Электродуговая печь постоянного тока для плавления металлов

 

Изобретение относится к металлургии , в частности к электрическим печам постоянного тока для плавления металла. Цель изобретения - повышение срока службы электрода. Подовые электроды 13 электродуговой печи постоянного тока, в особенности в фазе перегрева в процессе плавления, подвержены очень большим тепловым нагрузкам. // (W ы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECnVБЛИК

0% (11) сЮ 4 F 27 В 3/08 3 l3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

: 4ь Л М ТЕК 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3843338/23-02 (22) 28,01.85 (31) 445/84 (32) 31 01.84 (33) СН (46) 07.08.88. Бюл. N - 29 (71) ББЦ АГ Браун, Бовери унд Ко.(СН) (72) Карл Бюлер (СН) (53) 621.365.3 (088,8) (56) Патент Германии У 219575, кл. 21h, опублик. 1910. (54) ЗЛЕКТРОДУГОВАЯ ПЕЧЬ ПОСТОЯННОГО

ТОКА ДЛЯ ПЛАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к электрическим печам постоянного тока для плавления металла. Цель изобретения — повышение срока службы электрода. Подовые электроды 13 электродуговой печи постоянного тока, в особенности в фазе перегрева в процессе плавления, подверже ны очень большим тепловым нагрузкам.

1416063

Вследствие вызванных электромагнитными силами потоков расплава в ванне подача тепла из перегретой зоны ванны расплава 8 на подовый электрод 13 еще .усиливается. Зто выражается в выплавлении металлических вставок 18 подо" вого электрода в направлении дна 4 металлоприемника печи. Для устранения этого недостатка как металлическая

18, так ц неметаллическая 16 вставки на контактной с расплавом поверхности подового электрода 13 имеют длину, большую, чем ширина, и могут быть выИзобретение относится к металлур" гии, в частности к электрическим печам постоянного тока для плавления металла .

Цель, изобретения — повышение срока службы электрода.

На фиг.1 дана электродуговая печь с подовым электродом, вертикальный резрез; на фиг.2 — подовый электрод, 10 вид сверху; на фиг.3 — подовый электрод с выплавленными металлическими вставками, вертикальный разрез; на фиг.4 — на подовый электрод с вставками, выполненными в форме меандра, 15 вид сверху; на фиг ° 5 — то же, с выполнением одной из вставок электрода в форме прямоугольников; на фиг,6— то же, с выполнением обеих вставок электрода в форме спирали; на фиг.7 — 20 подовый.электрод, вид сбоку.

На фиг.1 показана электродуговая печь с металлоприемником 1 и крышкой

2, при этом крышка 2 печи кольцом 3 опирается на металлоприемник 1 печи.

Металлоприемник печи состоит из дна

4 с огнеупорной футеровкой 5 и стенки

6 с огнеупорной футеровкой 7. Над ванной расплава 8 установлен угольный электрод 9, который проходит 30 внутрь печи через отверстие в крышке

2. Для охлаждения электрода 9 пре дусмотрено охлаждающее кольцо 10.

Злектрод 9 удерживается в держателе

11 несущей консоли электрода 12. Несущая консоль 12 электрода соединена с устройством регулирования электрода (не показано). полнены в форме полого цилиндра или меаыдра, или прямоугольника, или спирали. При этом поверхность металлической вставки составляет 30-707. от всей контактной поверхности электрода. Соотношение ширин металлической и неметаллической вставок составляет от

2:1 до 1:5. Металлическая вставка 18 подового электрода 13 непосредственно защищена от потоков в ванне и интенсивный теплообмен между ванной расплава 8 и подовым электродом уменьшается. 1 с. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

В дне 4 металлоприемника печи имеется подовый электрод 13, который конически расширяется внутрь металлоприемника печи. Подовый электрод 13 под дном 4 металлоприемника печи удерживается выполненным в виде контактной гильзы элементом 14 подключения, который одновременно служит для соединения с подводом тока посредством электрической подключающей линии 15. В подовый электрод 13 со стороны, обращенной к ванне расплава

8 помещены неметаллические вставки

16 и 17, которые проходят приблизительно до половины подового электрода 13, смотря по осевому направлению.

Последние состоят из трех вставок 16 в виде полых цилиндров и одной центральной вставки 17. Вследствие чего выполненные в виде круговых поверхностных колец металлические вставки

18 разделяются друг от друга на узкие зоны. Неметаллические вставки

16 и 17 подового электрода 13 состо ят из стандартного огнеупорного строительного материала, например из доломита или магнезита.

Металлические вставки 18 (фиг.1) подового электрода 13 изображены несколько выплавленными, а вставки

16 и 17 выступающими в виде дамбы и заходящими в ванну расплава 8. Злект рическая дуга, образованная между острием верхнего электрода 9 и поверхностью ванны расплава 8, обозначена позицией 19 а линии электрического тока позицией 20. На фиг.1 схематически изображены проходящие симметрично к вертикальной оси печи, частичные потоки, движущиеся в ванне расплава, которые имеют как аксиальную, так и радиальную компоненты.

