Дуговая электропечь постоянного тока - RU2070777C1
Код документа: RU2070777C1
Чертежи
Описание
Изобретение касается дуговой электропечи постоянного тока.
Из ЕР 0422406 известна электродуговая печь на постоянном токе, в которой область печи, воспринимающая расплав, оснащена электропроводной огнеупорной (ff)-каменной кладкой, к наружной стороне которой примыкает проводящий электричество кольцевой или цилиндрический токопровод.
Кроме токопровода, который преимущественно представляет собой медное кольцо, анод включает в себя несколько слоев, состоящих из материалов различных свойств.
Слой, который непосредственно контактирует с расплавом, состоит из электропроводного и огнеупорного материала, например, карбон-магнезита.
В областях, которые не контактируют с расплавом, каменная кладка состоит из графитовых кирпичей, которые обладают существенно большей проводимостью, чем карбон-магнезит.
Вся слоистая конструкция и даже окружающий печь токопровод выполнены круглосимметричными, так что в радиальном направлении создается сравнительно однородное электрическое поле течения.
Получающееся вследствие этого магнитное поле удерживает электрическую дугу в центральной позиции.
При таком исполнении дуговой электропечи на постоянном токе обеспечивается равномерное распределение температуры расплавленного металла, если имеющиеся за металлоприемником печи магнитные поля, вызываемые, например, размещением подводящих или отводящих кабелей, не вызовут нарушение этой симметрии и не отклонят нежелательным образом электрическую дугу.
К тому же нельзя целенаправленно сильнее нагревать определенную область расплава, что необходимо, например, в печах с эркерной леткой. Нельзя также желательным образом влиять на движение в ванне расплава.
Из DE-OS 4035233 известно, что отклонение электрической дуги, вызванное магнитными полями, находящимися за металлоприемником печи, устраняется посредством дополнительных магнитных полей, которые создаются обтекаемым током проводником, расположенным на дне печи.
Кроме того, из DE-OS 3423677 известна электродуговая печь на постоянном токе, в которой особое значение придается симметричной прокладке донного электрода, служащего анодом.
В этой печи даже токоподводы от выпрямителя к донному электроду располагаются симметрично. Такое устройство было выбрано для того, чтобы предотвратить какое-либо влияние на образование магнитного поля, которое отрицательно сказывается на его симметрии и, следовательно, способствует отклонению электрической дуги.
Решения, представленные в обеих указанных публикациях, имеют существенные недостатки, поскольку они связаны с большими затратами на электрооборудование.
В основу изобретения положена задача достичь при небольших затратах локального целенаправленного нагрева ванны расплава и определенных движений в расплаве, а также компенсации нежелательного влияния возможных значительных магнитных полей на электрическую дугу.
Согласно изобретению эта задача решается посредством признаков, указанных в отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные модификации предлагаемой дуговой электропечи понятны из зависимых пунктов формулы изобретения.
Благодаря выполнению электропроводной каменной кладки с изменяющимся по окружности относительно катода электрическим сопротивлением, уменьшающимся со стороны печи, противоположной выпускному отверстию, достигается влияние на образование магнитного поля распределения тока.
Особенно благоприятно влияние при эксцентричной донном выпуске, когда области, расположенные относительно оси катода напротив выпускного отверстия, имеют небольшое электрическое сопротивление и за счет этого пропускают больший ток, вследствие чего точка фокусирования электрической дуги отклоняется, отходя от катода в направлении к этому выпускному отверстию и, следовательно, расплав в этой области нагревается сильнее, чем в других областях.
Если электрическая дуга должна проходить в направлении оси катода, но при симметричном расположении токопровода могла бы отклоняться от этого направления из-за внешнего магнитного поля, влияние этого магнитного поля на электрическую дугу можно компенсировать посредством соответствующего несимметричного расположения токопровода.
То есть электрическая дуга может проходить концентрично к оси катода или отклоняться от нее тpебуемым образом.
Кроме того, все электрическое поле можно образовать таким образом, чтобы создавались желаемые движения потоков в ванне расплава, так что в определенной мере осуществлялось бы перемешивание ванны.
Создание предлагаемой дуговой электропечи может быть осуществлено различным образом. Во-первых, токопровод в его поперечном сечении или по его проводимости выполнить так, чтобы нужным образом формировалось электрическое поле потока и электрическая дуга отклонялась, например, к выпускному отверстию.
Другая возможность заключается в том, что токопровод в окружном направлении разделяют на несколько сегментов, электрически не связанных друг с другом.
Эти сегменты асимметрично желаемым образом распределяют по периферии печи.
Наибольший разрыв между сегментами подходит для отклонения электрической дуги с той стороны, где находится эксцентрично расположенное выпускное отверстие или расположенная там по различным причинам и требующая устранения холодная зона.
Детали подины, которые внутри печи состоят из электропроводного материала, могут комбинироваться различным образом, чтобы можно было достичь желаемого эффекта.
Можно варьировать применяемые материалы, например, так, что в случае использования карбон-магнезита повышать или соответственно понижать долю углерода.
Кирпичи электропроводной ff-кладки, которые относительно оси катода расположены против требуемого отклонения электрической дуги, имеют более высокое содержание углерода, чем со стороны отклонения.
Можно также вместо кирпичей, имеющих повышенное содержание углерода, часть кладки, которая не находится в непосредственном контакте с расплавом, выкладывать из графитовых кирпичей.
В этом случае можно, используя различную высоту этой части кладки, оказывать дополнительное влияние на электрическое поле потока.
Для того, чтобы можно было целенаправленно влиять на движение расплава, соседние области электропроводной каменной кладки должны иметь разное электрическое сопротивление, благодаря чему разность напряженностей поля потока будет оказывать влияние на движение.
