ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ ПЕЧЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1998 года по МПК H05B7/02 H05B7/11 H05B7/20 F27D11/10 F27B3/08 

Изобретение относится к электродуговым печам постоянного тока.

Известна электродуговая печь постоянного тока [1], в которой футеровка пода выполнена многослойной. В этой конструкции футеровка пода с лицевой стороны, контактирующей с расплавом, состоит из набивной массы, в которую включены электропроводные металлические детали в виде прутков или листов, образуя таким образом верхнюю часть пода ванны.

Такой слой может состоять из кирпичей с промежуточными слоями из листового металла или из футеровочных металлических листов, которые расположены за слоем проводящих электрический ток кирпичей. Следующий слой является слоем, состоящим из проводящих электрический ток кирпичей, которые могут состоять из магнезитографита. К этому слою в направлении к поду печи прилегает слой, который состоит из чередующихся слоев электропроводных и изоэлектроизоляционных кирпичей. Следующий последний слой является опять слоем электропроводных кирпичей, к которому присоединены связывающие контакты. В одном из возможных вариантов реализации такой электродуговой печи постоянного тока деталь, контактирующая с полом, содержит предварительно изготовленную из листового металла цилиндрическую ванну, которая снабжена приваренными к ней, вертикально расположенными и электропроводными листами, прутьями или штифтами.

Хорошо известны недостатки таких печей, которые необходимо устранить. Они заключаются в том, что, с одной стороны, необходима тепловая изоляция, с другой стороны, отвод тепла, а также необходим электрический контакт для получения электрической дуги, для чего используется определенное расположение теплоизоляционных слоев и электропроводных зон. При конструкции таких электродуговых печей постоянного тока возникают большие трудности, так как для достижения поставленной цели должны быть использованы различные материалы и соответствующее расположение слоев. В случае описанной выше конструкции анода после относительно короткого периода эксплуатации, вследствие значительного износа наружного слоя, заполняющего промежутки металлоконструкций, должен быть наложен новый слой, т.е. такие печи имеют относительно короткий срок службы.

Известно устройство [2] контактных электродов для электродуговых печей и плавильных печей сопротивления, в котором имеются выступающие электроды, электрически связанные с основной плитой, расположенной за пределами футеровки печи. Эти электроды проходят сквозь футеровку и контактируют непосредственно с расплавом. Такое устройство не имеет преимуществ, так как должны быть предусмотрены охлаждающие приспособления, включая и средства управления, вследствие большого рассеяния тепла через прутья электродов и высокой концентрации тока на относительно небольшом участке. Высокая электропроводность и одновременно соответствующая хорошая теплопроводность создают значительные проблемы с необходимостью отвода тепла. Кроме того, головки электродов находятся в зоне, расположенной непосредственно под верхним электродом, где они подвергаются повышенному износу из-за воздействия электрической дуги и турбулентного движения расплава.

Установлено, что расположение электродов в центре пода печи создает дополнительное ухудшение условий охлаждения. Увеличивается опасность в случае прорыва горна, а также, поскольку свинец, присутствующий в шихте, может просачиваться через щели в футеровке или между футеровкой и электродами вследствие высокой плотности и низкой вязкости при высоких температурах, преобладающих в этой зоне, это способствует нарушению изоляции печи.

Поставлена задача изобретения - создание электрода, расположенного в поду электродуговой печи постоянного тока, который имел бы небольшой износ при малом охлаждении и упругие улучшенные условия эксплуатации и который бы легко адаптировался к различным вариантам конструкций электродуговых печей постоянного тока, т.е. который был бы экономичен при монтаже.

Задача решается согласно изобретению теми средствами, которые указаны в отличительной части 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты реализации изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Подовая плита служит проводником электрического тока, на котором располагается несколько электродных сегментов непосредственно в зоне контакта. Указанные ленты расположены в виде кольца и посредством этого кольца прикреплены к проводникам, проходящим через неэлектропроводную набивную массу. Часть электрода подключена как анод и состоит из предварительно изготовленных элементов. Благодаря вышеуказанному, можно очень легко собирать в процессе монтажа под печи. Затем набивная масса подается известным способом и заполняет зазоры между токопроводящими элементами конструкции, при этом не требуется образовывать предварительные слои. Поскольку изоляция располагается в боковой стенке ванны, ликвидируется опасность проникновения свинца, находящегося в расплаве, в зону изоляции.

