УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА К ВАННЕ ДУГОВОЙ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1995 года по МПК H05B7/11 H05B7/02 

Изобретение относится к электротермии, в частности к устройствам для подвода электрического тока к ванне дуговой печи постоянного тока (ДППТ).

Подвод электрического тока к ванне с расплавом в ДППТ осуществляется с помощью устройств, состоящих из подового электрода (ПЭ), системы токоподводов и системы охлаждения.

В процессе работы эти устройства испытывают значительную электрическую и тепловую нагрузку.

В связи с тем, что надежность работы устройства для подвода электрического тока к ванне с расплавом определяет надежность работы ДППТ, к основным элементам устройства, а именно к ПЭ, системе его охлаждения и системе токоподводов предъявляют высокие требования, т.е. обеспечение надежного электрического контакта, стойкости к тепловым нагрузкам, высокую эффективность теплоотвода.

Эту задачу наилучшим образом решают устройства с ПЭ стержневой формы и системой охлаждения, наиболее удаленной от ванны с расплавом, что позволяет снизить вероятность попадания расплавленного металла в зону охлаждения. Это очень важный фактор, поскольку, как правило, охлаждение ПЭ водяное и попадание расплавленного металла может привести к взрыву.

Известно устройство для подвода электрического тока к ванне ДППТ, в котором ПЭ выполнен в форме стержня переменного сечения, система охлаждения в виде охватывающего нижнюю часть ПЭ стакана, в котором выполнены каналы охлаждения [1]
Однако конструкция стакана, охватывающего ПЭ, наличие сложных монтажных элементов снижают надежность токоподвода. Поскольку стакан является токопередающим элементом, его посадочную поверхность необходимо выполнить с высокой точностью. Тем не менее зазоры, возникающие между этой поверхностью и ПЭ, могут приводить к нарушению электрического контакта с возникновением микродуг.

Кроме того, существенным недостатком является также сложность чистки каналов охлаждения, которую можно проводить только при полном демонтаже устройства.

Таким образом, недостаточно надежный электрический контакт, необходимость в полном демонтаже конструкции для чистки каналов от накипи сильно усложняют конструкцию устройства и его техническое обслуживание.

Сложность периодической чистки каналов приводит к необходимости добиваться снижения вероятности зарастания каналов путем использования в качестве хладагента технически очищенной воды, что в свою очередь требует наличия устройства для приготовления умягченной воды и поэтому приводит к значительному удорожанию установки в целом.

Другие известные устройства подвода электрического тока обладают аналогичными недостатками.

Наиболее близким техническим решением является устройство для подвода электрического тока к ванне с расплавом, содержащее ПЭ, выполненный в виде составного стержня, одна из частей которого, соединенная с системой токоподводов и снабженная системой охлаждения, имеет четырехгранную боковую поверхность [2]
В указанном устройстве подвода электрического тока система охлаждения представляет собой медные холодильники, установленные вдоль боковых граней ПЭ.

Однако устройство обладает недостаточно хорошим электрическим контактом с ПЭ, что снижает его надежность, кроме того, наличие медных холодильников не обеспечивает высокую эффективность теплоотвода от ПЭ, так как добиться идеального прилегания поверхностей практически невозможно. Чистка каналов также требует полного демонтажа. По этой причине требуется подача умягченного хладагента, т.е. наличие дополнительного устройства для умягчения воды.

В основу изобретения положена задача создания устройства для подвода электрического тока к ванне с расплавом ДППТ, обеспечивающего надежный электрический контакт токоподводящей системы с ПЭ и высокую эффективность теплоотвода от ПЭ с помощью простых конструктивных средств. Задача состоит также в том, чтобы повышение надежности тепло- и токосъема решались простыми конструктивными средствами, позволяющими при упрощении технологии изготовления обеспечить значительное снижение трудозатрат при техобслуживании.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для подвода электрического тока к ванне с расправленным металлом ДППТ, содержащем составной ПЭ в виде стержня, по меньшей мере нижняя часть которого имеет четырехгранную боковую поверхность, систему полых охлаждаемых токоподводов и систему охлаждения, предложено выполнить систему токоподводов из по меньшей мере двух токоподводов с полостями охлаждения, систему охлаждения из выполненных в нижней части стержня сквозных каналов, выходные отверстия которых расположены на противоположных гранях боковой поверхности и по меньшей мере из двух коллекторов, один из которых перекрывает все выходные отверстия сквозных каналов, расположенных на одной грани, а второй по меньшей мере из двух камер, одна из которых перекрывает одну часть выходных отверстий, расположенных на противоположной грани, и полость охлаждения одного из токоподводов, а вторая вторую часть выходных отверстий сквозных каналов, расположенных на этой же грани, и полость охлаждения второго токоподвода. При этом токоподводы размещены в сквозных гнездах, выполненных в нижней части стержня, и открытых со стороны его наружной поверхности. Оси сквозных гнезд параллельны осям сквозных каналов. Кроме того, сами сквозные гнезда могут быть расположены ниже сквозных каналов.

