УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА Российский патент 1996 года по МПК C22B9/187 H05B7/06 

Изобретение относится к области электротермии, а именно к конструкции электродов расходуемого типа, электрододержателей, механизмам перемещения электродов, устройствам токоподвода к электродам, устройствам уплотнения электродов, механизмам наращивания электродов.

Известна установка для электрошлакового переплава, содержащая каретку со скользящим контактом в виде подпружиненных токосъемных элементов (патент ЧССР N 121666, кл. H 05 B 3/60, 1966).

Эта установка обладает следующими недостатками.

Во-первых, нагретый электрод и токосъемник покрываются окалиной, которая обладает большим омическим сопротивлением и ухудшает токосъем, а, во-вторых, подпружиненные элементы токосъема в зоне плавки быстро выходят из строя.

Наиболее близкой по технической сути является установка для электрошлакового переплава, включающая несущую конструкцию, кристаллизатор, электрододержатель с расходуемым электродом и скользящим токопроводом и привод вертикального перемещения электрододержателя, при этом скользящий токоподвод выполнен в виде ламелей, размещенных в подвижных сегментах, поджимаемых с помощью системы гидроцилиндров (Электрошлаковые печи. Под ред. Б.Е.Патона, Киев, 1976, с. 123, рис.154).

Недостатком этой установки является то, что конструктивное выполнение скользящего токопровода очень сложно. Токоподвод имеет несколько подпружиненных ламелей, размещенных в подвижном сегменте, установленном на корпусе и снабженном главным гидроцилиндром и гидроцилиндром раскрытия ламелей. Кроме того, скользящий токопровод жестко закреплен на несущей конструкции и не дает возможности уменьшить до минимума длину электрической цепи, а это, в свою очередь, создает неудобства в обслуживании и эксплуатации установки, ухудшая возможности наблюдения за ходом плавки и создавая большие электрические потери.

Конструкция установки сочетает в себе все те же преимущества, что и скользящий контакт, но значительно надежнее производится токосъем и не требуется соединительного силового механизма для обеспечения токосъема, т.е. эти функции выполняет привод перемещения каретки электрододержателя.

Однако для перемещения электрода вдоль колонны требуется вертикальная щель в боковой стенке колонны, что ухудшает теплоизоляционные свойства установки, а приближение токоподвода к кристаллизатору приводит к их перегреву. Совершено не решается вопрос наращивания расходуемого электрода без остановки процесса плавки.

В основу изобретения положена задача иметь такое сочетание конструкции электрода и электрододержателя, которое обеспечило бы надежный электрический контакт между электродом и токоподводом, вертикальное перемещение электрода без перемещения токоподводов, наращивание расходуемого электрода без остановки электротермического процесса, повышение теплоизоляционных свойств установки, уплотнение электрода.

Поставленная задача решается тем, что в установке для электрошлакового переплава, содержащей вертикально закрепленный в электрододержателе, совмещенном с токоподводом, расходуемый круглый электрод (например, графитовый) с внутренней винтовой нарезкой с обоих торцов для присоединения наращиваемого электрода через ниппель, устройство для перемещения электрода и поддон для расплавленного металла, причем токоподвод и поддон подключены к полюсам источника электропитания, электрод выполнен с внешней однозаходной резьбовой нарезкой по всей его длине с шагом резьбы, совпадающим с шагом резьбы ниппеля, причем при соединении электрода с наращиваемым электродом заход внешней резьбы с верхнего торца электрода в месте стыковки электродов точно совпадает с заходом внешней резьбы наращиваемого электрода с его нижнего торца, электрододержатель установлен на изоляторах с внешней стороны верхнего перекрытия и выполнен в виде металлической (например, медной) гайки, плотно охваченной прижимами токоподвода, ось гайки совпадает с осью электрода, а ее внутренняя резьба с внешней резьбой электрода, устройство для перемещения электрода представляет собой контрпару гаек в резьбовом соединении с электродом через его внешнюю резьбу.

Выполнение электрода с внешней резьбовой нарезкой, находящегося в резьбовом соединении с гайкой электрододержателя, обеспечивает его надежное закрепление, значительно превосходящее по прочности такое проверенное средство, как ниппельное соединение электродов, в силу большого диаметра резьбы.

Такое соединение (например, медно-графитовое) обеспечивает надежный с электродом электрический контакт, площадь которого можно всегда увеличить за счет увеличения числа витков по высоте соединения.

Плотное соединение гайки электрододержателя через прижимы с токоподводом позволяет значительно уменьшить общее сопротивление токоподвода, а, следовательно, и его перегрев.

