Дуговая печь постоянного тока Советский патент 1993 года по МПК F27B3/08 

Изобретение относится к области металлургии, к электротермическому оборудованию, в частности к дуговым печам постоянного тока для выплавки цветных металлов, например алюминия.

Целью изобретения является повышение эффективности перемешивания. .

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез дуговой печи постоянного тока; на фиг.2 - вид сверху на подину дуговой печи с двумя подовыми анодами и разными центральными углами между ними; на фиг.З - вид сверху на подину с тремя анодами и разными центральными углами; на фиг.4 - вид сверху на подину с тремя подовыми анодами, размещенными на различных радиусах с одинаковыми центральными углами.

Дуговая печь постоянного тока состоит из футерованной ванны 1 с подиной 2, центрального катода 3 и нескольких подовых анодов 4, установленных вертикально в фе- туровке подины 2. Центральный катод 3 раз- мещен в своде 5. Подовые аноды 4 размещены в двух разных каодно-анодных створах А и В (см. фиг.2), в трех разных створах А, В и С (см. фиг.З и 4) или в большем створов, причем аноды 4 размещены несимметрично в отношении любой диаметральной вертикальной плоскости.

На фиг.2 и 3 изображены варианты дуговой печи, у которой центральный углы размещения ,pi и рз подовых анодов 4 не равны, причем разность между прилежащими углами р 1 и pi ис#з и м больше центрального описанного угла Др торца подового анода 4 с максимальным радиусом

1Н размещения (R - ) в подине 2, где R внутренний радиус футерованной подины 2, Н - глубина жидкометаллического слоя печи. При этом величины центральный углов р 1, (pi ,рз лежат в диапазоне углов от 2

п- 2 &р до (п -2)4- 2&р ), где п число подовых анодов 4, в частности п 2, для печи на фиг.2 и п 3 для печи на фиг.З. Разность между центральными углами, например р и (pi на фиг.2, определяемая как величина, большая &р , обуславливается не столько конструкционными параметрами через максимальный радиус

размещения для анода 4, который отстоит

LI

от стенки печи на расстоянии -к-, необходимом для пошного развития локального тороидального вихря около стенки, сколько экспериментально, определенным видимым результатом тангенциального перемешивания, наступающего для

0

двухэлектродной компановки при этом разности, конкретно при п 2; 4 15°; 188q; 172°. Металл при этом вращается в горизонтальной плоскости, а в вертикальных плоскостях перемешивание между слоями осуществляется в тороидальных вихрях. Минимально возможный угол между анодами 3, равный 2 Јхр, обеспечивает перемешивание в печи в тангенциальном направлении при двухэлёктроной компановке и некоторой разнице в радиусах размещения, обеспечивающей в свою очередь требование несимметричности в отношении произвольной диаметральной плоскости.

При трехэлектродной компановке, даже при одинаковых радиусах размещения, требование несимметричности обеспечивается разностями прилежащих центральных углов.

Модификация дуговой печи, представленная на фиг.4, развивает вариант несимметрии в отношении произвольной диаметральной вертикальной плоскости, обеспечиваемый неравенством радиусов размещения при частном случае равенства центральных углов размещения р 1, (pi, tps и числа подовых анодов 4, равном 3.

Минимальный радиус размещения п

Н подового анода 4 равен , а максимальН

ный га R . Эти ограничения по диапазону размеров определяются условием гидродинамического совмещения в общем тороидальных вихрей катода 3 и подового анода 4 при минимальном радипусе п и услоЕием полного развития тороидального вихря у стенки печи при максимальном радиусе размещения Г2. Возможен вариант 0 близкого размещения подовых анодов 4 при большом их числе п или в случае несимметрии общего характера. При этих вариантах условие минимальной разницы в радиусах

Н 5 размещения Дг -у позволяет полностью ч

независимо развиться тороидальным вихрям близкоразмещенных подовых анодов 4.

В общем случае несимметрии в отношении произвольной диаметральной, плоскости разнятся между собой и центральные углы р 1, pi, рз и радиусы размещения П. Г2, ГЗ...ГП подовых анодов 4.

Другая печь постоянного тока выполнена наклоняющейся с подъемом и поворотом 5 (отводом) свода 5 в сторону для механизированной загрузки. Механизм наклона, стопорные устройства в случае вертикального положения печи, рабочее окно печи, механизм подьема и поворота свода 5 на черте5

0

5

0

5

0

жах не показаны. Кожух 5 дуговой электропечи сварен из листового стали, имеет пояса и ребра жесткости. Футеровка подины 2, стенок и свода 5 выполнена магнезитовым и магнезйтохромитовым кирпичом.

Катододержатель 7 служит для подвода тока в графитовому катоду 3 и его перемещению во время плавки; кабельная гирлянда 8 служит для электрического соединения катода 3 и подовых анодов 4 с общецеховыми шинами электропитания, короткой сетью от тиристорных преобразователей. Подовые аноды 4 выполнены медными, водоохлаждаемыми.

