熔炼型焊剂的直流电熔工艺及其直流电弧炉

摘要

本发明公开的一种熔炼型焊剂的直流电熔工艺及其直流电弧炉，属于冶炼技术领域，其工艺过程为：配料、装炉、通电、引弧、烘干、熔化、还原、熔炼、调色、水淬、烘干、筛选；其直流电弧炉是由炉体、炉体支架19、石墨电极27、石墨电极架3、石墨电极架滑动立柱5、滑套装置4、传动杆6以及动力和传动装置构成；具有能够节能降耗、对电网的干扰和冲击小、噪声低，且能利用低品位锰矿生产熔炼型焊剂等特点，可用于生产各种类型的熔炼型焊剂。

说明书

所属技术领域

本发明涉及冶炼技术领域，特别是一种生产机械行业中焊接用熔炼型焊剂的直流电熔工艺及其直流电弧炉。

背景技术

在机械制造、石油化工、煤炭冶金、矿山、建筑、电力、军工、航天航空、海洋工程等领域的设备制造过程中，广泛应用着埋弧自动焊、半自动焊、电渣压力焊以及铜的焊接和竖向钢筋的压力焊等，在进行上述焊接时，需要使用各种焊剂进行保护，其熔炼型焊剂是其中比较重要的一种。现有技术中，熔炼焊剂的生产方法是采用交流电熔工艺生产的，这也是目前唯一的生产方法。交流电熔工艺生产的原理是通过交流电弧产生大量热量来熔化矿物质，达到生产焊剂的目的。由于交流电本身是一条正弦波，每秒过零点100次，在零点附近电弧熄灭，然后以相反方向重新点燃，因而交流电弧稳定性差，且在电熔过程中并不稳定，大小、方向也在瞬间发生变化，因此，能耗高，很容易产生烟尘、粉尘和弧光，而且噪声大，对工作环境和周围环境造成极大影响，对人们的身体健康造成极大的伤害，对周围的作物造成致命的损伤，而且环境治理也相当困难。同时，交流电熔生产焊剂时有一个致命的弱点，即：无法使用低锰高铁矿石作为原料进行熔炼焊剂，这在锰矿资源日益匮乏，加之优质锰矿被大量开采和广泛使用，导致优质锰矿的价格急剧上涨的今天，使得熔炼焊剂的生产变得十分困难。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够节能降耗、对电网的干扰和冲击小、噪声低，且能利用低品位锰矿生产的熔炼型焊剂生产工艺及其配套的直流电弧炉。

本发明所采取的技术方案是发明一种熔炼型焊剂的直流电熔工艺，其工艺过程为：

A、将熔炼型焊剂生产所需的锰矿、莹石、镁砖、河砂等原料和还原剂焦粉按一定的比例混合后装入直流电弧炉至炉口；

B、通电、引弧生产，最先以较少的电流，一般控制在800-1200A，炉堂温度控制在600-1000℃，让炉内物料烘干和熔化30-50分钟，并在熔池底部形成熔液；

C、加大电流到1800-2200A，提高炉堂温度，加快原料的熔化和物质内各种成份的还原，时间为50-70分钟；

D、将电流调至4800-5200A，这时熔液温度达到1390-1410℃，待物质全部熔化，MnO₂还原成MnO，Fe₂O₃还原成单质Fe，此时熔液成浅黄色至白色络合体；

E、然后用倒还原法加入锰含量为40％左右的高品位锰矿进行调色，当颜色调至红棕色后倒入清水池中水淬，经过烘干，筛选后成为熔炼型焊剂产品。

与上述直流电熔工艺配套的直流电弧炉，包括炉体、炉体支架19、石墨电极27、石墨电极架3、石墨电极架滑动立柱5、滑套装置4、传动杆6以及动力和传动装置构成；炉体支承在炉体支架19上；石墨电极27插入炉体的炉膛26内，其上端由石墨电极架3的一端固定，石墨电极架3的另一端联接套装在石墨电极架滑动立柱5上的滑套装置4；动力和传动装置与传动杆6联接，传动杆6与滑套装置4螺旋联接；所述的炉体由炉筒21、炉底16、底电极棒15、底电极板14、底电极针13构成；圆筒状的炉筒21的下部连接倒圆台状的炉底16，其内壁自上而下分别砌有绝缘耐火的炉筒内衬22和炉底内衬17；炉底16的倒圆台面中部开有孔，底电极棒15由该孔自下而上穿入，并穿过装置在炉底内衬17上的底电极板14向上延伸，底电极棒15与底电极板14相接成整体，数根底电极针13呈辐射状分布在底电极板14上，底电极板14至炉底16上面之间锥体部分的空腔全部充满电极糊18；在炉筒内衬22的内壁也装有一层电极糊18。

