[发明专利]一种碳素空心电极

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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℃，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。

发明内容

本发明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。

本发明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，本发明的技术解决方案是：

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0～50mm，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％。

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。