專利名稱：強電流電極的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種尤其用于電弧爐的強電流電極，該強電流電極具有 基體以及沉積在該基體上的涂層。
背景技術：
在所謂的電弧爐、也被稱為Elektrolichtbogenofen中，熔化不同 質量的碎鋼。為此，借助電極在電極和碎鋼之間點燃電弧，并且用這種 方式產生為熔化碎鋼所需要的熱能。由于該引入的熱能，在引入碎鋼的 所謂爐的裝金屬液容器中形成液態鋼以及液態爐渣。這種形式的電弧爐 可以從例如DE 38 14 261 Al中得悉。
為了能夠引入熔化所所要的熱能，需要高電能。典型地由三相的爐 變壓器給三個電極饋電，當電壓達到大概2000伏特時，該三相電爐能 夠提供直到100kA的電流。因此，可以將強電流電極理解為尤其用于以 下應用的電極，在這種應用中，給電極施加至少兩位數字的kA級電流， 尤其是超過100kA的電流。
在電弧爐工作的過程中，電極經受了極端的電、熱以及化學負荷。 由于高功率輸入而逐漸消耗了電極。為了保持穩定的電弧，可以調節電
極進入和退出，也就是調節熔融金屬與電極之間的距離。在此在不利的 運行情況下，可能導致電弧斷開和/或電極被短時間浸入金屬熔液中。
通常將幾個電極組合成所謂的電極股(Elektrodenstrang)，其中 各個電極彼此機械地用所謂的插口 (Schachteln)和插頭(Nippeln) 連接。由此實現了持續長時間地驅動電弧爐，并且在電極股上從后面連 續地安裝其它的新電極。因為電極消耗構成了運行費用中的重要部分， 因此致力于形成盡可能耐用的電極。例如在DE 33 15 975 Al中設置了 具有由硅酸鹽涂料制成的保護層的電極。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供具有較長使用壽命以及低燃損比的電極。
該技術問題根據本發明通過尤其用于電弧爐的強電流電極解決，該 強電流電極具有基體以及沉積在該基體上的涂層，該涂層具有可傳導的 矩陣以及嵌入該矩陣中的硬質材料顆粒，并且該涂層尤其由具有嵌入的 硬質材料的這種矩陣構成。在此，基體優選由碳/石墨構成，從而基體 主要通過商業上慣用的未被涂層的石墨電極構成。
通過附加的用作保護層的涂層，保護了構成實際電極的基體免受高 負荷，由此，與常規簡單的石墨電極相比，整個電極的使用壽命明顯地 提高了。出人意料的是，將硬質材料顆粒納入可傳導的矩陣中明顯提高 了電極的使用壽命。與硬質材料顆粒相比，該矩陣在此明顯更易延展， 因此是一種比較柔軟的，尤其是金屬的原料，該原料優選具有最大約為
180到230HV(u的維氏硬度。按照維氏的硬度確定可以從標準DIN EN ISO 6507中得悉。嵌入的硬質材料顆粒具有相對明顯更高的硬度，例如它們 具有比矩陣原料提高了大于2倍的粘度以及表面硬度。通過使用可傳導 的矩陣，尤其是金屬矩陣，涂層另外還具有足夠好的導電性，從而進一 步實現了流過電極的高電流，而沒有因為提高了涂層中的電阻而產生附 加的熱負荷。
合乎目的地在此引入所謂的CNT顆粒(CNT: Carbon Nano Tubes, 碳納米管)作為硬質材料顆粒。Carbon Nano Tubes是碳納米管，該碳 納米管的直徑典型地小于lOOmn至幾個nm。這些管狀結構的壁由碳構 成。CNT顆粒由許多這種類型的碳納米管構成。采用CNT顆粒作為硬質 材料顆粒的特殊優點在于該CNT顆粒的極好的導電性，較高的導熱性以 及機械電阻率。基于與導熱性配合的良好的導電性，該CNT顆粒具有極 高的電流負載能力。
也可以用金剛石顆粒(Diamantpartikel )、 碳化硼顆粒 (Borcarbidpartikel )、 鴒 (Wolfram ) 或者碳化鴒顆粒 (Wolframcarbidpartikel )作為硬質材料顆粒來代替CNT顆粒。這些 硬質材料顆粒都導致涂層的明顯改善，尤其是涂層的機械電阻率的改 善。然而優選CNT顆粒，因為CNT顆粒具有驚人的特性，尤其是它極好 的導電性。
為了實現涂層的極高的電阻率，涂層中的硬質材料顆粒部分優選占 涂層體積的約10%到40%。
4此外優選硬質材料顆粒具有微米級的大小，尤其是幾個微米到50 微米。除此之外也可以補充地使用或者只使用納米級大小的硬質材料顆 粒，例如從10納米到幾百納米。
可導電的矩陣在此優選由銅或銅合金構成。銅或銅合金與硬質材料 顆粒的組合提供了具有對計劃的應用情況來說極好特性的涂層。尤其是 由銅和CNT顆粒構成的配對具有極高的導電性以及導熱性。除此之外， 該涂層提供了針對其它負荷的有效保護，由此與常規的石墨電極相比， 該電極的燃損比與磨損整體上有了顯著的改善。