在炉筒21的上部外侧还设有一个夹层，形成冷却水腔24，该冷却水腔24的上部连接出水管25，其下部连接进水管23。

在炉筒21后面外侧的下部还装有一个钩环29。

滑套装置4包括滑套架35、滑套筒37、连接架36、绝缘板39、中间绝缘板41、绝缘筒40、连接螺栓33、丝板38；滑套筒37套装在石墨电极架滑动立柱5上，其上与石墨电极架3方向相同的两对称外侧的上下部位分别装置由支耳板31、调节螺钉30和滚子32构成的滚轮装置，与石墨电极架3方向垂直的两对称外侧部位分别装置连接架36，在石墨电极架3的延伸方向的外侧部位装置丝板38后也装置与连接架36相同的连接架；方框状的滑套架35连接石墨电极架3，其内侧加装绝缘板41后与连接架36相接，并在连接架36内侧加装绝缘板39后用连接螺栓33固定，在连接螺栓33上还套装有绝缘筒40。

本发明的直流电熔工艺，与现有相同条件的交流电熔工艺相比，具有以下优点：

1、石墨电极消耗可降低10％以上；

2、降低电能消耗，可节约电能约5％-10％；

3、对电网的干扰和冲击小，电压闪烁降低了50％左右；

4、炉衬寿命提高，耐火材料消耗降低，填补材料可节约30％；

5、噪声降低10-15B；

6、能够利用锰含量在23-28％、铁含量在9-20％的劣质锰矿生产出合格的熔炼型焊剂。

其电能对比试验情况见表一：

表一交流电熔工艺与直流电熔工艺的电能对比试验情况

其性能对照见表二：

表二直流电熔工艺与交流电熔工艺性能对照表

  焊剂生产工  艺  适合焊剂生产的锰矿  要求  电能效果  环保效果  直流电熔  Mn≥23％，  Fe≤20％。  1、电弧稳定，不会出现较  大偏弧，电能损失少；  2、还原性能强；  3、与交流电熔相比节电在  10％以上。  1、烟尘、粉尘、弧光少，燥  音低；  2、对工作环境及周边环境不  会造成大的影响。  交流电熔  Mn≥28％，  Fe≤9％。  1、电弧不稳定，偏弧现  象严重，电能损失大；  2、还原性相弱。  1、烟尘、粉尘、弧光大，燥  音较大；  2、对工作环境及周边环境有  较大的影响。

其污染排放对照见表三(烟道气体排放)：

表三直流电熔新工艺与交流熔工艺污染排放对照表

  监测成分  监测值  (直流电熔)mg/Nm³  监测值  (交流电熔)mg/Nm³  标准值  mg/Nm³  二氧化硫  140  480  550  烟尘  98  297  120

  氟化物  8.7  13.2  11  氧化氮  2.68  20.05  240  噪声  56.5  78  60  格林曼黑度  1级  2级  ≤1级

附图说明

图1是本发明的直流电弧炉的主视示意图；

图2是本发明的直流电弧炉的沿B-B轴线的剖视示意图；

图3是本发明的直流电弧炉的俯视示意图；

图4是本发明的直流电弧炉的滑套装置局部放大示意图；

图5是本发明的直流电弧炉的沿A-A轴线的剖视局部放大示意图；

图6是本发明的直流电弧炉的I局部放大示意图。

图中：1是轴承座，2是抱箍，3是石墨电极架，4是滑套装置，5是石墨电极架滑动立柱，6是传动杆，7是立柱底座，8是传动杆联轴器，9是换向减速器，10是电动机轴联轴器，11是电动机，12是电动机架，13是底电极针，14是底电极板，15是底电极棒，16是炉底，17是炉底内衬，18是电极糊，19是炉体支架，20是炉体支承轴，21是炉筒，22是炉筒内衬，23是进水管，24是冷却水腔，25是出水管，26是炉膛，27是石墨电极，28是契形紧固块，29是钩环，30是调节螺钉，31是支耳板，32是滚子，33是连接螺栓，34是电源阴极接线桩，35是滑套架，36是连接架，37是滑套筒，38是丝板，39是绝缘板，40是绝缘筒，41是中间绝缘板。

