Электродуговая плавильная печь (варианты)

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к плавильным дуговым электропечам, и может быть использовано для выплавки сталей и сплавов. Электродуговая плавильная печь содержит расположенный подовый проводник под проводящей частью шихты ванны напротив электродов, подключенных к силовому трехфазному трансформатору, с организацией под электродами концентрированного ионизированного пространства в ограниченном объеме. За счет этого обеспечивается более устойчивый режим нагрева и плавления металла. 2 с.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к плавильным дуговым электропечам и может быть использовано для выплавки стали и сплавов.

В современных конструкциях электросталеплавильных печей подвод электрической энергии на ванну печи представлен, в основном, двумя вариантами: через одноэлектродную и трехэлектродную схемы. В первом случае энергия концентрируется в одном пятне под дугой, а остальная часть передается столбом дуги. Во второй схеме - пятна под дугой разнесены на три площадки.

В представленной заявке в качестве аналога и прототипа используются следующие решения: известна плавильная дуговая электропечь, содержащая в рабочем пространстве источник нагрева и плавления, у которой электрод подключен к силовому источнику постоянного тока и размещен в центральной области над ванной печи (Сойфер В.М., Кузнецов Л.Н. Дуговая печь в сталеплавильном цехе. М.: Металлургия, 1989, с.179).

Недостатками такой печи являются: концентрация подвода энергии в центральной области ванны печи, что приводит к неравномерному нагреву ее поверхности; в крупнотоннажных плавильных печах имеет место рост поперечных габаритов электрода и соответственно известные трудности при их производстве.

Известна плавильная дуговая электропечь, содержащая в рабочем пространстве печи 3 электрода, подключенные к вторичной трехфазной сети силового трансформатора, электроды печи пространственно размещены со сдвигом по окружности (Никольский Л.Е. и др. Тепловая работа дуговых сталеплавильных электропечей. М.: Металлургия, 1981, с.53).

Недостатками такой печи являются: локальное действие электрических дуг по поверхности ванны создает неравномерность подвода энергии от источника тока; неравномерность подвода энергии в начальной стадии плавления приводит к обвалам шихты и коротким замыканиям, что ведет к удлинению плавления металла завалки и росту расхода энергии на плавку.

Известно также и другое устройство электродуговой плавильной печи, которое содержит два источника электрической энергии, включающее питание электрических дуг переменным током от силового трехфазного трансформатора и от источника постоянного тока, один полюс которого соединен с подовым проводником, а другой полюс этого источника подключен к нулевой точке вторичных обмоток силового трансформатора и/или трехфазной группе индуктивного сопротивления или нулевым точкам обоих аппаратов (патент России №2191335 от 13.03.2000, прототип).

Такое решение не универсально. Оно не предусматривает точную пространственную привязку питания электрических дуг в плавильной печи от двух источников энергии. Одновременно это решение ориентировано только на соединение вторичных обмоток силового трансформатора по схеме “звезда”. На практике, как известно, вторичные обмотки силового трансформатора часто соединяют по схеме “треугольник”.

Задачей заявляемого изобретения является устранение недостатков в известных решениях построения электродуговых плавильных печей.

Поставленная задача решается тем, что электродуговая плавильная печь, содержащая ванну, трехфазный силовой трансформатор, три электрода для плавления металла, рабочие части которых расположены в пространстве печи, подключенные пофазно к вторичным обмоткам силового трансформатора, и дополнительный источник постоянного тока, соединенный одним своим полюсом через подовый проводник с металлом шихты ванны, а другой полюс источника постоянного тока подключен к нулевой точке вторичных обмоток силового трансформатора и/или трехфазной группе индуктивного сопротивления или нулевым точкам обоих аппаратов, при этом трехфазная группа силовых электродов установлена в области напротив подового проводника, расположенного под проводящей частью шихты ванны, а вторичные обмотки силового трансформатора и индуктивные сопротивления соединены по схеме “звезда”, а также электродуговая плавильная печь, содержащая ванну, трехфазный силовой трансформатор, три электрода для плавления металла, рабочие части которых расположены в пространстве печи, подключенные пофазно к вторичным обмоткам силового трансформатора, и дополнительный источник постоянного тока, соединенный одним своим полюсом через подовый проводник с металлом шихты ванны, а другой полюс источника постоянного тока подключен к нулевой точке трехфазной группе индуктивных сопротивлений, соединенных по схеме “звезда”, отличается тем, что вторичные обмотки силового трансформатора соединены по схеме “треугольник”.

Благодаря расположению электродов, подключенных к силовому трансформатору, напротив подового проводника осуществляется точная пространственная взаимная привязка питания, электрических дуг в плавильной печи от двух источников энергии и создаются пофазно равные условия взаимодействия постоянного тока с переменным. Высокая ионизация подэлектродного пространства становится средой, в которой из-за сдвига токов по фазе дуговой разряд перемещается между электродами и тем самым увеличивается эффективное сечение проводящего пространства под электродами. В этих условиях плавление шихты происходит на большей площади, что позволяет осуществлять ввод энергии через один колодец. При этом исключаются обвалы и короткие замыкания, сокращается длительность плавления металла завалки, экономятся энергия и огнеупоры.

В промышленных условиях широко применяется соединение вторичных обмоток силового трансформатора по схеме “треугольник”. Высокая степень ионизации подэлектродного пространства позволяет при использовании двух источников энергии вторичные обмотки силового трехфазного трансформатора соединять по схеме “треугольник”, а у источника постоянного тока один полюс подключить к подовому проводнику, а второй соединить с нулевой точкой трехфазной группы индуктивного сопротивления, исполненной по схеме “звезда”. Это решение сокращает потери энергии и упрощает построение печи. Открываются и другие режимные несложные возможности работы печи на совмещенных токах, постоянном и переменном.

