ПОДОВЫЙ ЭЛЕКТРОД ЭЛЕКТРОПЕЧИ Российский патент 1994 года по МПК H05B7/08 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к подовым электродам плавильных дуговых электропечей постоянного тока, а также плазменно-индукционных и плазменных печей.

Подовые электроды для плавильных электропечей служат для подвода тока к переплавляемому металлу и подвержены очень высоким термическим нагрузкам, в частности, во время перегрева расплава. В результате наличия в ванне потоков расплавленного металла, вызываемых действием электромагнитных сил, усиливается передача тепла от расплава к подовым электродам, что создает зону повышенной теплонапряженности в области подовых электродов. Эти обстоятельства определили основное требование к конструкции подовых электродов - высокая стойкость при хорошем электрическом контакте.

Этим требованиям наилучшим образом отвечают подовые электроды, выполненные составными [1]. В этих электродах часть, контактирующая с расплавом, выполнена, как правило, из материала расплава, например из стали, а противоположная расплаву часть, соединенная с токоподводом, - из материала, обладающего высокой тепло- и электропроводностью, например, из меди. В медной части, как правило, выполнены каналы охлаждения.

Наличие тугоплавкой части и интенсивный отвод тепла повышают стойкость подового электрода. Однако технология изготовления такого электрода очень сложна, требует выполнения экологически вредных операций, например, ручной сварки меди со сталью.

Известен подовый электрод, содержащий головку, выполненную из материала расплава, соединенную с медным корпусом, имеющим каналы охлаждения [2].

Недостатки данной конструкции - сложная технология изготовления, необходимость проведения операций, связанных с тяжелым ручным трудом и/или экологически вредных операций (сварка меди со сталью, нагрев медного корпуса под сварку и т.д.).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является подовый электрод, содержащий головку из тугоплавкого материала, например, расплава, нижняя часть которого выполнена в виде полого хвостовика, в который вставлен наконечник соединенный с головкой корпуса из электро- и теплопроводного материала, например, меди, внутри которого выполнены каналы охлаждения [3]. Фланцевое соединение головки и корпуса выполнено на болтах.

Но и эта конструкция подового электрода обладает недостатками. При нагреве стальной хвостовик расширится и отойдет от медного наконечника корпуса, который остается холодным за счет охлаждения. Даже незначительное увеличение зазора между этими элементами крайне нежелательно, т.к. его появление может стать причиной нарушения электрического и теплового контактов. Это может вызвать возникновение микродуг из-за нарушения электрического контакта, а из-за нарушения теплового контакта может произойти расплавление электрода и вытекание металла из печи. Конструкция технологически сложна. Наличие каналов охлаждения в медном корпусе требует проведения технологически сложной и экологически вредной операции - приварки патрубков и других элементов к медному корпусу.

Изобретение позволит решить задачу создания надежной конструкции подового электрода, технология изготовления которого позволит избежать экологически вредных, неэкономичных и физически тяжелых для рабочих операций.

Сущность изобретения заключается в том, что в подовом электроде дуговой электропечи, содержащем головку из тугоплавкого материала, например материала расплава, нижняя часть которого выполнена в виде полого хвостовика, в который вставлен наконечник соединенного с головкой корпуса из электро- и теплопроводного материала, например меди, имеющего каналы охлаждения, корпус соединен с головкой по наружной поверхности вставленного в хвостовик наконечника с образованием неразъемного соединения по площади контакта наконечника с внутренней поверхностью хвостовика. Неразъемное соединение может быть биметаллическим. Неразъемное соединение может быть выполнено в форме усеченного конуса с расширением от головки к основанию корпуса. Наружная поверхность хвостовика может быть выполнена также в форме усеченного конуса с расширением от головки к основанию корпуса. Конус может быть эквидистантен конусу указанного соединения, а его верхнее основание может лежать в плоскости верхнего основания усеченного конуса указанного соединения. На наружной поверхности хвостовика ниже уровня верхнего основания наконечника указанного соединения может быть выполнена по меньшей мере одна кольцевая проточка. При выполнении двух проточек нижняя расположена со стороны основания корпуса, а верхняя - со стороны верхнего основания наконечника. На наружной поверхности хвостовика ниже уровня верхнего основания наконечника могут быть выполнены отверстия. Глубина кольцевой проточки может быть равна толщине хвостовика. Наружная поверхность наконечника может быть выполнена с кольцевым выступом, заполняющим проточку и образующим с хвостовиком неразъемное соединение по кольцевым поверхностям контакта с ней. Высота выступа может также быть равна глубине проточки или превышать ее.