具体实施方式

以下结合实施例和附图，对本发明作进一步的说明。

实施例一：

A、取TMn为23度的锰矿130kg、莹石10kg、镁砂5kg、河沙25kg、焦粉适量，混合后装入直流电弧炉中；

B、通电、引弧生产，最先以较少的电流，控制在1000A，炉堂温度控制在800℃，让炉内物料烘干和熔化，时间控制在40分钟，让其在熔池底部形成熔液；

C、加大电流到2000A，提高炉堂温度，加快原料的熔化和物质内各种成份的还原，时间为60分钟；

D、再将电流调至5000A，这时熔液温度达到1400℃，待物质全部熔化，MnO₂还原成MnO，Fe₂O₃还原成单质Fe，此时熔液成浅黄色至白色络合体；

E、然后用倒还原法加入锰含量为40％左右的高品位锰矿30-80公斤进行调色，当颜色调至红棕色后倒入清水池中水淬，经过烘干，筛选后成为熔炼型焊剂产品，大约可得本发明的高锰高硅低氟熔炼型焊剂成品125kg，其有效组成成分重量百分比为：

MnO  33  SiO₂   41  CaF₂  6     CaO  6

MgO  7   Al₂O₃  5   FeO   1.5。

其中：P≤0.08、S≤0.06。

实施例二：

本实施例的直流电弧炉，是由炉体、炉体支架19、石墨电极27、石墨电极架3、石墨电极架滑动立柱5、滑套装置4、传动杆6以及动力和传动装置构成。

炉体包括上部的炉筒21和下部的炉底16两部分，由钢板制成。炉筒21为圆筒状，其下部连接倒圆台状的炉底16后构成圆柱形的炉膛26；在炉膛的内壁自上而下分别砌有绝缘耐火的炉筒内衬22和炉底内衬17；在炉筒21的上部外侧还设有一个夹层，形成冷却水腔24，该冷却水腔24的上部连接出水管25，其下部连接进水管23。炉体支承轴20固定在炉筒21外侧中部的两边，由固定在基础上的炉体支架19支撑。用于出炉的钩环29装置在炉筒21后面外侧的下部。

炉底16的倒圆台面(即底面)中部开有孔，底电极板14装置在炉底内衬17上，底电极棒15自上而下穿出底电极板14并穿出炉底内衬17，底电极棒15与底电极板14相接成整体；底电极板14的上面固定数根(本实施例设计为16根)呈辐射状分布的底电极针13构成阳极板；底电极针13为扁平状，在底电极板14至炉底16上面之间锥体部分的空腔全部充满电极糊18；该电极糊18的顶面即为阳极面。电源阳极由底电极棒15的下端接入，底电极棒15和底电极板14与炉底16之间由炉底内衬17绝缘。同时，在炉筒内衬22的内壁也装有一层电极糊18。

立柱底座7固定在基础上，其上垂直竖立石墨电极架滑动立柱5；电动机架12固定在石墨电极架滑动立柱5的下部，其上装置有电动机11，并通过电动机轴联轴器10与换向减速器9相接，换向减速器9的输出端通过传动杆联轴器8与传动杆6相接。在石墨电极架滑动立柱5上端装置抱箍2，轴承座1装置在抱箍2上，其轴承套装传动杆6的上端(在本实施例中，传动杆6是一根丝杆)。

滑套装置4套装在石墨电极架滑动立柱5和传动杆6上，滑套装置4由滑套架35、滑套筒37、连接架36、绝缘板39、中间绝缘板41、绝缘筒40、连接螺栓33、丝板38构成。滑套筒37套装在圆柱面比较光滑的石墨电极架滑动立柱5上，其上左右两对称外侧的上下部位分别装置滚轮装置(见图4所示)；滚轮装置由支耳板31、调节螺钉30和滚子32构成，支耳板31的中间水平方向开有槽孔，该槽孔的左边(见图3所示)还开有螺孔，用于穿装调节螺钉30；滚子32的轴向两端突出有滚子轴，其滚子柱面是与石墨电极架滑动立柱5的柱面相同的回转曲面；每两块支耳板31夹着一个滚子32构成一个滚轮装置，滚子轴穿装在支耳板31中间的槽孔中，由调节螺钉30调节滚子32的回转曲面与石墨电极架滑动立柱5的柱面之间的间隙。在滑套筒37右侧的滚轮装置的右边(见图4所示)，还延伸装置有丝板38，丝板38螺旋套装在传动杆6上。滑套筒37的前后两侧以及丝板38的右边分别装有连接架36。滑套架35后面设有与电源阴极相接的电源阴极接线桩34。

