Ковш - печь постоянного тока Советский патент 1993 года по МПК F27B3/00 

зависимостью от диаметра и соотношения К анодных и катодных токов. Шинопроводы наклонены к плоскости разъема ковша 3 с крышкой 1. Это позволяет организовать в

печи электровихревые течения по одному вертикальному и одному горизонтальному контурам с обеспечением интенсивной смены металла в относительно горячих зонах. 4 ил.

Сущность изобретения: в ковше-печи постоянного тока, содержащем футерованную крышку 1, с катодом 2 и футерованную цилиндрическую ванну 3 с подиной, анод 4 размещен на образующей боковой поверхности ванны на расстоянии (14/15-9/10)0 от подины 5, где D - внутренний диаметр ванны 3. ковш снабжен дополнительным нижним анодом 6, размещенным на образующей ванны 3, оппозитной верхнему аноду 4, на расстоянии (1/15-1/10)0 от подины и(или) подовым анодом в той же радиальной плоскости на расстоянии (14/15-9/10)0 от стенки ванны, двугранный угол между радиальными плоскостями, проходящими через аноды 4. 6 и(или) подовый анод, равен: t/; 180° -(5-10)°. Кроме того, катод 2 смещен в крышке 1 от центра к верхнему аноду 4 на расстояние, определяемое эмпирической rfaJ &. со С

Изобретение относится к области металлургии, касается электротермического оборудования, в частности конструкций дуговых печей и печей-ковшов постоянного тока для зыплавки стальных сплавов, У ду- говой печи и печи-ковша постоянного тока увеличение расстояния от дуги до стенки ковша, связанное с применением одного электрода вместо трех, как в печи переменного тока, позволяет уменьшить облучен- ность футеровки и повысить стойкость дорогостоящего кирпича.

Цель изобретения - повышение производительности печи за счет сокращения времени обработки.

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез ковша-печи с анодами на боковой поверхности ванны; на фиг, 2 - то же, с подовым анодом; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - аксонометрическая про- екция ковша-печи с наклонными шинопро- водами.

Ковш-печь постоянного тока состоит из футерованной крышки 1, снабженной катодом 2, и футерованной цилиндрической ван- ны 3. В анодную группу входит верхний анод 4, размещенный на образующей ци- линдрической поверхности ванны 3 на расстоянии (14/15-9/10) D от подины 5, где D - внутренний диаметр ванны 3, кроме того, в футеровке ванны 3 размещен нижний анод 6 и(или) подовый анод 7 в подине 5 (фиг. 2). Анод 6 размещен на образующей ванны 3, оппозитной образующей верхнего анода 4, на расстоянии (1/15:1/10) D от подины 5, а подовый анод 7 размещен в той же радиальной плоскости, что и анод 6. на расстоянии (1/15-1/10) D от стенки ванны.

Аноды 4, 6 и(или) 7 размещены в ковше таким образом, что центральный двугран- ный угол между радиальными вертикальными плоскостями, проходящими через них, равен; 1/; 180° - (5-10)°. Катод может быть смещен в крышке 1 от оси ковша в направлении к верхнему аноду 4 на расстояние, определяемое эмпирической зависимостью

R 0.075(1 + k) D,

где k 1 - 2

V 4 Hg + D2

VTHfTi)1 + о2

Hi -- глубина залегания верхнего анода относительно катода;

На - глубина залегания нижнего анода относительно катода.

Аноды 4 и 6, размещенные на боковой поверхности ванны 3, могут быть соединены шинопроводами 8 и 9 с токоподводами 10 и 11. Шинопроводы 8, 9 размещены в футеровке ванны 3 наклонно к плоскости разъ- ема ванны с крышкой 1 оптимально под углом 45°С.

Установка в целом включает, кроме того, печной трансформатор, тиристор- ный выпрямитель, водоохлаждаемые токоподводящие трубы положительной и отрицательной полярности, узлы и элементы механических перемещений, которые на фиг. 1-4 не показаны.

Ковш-печь постоянного тока работает следующим образом. Загрузка ванны 3 производится исходными шихтовыми материалами при отведенной крышке 1. Крышка 1 закрывает ванну 3 и через катод 2 и аноды 4, 6 и(или) 7 от тиристорных преобразовате- лей подается постоянный ток. Дуга, возникающая первоначально между катодом 2 и одним из анодов 4. 6 и(или) 7 и определяемая на этом этапе вариантом коммутации, расплавляет шихту и через расплавленную шихту позволяет задействовать остальные аноды 4, 6 и(или) 7. При нормальных параметрах дуги устанавливается рабочий режим с вытянутой дугой. При взаимодействии тока с собственным магнитным полем индуцируется массовая элек- тромагнитная сила. Дуговой нагрев вызывает тепловую конвекцию, а электромагнитная сила, при определенных условиях, - электромагнитную конвекцию, называемую электровихревым течением.

Данное техническое решение позволяет создать оптимальные условия для перемешивания жидкого металла в печи путем организации электровихревых течений. В основной массе металла температура вы

равнивается за счет электровихревых течений, интенсивность которых на порядок выше тепловой конвекции.

В ковше-печи ток дуги, или катодный ток, порядка 10-20 кА. Собственно ванна 3 вмещает, в зависимости от типоразмера, 12,5-25 г металла. Диаметр ванны 2000 мм, а диаметр электродов 140 мм, внутренний диаметр ванны 1400 мм, а глубина - по металлу - 1160 мм. Температура ферросплава на выпуске составляет 1700°С, время цикла плавки не более 2ч.

