Изобретение относится к электродуговой печи постоянного тока, содержащей по меньшей мере один подовый электрод и средства для создания движения ванны с помощью электромагнита, через который протекает постоянный ток.
При использовании электродуговой печи постоянного тока подовый электрод представляет собой конструктивный элемент, который подвергается наибольшей нагрузке. В простейшем случае он состоит из стального тела, которое простирается через основание резервуара и его обшивку и обеспечивает в печи электрический контакт с расплавом. Вне основания резервуара подовый электрод подключен к системе электропитания печи. При работе печи подовый электрод расплавляется до определенной глубины. Этот расплав смешивается с расплавом печи. Глубина, на которую расплавляется подовый электрод, зависит от различных факторов: величины выделяемого током тепла, которое возникает при протекании тока через подовый электрод, и степени охлаждения подового электрода.
С целью обеспечения надежной работы печи необходимо ограничить обратное плавление подового контакта. Нагрев под действием выделяемого током тепла может быть нейтрализован посредством выбора размеров подового электрода применительно к пригодной величине плотности тока. Тепловой поток из расплава, поступающий в подовый электрод, имеет сложную природу, причем в данном случае происходит наложение двух механизмов. Протекающий через расплав и расплавленную часть подового контакта ток печи способствует движению ванны, которое способствует усилению теплового обмена. На это движение ванны накладывается процесс, называемый в специальной литературе процессом "Химическое кипение", причина возникновения которого заключается в высвобождении окиси углерода из расплавленной части подового контакта. Этот процесс, возникающий в расплаве, в который для понижения содержания углерода вдувается кислород, ведет к интенсивному теплообмену с подовым электродом и может обусловить обратное расплавление подового электрода до величины ниже допустимого порога.
За счет оптимального выбора поперечного сечения подового электрода и принятия мер по охлаждению может быть достигнуто управление движением ванны, которое обусловлено электромагнитными взаимодействиями, и, следовательно, ограничение обратного плавления.
Известны устройства, в которых подовый электрод разделяется на большое количество тонких металлических стержней, каждый из которых вмурован в огнеупорный материал основания резервуара. Перемычки из огнеупорного материала, остающиеся при обратном плавлении металлических стержней, препятствуют движению ванны в области подового электрода и, следовательно, предотвращают чрезмерное обратное плавление металлических стержней.
Однако подовые электроды этого типа являются весьма нерентабельными, в частности, для больших электродуговых печей (патент ЕР N 0058817, Н 05 В 7/06, 1982).
Целью изобретения является создание электродуговой печи постоянного тока, подовый электрод которой имеет несложную и экономичную конструкцию, при работе которой обеспечивается несложная возможность контроля обратного плавления подового электрода.
Для этого электромагнит расположен непосредственно на нижней стороне резервуара печи и охватывает подовый электрод (подовые электроды) так, что они образуют железный сердечник электромагнита.
Этот магнит вырабатывает постоянное магнитное поле в направлении продольной оси подового электрода. Это поле демпфирует все движения ванны в расплаве выше стационарной целой части подового электрода. При этом целый участок подового электрода действует в качестве железного сердечника и усиливает силу магнитного поля в тех позициях, где это необходимо. Было установлено, что величины силы поля в диапазоне 0,05-0,2 Т являются достаточными для демпфирования движения ванны выше целой части подового электрода.
Эти электромагниты могут использоваться без существенных издержек как в составе новых конструкций, так и в уже существующих печах. Их дополнительная потребность в мощности является незначительной по сравнению с потребной мощностью всей печи в целом и составляет приблизительно 0,3% от общей мощности печи.
При работе электродуговых печей постоянного тока в питающие устройства обычно включаются дроссели постоянного тока для обеспечения нормальной работы общей системе регулирования печи. Так, например, для 12-импульсного измерителя необходимы два дросселя с пятью витками каждый, через которые в типичном случае протекает ток около 40 кА. Конструкции катушек могут использоваться предпочтительно на нижней стороне резервуара печи в качестве таких дросселей, в которых может осуществляться, например, разделение одной катушки на две, включенные параллельно в магнитном отношении.
Конструкция катушек оказывает, кроме того, следующее положительное влияние на работу электродуговой печи постоянного тока. Магнитное поле пронизывает не только подвергшуюся обратному плавлению часть электрода, но и достигает средней и верхней зоны расплава. Там она входит во взаимодействие с током электрической дуги в расплаве и ведет к движению ванны вокруг плавящегося электрода. Это способствует хорошему перемешиванию расплава в близкой к поверхности области и, следовательно, выравниванию температуры.
Известно устройство, включающее питающийся постоянным током электромагнит на нижней стороне резервуара электродуговой печи постоянного тока. Однако этот электромагнит служит для выработки дополнительного перемешивающего движения в расплаве с целью ускорения металлургических реакций введенного в расплав флюида с расплавом (патент США N 4038433, Н 05 В 7/20, 1977).
На фиг. 1 показано обусловленное электромагнитными силами движение ванны выше подового электрода; на фиг. 2 - пример выполнения электродуговой печи с электромагнитом резервуара, на фиг. 3 - вид сверху на основание резервуара печи с подовым электродом в центральной области основания печи, который состоит из семи отдельных электродов, которые объединяет один общий электромагнит; на фиг. 4 - то же, с отдельными электродами, которые вложены в формованные тела из огнеупорного материала; на фиг. 5 - схема с 12-импульсным выпрямителем, в случае которого электромагниты встроены в систему питания печи.