Форма сегментов может быть различной. Эти сегменты в соединении с другими токопроводящими деталями, такими как боковые питающие шины и медное кольцо, расположенное напротив внутренней стенки нижней части ванны, позволяет создать однородное поле распределения электрического тока. Благодаря различным формам электродных сегментов и их специфическому расположению формирование магнитного поля может контролироваться в отношении отклонения электрической дуги или компенсации отклонений этой дуги.

Сегментные проводники могут быть выполнены в виде листов, прутьев, штифтов, труб или полуцилиндрических труб. Две последние формы имеют высокую стабильность, поэтому в этих случаях отпадает необходимость в использовании крепящих распорок для сохранения определенного расстояния между различными сегментными проводниками.

Дополнительно к различным формам сегментных проводников контроль может быть осуществлен за счет различных форм поперечных сечений сегментных элементов, которые непосредственно контактируют с расплавом. В этом отношении имеется много возможностей, таких как изменение расстояний между различными сегментными проводниками в радиальном направлении и размещение различных сегментных элементов для сохранения постоянного расстояния в этом направлении и увеличение поперечного сечения сегментных плоскостей, находящихся в контакте с расплавом, благодаря большему продольному размеру внешних сегментных элементов. В случаях выполнения сегментных проводников в виде труб или полуцилиндрических труб их диаметры могут возрастать в радиальном направлении.

Отдельные электродные сегменты могут быть закреплены на подовой плите в виде замкнутого кольца или с зазором между ними и могут быть расположены даже асимметрично для возможности контроля магнитного поля.

Сегментные проводники различных отдельных электродов могут быть расположены параллельными рядами или в форме сегментов круговых колец. Форма основания электродных сегментов должна быть предпочтительно трапецеидальной или в форме сегмента кольца. В случае выполнения в виде сегмента кругового кольца сегментные проводники должны быть укреплены при сборке в указанной зоне в направлении центра печи для того, чтобы учесть увеличение действия износа от электрической дуги и от турбулентного движения расплава в этой зоне. Трапецеидальные электродные сегменты, образующие электродное кольцо, имеют в любом случае свободную зону.

Особенно предпочтительным является использование таких вариантов, когда возможно контролировать температуру расплава в зоне эксцентрического выпуска металла из печи путем специального отклонения электрической дуги в этом направлении.

Благодаря передаче тепла через сегментные проводники в набивную массу в нижней зоне и уменьшению переноса тепла от расплава к поду ванны и благодаря низким токовым нагрузкам на элементы, при определенных обстоятельствах может появиться возможность отказаться от дополнительного охлаждения. Однако, если все же устройство для охлаждения понадобится, оно может быть меньшего размера и может быть выполнено в виде устройства воздушного охлаждения, расположенного предпочтительно в центральной части кожуха внизу печи.

Поскольку электродуговая печь постоянного тока содержит верхнюю и нижнюю части ванны, сборка печи может быть дополнительно упрощена путем замены нижней части ванны на уже предварительно собранную вторую нижнюю часть ванны, что уменьшит время простоя печи.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение электродуговой печи постоянного тока, вид сбоку; на фиг. 2 - поперечное сечение печи, вид сверху; на фиг. 3 - трапецеидальный электродный сегмент; на фиг. 4 - электродный сегмент с сегментными проводниками различных форм; на фиг. 5 - электродный сегмент в сборе, вид сбоку.

В описываемом варианте (фиг. 1) показано, что электродные сегменты 1 закреплены на донной плите 3, имеющей форму чаши или плоскую форму. Сегментные проводники 12 приварены к электродным сегментам 1 и расположены параллельно. Футеровка пода электродуговой печи постоянного тока состоит из неэлектропроводной набивной массы 2, которая заполняет зазоры между сегментными проводниками 12 так, что верхние фронтальные зоны 20 находятся в контакте с расплавом 17. Центр 18 пода, не содержащий сегментов, и внешние радиальные участки 21 состоят из набивной массы 2. Электродуговая печь постоянного тока содержит верхнюю и нижнюю части, а также боковую стенку 19.

