[发明专利]底插式电极熔化炉电极冷却器

说明书

一、技术领域

本发明涉及底插式电极熔化炉（全电熔或局部电熔）电极在超高温工作状态（1600℃以上温度）对导电体衡温冷却保护，关联导电体电阻值、电极热功率、熔化物电流密度、电熔炉生产效率、设备服务年限、产品质量等诸多生产工艺和生产安全问题，尤其是超高温电阻热加热工件和导电体工件带电运行的单体装备和系统装备长效冷却技术。

二、背景技术

有氧明焰燃烧是人类社会长期沿用的热工技术和方式，随着现代工业的高速发展，传统热工方式的不足和弊端已经显现，在生产效率，环境安全主要环节上形成严重影响。受现代科学的驱动和科技创新作用，电极熔化法首先在玻璃行业得到应用和推广。目前已成为玻璃行业、其它非金属材料及金属材料领域新型的制备工艺和装备技术。

电极熔化技术应用电极电阻自热高温原理完成熔化物的熔融，利用非金属材料高温熔融状态下，具有半导体和导体性能及金属材料在熔融状态下，电阻值增大特性，实现熔化物质的导电产生电阻热而熔化生产。现代电熔炉，采用低电压大电流工艺技术和三相交流单相电极环流技术，不仅电极工作产生超高温状态，也使熔化物在液态时增大电流密度，产生高温电阻热，具有更高的熔化速度和生产效率。尤其电熔工作无需助氧。受电磁场束缚作用及非金属材料熔融粘性作用，被熔化物料挥发大为减少，极大的提高了环保等级和环境指数。成为现代熔化热工的重要制备技术。

电极是电熔炉设备中的核心工件。电极材料不仅要有较高的耐热强度，同时要具有良好的导电系数，高温状态下的电阻稳定性能，超强的耐腐蚀性能。目前全世界玻璃行业及非金属熔化装备的电熔炉，首选钼金属和钼基合金作为电极。因为钼及钼基合金具备上述性能外，还具有超高的熔点（2630℃）和高温下良好电流输出密度。

但钼电极存在的致命缺点是低温氧化分解，钼金属在370~600℃温度内，氧化成三氧化钼，呈粉态物质。造成电极的断裂和孔隙，导致强度下降和导电性能降低。受此影响，尤其受现有冷却技术的束缚，到目前为止，电极电熔炉的制式，几十年难以改变。一直沿用顶插式电极为主，侧插式电极制式为辅的装备制式。主要原因是电极在损坏后，能够更换及冷却技术难以保证。

电极熔化炉发明迄今已有几十年的历史，电熔炉的热工材料，建安标准，电气控制，熔化制度已经非常成熟和可靠。但受电极置入方式规定的装备制式，目前存在较大的产能和效益差别。同时存在装备延伸应用巨大的能源和环保效应，底插式电极熔化炉具有突出的装备优异性能和多行业，多领域的延伸应用优势。经科学研究和实践证明，电熔炉电极制式（电极置入方式）对电熔炉的产率效能、功率消耗、装备成本，产品质量，生产效益具有明显的差别。底插式电极熔化炉比顶插式和側插式电极熔化炉具有突出的优势。从目前及今后的社会需求及环境保护要求实际状况出发，无氧熔融及贫氧裂解制备技术，已成为现代社会处理有害工业弃废物、高含水危化物及燃烧处理后有害渣物及飞灰物的重要技术趋向和装备途径。因此底插式电极熔化炉特有的装备制式和空间条件，多种类热工的组合条件，具有跨行业和领域的应用延伸和发展需求。

底插式电极熔化炉存在的最大问题，是电极更换。较大产能的电熔炉（一般为玻璃态物料100吨/日以上）电极不允许在大修期内更换，因此，目前较大产能的底插式电极熔化炉受到制约。难以推广和应用。

底插式电极熔化炉优异的性能和现实的状况，关键是电极的更换，核心问题是电极的冷却技术及装备技术。因钼电极具有良好的耐高温耐腐蚀性能。在非低温氧化条件下，具有长久的工作寿命。但冷却装备及技术不能予以保证，采用现有电极冷却方式及装备技术，难以实现底插式电极熔化炉的使用安全。

现有国内外底插式电极熔化炉冷却技术基本结构和技术特征主要有两种方式：

一种为管式满溢法冷却。即电极与导电体连接部位置于密封的金属筒体内，冷却水在筒体处于满溢状态，以此解决导电体的受热和电阻值变化。这种方式要求进排水速度较快，产生大量的热能流失，总体电耗较大。一旦遇有加入熔化物料较大，降低电极温度时，或供电系统中断，电极无功率情况下，易造成电极低温氧化。使电极变细或分解孔隙，严重时断裂发生事故。