На фиг. 1 схематически изображена в разрезе электродуговая печь на постоянном токе согласно первому варианту исполнения; на фиг. 2 второй вариант электродуговой печи на постоянном токе с эксцентричным донным выпуском; на фиг. 3 печь в разрезе согласно варианту,показанному на фиг. 2, вид сверху.
Электродуговая печь (см. фиг. 1) имеет кольцевой выполненный из меди токопровод 1, образующий часть подины. Простирающийся вертикально и перемещаемый в этом направлении катод 2 находится в центре над расплавом 6.
На донной части, преимущественно состоящей из стали, предусмотрена огнеупорная изолирующая каменная кладка 7.
К токопроводу 1 примыкает непосредственно электрически связанная с ним кольцевая часть кладки, состоящая их графитовых кирпичей 3.
К этой кольцевой части из графитовых кирпичей 3 примыкает другая часть каменной кладки, состоящая из электропроводного огнеупорного материала 4. Обе области соединены друг с другом.
Область кладки, состоящая из электропроводного огнеупорного материала 4, также выполнена кольцевой. Преимущественно эта область состоит из карбон-магнезитовых кирпичей.
Центральная область печи, которая находится в непосредственном контакте с расплавом 6, содержит набивную массу 5, которая, как правило, состоит из магнезита.
Благодаря уступчатому исполнению электропроводной огнеупорной каменной кладки 4 в направлении к центральной области, образованной монолитной набивной массой 5, достигается плотное соединение обеих областей.
При работе печи между катодом 2 и расплавом 6 образуется электрическая дуга. Она должна распространяться, например, в направлении оси катода, но под действием внешнего магнитного поля может отклоняться от этого направления.
Для компенсации этого отклонения подина здесь исполняется таким образом, что его электрические свойства меняются в окружном направлении, т.е. протекающий через кладку ток имеет в окружном направлении меняющуюся плотность, благодаря чему относительно оси катода возникает асимметричное токораспределение.
При этом электрическая дуга из-за ее асимметрии отклоняется в сторону, относительно оси катода, противоположную стороне, на которой ток через анод имеет наибольшую плотность.
Благодаря этому возникающее отклонение электрической дуги можно компенсировать таким образом, чтобы она снова проходила в направлении оси катода.
Однако электрическая дуга и посредством асимметричного токораспределения может отклоняться в требуемом направлении, при этом любое отклонение учитывается посредством внешнего магнитного поля.
Асимметричное токораспределение в представленной на фиг. 1 электродуговой печи достигается тем, что величина сопротивления токопровода 1 и/или каменной кладки из графитовых кирпичей 3 и/или кладки из электропроводного огнеупорного материала 4 изменяется в окружном направлении.
Подина электродуговой печи согласно фиг. 2 и 3 состоит из токопровода 8 из меди и каменной кладки из электропроводного огнеупорного материала 9, которая через графитовые кирпичи (на фиг. 2 не показаны) с одной стороны соединяется с токопроводом 8, а с другой с расплавом 10.
Кроме того, печь имеет катод 11 и каменную кладку из электроизоляционного огнеупорного материала 12. Расплав 10 через заданные промежутки времени выпускается через запираемое донное выпускное отверстие 13, расположенное эксцентрично относительно вертикальной оси печи, совпадающей с осью катода.
Из-за эксцентричного расположения выпускного отверстия 13 имеет смысл отклонять электрическую дугу 14 по направлению к нему.
Это отклонение достигается посредством влияния на образование электрического поля потока таким образом, что со стороны электродуговой печи, противоположной выпускному отверстию 13 по отношению к оси катода, кладка из электропроводного огнеупорного материала 9 имеет меньшее электрическое сопротивление, чем со стороны, на которой находится выпускное отверстие 13.
Благодаря этому отклоненная электрическая дуга 14 (точка фокусирования) нагревает расплав 10 в области выпускного отверстия 13 сильнее, чем в других областях, благодаря чему создаются благоприятные условия для выпуска.
Дополнительное влияние на образование электрического поля потока достигается в этой печи за счет того, что токопровод 8 со стороны, расположенной противоположно к выпускному отверстию 13, имеет через графитовые кирпичи значительно большую контактную поверхность с каменной кладкой из электропроводного огнеупорного материала 9, чем со стороны, на которой находится выпускное отверстие 13.
Целесообразно токопровод 8 выполнять в виде нескольких расположенных в окружном направлении друг за другом сегментов, размещенных так, что в области, наиболее приближенной к выпускному отверстию 13, образуется большой проем.
Из фиг. 3, на которой изображен разрез электродуговой печи на постоянном токе, видно, что сегменты токопровода и, следовательно, их проводимость по отношению к оси катода 11 распределены асимметрично и поэтому электрическое поле потока влияет таким образом, что фокусное пятно электрической дуги 14 смещается относительно вертикальной оси катода 11 в направлении к выпускному отверстию 13.
Для наглядности схематически показаны линии тока 15 различной плотности, подчеркивающие образуемое поле.
Таким образом, при помощи устройства токопровода можно отклонять электрическую дугу 14 настолько далеко в направлении к выпускному отверстию 13, что расплав 10 особенно прогревается в области вокруг него и тем самым обеспечивается надежный выпуск расплава 10.
Реферат
Сущность изобретения: дуговая электропечь постоянного тока, содержит вертикально расположенный катод и подину, выполненную из электропроводной каменной кладки, соединенной с кольцевым медным токопроводом, расположенным с внешней стороны. Печь снабжена эксцентрично расположенным выпускным отверстием. Электропроводная каменная кладка выполнена с изменяющимся по окружности относительно катода электрическим сопротивлением, уменьшающимся со стороны печи, противоположной выпускному отверстию. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