石墨电极架3的左端(见图1所示)带有一个套筒，该套筒的左边还设有就个上大下小的契形槽孔，石墨电极27的上端插入该套筒内，由插入契形槽孔的契形紧固块28固定。石墨电极架3的右端联接滑套架35的左端。滑套架35为方框状，其前、后和右边内侧，分别加装中间绝缘板41后与连接架36相接，并且在连接架36内侧又加装绝缘板39后，用套装有绝缘筒40的连接螺栓33固定。这样以来，就使得石墨电极架3与石墨电极架滑动立柱5、传动杆6之间形成了绝缘隔离。插装在石墨电极架3的左端套筒中的石墨电极27由上向下插入炉体的炉膛26内，形成阴极。

高压交流电经交流变压器后降至100V左右，通过桥式硅整流后，其阳极由底电极棒15的下端接入，阴极由电源阴极接线桩34接入。

使用时，先将冷却水接至进水管23，并由出水管25将热水引走。再将石墨电极27由上向下插入炉体的炉膛26内，让其底端与炉底16内部的上面保持适当的距离，且在石墨电极27的下面部位(即中间部位)用焦粉填充该距离，使得石墨电极27的底面与电极糊18的顶面(即阳极面)保持联通。这样以来，既便于启弧、又不会过度短路。然后，将熔炼型焊剂生产所需的锰矿、莹石、镁砖、河砂等原料和还原剂焦粉按一定的比例混合后装入直流电弧炉至炉口，然后通电，此时，电源的阳极由底电极棒15接入，传至炉底16内部上面的电极糊18的顶面(即阳极面)，电源的阴极由电源阴极接线桩34接入，通过滑套架35和石墨电极架3传至石墨电极27。此时，虽然石墨电极27的下端面与电极糊18的顶面有一定的距离，但由于在炉底中部加装了部分焦粉，保持了阳极与阴极的联通，因此，通电后形成短路而产生持续的电弧。由于电弧产生的温度很高，因而，炉内的原料逐渐地被熔化，并进行熔炼反应，这时电弧过程转变成电渣过程。随着熔炼的进行，炉内的熔液越来越多，熔液成为熔炼过程的导体。熔液越多，导电性能越强，释放的热量就越多，为控制电流过大，有时需将石墨电极27的下端随着熔液的增多而慢慢上升，此上升动作由动力和传动装置以及传动杆6来完成。启动电动机11的电源，电动机11转动，通过电动机轴联轴器10将转动传递给换向减速器9，由换向减速器9换向减速后，将水平转动转换为垂直转动，并降低了转速，此时，又通过传动杆联轴器8将转动传递给传动杆6，传动杆6的上端套装在轴承座1中，因此，随着传动杆6的转动，螺旋套装在传动杆6上的丝板38则会带着滑套筒37、滚轮装置、滑套架35连同石墨电极架3和石墨电极27等向上移动，实现石墨电极27下端的上升(反之亦下降)。当炉内原料熔炼成功后，切断直流电源和电机电源，停止电熔反应，将石墨电极27的下端上升至露出炉筒21上面一定的距离，启动钩挂在钩环29上的电动葫芦，将钩环29向上拉，此时，炉体的上部会绕着炉体支承轴20的轴心作由后向前的转动，这时炉内熔液被倒入清水池中进行水淬，成为熔炼焊剂半成品，再经过烘干，筛选后成为熔炼型焊剂产品；沉于炉底的小部分熔液为原料中被还原出来的单质Fe，将其型铸，成为铸铁坯。反向复原动作，即可进入下一轮熔炼。

本发明的熔炼型焊剂的直流电熔工艺及其直流电弧炉，可用于生产各种类型的熔炼型焊剂。