Согласно изобретению коллекторы системы охлаждения могут быть установлены на противоположных гранях боковой поверхности стержня. Согласно изобретению сквозные гнезда могут быть выполнены открытыми со стороны одной грани боковой поверхности, при этом эта боковая грань может быть соседней с гранями с коллекторами. Кроме того, сквозные гнезда могут быть выполнены открытыми со стороны противоположных граней, соседних граням с коллекторами, либо открытыми со стороны торцевой поверхности нижней части стержня.

Согласно изобретению также сквозные гнезда выполнены симметричными относительно центральной плоскости, а их поперечное сечение может быть выполнено в форме полукруга, трапеции или ласточкиного хвоста.

Изобретение позволяет достичь высокий технический результат, заключающийся в создании надежного электрического контакта между ПЭ и токоподводами и повысить эффективность теплоотвода простыми конструктивными средствами. При этом съемные коллекторы обеспечивают наиболее эффективное распределение хладагента и подвод его к ПЭ, а сквозные каналы в ПЭ легко доступны для чистки. Это значительно упрощает техническое обслуживание. Кроме того, возможность оперативной чистки каналов без демонтажа ПЭ позволяет подавать в каналы простую техническую воду и таким образом отпадает необходимость в устройстве умягчения воды, что удешевляет конструкцию.

Устройство поясняется чертежами (фиг. 1-10), на которых изображено предлагаемое устройство в разрезе и его фрагменты.

На фиг. 1 изображено устройство для подвода электрического тока к ванне с расплавом ДППТ, содержащее размещенный в футеровке 1 подовый электрод 2 стержневой формы, нижняя часть 3 которого выполнена, например, из меди и имеет четырехгранную боковую поверхность. В нижней части 3 стержня (фиг. 2) выполнены сквозные каналы 4, выходные отверстия 5 которых расположены на противоположных гранях 6, 7 боковой поверхности стержня. Система охлаждения содержит два коллектора. Один коллектор 8 выполнен глухим и перекрывает все выходные отверстия 5 сквозных каналов 4, расположенных на одной грани 6. На противоположной грани 7 размещен второй коллектор 9, выполненный двухкамерным по числу токоподводов 10, 11 (фиг. 3-5). Одна камера 12 коллектора 9 перекрывает одну часть выходных отверстий сквозных каналов 4, расположенных на грани 7 и полость 13 охлаждения одного токоподвода 10. Вторая камера 14 коллектора 9 перекрывает вторую часть выходных отверстий сквозных каналов 4, расположенных на той же грани 7, и полость 15 охлаждения второго токоподвода 11.

В стержне выполнены сквозные гнезда 16, 17, открытые со стороны его наружной поверхности, например, со стороны торцевой поверхности 18, в которых размещены токоподводы 10, 11. Поперечное сечение этих гнезд может быть выполнено в форме полуокружности, трапеции или ласточкиного хвоста (фиг. 4, 9 и 10). Оси 19 сквозных гнезд 16, 17 параллельны осям 20 сквозных каналов 4. На фиг. 2-5 изображено расположение сквозных гнезд под сквозными каналами 4.

На фиг. 7 изображен вариант выполнения сквозных гнезд 16, 17 со стороны грани 21, соседней с гранями 6 и 7, на которых размещены коллекторы 8, 9; на фиг. 8 вариант выполнения сквозных гнезд 16, 17 на противоположных гранях 21, 22, соседних с гранями 6 и 7, на которых расположены коллекторы 8, 9; на фиг. 9, 10 гнезда 16, 17 с поперечным сечением в форме трапеции и ласточкиного хвоста соответственно (токоподводы 10, 11 прижаты к стержню накладкой (ами) 23).

Гнезда 16, 17 могут быть выполнены симметрично относительно центральной плоскости I-I или II-II (фиг. 4). Если число сквозных каналов 4 равно двум, то при выполнении коллектора 9 двухкамерным движение в каналах можно pассматривать, как последовательное. В случае увеличения числа сквозных каналов свыше двух возможен случай, когда в них необходимо пропускать либо параллельные потоки жидкости, либо последовательные, что определяется предварительным теплотехническим расчетом, либо конструктивно. Однако для организации последовательного потока охлаждающей жидкости через сквозные каналы число камер коллекторов 8, 9 следует увеличить, например, на единицу (фиг. 6). Таким образом внутри коллектора 9 появится дополнительная камера 24, а сквозные каналы могут быть расположены на уровне сквозных гнезд.

Устройство работает следующим образом.

Перед включением ДППТ в систему охлаждения подают воду. Затем включают печь, подают электрический ток к ПЭ. При этом на расплав 16 горит дуга. Тепловой поток от расплава через тело подового электрода отводится хладагентом. Эффективность теплоотвода обеспечивает надежную работу ПЭ. Вода подается через полость 13 одного из токоподводов 10. Затем она распределяется по одной части сквозных каналов в камере 12 и направляется по ним через стержень в коллектор 8, объединяющий все сквозные каналы 4. Вода, проходя через коллектор 8, попадает в другую часть сквозных каналов, выходные отверстия которых перекрыты камерой 14 коллектора 9 на грани 7. Попадая в камеру 14, вода направляется в полость 15 второго токоподвода.

