底插式电极熔化炉电极冷却器的制造方法[0001]一、 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。[0003]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。 [0004]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，首选钥金属和钥基合金作为电极。因为钥及钥基合金具备上述性能外，还具有超高的熔点(2630°C )和高温下良好电流输出密度。[0005]但钥电极存在的致命缺点是低温氧化分解，钥金属在37(T600°C温度内，氧化成三氧化钥，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。[0006]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。[0007]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。[0008]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。因钥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。[0009]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。
[0010]另一种是筒体积水法冷却。采用筒体密封导电体与电极连接。进水管置于导电体一侧，排水管置于筒体内一定高度，形成一定高度的水面，以进水管上射喷溢电极与导电体的结合处，但由于导电体置于筒体中心，进水管侧面喷射受导电体阻隔，形成扇面夹角，无法对全部结合面冷却，靠筒体积水冷却。这种方式冷却器结构简单，但电极高温传导热部分无法平衡冷却，造成冷 却水触面温度较低，扇形夹角面无法触水而温度过高，产生较大的电阻值，在熔化物液态导电状态下，一旦炉内液态物接触到筒体部位，形成导电效应。造成筒体熔化，同时存在筒体内汽化，内压增大，进水受阻，使冷却器熔化或爆裂失效。
[0011]国内外也有利用其它冷却介质的研究和实验报道，但因制备工艺和技术的局限，目前没有应用和运行的案例。
[0012]底插式电极的冷却技术，是现今为止多例底插式电极熔化炉在生产实践中出现问题的集中集结点。也是底插式电极熔化炉装备使用面临的核心技术问题。
[0013]三、

本发明的目的是提供一种底插式电极熔化炉电极冷却器，解决底插式电极低温氧化、温度失衡引起的各种工作故障和生产运行安全问题，从而解决底插式电极熔化炉的安全经久使用瓶颈。
[0014]本发明采用的技术方案是:底插式电极熔化炉电极冷却器包括电极、连接板、导电体、筒体和进水管，电极与导电体通过连接板连接，本发明冷却器采用筒体外型结构，将电极与导电体连接部位、冷却介质给排机构全部置入筒体内，筒体上、下端采用连接板和下端板密封，冷却介质为纯净水；在筒体内环绕导电体设置环形喷水器，环形喷水器下部设有集水板，在集水板和下端板上面分别有排水管和导气管；导电体中心有通孔，通孔上端连接通到侧壁外表的出水孔，进水管I连接环形喷水器，进水管II连接导电体下端中心通孔。
[0015]一般大型电熔炉(100吨/日以上)由20-50只电极构成，装备的核心工件是底插式电极，要求电极可靠的工作运行。电极冷却是电极工作的核心技术所在。本发明的核心是，解决电极与导电体处于高温状态下的温度处置。采用纯净水作为冷却介质，在充分兼顾电极功率，受热状态，电气趋向，供控变化等条件下，科学选用制作材料和工艺，科学设计冷却器的结构和工作机理，采用先进的机理和结构，建立完整的冷却系统和装备。解决底插式电极低温氧化、温度失衡引起的各种工作故障和生产运行安全问题。使底插式电极熔化炉具有稳定持久的使用状态，成为传统行业和新兴行业新型装备。
[0016]底插式电极的冷却技术主要实现以下几方面功能:
1、保证电极始终处于低温氧化临界以上温度工作状态(600°c以上温度工作状态)。
[0017]2、导电体与结构体处于均衡的温度状态，保证电气趋向及导电阻值的稳定性。
[0018]3、按热传导趋向和受热部位，建立冷却介质的分布方式，触面密度，降温梯度，工作机制。
[0019]4、根据各类工况状态及异常变化，建立冷却介质的供给方式，压力指标，控制制式，纯净标准，给排结构等完整体系。