Технический результат, обеспечиваемый заявляемым изобретением, заключается в следующем. Выполнение соединения головки и корпуса по всей поверхности контакта наконечника корпуса с внутренней поверхностью хвостовика обеспечивает более надежный между ними контакт по сравнению с известным решением, где соединение выполняется по фланцевым поверхностям болтами. Выполнение же соединения неразъемным, а также биметаллическим создает по сравнению со всеми известными техническими решениями идеальные условия для прохождения электрического тока и эффективного теплоотвода от горячей зоны. Повышается стабильность электрического сопротивления в местах контакта хвостовика с наконечником за счет исключения колебания его величины, как это происходит при изменении величины зазора. Благодаря этому значительно увеличивается стабильность электрических характеристик электрода и, соответственно, печи в целом. Стабильность теплового контакта значительно повышает надежность конструкции подового электрода. Выполнение на наружной поверхности проточек или отверстий, частично или полностью заполненных материалом наконечника, позволит еще более повысить надежность подового электрода за счет появления на горячей поверхности хвостовика холодных окон, которые служат для замыкания на себя горячего металла в случае его аварийного проникновения в зону боковой поверхности электрода. Металл при этом застывает и предотвращает путь расплаву из печи. Выполнение соединения биометаллическим может быть осуществлено методом электрошлакового литья и тем самым исключить необходимость выполнения целого ряда ручных операций, сварку медь - медь и медь - сталь. Это позволит существенно упростить технологию изготовления подового электрода и обеспечить экологически благоприятные условия труда.

На фиг.1-2 представлен подовый электрод, разрез; на фиг.3-6 - узел I на фиг.2.

Подовый электрод дуговой электропечи содержит головку 1 из тугоплавкого материала, например расплава, нижняя часть которой выполнена в форме полого хвостовика 2, в который вставлен наконечник 3 корпуса 4. Корпус 4 соединен с головкой 1 по наружной поверхности вставленного в хвостовик 2 наконечника 3 с образованием неразъемного соединения 5 по площади контакта наконечника 3 с внутренней поверхностью хвостовика 2. В корпусе 4 со стороны его основания 6 выполнены каналы охлаждения 7.

На фиг.2 изображен подовый электрод, в котором неразъемное соединение 5 и наружная поверхность хвостовика 2 выполнены в форме усеченных конусов, которые могут быть расположены эквидистантно, а их верхние основания могут лежать в одной плоскости. На наружной поверхности хвостовика ниже уровня верхнего основания наконечника 3 выполнены кольцевые проточки 8. На фиг.3-6 представлены различные варианты проточки 8, выполненной на боковой поверхности размещенного в хвостовике наконечника. Общее у этих вариантов заключается в образовании на поверхности хвостовика холодных окон за счет снятия слоя хвостовика, экранирующего медный наконечник, в теле которого выполнены каналы охлаждения.

Устройство работает следующим образом. При включении печи и расплавлении металла через подовый электрод пойдет электрический ток. Неразъемное соединение головки с корпусом, выполненное между внутренней поверхностью хвостовика и наружной поверхностью наконечника, позволяет создать единый монолитный блок сталь - медь с прекрасным электрическим и тепловым контактом, обладающим высокой прочностью соединения. Одним из возможных соединений является биметаллическое соединение, прочность которого настолько велика, что контакт между элементами соединения не будет разрушаться годами. Надежность работы подового электрода обеспечивается наличием кольцевых проточек на боковой поверхности хвостовика, которые в случае аварийного ухода расплавленного металла по поверхности электрода замораживают расплав за счет создания холодных зон. Металл застывает, и тем самым возможность его попадания в зону расположения каналов охлаждения, которые, как правило, выполняются в основании корпуса, практически исключена.

