Дуговая печь постоянного тока

 

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 катодно-амодных створах электровихревое течение охватывает весь объем металла в ванне Это обусловливает: повышение эффективности перемешивания 4ип

СОЮЗ CObKTCRHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Волф " ИК@ г

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 3 (23) 4686325/02 (22) 14.0389 .(46) 30.12.93 Бюл. Ne 48-47 (71) Институт физики AH ЛатвССР Всесокиный научно-исспедомтеньавй институт эпектротерми ofo оборудования (Р2} Цербиен 38Ä. Чудноваей АЮ„. Дементьев СБ;

Мапвювовю В.С„. Полякова ИА; Логинов АГ„. Крутянский М.М. Ейъилов АК (l»l I((((»(»(»»(((»Я»((» (»» (57) Изобретение относится к области метащургиц к эмктротермическому оборудованию, в челюсти к дуговым печам постоянного тока дат выемки цветных металлов, например алюминия Цепь изоб((»(Б»((Ill J119226 А1 (Я) 5 FXT8 ретения — ловы оение эффективности леремешивания При пропускаевт тока через электроды рвсемв на рееаетса Взаимодействие тока с

c06cf88N%4N маг втл ым полем приводит K 803HHKновевво массовой силы Лоренца, обусловливающей лоявлеее электромагнитной конвенции—

» ( рнчности расндаоайния анодов относительно вертика%ной диаметралыюй NootocTH и в разных KBтодно-анодньвт створах электранихревое течение охватывает весь объем металла в ванне. Это обусловливает. повмшение эффективности перемешиваниа 4 ип.

1839226

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 подииу дуговой печи с двумя подовыми аНодами и разными центральными углами между ними; на фиг.3 — вид сверху на подину с тремя анодами и разными центральными углами; иа 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 фетуровке подины 2. Центральный катод 3 размещен в своде 5. Подовые аноды 4 размещены в двух разных кэодно-анодиых створах А и В (см. фиг.2), в трех разных створах А, В и С(см, фиг.3 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 p1,rpz и уз подовых анодов 4 не равны, причем разность между прилежащимиуглами р1и щ щ ир ;р ир1больше центрального описанного угла Лрторца подового анода 4 с максимальным радиусом размещения (R — — ) в падине 2, где R—

Н внутренний радиус футероаанной подины 2, Н вЂ” глубина жидкометаллического слоя печи. При этом величины центральный углов р1, ф,фз лежат в диапазоне углов от 2

n — 2

ДО до 360-(gap(n — 2)+2hp j. где n— число подовых анодов 4, в частности n = 2, для печи нэ фиг,2 и и = 3 для печи иа фиг,3;

Разность между центральными углами, например р1 и р2 иа фиг.2, определяемая как величина, большая hp, обуславливается не столько конструкционными параметрами через максимальный радиус размещения для анода 4, который отстоит

Н от стенки печи на расстоянии —, необходимом для пошного развития локального тороидальиого вихря около стенки, сколько экспериментально, определенным видимым результатом таигенциальиого перемешиваиия, наступающего для двухэлектродной компановки при этом разности. конкретно при n = 2; hp= 15 ; р

- 188 ; рг = 172О. Металл при этом вращается в горизонтальной плоскости, а в вертикальийх плоскостях перемешивание между слоями осуществляется в тороидальиых вихрях, Минимально возможный угол между анодами 3, равный 2 hp, обеспечивает перемешивание а печи в тэнгеициальном направлении при двухэлектроиой компановке и некоторой разнице в радиусах размещения, обеспечивающей в свою очередь требо.вание несимметричности в отношении произвольной диаметральной плоскости.

При трехэлектродной компановке, даже при одинаковых радиусах размещения, требование несимметричности обеспечивается разностями прилежащих центральных yrЛОВ, Модификация дуговой печи, представленная на фиг.4, развивает вариант несимметрии в отношении произвольной диаметральной вертикальной плоскости, обеспечиваемый неравенством радиусов размещения при частном слуиэе равенства центральных углов размещения р 1, рг, pj u числа подовых анодов 4, равном 3.