В центральной области ванны расплава

8 сначала образуется, во-первых, аксиальный поток кверху от подового электрода 13 в направлении средней области ванны расплава 8 и, во-вторых, аксиальный поток книзу от поверхности ванны по направлению к средней части ванны расплава 8. Так поток поворачивается и направляется радиально стенкам 6. После следующего поворота поток направляется снова радиально к внутренности печи, касается сверху действующих в качестве дамб вставок 16 и 17 так, что их контактные поверхности с ванной расплава остаются далеко не затронутыми расплавом.

Подовый электрод 13 (фиг.2) встроен в огнеупорную футеровку 5 дна 4 металлоприемника печи. Подовый электрод 13 имеет один внешний и один внутренний круговые кольцевые металлические вставки 18, оба отделенные . друг от друга огнеупорной вставкой

16, служащей в качестве дамбы. Средняя металлическая вставка 18 состоит из четырех, имеющих форму кругового кольца, отрезков. Последние. образуются тогда, когда сдвинутые на 90 про" рези прерывают полную круговую кольцевую поверхность. В этих прорезях находятся распорки, которые объединяют в одно механически прочное соединение, состоящие из огнеупорного строительного материала, вставки 16.

В центре подового электрода 13 установлена центральная, состоящая из огнеупорного строительного материала, вставка 17, Электромагнитные линии поля, которые проходят вокруг внешнего периметра подового электрода 13, показаны штриховыми линиями 21. Перпендикулярно к штриховым: линиям 21 поля и в радиальном направлении к подовому электроду 13 действуют силы, которые вызывают движение потоков в ванне расплава.

Они схематически показаны стрелками 22.

На фиг.3 металлические вставки 18 показаны очень сильно выплавленными.

Движение расплава ванны соответственно направлению стрелок 2? проходит

16063 мимо, касаясь их сверху, над действующими в качестве дамб вставками

16 и 17 и относительно узкие, имею5 щие форму круговых поверхностей колец, вставки 18 вообще не затронуты движением (по стрелкам 22) расплава в ванне. Только в верхней части зазоров, образованных вставками 16 и 17, 10 действует поперечный поток, вызванный кинетической энергией основного потока (по стрелкам 22), который однако не касается контактных поверхностей вставок 18. Ширина неме15 таллических вставок 16 и 17 обозначена b, металлической вставки 18 Ъ .

Выполнение вставок 16 в виде раз" деленных на отрезки полых цилиндров дает, кроме того, еще то преимуще20 ство, что при. опорожнении печи, ког" да электродуговая печь наклоняется, жидкая часть расплава остается между вставками 16 и там снова затвердевает.

Если жидкая часть вставок 18 между вставками 16 и 17 при опорожнении печи выливается вместе со всем расплавом, то для следующих процессов плавки относительно хрупкие вставки

30 16 и 17 в своей части, обращенной к ванне расплава 8, поддерживаются только распорками, а металлическая подпирающая часть контактных поверхностей отпадает. Это заключает в себе опасность разрушения верхней части вставок 16 и 17 при последующем процессе загрузки. Кроме того, поставлено под вопрос безупречное электрическое контактирование между поверх40 ностями вставок 18 и твердым загруженным материалом при начале нового процесса плавления.

Внутри подового электрода 13 мо45 жет быть установлено любое число вставок 16 и 17. Этим,при заданной г- силе тока и установленной электропроводящей части подового электрода 13, его объем и диаметр увеличиваются.

50 Однако, тем больше теперь становится объем подового электрода 13, тем длиннее становятся электромагнитные линии поля 21 и тем сильнее уменьшается движение в ванне расплава 8.

55 Введение электрически непроводящих вставок 16 и 17 в подовый электрод

13 при неизменяющемся поперечном се- чении проводящей металлической контактной поверхности вставок 18 воз1416063 действует, во-первых, на уменьшение . движения потоков в ванне расплава,во-вторых, контактные поверхности вставок 18 защищаются вставками 16 и

17 от нежелательных движений распла-. ва в ванне, При выплавленной контактной поверхности вставок 18 образованию потока расплава ванны в зазо. ре между двумя огнеупорными встав ками оказывается препятствие узостью зазора. Вследствие малой протяженности зазора различие в напряженностях магнитного поля в зазоре мало.

Поэтому получаются соответственно, меньшие усилия, приводящие в движение жидкость. Температура расплава в зазоре соответствует наверху температуре перегретого расплава ванны и внизу поблизости от контактной по- 20 верхности примерно равна температуре плавления. Это означает различие в плотностях жидкости, которая сверху легче и внизу тяжелее. Это расслоение противодействует движению (циркуля- 25 ции) расплава.