Заявляемая конструкция подового электрода обладает также и технологическими преимуществами, поскольку она позволяет практически устранить ручной труд, экологически вредную сварку меди со сталью и/или медью. Заявленная конструкция подового электрода позволяет практически все крепежные элементы устанавливать в стальной части электрода, что существенно повышает надежность, чем если бы крепежные элементы проходили через медную часть электрода, как в известных технических решениях.

Подовый электрод обладает высокой прочностью, надежен в работе, его изготовление значительно проще известных технических решений и, что особенно важно, исключает вредные операции.

Сущность изобретения: подовый электрод содержит головку из тугоплавкого материала, например материала расплава, нижняя часть которй выполнена в фор ме полого хвостовика, в который вставлен наконечник соединенного с головкой корпуса из элктро- и теплопроводного материала, например, из меди, имеющего каналы охлаждения. Корпус соединен с головкой по наружной поверхности вставленного в хвостовик наконечника с образованием неразъемного соединения по площади контакта наконечника с внутренней поверхностью хвостовика. Соединение может быть биметаллическим. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. ПОДОВЫЙ ЭЛЕКТРОД ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащий головку из тугоплавкого материала, например материала расплава, нижняя часть которого выполнена в форме полого хвостовика, в который вставлен наконечник соединенного с головкой корпуса из электро- и теплопроводного материала, например меди, имеющего каналы охлаждения, отличающийся тем, что корпус соединен с головкой по наружной поверхности вставленного в хвостовик наконечника с образованием неразъемного соединения по площади контакта наконечника с внутренней поверхностью хвостовика. 2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что корпус соединен с головкой по наружной поверхности вставленного в хвостовик наконечника с образованием биметаллического соединения. 3. Электрод по пп.1 и 2, отличающийся тем, что указанное неразъемное соединение выполнено в форме усеченного конуса с расширением от головки к основанию корпуса. 4. Электрод по п.3, отличающийся тем, что наружная поверхность хвостовика выполнена в форме усеченного конуса с расширением от головки к основанию корпуса. 5. Электрод по пп. 3 и 4, отличающийся тем, что наружная поверхность хвостовика выполнена в форме усеченного конуса, расположена эквидистантно конусу указанного соединения наконечника корпуса с головкой. 5. Электрод по пп.3 и 5, отличающийся тем, что верхнее основание усеченного конуса наружной поверхности хвостовика лежит в плоскости верхнего основания усеченного конуса указанного соединения. 7. Электрод по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на наружной поверхности хвостовика ниже уровня верхнего основания наконечника выполнена по меньшей мере одна кольцевая проточка. 8. Электрод по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на наружной поверхности хвостовика ниже уровня верхнего основания наконечника выполнены две кольцевые проточки, нижняя из которых расположена со стороны основания корпуса, а верхняя - со стороны верхнего основания наконечника. 9. Электрод по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на наружной поверхности хвостовика ниже уровня верхнего основания наконечника выполнены отверстия. 10. Электрод по пп.6 - 8, отличающийся тем, что глубина кольцевой проточки равна толщине хвостовика. 11. Электрод по пп.1, 2, 6 и 7, отличающийся тем, что наружная поверхность наконечника выполнена с кольцевым выступом, заполняющим указанную проточку и образующим неразъемное соединение по кольцевым поверхностям контакта с хвостовиком. 12. Электрод по п.11, отличающийся тем, что высота указанного выступа наконечника равна глубине указанной проточки. 13. Электрод по п.11, отличающийся тем, что высота указанного выступа наконечника превышает глубину указанной проточки.