Таким образом, при наличии в конструкции двух токоподводов вода подается в один из них, а отводится через другой. При этом она циркулирует через стержень канала по следующему пути полость 13 токоподвода 10 камера 12 коллектора 9 одна часть сквозных каналов 4 коллектор 8 вторая часть сквозных каналов камера 14 коллектора 9 полость 15 охлаждения токоподвода 11.

Изобретение позволяет осуществить надежный электрический контакт между токоподводами и ПЭ за счет увеличения числа токоподводов до двух и более и за счет их размещения непосредственно в теле ПЭ, что также сказывается положительно на охлаждении ПЭ. Достигаемая эффективность охлаждения достаточно высока за счет выполнения в теле ПЭ сквозных каналов, число которых, а также их поперечное сечение определяется расчетным методом в зависимости от сечения ПЭ и теплоэнергетических параметров ДППТ (величина электрического тока, материал расплавляемого металла).

Кроме того, повышение эффективности достигается благодаря организации подачи холодной воды непосредственно из полости токоподвода через одну из камер коллектора в часть каналов, расположенных ближе к расплаву. Симметрирование токоподводов относительно центральной плоскости позволяет равномерно распределить электрическую нагрузку по сечению ПЭ.

Конструкция устройства достаточно проста и позволяет обеспечить быстрый доступ к каналам охлаждения без демонтажа всего устройства. Это достигается благодаря выполнению каналов сквозными и съемным коллекторам. После съема коллекторов каналы легко подвергаются чистке. Возможность быстрой и простой чистки каналов позволяет увеличить надежность ПЭ и, кроме того, использовать для охлаждения техническую воду без предварительного умягчения ее, что в свою очередь позволяет отказаться от устройства для умягчения воды.

Сущность изобретения: в устройстве, содержащем подовый электрод в форме стержня, нижняя часть которого представляет систему токоподводов и систему охлаждения, система токопроводов выполнена из двух и более токоподводов с полостями охлаждения. Система охлаждения состоит из сквозных каналов, выполненных в нижней части стержня с выходными отверстиями, расположенными на противоположных гранях. Система охлаждения содержит также по меньшей мере два коллектора. Один из коллекторов выполнен глухим и перекрывает все выходные отверстия, расположенные на одной грани боковой поверхности. Второй коллектор выполнен двухкамерным по числу токоподводов. Одна из камер перекрывает часть выходных отверстий сквозных каналов, расположенных на грани, противоположной грани с глухим коллектором, и полость охлаждения одного их токоподводов, а вторая камера перекрывает вторую часть выходных отверстий, расположенных на той же грани, и полость охлаждения второго токоподвода. При этом токоподводы могут быть размещены в сквозных гнездах, выполненных в нижней части стержня открытыми со стороны его наружной поверхности. Сквозные гнезда могут быть выполнены с поперечным сечением в форме полуокружности, трапеции или ласточкина хвоста. 11 з. п. ф-лы, 10 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА К ВАННЕ ДУГОВОЙ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее составной подовый электрод в виде стержня, по меньшей мере нижняя часть которого имеет четырехгранную боковую поверхность, систему полых охлаждаемых токоподводов и систему охлаждения, соединенную с каналами подвода и отвода хладагента, отличающееся тем, что система токоподводов содержит по меньшей мере два токоподвода с полостями охлаждения, система охлаждения состоит из выполненных в нижней части стержня сквозных каналов, выходные отверстия которых расположены на противоположных гранях боковой поверхности стержня, и по меньшей мере из двух коллекторов, один из которых перекрывает все выходные отверстия сквозных каналов, расположенные на одной грани, а второй выполнен по меньшей мере из двух камер, одна из которых перекрывает одну часть выходных отверстий, расположенных на противоположной грани и полость охлаждения одного из токоподводов, а вторая вторую часть сквозных каналов, расположенных на этой же грани, и полость охлаждения второго токоподвода. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что токоподводы размещены в сквозных гнездах, выполненных в нижней части стержня и открытых со стороны его наружной поверхности. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оси сквозных гнезд параллельны осям сквозных каналов. 4. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что сквозные гнезда расположены под сквозными каналами. 5. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что указанные коллекторы установлены на противоположных гранях боковой поверхности стержня. 6. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что сквозные гнезда выполнены открытыми со стороны боковой поверхности. 7. Устройство по пп. 1-2,6, отличающееся тем, что сквозные гнезда выполнены открытыми со стороны грани, соседней с гранями с расположенными на них коллекторами. 8. Устройство по пп 1 и 2, отличающееся тем, что сквозные гнезда выполнены открытыми со стороны противоположных граней, соседних граням с коллекторами. 9. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что сквозные гнезда выполнены открытыми со стороны торцевой поверхности нижней части стержня. 10. Устройство по пп. 2-9, отличающееся тем, что сквозные гнезда выполнены симметричными относительно центральной плоскости. 11. Устройство по пп. 2-9, отличающееся тем, что сквозные гнезда выполнены с поперечным сечением в форме полуокружности. 12. Устройство по пп. 2-9, отличающееся тем, что сквозные гнезда выполнены с поперечным сечением в форме трапеции или ласточкина хвоста.