脫氧用液芯電極，電極本體由金屬液芯和空心內腔的金屬陶瓷構成，金屬陶瓷的內腔裝載金屬液芯，金屬液芯的液態(tài)金屬浸入金屬陶瓷的孔隙內，靠近電極本體的金屬導線部分設有耐高溫熔體侵蝕的保護涂層陶瓷保護套管，在熔融的金屬液和熔渣之間，將電極本體浸入熔渣形成頂電極，將電極本體浸入金屬液形成底電極，頂電極即為與施加電場的外加電源的正極相連接的陽極電極，底電極即為與外加電源的負極相連接的陰極電極。電極的液芯浸入金屬陶瓷孔隙內，提高電極的導電性能和耐高溫、耐鋼液和熔渣侵蝕性能，脫氧周期可顯著縮短，脫氧速度加快，脫氧深度提高，顯著提高脫氧效率，用較低的成本顯著提高了金屬材料的潔凈度。
文檔編號C21C7/06GK202925057SQ20122056502
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權日2012年10月31日
發(fā)明者唐磊, 張捷宇, 郭艷玲, 曾濤, 阮飛, 許繼芳, 李建超, 王磊 申請人:上海大學