Электродные сегменты 1 расположены так, что в зоне пода, свободной от сегментов, ни одного сегментного проводника 12 не находится. Катод 8 выполнен в виде подвижного верхнего электрода.

Донная плита 3 имеет непосредственный электрический контакт с медным кольцом 4, лежащим на стенке 19 нижней части ванны. Это медное кольцо, будучи также окруженным с внутренней стороны набивной массой 2, не проводящей электрический ток, соединено с расположенными сбоку питающими шинами 6, как показано на фиг. 2. Электрический ток, проходя через эти элементы к сегментным проводникам 12, создает электрическую дугу. Это дает дополнительный положительный эффект, так как под подом печи нет токопроводящих деталей, которые могли бы разрушиться, особенно в случае прорыва пода. Такое пространство может быть использовано для подвода охлаждающего воздуха 5.

На фиг. 2 показана сборка электродуговой печи постоянного тока в форме кольца. Вокруг центра печи расположено двенадцать электродных сегментов 1. Верхний электрод 8 расположен центрально над расплавленной ванной 17 этой печи и не виден на фиг. 2. Непосредственно зона воздействия электрической дуги, где под печи подвергается износу в особой степени, предпочтительно должна быть свободна от сегментных проводников 12 такой формы электродных сегментах 1.

На фиг. 2 сегментные проводники 12, расположенные параллельными рядами, показаны только на трех электродных сегментах 1. Само собой разумеется, что сегментные проводники 12 имеются и на остальных девяти электродных сегмента 1.

В случае выполнения электродных сегментов соответственно фиг. 3 сегментные проводники 12 приварены вертикально к опорной плите и расположены параллельными рядами. Для укрепления особенно длинных сегментных проводников 12 на определенном расстоянии между соседними проводниками закреплены распорки 14 так, что они не могут сместиться при проникновении в зазоры набивной массы 2. Такие распорки 14 могут также быть выполнены из стали и могут быть прикреплены к секторным проводникам 12 так, чтобы они выступали в расплаве 17, образуя дополнительные проводники.

На фиг. 4 представлены два варианта сегментных проводников 15 и 16 на электродном сегменте 1. Сегментные проводники 16 имеют U-образную форму (т. е. форму полуцилиндрических труб) и закреплены одной передней плоскостью на опорной плите 11.

Сегментные проводники 15, закрепленные на электродном сегменте 1, выполнены в виде труб. В случаях применения сегментных проводников 16 и 15 можно обойтись и без фиксации, так как их форма дает достаточную устойчивость. В противоположность сегментным проводникам 12 обе эти формы имеют некоторое преимущество, поскольку площадь их поперечного сечения изменяется более простым способом благодаря различным радиусам. Для гарантии стабильного режима переноса тепла сегментными проводниками 12, 15 и 16 толщина стенки не должна превышать 5 мм.

На фиг. 5 показан вид сбоку электродного сегмента 1 с расположением сегментных проводников 12, которые приварены вертикально к опорной плите 11. Опорная плита дополнительно прикреплена к нижнему днищу пода печи крепежными средствами 13. В этой связи особо желательно, чтобы такие крепежные средства электрически изолировались от днища пода печи.