為了取得這種改善的燃損比，另外在為此目的的配置中規定，涂層 具有大約多達幾毫米的厚度，例如在1毫米到3毫米的范圍內。在此涂 層厚度是以涂層的特性為導向的。如果該涂層具有例如極好的電學特 性，那么該涂層可以如規定的那樣以毫米級大小形成。如果選擇具有較 差導電性的涂層，為了不阻礙電流通過以及不因為提高電阻而提高溫度 負荷，優選將涂層保持得盡可能地薄并且例如保持在微米級大小(例如 小于50微米)。相反也可以在使用具有極好導電性和導熱性的涂層時提 高涂層厚度，例如沉積到10mm的涂層厚度。
這種厚度的涂層在此優選利用噴涂法來涂覆，例如利用所謂的冷氣 噴涂(Kaltgasspritzen )或者熱噴涂法，例如火焰噴涂 (Flammspritzen)。因此可以實現幾乎任意的涂層厚度，尤其是對基體 多次涂覆的時候。
在優選的配置中，可以用電解方式涂覆涂層，以替換用噴涂法來形 成涂層。利用這兩種方法給出了涂層在基體上的良好的附著性，從而即 使在極度負荷的情況下也可以避免剝落。


下面借助附圖進一步闡述本發明的實施例。分別在示意性和極度簡 化的附圖中
圖1示出側視圖中的電弧爐切面圖，
圖2示出用于為電弧爐構成電極股的一個電極的截面圖。
在附圖中，為相同部件提供相同的附圖標記。
具體實施例方式
5在圖1中極度筒化示出的電弧爐具有爐的裝金屬液容器2，該爐的裝金屬液容器通常可以用沒有進一步示出的蓋子關閉，通過這個蓋子，石墨電極股4可以在雙向箭頭示出的方向上垂直地進入和退出。在爐的金屬液容器2中引入碎鋼作為熔化物3來熔化。為了熔化，將電極股4一直引導到靠近碎鋼的表面，并且點燃電弧。為了保證電弧的穩定燃燒，通過調節電極股高度來移動電極股4。
通過所謂的爐變壓器6來提供為保持電孤所需要的電能。通常設置3個電極股4，這3個電極股分別與在爐變壓器6次級側的一相連接。電極4在此通過強電流系統與爐變壓器6的次級側連接。在次級側的接線柱8上，通過彈性連接器7連接的強電流管或者強電流軌道9掉落為彈性的尤其是由水冷卻的強電流電纜IO，該強電流電纜分別在一個電極支架12的一端上與該電極支架電氣連接。電極支架12可利用實施為升降柱的電極桿14在雙向箭頭的方向上垂直移動。電極支架12伸到爐的金屬液容器2的上方，并且利用接線柱形式的電極固定裝置分別承載了一個電極股4。電極股4在此大致設置在等邊三角形的頂點位置。
電極股分別由多個電極16構成。
在圖2中舉例示出這種類型的電極16。電極16在該實施例中由實心的、由固體物質構成的石墨基體18以及沉積在該基體18上的涂層20構成。在基體18的兩個端面上具有位于中心并大致為圓形的凹陷，在該凹陷的圓柱形側壁上加工有螺紋。這種通常稱為插口 22的容器，用于容納按照螺絲形式形成的插頭24。為了形成由多個電極16構成的電極股4，兩個電極16通過插頭24在縱向上相互連接。
在該實施例中涂層20完全包裹基體18，并且還設置在插口 22的區域內以及在相鄰電極16相互沖撞的端面區域內。在此可替換地也存在這種可能性，即為了在兩個相鄰電極16的基體18的端面之間實現直接接觸，或者為了保證插頭24的螺紋與插口 22的螺紋直接嚙合，在插口22的區域內和/或在該端面區域內省略涂層。
涂層20主要由具有嵌入的硬質材料顆粒28的銅矩陣26構成。硬質材料28在此尤其是實施為所謂的CNT顆粒，該CNT顆粒分別具有幾個微米級的顆粒大小，例如最大直至50微米。在此銅矩陣26也可以理解為銅合金矩陣。硬質材料28的部分占涂層20體積的例如10%到40%。構成了非常耐負荷的電極16，由此與常規的純石墨電極相比，該電極16的燃損比有了明顯的改善。
權利要求
1. 一種尤其用于電弧爐的強電流電極(16)，所述強電流電極具有基體(18)以及沉積在所述基體上的涂層(20)，其特征是，所述涂層(20)具有傳導矩陣(26)，該傳導矩陣(26)具有嵌入矩陣中的硬質材料顆粒(28)。
2. 根據權利要求1所述的電極(16)，其特征是，使用導電顆粒作為硬質 材料顆粒(28 )。
3. 根據權利要求1或2所述的電極(16 )，其特征是，設置CNT顆粒作為 硬質材料顆粒(28 )。
4. 根據上述任何一項權利要求所述的電極(16),其特征是，所述硬質 材料顆粒(28)的部分在所述涂層(20)中占體積的10%到40%。
5. 根據上述任何一項權利要求所述的電極(16)，其特征是，所述硬質 材料顆粒(28)具有微米級的大小，尤其是在幾微米到50微米范圍內。
6. 根據上述任何一項權利要求所述的電極(16)，其特征是，所述傳導 矩陣(26)由銅或銅合金構成。
7. 根據上述任何一項權利要求所述的電極(16)，其特征是，所述涂層 (20)具有大約1到3毫米的厚度。
全文摘要
為了在用于電弧爐的電極(16)中改善燃損比，為電極(16)的基體(18)配置涂層(20)，該涂層具有嵌入了硬質材料顆粒(28)的傳導矩陣(26)。在此優選CNT顆粒作為硬質材料顆粒(28)。
文檔編號H05B7/00GK101502172SQ200780029826
公開日2009年8月5日 申請日期2007年8月2日 優先權日2006年8月10日
發明者A·多貝勒, T·桑特根, T·馬特舒萊特 申請人:西門子公司