Осесимметричная система подвода тока не обеспечивает удовлетворительного перемешивания расплава, поскольку электровихревые течения возникают в этом слу- .чае за счет относительно слабого механизма, обусловленного конусообразным растеканием тока от катода 2 и имевшего следствием только перегрев металла по центру верхней части ковша.Несколько увеличить интенсивность течения, углубить его, можно уменьшая диаметр катода 2, но этот путь ограничен предельной плотностью тока в нем. Значительно-более широкие возможности открывает предлагаемое техническое решение с размещением ано- дов 4 и 6 на боковой поверхности ванны. Представленное размещение приводит к организованному неоднородному распределению тока по объему ванны и, как следствие, к интенсификации течения за счет выбора места расположения анодов 4, 6 и(или)7. Оптимальные параметры, при которых совмещается перемешивание в в.ер- тикальных электродных плоскостях с вращением всего объема расплава вокруг вертикальной оси ванны, найдены путем физического моделирования с пересчетом на реальную печь-ковш по уравнению соотношения скоростей:

Ik

Vn . VM

D //2) M

tt

(IM -О -//2) П где индексом п обозначены параметры, относящиеся к печи, а индексом м - к модели;р- плотность расплава и модельного сплава. Исследования моделей позволяют наблюдать течения на свободных поверхностях физических моделей, измерять скорости, в частности, по трекам графитовых частиц.

Токи, протекающие от катода 2 к анодам 4, 6 и(или) 7, создают магнитные поля и электродинамические силы возникают от взаимодействия растекающихся к анодам 4, 6 и(или) 7 токов с собственным магнитными полями. Возникающие силы имеют вихревую и потенциальную природу, причем силы потенциальной природы (вместе с гидростатическими силами) приводят к перераспределению давления в ванне, но движения не вызывают. С другой стороны, чем более неравномерна плотность тока в ванне, тем

больше вихревая составляющая электродинамических сил, приводящая жидкий металл во вращение по контуру в вертикальной плоскости. Рекомендуемые расстояния (14/15-9/10) D от подины для

верхнего анода 4, (1/15-1/10) D от подины для анода 6 и (1/14-1/10)0 от стенки печи для анода 7 являются эмпирически найденными позициями, обеспечивающими одноконтурное перемещение металла в

вертикальной плоскости без. образования застойных зон при рекомендуемом соотношении

V 4

- 0,8,

20

4 Н + D2 + V4 Н§ + D2

обеспечивающем циркуляцию наиболее интенсивного характера (Hi - глубина залегания верхнего анода относительно катода; Н2 - глубина залегания нижнего анода относительно катода).

Некоторое смещение вверх нижнего анода 6 на расстояние от подины,большее рекомендованного, или верхнего анода 4 вниз вопреки рекомендованному расстоянию от подины, как показывает эксперимент на модели, вызывает разбиение электровихревого течения на четыре контура, снижение скорости в большом вертикальном контуре и появление трех малых

контуров или застойных зон около подины. Расположение электродов 4, 6 и(или) 7 таким образом, что центральный двугранный угол между радиальными плоскостями, проходящими через аноды, меньше 180° на

(5 + 10)lf приводит к возникновению неравновесного распределения электродинамических сил, которое способствует созданию вращательного движения вокруг вертикальной оси при любом возможном соотношении токов по электродам 4, 6 и(или) 7 и катоду 2, близком к оптимальному значению К 0,8. Уход от рекомендуемого значения соотношения токов или смена его знака приводит к изменению структуры электровихревых течений и к локальным перегревам футеровки или катода 2. Увеличение двугранного угла до 180° не позволяет говорить об устойчивом вращении, а сведение радиальных плоскостей до угла менее 170°

снижает интенсивность циркуляционного движения в объеме металла. Вращательное движение возникает из-за разных плотностей электромагнитных сил в объеме металла и, в свою очередь, позволяет

последовательно подать весь металл в зоны вертикального перемещения.

Наклонные под углом преимущественно 45° к плоскости разъема ковша с крышкой токоподводы при прохождении по ним постоянного тока создают магнитные поля, взаимодействующие с растекающимися в металле токами, а создаваемые таким образом дополнительные вращающие моментывоздействуют на расплавленный металл и обеспечивает его циркуляцию и, частично, контурное перемещение в вертикальной плоскости. Именно угол 45° позволяет в равной мере привести дополнительные вращающие моменты во взаимно перпендикулярные плоскости.

Предлагаемое размещение анодов 4, 6 и(или) 7, в особенности верхнего анода 4, вызывает при протекании тока в металле печи некоторое смещение катодной дуги, и вследствие этого возможен локальный перегрев футеровки. Во избежание смещения катодного пятна от оси ванны катод 2 превентивно может быть смещен в крышке 1 от оси ковша по направлению к верхнему аноду 4 на расстояние, определяемое эмпирической формулой R 0,075(1 + k) D. Размещение катода 2 на рекомендуемом расстоянии от оси ковша позволяет восстановить центральное положение катодного пятна на зер- кале металла.

Перемещаемые объемы металла одновременно перемешиваются между собой и в тороидальном вихре электровихревого течения и в циркуляционном в горизонталь- ной плоскости.

При перемешивании металла его температура во всей массе выравнивается, снижаются локальные тепловые перегрузки футеровки, качество металла улучшается. все это в целом увеличивает производительность печи за счет сокращения времени обработки.

Формула изобретения

/ 180°-(5-10)°.

R 0,075(1 + k) D,

V 4 Hjj + Dr

где k 1 - 2 - V4 htf + D2 + V4 нЈ -Ь D2

Hi - глубина залегания верхнего анода относительно катода;

На - глубина залегания нижнего анода относительно катода.

s -s

з &

т

9W0081