На фиг.4 металлические вставки 18 подового электрода 13 выполнены в форме меандра, на фиг.5 . — в форме прямоугольника и на фиг.6 — в форме спирали, при этом каждый раз дополнительно вводят неметаллические огнеупорные вставки 16 Таким образом, подовый электрод 13 собран в единое целое. Вставки l8 и 16 подового элекЗэ трода 13 могут проходить по всей аксиальной длине подового электрода.

Для того, чтобы обеспечить подвод тока к подовому электроду 13, металлическая вставка 18 в области электри-,0 ческого элемента 14 подключения выполнена по всему его диаметру компактной.

Геометрическое выполнение металлической 18 и неметаллической 16 вставок не ограничивается показанными примерами выполнения.

При заданной электрической подключаемой мощности электродуговой печи поперечное сечение подового электрода 13 выбирают по возможности боль-

50 шим и вставки 18 и 16 располагают по направлению линий электрического поля, то есть по направлению окружности подового электрода 13, при этом длина вставок 18 и 16 по отношению к их ши- рине должна быть большой.

Поверхность подины 23 (фиг,7) выполнена конической, при этом угол о(, между поверхностью паднны 23 и контактной поверхностью вставок электрода 13 составляет, по меньшей мере,20, Дно 4,, стенки 5 и подина 23 печи (фиг.1 и 7) выполнены в виде симметричных тел вращения.

В дно 4 металлаприемника печи может быть встроено любое число подовых электродов 13.

Выполнение или металлических вставок контактной поверхности ванны расплава, или неметаллических, по меньшей мере на отдельных отрезках„.в виде полых цилиндров или в форме спирали, или прямоугольников, или в форме меандра при доле поверхности металлических вставок 30-707, в особенности 30-60 всей контактной поверхности электрода с ванной расплава, дает возможность получить гибкую приспособляемость к существующим требованиям различных типов электрической дуги в отношении параметров по мощности и достичь стойкости и долговечности подавых электродов. При доле поверхности металлической части меньше 30Х уменьшается срок службы электрода, а больше 70Х стойкость электродов снижается за счет уменьшения неметаллической части, Выбор соотношения ширины металлических к ширине неметаллических вставок подового электрода в контактной поверхности с ванной расплава от

2:1 до 1:5 позволяет, с одной стороны, электропроводящие контактные поверхности разделить на узкие зоны, которые в значительной степени выпадают из под влияния движения потоков в ванне расплава, в результате чего повьппается стойкость электрода, с другой стороны, размеры подового электрода, как в отношении диаметра, так и по объему выбрать в зависимости от патока металла в ванне. Выход за эти соотношения ухудшает стойкость электрода.

Выполнение дна металлоприемника печи приблизительно в форме усеченного конуса и выбор угла между конусной боковой поверхностьк дна металлоприемника печи и контактной поо верхностью электрода, равным 20 также как выполнение поднны вь пуклой трубы с радиусом кривизны, равным 307 радиуса подового электрода, позволяет избежать резкого перехода электрического тока и электромагнит141 б063

lб

Уаг, Ю ного поля с подового электрода в ванну расплава, Непрерывное расширение дна металлоприемника печи уменьшает движение расплава в ванне, которое воздействует на контактную поверхность электрода и тем самым повышает его стойкость.

Формула .из обретения

1. Электродуговая печь постоянного тока для плавления металлов, содержащая свод, стены, подину, футерованные огнеупорным материалом, по меньшей мере один электрод, установленный в подине и состоящий по меньшей мере из одной металлической части и одной неметаллической из стандартного огнеупорного материала, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повышения срока службы электрода, металлическая и неметаллическая части на контактной с расплавом поверхности электрода имеют длину больше, чем ширину, причем металлическая и неметаллическая части выполнены в форме . полого цилиндра или меандра, или прямоугольника, или спирали, а поверхность металлической части составляет 30-70% от всей контактной поверхности электрода.

2. Печь по п,1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что соотношение ширин металлической и неметаллической частей в контактной поверхности электрода составляет 2:1-1:5.

3. Печь по пц.1 и 2, о т л и ч аю щ а я с я тем, что металлическая часть в контактной поверхности выполнена из металла, химический состав которого аналогичен химическому составу расплава.

4. Печь по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что поверхность подины выполнена в форме усеченного

20 конуса, причем боковая поверхность конуса образует с контактной IIQBepx о ностью электрода угол в 20

5. Печь по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что на границе с

25 контактной поверхностью электрода подина выполнена выпуклой с радиусом кривизны, составляющим 30% от радиуса электрода.

1416063

/б

Составитель И.Чепикова

Редактор С.Петрушева Техред N.Õoäàíè÷

1(орректор С.Черни

Заказ 3892/58 Тираж 561

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4