Так как токоподводы не перемещаются вместе с электродом, исключается их перегрев от приближения к зеркалу расплавленного металла.

Вращение (с помощью гаечной контрпары) электрода в резьбовом соединении с гайкой электрододержателя обеспечивает вертикальное (вверх-вниз) перемещение только электрода без необходимости одновременного перемещения электрододержателя и токоподвода, что дает значительную экономию меди за счет уменьшения длины гибких токоотводов к источнику электропитания, устраняет вертикальную щель в боковой стенке установки для перемещения токоподводов.

Перемещению электродов способствует и наличие графитовой смазки в медно-графитовой паре резьбового соединения в электрододержателе.

Соединение электрода с наращиваемым электродом в очередности, соответствующей очередности их изготовления, т.е. при совпадении захода резьбы в месте стыка, позволяет беспрепятственно и непрерывно переместить электрод на всю его длину, т.е. обеспечивается полное использование электродов без огарков, экономия электродной массы. Отходы графитовой крошки, полученные при нарезании внешней резьбы электродов, могут успешно использоваться в качестве углеродосодержащего восстановителя при проведении восстановительной плавки в ванной для расплавленного металла.

Уплотнение электрододержателя с верхним перекрытием установки обеспечивает полное уплотнение электрода в резьбовом соединении электрода в гайке электрододержателя, что имеет существенное значение при плавках в вакууме или в защитных газовых средах.

Гаечная контрпара, как устройство перемещения электродов в вертикальном направлении, позволяет обеспечить ход процесса плавки как в ручном варианте (по показаниям потребляемого тока), так и в автоматическом через электропривод (по сигналам датчиков и выбранной программе управления).

Сопряженное выполнение внешней резьбы наращиваемых электродов позволяет наладить их изготовление как на месте эксплуатации, так и на электродных заводах по спецзаказу и, не представляя собой большой технической трудности, способствует экономии электродной массы и непрерывности процесса электрошлаковой плавки.

Транспортировка и хранение электродов в подвешенном состоянии по углам тарного каркаса с объединенными в штангах разрезными обхватами, находящимися в резьбовом соединении с электродами, обеспечивают их целостность и сохранность.

Таким образом, совокупность признаков заявляемого технического решения обеспечивает:
надежное закрепление электрода в резьбовом соединении с электрододержателем;
надежный электрический контакт токоподвода с электродом с помощью резьбового соединения;
вертикальное перемещение электрода без необходимости одновременного перемещения вместе с ним электрододержателя и токоподвода, что значительно уменьшает усилия по его перемещению, значительно экономит медь за счет уменьшения длины гибких токоподводов между источником питания и токоподводом, повышает теплоизоляционные свойства установки;
облегчение перемещения электрода за счет графитовой смазки резьбового соединения электрода с гайкой электрододержателя;
полное, без огарков, использование электродов;
ручное и автоматическое ведение процесса электрошлаковой плавки без остановки на замену электродов;
возможность изготовления электродов как на месте эксплуатации, так и на электродных заводах;
целостность и сохранность электродов при их транспортировке и хранении.

В настоящее время в науке и технике не имеется технических решений, содержащих совокупность отличительных (от прототипа) признаков заявляемого технического решения, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "Существенные отличия".

На фиг. 1 схематично изображена установка для электрошлакового переплава; на фиг. 2 показан горизонтальный разрез А-А электрододержателя с токоподводами.

Установка для электрошлакового переплава содержит электрод 1 с внешней винтовой нарезкой, закрепленной в электрододержателе гайке 2, плотно охваченной прижимами 3 токоподвода 4. Ось гайки совпадает с осью электрода, а ее внутренняя резьба с внешней резьбой электрода. Устройство 5 перемещения электрода представляет собой контрпару гаек с ручными приводами 6 в резьбовом соединении с электродом через его внешнюю резьбу. Электрод соединен с наращиваемым электродом 7 через ниппель 8. В основании 9 установки расположена ванна с расплавленным металлом 10 с подовым электродом 11. На перекрытии 12 установки на изоляторах 13 закреплен электрододержатель. К источнику 14 электропитания токоподводы 4 подключены через гибкий кабель 15.

Конкретно предлагаемая установка для электрошлакового переплава предназначена для переработки свинцовых отходов отработанных аккумуляторных батарей.

Работает установка следующим образом.

Перед началом плавки в полость ванны 10 заливают жидкий шлак - содо-поташный расплав, вводят расходуемый графитовый электрод 1, опуская его до погружения в шлак вращением электрода вокруг своей оси в электрододержателе гайке 2 с помощью ручного привода 6 и подают электропитание от источника 14 электропитания через гибкий кабель 15, токоподводы 4 и прижимы 3. Подвод электропитания обеспечивает подогрев содо-поташного расплава.