[0020]5、根据电极功率及熔化炉温度指标，确定冷却器的工作容量，各种工件的材料标准，制造工艺。
[0021]6、充分兼顾冷却器带电状态，在连接方式，安装部位等环节上，规避电磁感应及漏电安全各种问题。 [0022]本发明底插式电极熔化炉电极冷却器，比传统电极冷却器具有结构的先进性，外组合系统的可靠性，电极的安全性，导电的稳定性，耗能的节约性。使底插式电极熔化炉长期安全使用。
[0023]采用360度环形喷水器和三次梯度冷却方式是本技术的独特结构，不同部位的集水和导电体中孔冷却，组成科学的冷却工作机制，解决了冷却器不同部位受热差别产生的导电体温度失衡，同时喷射覆盖的方式可均衡解决冷却幅面的温度一致，保证电极始终在安全温度下有效工作。本冷却器同时设置两个部位的导气和排气装置，解决了断水后供水产生汽化热的压力排出，保证标准压力的供水安全。在电熔炉初始加热过程中，可利用导气管进行不同流量的空气冷却。防止600°C以上温度水冷却对冷却器的损伤，并不改动连接装置。使电极冷却具有多种方法选别使用，保证冷却器的安全。
[0024]冷却器本体及外组合系统的多种功能，保证了电极的安全工作和电熔炉的安全运行。由于冷却系统具有良好的温度衡定功能，保证了电气工作指标，使电熔炉功率、产能稳定，同时对冷却器金属材料的疲劳强度大为提高，延长了使用年限，降低制造成本，与传统电熔炉冷却器系统相比，投资减少30%以上，耗能降低30%以上，产能效率(同功率相比)提高40%以上，突出了底插式电极熔化炉优异性能，解决了制约底插式电极装备的瓶颈。
[0025]本技术解决了底插式电极的使用安全，更重要的是解决了底插式电极熔化炉向其它行业和领域的延伸应用。因本技术不受电极功率的束缚，可以应用到更大功率和产能的电熔装备中。在当前和今后环保、能源领域具有广泛的应用空间。
[0026]电熔炉可实现无氧高温条件。无氧高温裂解是消除任何有机质有害物的有效方式。有机质在高温无氧态下裂解成低分子态，形成单质类或低分子态的可燃物，燃烧后解决了大分子氧化聚合物有害性。由于电熔融物液态时具有导电性，产生强大磁场效应，对电子具有束缚性，加之熔化玻璃态属性，具有加料降温的粘性，可大量粘合物料，经熔融过程将金属物质成为晶核质点，非金属物质成为玻璃态包裹，有效解决熔化物的环保问题。并将熔化物成为新型材料，如微晶玻璃等，以此进行城市污泥，药厂废渣，有害飞灰及危化物废渣处理，具有优异的性能和作用。将使底插式电极熔化炉独立或与其它燃烧方式结合，成为新一代环保能源领域的新型装备。[0027]四、


图1为本发明的结构示意图；
图2为连接板的结构示意图；
图3为集水板的结构示意图；
图4为下端板的结构示意图；
图5为环形喷水器连接进水管I的结构示意图；
图6为环形喷水器的俯视图；
图7为导电体的结构示意图；
图8为电极冷却器插入电熔炉的结构示意图；
图9为本发明供水系统的结构示意图。
[0028]五、
底插式电极熔化炉电 极冷却器包括电极1、连接板2、导电体11、筒体9和进水管15，电极I与导电体11通过连接板2连接，冷却器采用筒体外型结构，将电极I与导电体11连接部位、冷却介质给排机构，其它各种工作结构全部置入筒体9内，筒体9上、下端采用连接板2和下端板10密封，焊接密闭，并分别固定电极，导电体，进排水管，排汽管等工件，独立置入固定电熔炉墙体，各工位工件与相对工件连接。电极与导电体设计为垂直同心，置于筒体中心线，筒体有一定比例的空间尺寸，既有利电极与导电体良好的导电趋向，也利于其它结构布置。冷却介质采用纯净水。在筒体9内环绕导电体11设置环形喷水器3，环形喷水器3下部设有集水板4，在集水板4和下端板11上面分别有排水管和导气管；导电体11中心有通孔，通孔上端连接通到侧壁外表的出水孔12，进水管I 14连接环形喷水器3，进水管II 15连接导电体11下端中心通孔。
[0029]冷却器上端连接板2处于电极和电熔炉高热处，采用特殊耐高温合金。连接板2采用锥体形状，上下中心制孔，分别固定电极I和导电体11，使电极I和导电体11垂直连接板2中心，连接板2下端与筒体9上端密闭连接。连接板2是具有一定厚度的锥体形状，在有效固定电极I和导电体11的同时，减小炉内导电液体的触面和受热面积，并能保证环形分流喷射冷却降幅，使电极处于安全工作状态。连接板2上端中心孔螺纹固定电极1，下端中心孔螺纹固定导电体11，并焊接加强固定，连接板2下端一定尺寸与筒体9连接，并焊接密闭。