На фиг. 1 изображена область оснащенного огнеупорным материалом 1 основания резервуара электродуговой печи постоянного тока с дуговым электродом 2. Пронизывающий все основание резервуара подовый электрод является частично расплавленным. Пространство выше него заполнено смесью из расплавленного материала электрода и расплава печи. Возникающее под влиянием тока печи движение ванны обозначено стрелками. Видно, что движение ванны ослабевает с увеличением глубины. В зависимости от плотности тока в подовом электроде и охлаждения снаружи (снизу) устанавливается равновесное состояние.
На фиг. 2 показана нижняя часть электродуговой печи постоянного тока с резервуаром 3 печи, который оснащен обычной оболочкой 4 из металлического материала. Печь содержит лишь один включенный в качестве катода электрод 5, однако это количество может быть увеличено также до двух, трех и более.
В области основания печи расположен подовый электрод 2. Он состоит из стали с тем же составом, что и расплав. Выпускное отверстие основания обозначено позицией 6. Снаружи расположена обычная обшивка печи, состоящая, как правило, из кирпичей, которые в один или несколько слоев лежат на плите 7 основания, которая имеет форму полусферы. Подовый электрод 2 оснащен на нижнем конце приспособлением 8 для подачи тока, которое одновременно может использоваться также для охлаждения подового электрода 2. На нижней стороне основания печи предусмотрен электромагнит 9, который окружает подовый электрод 2. При этом для демпфирования движений ванны выше подового электрода достаточно силы поля в диапазоне 0,05-0,2 Т. В случае типичной электродуговой печи постоянного тока на 80 т с диаметром около 5,5 м диаметр электромагнита составляет приблизительно 2 м. При плотности тока, например, 5 А/мм2 масса электромагнита составляет около 4000 кг, а величина электрических потерь составляет приблизительно 200 кВт, что означает приемлемую величину с учетом того, что потребная мощность такого рода электродуговой печи постоянного тока составляет около 65 МВА. Таким образом, потребная мощность всей установки в целом повышается лишь приблизительно на 0,3% .
Вместо одного единственного подового электрода может использоваться большое количество отдельных электродов, как это схематично показано на фиг. 3. Они расположены в центральной области плиты 7 основания. В данном случае шесть отдельных электродов 10 сгруппированы вокруг одного центрального электрода 11, причем все электроды расположены в электромагните 9.
Конструкция основания резервуара печи может быть упрощена при многоэлектродной конструкции за счет того, что отдельные электроды выполнены в соответствии с фиг. 4. Семь отдельных электродов 10 и 11 в отличие от фиг. 3 не являются непосредственно вмурованными в огнеупорный материал основания печи, а окружены шестиугольными формованными телами 12 с поперечным сечением равностороннего шестиугольника из огнеупорного материала, например магнезита, магнезитграфита или другого пригодного материала. По причине несложного изготовления формованные тала 12 выполнены состоящими из двух частей, причем разделительные поверхности проходят симметрично (диагонально) или в соответствии со штриховой линией (фиг. 4). Эта геометрия позволяет повысить компактность общей конструкции. Вместо шестиугольной формы может использоваться и другая геометрическая форма, например с квадратным поперечным сечением (фиг. 4, а). Подовый электрод может также состоять более чем из семи отдельных электродов, например 12. Возможно также встраивание одного единственного подового электрода с геометрией в соответствии с фиг. 4 в электродуговую печь постоянного тока в соответствии с фиг. 2.
В составе электропитающего устройства для питания электродуговой печи постоянного тока постоянно используются дроссели для сглаживания выпрямленного трехфазного тока. В данном случае изобретение создает здесь чрезвычайно выгодную возможность, которая заключается в использовании дросселей для демпфирования движения ванны.
Схема по фиг. 5 относится к 12-импульсному выпрямительному устройству. К трехфазной сети 13 тока подключен трансформатор 14 с двумя первичными обмотками 15 и 16, включенными по схеме треугольника, и двумя вторичными обмотками 17 и 18, из которых одна включена треугольником, а другая - звездой. Обе вторичные обмотки к трехфазной мостовой выпрямительной схеме 19 или 20. Минусовые сборные шины соединены между собой и подключены к плавящемуся электроду 5. Между равнозначными сборными шинами мостовых схем 19 и 20 и подовым электродом 2 расположен дроссель 9а или 9b. В соответствии с изобретением эти два дросселя образуют состоящий в данном случае из двух катушек электромагнит, причем присоединения и направления витков катушек выбраны так, что эти частичные магниты включены параллельно в магнитном отношении. В случае шестиимпульсной выпрямительной схемы отпадают обмотки 15 и 17 или 16 и 18 трансформатора 14 и в соответствии с этим один из мостов схем 19 или 20, а также один из дросселей 9а или 9b.
Электродуговая печь включает по меньшей мере один подовый электрод и электромагнитное устройство для перемещения ванны, расположенное под днищем печи. Электромагнитное устройство охватывает по меньшей мере один подовый электрод так, что линии электромагнитного поля проходят в основном в направлении продольной оси подового электрода. Через электромагнит протекает ток печи, а в ветвь постоянного тока системы питания включен дроссель. В случае системы питания электропечи с 12-импульсным выпрямительным устройством электромагнит состоит из двух частей, каждая из которых встроена между равнозначными сборными шинами выпрямителя и подовым электродом и включены они так, что направления магнитных полей обеих частей магнита совпадают. Подовый электрод выполнен в виде нескольких отдельных частей, включенных в электрическую печь параллельно. Каждая часть подового электрода состоит из металлического сердечника и охватывающего его формованного тела с равномерным поперечным сечением. Формованное тело состоит из двух симметричных половин. 5 з. п. ф-лы, 5 ил.