После предварительно проведенной разделительной плавки аккумуляторного лома до расплавления и стока металлизированной фракции (свинцово-сурьмянистого сплава) отделяют оксиды и сульфаты свинца, которые, перемешав с восстановителем (древесный уголь, опилки, торф, коксик и т.д.), подают в расплав. Окисно-сульфатная фракция свинца в смеси с восстановителем (в объемной пропорции 1:3), поданная в расплав, растворяется в нем. Перемешивание восстановителя с растворенными в расплаве соединениями свинца создает восстановительную среду, в которой свинец восстанавливается и немедленно опускается на дно ванны 10. Если нет необходимости получать раздельно свинцово-сурьмянистый сплав и мягкий свинец (последний из восстановленных окислов и сульфатов свинца), металлизированную и окисно-сульфатную фракции одновременно загружают в содо-поташный расплав. Свинец и его сплавы немедленно плавятся и опускаются на дно ванны, а неметаллическая фракция восстанавливается до металлического свинца, так как было описано выше.

В процессе восстановительной плавки расходуется электрод 1, который для поддержания хода плавки продолжают опускать. До начала захода верхнего торца электрода 1 в гайку 2 складируемый под номером 2 наращиваемый электрод 7 временно освобождают от второго ниппеля 16 и заменяют его металлическим ниппелем-рымом с проворачивающейся серьгой. Гаечную контрпару 6, которая использовалась для опускания электрода 1, вывертывают из электрода 1 и навертывают на электрод 7. Серьгу ниппеля-рыма нанизывают на крюк подъемника, которым электрод 7 поднимают над электродом 1 соосно с ним и через ниппель 8 соединяют с электродом 1 до плотной стыковки. Так как именно в таком соединении нарезалась внешняя резьба электродов 1 и 7, то заходы резьб в стыке совпадают и обеспечивается беспрепятственное совместное поворачивание электродов 1 и 7 в гайке 2. Таким образом, достигается безостановочное наращивание расходуемых электродов. После этого из электрода 7 вывертывают металлический ниппель-рым и снова вворачивают в него на прежнее место второй ниппель 17.

Пример. Окислы и сульфаты свинца, полученные после разделительной плавки, перемешанные в объемном отношении 1:3 с восстановителем, в течение 24 сут непрерывно подавали в ванну объемом 750х550х650 мм³ установки для электрошлакового переплава мощностью 100 кВт с производительностью 2,5-4 т свинца в сутки. Наращивание расходуемых электродов длиной 1,5 и 1,0 м, диаметром 200 мм проходило безостановочно, а расход каждого из электродов был полным, без каких-либо огарков. Подача перерабатываемого сырья через ниши, закрытость корпуса со всех сторон, устранение перегрева токоподводов, расположенных вне зоны нагрева, над верхней кровлей обеспечили большую экономию тепла и электроэнергии.

Использование: металлургия, установка для электрошлакового переплава. Установка содержит расходуемый электрод, выполненный из графита с внутренней резьбой с обоих торцов для соединения через ниппель и внешней однозаходной резьбой по всей его длине с шагом резьбы. При соединении электрода с наращиваемым электродом заход внешней резьбы на верхнем торце электрода в месте стыковки совпадает с заходом внешней резьбы наращиваемого электрода. Электрододержатель изолирован от перекрытия и выполнен в виде металлической головки, внутренняя резьба которой совпадает с наружной резьбой электрода. Устройство для перемещения электрода выполнено в виде пары контргаек в резьбовом соединении с электродом через его внешнюю резьбу. 2 ил.

Установка для электрошлакового переплава, содержащая закрепленный в электрододержателе расходуемый электрод, устройство для перемещения электрода, токоподводы, соединяющие расходуемый электрод и поддон с полюсами источника питания, отличающаяся тем, что расходуемый электрод выполнен из графита с внутренней резьбой с обоих торцов для соединения через ниппель и внешней однозаходной резьбой по всей его длине с шагом, совпадающим с шагом резьбы ниппеля, причем при соединении электрода с наращиваемым электродом заход внешней резьбы на верхнем торце электрода в месте стыковки совпадает с заходом внешней резьбы наращиваемого электрода, электрододержатель изолирован от перекрытия и выполнен в виде металлической гайки, внутренняя резьба которой совпадает с наружной резьбой электрода, плотно охваченной прижимами токоподвода, а устройство для перемещения электрода выполнено в виде пары контргаек в резьбовом соединении с электродом через его внешнюю резьбу.