Сущность изобретения: электродуговая печь постоянного тока содержит по меньшей мере один центрированный электрод для получения электрической дуги, являющийся катодом, и электрод, расположенный в полу печи, являющийся анодом, соединенный с питающими шинами. В печи имеется футеровка днища по меньшей мере на большей его части, состоящая из неэлектропроводной набивной массы, в которой расположены электропроводные металлические детали в виде металлических листов, штифтов или прутьев. Верхние торцы металлических деталей находятся в электрическом контакте с расплавом. Печь содержит множество электродных сегментов, расположенных вертикально по силовым линиям электрического поля, выполненных в форме донной плиты в зоне непосредственного контакта с ней и в совокупности составляющих электродное кольцо. На каждом электродном сегменте имеется множество сегментных проводников с малыми площадями поперечного сечения, проходящих в направлении вверх сквозь упомянутую набивную массу, которые являются электрически связанными металлическими деталями, закрепленными в радиальном направлении. 24 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Электродуговая печь постоянного тока, содержащая по меньшей мере один центрированный электрод, служащий катодом, и электрод, расположенный в поду печи, служащий анодом, соединенный с питающей шиной, в которой футеровка днища на большей его части состоит из неэлектропроводной набивной массы, в которой расположены электропроводные металлические элементы в виде металлических листов, штифтов или прутьев, верхние торцы которых находятся в электрическом контакте с расплавом, отличающаяся тем, что электрод, служащий анодом, содержит множество электродных сегментов, которые размещены кольцеобразно на донной плите, повторяют форму донной плиты в области контакта с ней и расположены вертикально по силовым линиям электрического поля и на каждом электродном сегменте имеется множество сегментных проводников с малыми площадями поперечного сечения, проходящих вверх сквозь набивную массу, которые электрически связаны между собой, нижний торец каждого из которых соединен с соответствующим электродным сегментом, а верхний торец находится на уровне расплава, при этом набивная масса заполняет полностью область электродных сегментов над донной плитой до плоскости, образованной верхними торцами сегментных проводников. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что свободный от сегментов центр пода и радиальная внешняя зона, расположенная между кольцом из электродных сегментов и стенкой ванны, состоят из набивной массы. 3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что футеровка внешней зоны состоит из кирпичей, не проводящих электрический ток. 4. Печь по п.1, отличающаяся тем, что величина поперечного сечения торцов сегментных проводников, находящихся в электрическом контакте с расплавом, постоянна, что обеспечивает однородное распределение электрического тока. 5. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что поперечное сечение сегментных проводников, находящихся в электрическом контакте с расплавом, увеличивается в радиальном направлении наружу. 6. Печь по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между сегментными проводниками увеличивается в радиальном направлении наружу. 7. Печь по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между сегментными проводниками в радиальном направлении наружу постоянно. 8. Печь по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые сегментные проводники выполнены из листов. 9. Печь по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые сегментные проводники выполнены из металлических прутьев. 10. Печь по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые сегментные проводники имеют форму труб. 11. Печь по п.10, отличающаяся тем, что упомянутые сегментные проводники имеют форму полуцилиндрических труб. 12. Печь по п.11, отличающаяся тем, что упомянутые сегментные проводники, имеющие форму труб или полуцилиндрических труб, прикреплены своими круглыми или полукруглыми торцами к нижней плите электродных сегментов. 13. Печь по п.1, отличающаяся тем, что между сегментными проводниками закреплены распорки. 14. Печь по п.11, отличающаяся тем, что количество или диаметры сегментных проводников, имеющих форму труб или полуцилиндрических труб, уменьшаются в радиальном направлении внутрь. 15. Печь по п.1, отличающаяся тем, что для сегментных проводников предусмотрена различная толщина листов. 16. Печь по п.1, отличающаяся тем, что максимальная толщина листов составляет 5 мм. 17. Печь по п.1, отличающаяся тем, что электродные сегменты имеют трапецеидальную форму. 18. Печь по п.1, отличающаяся тем, что электродные сегменты имеют опору в форме круговых сегментов. 19. Печь по п.1, отличающаяся тем, что сегментные проводники равномерно распределены по различным электродным сегментам. 20. Печь по п.1, отличающаяся тем, что сегментные проводники непрерывно распределены по различным электродным сегментам. 21. Печь по п.1, отличающаяся тем, что количество и/или площадь поперечного сечения торцов сегментных проводников, находящихся в контакте с расплавом в зоне эксцентрического выпуска металла, различны по отношению к другим участкам электродных сигналов. 22. Печь по п.1, отличающаяся тем, что в центральной нижней зоне печи имеется подвод охлаждающего воздуха. 23. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что указанная электродуговая печь постоянного тока содержит нижнюю часть ванны, в которой размещены все элементы, составляющие ее анод, и верхнюю часть ванны, установленную на нижней части. 24. Печь по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые сегментные проводники состоят из металла расплавляемой шихты. 25. Печь по п.1, отличающаяся тем, что изоляция анодной части от деталей верха кожуха размещена в стенках кожуха.