Дуговая печь постоянного тока работа- ет следующим образом. Загрузка печи про- изводится исходными шихтовыми материалами при отведенном своде 5. Свод 5 закрывает подину 2 и через хатод 3 и подовые аноды 4 от тирсторных пребразо- вателей подается постоянный ток. Дуга, возникающая первоначально между катодами 3 и ближайшим подовым анодом 4, расплавляет шихту и через расплавленную шихту замыкаются остальные подовые ано- ды 4. При пропускании тока, благодаря джо- улеву тепловыделению, расплав нагревается. С другой стороны, при взаимодействии тока с собственным магнитным полем индуцируется массовая электромаг- нитная сила Лоренца. Джоулев нагрев вызывает тепловую конвекцию, а сила Лоренца, также при определенных условиях, -элеткромагнитную конвекцию, называемую электровихревым течением.

В предлагаемом техническом решении для перемещения жидкого металла в печи создаются оптимальные условия, позволяющие в полной мере появиться электровихре- -вым течениям. При этом с ростом интенсивности электровихревого течения снижается роль тепловой конвекции, поскольку в основной массе металла температура выравнивается.

Сила катодного тока, тока дуги в печи обеспечивается порядка 20 кА, Ванна 1 печи в зависимости от типоразмера вмещает 12, 25 или 50 т металла. Глубина жидкометал- лического слоя в печи составляет 0,72 м для ванны на 25 т, а радиус подины 2R 1,62 мм. Диаметр подового анода 4 составляет 0,15м.

При любых условиях размещения подовых анодов 4 под дугой катода 3 и над каждым их электродов 4 формируют торой- дальные вихри, причем по оси струи металла направлены под катодом 3 сверху вниз, и над анодами 4 снизу вверх. На свободной поверхности металла в общем случае металл подтекает к катодному пятну и несколько вспучивается над анодами 4.

При взаимодействии тока некоторой плотности}, протекающего в элементарном объеме dv с магнитным полем В. индуцируется электромагнитная - J x Bdv. Векторное произведение dF на радиус - вектор г, проведенный из объема до оси печи, дает момент электромагнитной силы относительно оси печи dM r xdF. В любом из предъявляемых случаев несимметрии расположения подовых анодов 4 в отношении произвольной диаметральной верти- кальгГой плоскости интеграл от dM по всему объему металла не равен нулю и жидкий металл приходит во вращение вокруг оси ванны под действием электромагнитных сил. Вращение обусловливается тем обсто- ятел1ством, что пространственное распределение электромагнитной силы не является симметричным в отношении так называемой произвольной диаметральной плоскости, а несимметрия силы определяется несимметрией в картине растекания тока, вызванной предлагаемыми вариантами размещения анодов 4.

Е частности, в ситуациях на фиг.2, 3 и 4 металл вращается в горизонтальной плоскости, ,з в вертикальных плоскостях перемешивание между слоями осуществляется при помощи тороидальных вихрей.

Проведенные экспериментальные исс- ледопания позволяют заключить, что в варианте размещения электродов 3 на фиг.2 оптимальной является ситуация со следующими параметрами:

п Ни Г2 2Н; в варианте размещения на фиг.З с параметрами pi 105°; (pi 120°; йз 135° при одинаковых (частный случай) радиусах разм-зщения, а в варианте размещения на фиг.4 с параметрами р 1 2 рз :

ri-.f: гз-fR: гз-RИспользуемый эффект электровихревых течений позволяет без выдерживания получать металл с высокой степенью однородности по всему объему печи за сравнительно меньшее время, что поднимает эффективность дуговой и позволяет увеличить съем металла с подины за рабочий период.

(56) Электропечь ДСП-50 Н2. Каталог Ин- формэлектро. Электротехника СССР. 12.40.07-84.

Јвторское свидетельство СССР М 1454632, кл. F 25 В 15/00, 1986.

Формула изобретения ДУГОВАЯ ПЕЧЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА преимущественно для алюминия и его сплавов, содержащая цилиндрическую ванну, перекрытие с центральным катодом и не менее двух подовых анодов, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества металла за счет увеличения эффективности перемешивания, аноды 5 расположены в разных катодно-анодных створах, несимметрично относительно вертикальной диаметральной плоскости.

Изобретение относится к области металлургии, к электротермическому оборудованию, в частности к дуговым печам постоянного тока для выплавки цветных металлов, например алюминия Цель изобретения - повышение эффективности перемешивания При пропускании тока через электроды расплав нагревается Взаимодействие тока с собственным магнитным полем приводит к возникновению массовой силы Лоренца, обусловливающей появление электромагнитной конвекции - электровихревое течение. Благодаря несимметричности расположения анодов относительно вертикальной диаметральной плоскости и в разных ка- тодно-амодных створах электровихревое течение охватывает весь объем металла в ванне Это обусловливает: повышение эффективности перемешивания 4ип

&ъ/г. /

В

6

Риг. 2

1&39226

w