[0030]环形喷水器3上面设置有多个喷水孔,喷水孔按三个角度分为外喷水孔16、内喷水孔17和垂直喷水孔18，三种喷水孔对连接板2形成扇面喷射，完成冷却水均匀分布。根据出水温度调整喷射流量，有效控制导电体和连接板的温度，实施一次冷却。环形喷水器3与进水管I 14为同径无缝管制做，并与进水管I 14焊接密闭成一体工件。
[0031 ] 集水板4是环形板，其周边与筒体9密闭连接，中心有分水孔13，分水孔13与导电体11之间有间隙，在集水板4上分别接进水管I 14、排水管I 5和导气管I 6，进水管I 14经过集水板4连接到环形喷水器3，分水孔13导出喷射冷却水总量的1/3，其余冷却水形成一定高度，由集水板4上设置的排水管I 5导入筒体下部。如断水后喷射产生汽化气体，由集水板4上导气管I 6排出。两种导水方式分别对导电体和筒体上部位实施二次冷却。排水管I 5高于集水板4一定高度，导气管I 6高于排水管I 5—定高度。当冷却水达到排水管I 5高度后，由排水管I 5排出。导入的汽体由导气管I 6排出。分别对导电体，筒体实施三次冷却。
[0032]下端板10为环形板，其周边与筒体9密闭连接，中心孔与导电体11之间紧密连接，在下端板10上分别接进水管I 14，排水管II 7和导气管II 8，进水管I 14经过下端板10与集水板4连接到环形喷水器3，排水管II 7高于下端板10 —定高度，导气管II 8高于排水管II 7—定高度。
[0033]导电体11采用具有中间通孔的圆柱体，底端连接进水管II 15，在导电体11上部靠近连接板2处有与中心通孔连通的出水孔12。导电体11下端外侧一定高度制成标准螺纹连接固定电路，其它外露工件制有螺纹分别连接固定对应管路。
[0034]冷却器除设计预留间隙外，全部满焊密闭。所有材料除电极外，均采用耐高温耐腐蚀不锈钢材料制做。
[0035]冷却器其它工件依据工况部位及影响因素，分别采用各种性能的材料和结构，使之处于可靠稳定使用。采用先进工艺加工制造。
[0036]冷却器实现有效工作，除本体功能外，外部组合系统也是重要支撑。
[0037]冷却器工作条件是冷却水供给及温度稳定，为规避机电运行的故障，冷却水供给采用大容量高位水箱，设定水压标准，完全采用自流压力供水，防止机械供水的事故，冷却水采用环形喷射，孔隙较小，因此采用纯净水处理设备，为防止冷却水流失，全部采用给排水闭路制式，杜绝外来物并节约用水。回水采用换热器处理回收能源，并稳定冷却水温度。根据可能出现的各种状态，分别设置冷却水管路流量控制器，断流告警器，排水水温器，实现可靠调节和预警。在高位水箱中设置水位自动供水装备，采用双回路制式，保证定量供水。冷却器从电熔炉底部置入，与熔化炉底平面垂直固定，连接板2略低于炉池液面，电极I位于炉池液面中，下端板10以上部位固定在炉体内；导电体11、排水管I 5、排水管II 7、导气管I 6、导气管II 8、进水管I 14、进水管II 15均露于炉体外。
[0038]冷却水经纯净水设备加工后并加相关药剂导入蓄水池19，由潜水泵20经上水管线21送入高位水箱22，高位水箱22经供水管线23连接分水器24，每个分水器24 —组电极(交流三相三只电极)六路供水，分别连接冷却器的进水管路；高位水箱22接有数个分水器24，连接其它组电极；回水管线28与蓄水池19连接，冷却器的排水管、导气管分别与回水管连接，冷却水排出后，经换热器达到标准温度回入蓄水池，供水系统循环使用，定期更换。供水米用一开一备制式和应急自供电源保证。
[0039]蓄水池19密封防尘，冷却水采用闭路系统。
[0040]高位水箱22设置水位预警和自动供水装置，进水管路、排水管路均设置断流报警器25，流量控制器26和温度显示器27。
[0041]工作机制。启动阶段当电极和炉内温度达到设定状态时，采用风冷降低冷却器内体温度，然后实施冷却水冷却。
[0042]冷却水由进水管I开启供水，经环形喷水器喷射连接板端面，实施一次冷却。
[0043]由集水板积水高度经排水管I和分水孔排出分别对导电体和冷却器上部进行二次冷却。
[0044]由集水板导入的冷却水集积在下端板以上高度，由排水管2排出，进行三次冷却。
[0045]三次冷却分别以冷却水不同的温度状态对不同受热梯度及部位完成冷却作用，使冷却器内腔各工件温度均衡，保证电气工作指标。[0046]导电体中心孔进水管采用微量进水制度，导出电极传导热带来的导体中心温度，从而有效保证导体的 温度均衡，导电稳定。