На фиг.1 и 1а, 2 и 3 изображена схема электродуговой плавильной печи, а на фиг.4 - ее принципиальное монтажное исполнение. На фиг.1а и 4 - силовые электроды для улучшения понимания чертежей выстроены в одну линию, хотя на самом деле они расположены со сдвигом по окружности. На фиг.1, 2 и 3 дан вид на свод сверху, где силовые электроды показаны со сдвигом по окружности, остальная проекция изображена по вертикальному разрезу печи.

Обозначения на чертежах: 1 - печь; 2 - футеровка ванны; 3 - источник переменного тока (силовой трансформатор); 4 - источник постоянного тока; 5 - силовые электроды; 6 - подовый проводник; 7 - трехфазная группа индуктивного сопротивления, соединенная по схеме “звезда”; 8 - свод печи; 9 - “завалка” шихты; 10 - вторичная сеть силового трансформатора; 11 - вторичные обмотки силового трансформатора, соединенные по схеме “звезда”; 12 - выпускной желоб печи; 13 - вид сверху на свод печи; 14 и 14а - выключатель во включенном и соответственно выключенном состояниях на входе в выпрямляющий блоки; 15 и 15а - соответственно со стороны первичной обмоток 3 силового трансформатора; 16 - соединение вторичных обмоток по схеме “звезда”; 17 - соответственно по схеме “звезда” или “треугольник”.

Печь работает следующим образом (фиг.1, 1 а, 2 и 3).

Зажигание дуг производят по обычной процедуре от силового трансформатора 3. Затем на подовый проводник 6 и нулевую точку трансформатора 11 подают постоянное напряжение от источника постоянного тока 4. Регулирование токового режима проводят в соответствии с заданным технологическим режимом плавки.

На фиг.4 а, б, в, г, д, е, з представлены варианты базовой схемы в разном исполнении. Они работают с учетом заложенных в них особенностей, не выходя за поле притязаний заявляемого решения. Принципиальные схемы, изображенные на фиг.4а, б, в работают по таким же алгоритмам, как и схемы на фиг.1, 1 а, 2 и 3.

Схемы на указанной фигуре 4 приведены в рабочем состоянии. Пуск в действие схем на фиг.4 г, д не отличается от пуска схем описанных вариантов выше, только работа печи ведется на постоянном токе при использовании вторичных обмоток 16 силового трансформатора (фиг.4 г) и группы индуктивных сопротивлений 7. В этих вариантах первичные обмотки 3 трансформатора отключены от сети.

Схема печи, представленная на фиг.4 е также работает на постоянном токе. В ней задействованы одновременно вторичные силовые обмотки 16 трансформатора и группа индуктивных сопротивлений 7.

Печь, изображенная на фиг.4з работает как обычная печь, работающая на переменном токе. Источник постоянного тока 4 в этом варианте отключен коммутационным устройством (выключателем) 14а.

Монтажные исполнения базовой схемы электродуговой плавильной печи (фиг.4) открывают возможность работы печи в совмещенном варианте, когда используется постоянный и переменный токи в различных соотношениях, в том числе с преобладанием постоянного или переменного тока.

На стадии доводки плавки большая мощность в большинстве случаев не требуется, поэтому финиш плавки может исполняться в заявленной печи как на постоянно-переменном, постоянном, так и переменном токах. Это подтверждает широкие возможности заявляемой электродуговой плавильной печи.

Для стадии расплавления шихтовых материалов печь может оснащаться устройствами для подвода энергии от альтернативных источников, она может работать на “печь-ковш” и как агрегат, в котором выплавляется сталь с легированием и предварительным раскислением металла в ванне и окончательным - при сливе жидкого расплава в ковш. Выплавку металла в заявляемой печи можно производить и по другим известным технологическим схемам.

Таким образом, заявляемая электродуговая плавильная печь является эффективным универсальным плавильным агрегатом для выплавки стали и сплавов.

Формула изобретения

1. Электродуговая плавильная печь, содержащая ванну, трехфазный силовой трансформатор, три электрода для плавления металла, рабочие части которых расположены в пространстве печи, подключенные пофазно к вторичным обмоткам силового трансформатора, и дополнительный источник постоянного тока, соединенный одним своим полюсом через подовый проводник с металлом шихты ванны, а другой полюс источника постоянного тока подключен к нулевой точке вторичных обмоток силового трансформатора и/или трехфазной группе индуктивного сопротивления или нулевым точкам обоих аппаратов, отличающаяся тем, что трехфазная группа силовых электродов установлена в области напротив подового проводника, расположенного под проводящей частью шихты ванны, а вторичные обмотки силового трансформатора и индуктивные сопротивления соединены по схеме “звезда”.

2. Электродуговая плавильная печь, содержащая ванну, трехфазный силовой трансформатор, три электрода для плавления металла, рабочие части которых расположены в пространстве печи, подключенные пофазно к вторичным обмоткам силового трансформатора, и дополнительный источник постоянного тока, соединенный одним своим полюсом через подовый проводник с металлом шихты ванны, а другой полюс источника постоянного тока подключен к нулевой точке трехфазной группы индуктивных сопротивлений, соединенных по схеме “звезда”, отличающаяся тем, что вторичные обмотки силового трансформатора соединены по схеме “треугольник”.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11