Минимальный радиус размещения г1

Н подового анода 4 равен —, а максималь2

Н иый tg = R . Эти ограничения по диапа2 зону размероа определяются условием гидр»динамического совмещения в общем

35 тороидальных вихрей катода 3 и подового анод» 4 при минимальном радипусе г1 и условием полиого развития тороидального вихря у стенки печи при максимальном радиус» размещения г2. Возможен вариант

4О близкого размещения подовых анодов 4 при большом их числе и или в случае несимметрии Общего характера. При этих вариантах условие минимальной разницы а радиусах;

Н

45 размещения Ь = — позволяет полностью ч

2 независимо развиться тороидальным вихрям близкоразмещенных подоаых анодов 4.

В общем случае несимметрии а отношении произьольиой диаметральной, плоско5О сти разнятся между собой и центральные углы р1, pz, pj ... и радиусы размещения г, Q, гз...гп подоаых анодов 4, Другая печь постоянного тока выполнена наклоняющейся с подъемом и поворотом

55 (отводом) свода 5 в сторону для механизированной загрузки. Механизм наклона, стопориые устройства в случае вертикального положения печи. рабочее окно печи, мехэиизм подьема и поворота свода 5 нэ черте1839226 жах не показаны. Кожух 5 дуговой электропечи сва рен из листового стали, имеет пояса и ребра жесткости. Футеровка подины 2, стенок и свода 5 выполнена магнезитовым и магнезитохромитовым 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 работает следующим образом. Загрузка печи проИЗВОДИТСЯ ИСХОДНЫМИ ШИХТОВЫМИ материалами при отведенном своде 5. Свод

5 закрывает подину 2 и через катод 3 и подовые аноды 4 от тирсторных пребразователей подается постоянный ток. Дуга, возникающая первоначально между катодами 3 и ближайшим подовым анодом 4, расплавляет шихту и через расплавленную шихту замыкаются остальные подовые аноды 4. При пропускании тока, благодаря джоулеву тепловыделению, расплав нагревается. С другой стороны, при взаимодействии тока с собственным магнитным полем индуцируется массовая электромагнитная 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 злектровихре-вым течениям. При этом с ростом интенсивности электровихревого течения снижается роль тепловой конвекции, поскольку в основной массе металла температура выравнивается. ъ

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 жидкометаллического слоя в печи составляет 0,72 м для ванны на 25 т, а радиус подины 2R = 1,62 мм. Диаметр подового анода 4 составляет

0,15 м, При любых условиях размещения подовых анодов 4 под дугой катода 3 и над каждым их электродов 4 формируют тороидальные 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 меR 2 M г1= —;г2= — R; гз=R

3 3 2

Используемый эффект электровихревых ечений позволяет без выдерживания получать металл с высокой степенью однородности по всему обьему печи за сравнительно меньшее время, что поднимает эффективность дуговой плечи и позволяет увеличить сьем металла с подины за рабочий период.

50 (56) Электропечь ДСП-50 М2. Каталог Информэлектро, Электротехника СГ СР.

12.40.07-84. авторское свидетельство ССГР

¹ 1464632, кл. F 25 В 15/00, 1986.

55 талл подтекает к катодному пятну и несколько вспучивается над анодами 4, При взаимодействии тока некоторой плотности j, протекающего в элементарном объеме dv с магнитным полем В. индуцируется электромагнитная сила dF = j x Bdv.

Векторное произведение dF на радиус— вектор r, проведенный из объема до оси печи, дает момент электромагнитной силы относительно оси печи dM = г xdF. В любом из поедьявляемых случаев несимметрии расположения подовых анодов 4 в отношении произвольной диаметральной вертикальной плоскости интеграл от dM по всему обьему металла не равен нулю и жидкий металл приходит во вращение вокруг оси ванны под действием электромагнитных сил. Вращение обусловливается тем обстоятел ством, что пространственное распре20 деление электромагнитной силы не является симметричным в отношении так назызаемой произвольной диаметральной плоскости, а несимметрия силы определяется несимметрией в картине растекания тока, вызванной предлагаемыми вариантами разм щения анодов 4.

Е частности, в ситуациях на фиг.2, 3 и 4 металл вращается в горизонтальной плоскости, а в вертикальных плоскостях переме30 шивание между слоями осуществляется при помощи тороидальных вихрей.

Г. роведенные экспериментальные исследования позволяют заключить, что в sa рианте размещения электродов 3 на фиг.2

35 оптимальной является ситуация со следующими параметрами; (рг 90; r> = Н и г2 = 2M; в варианте размещения на фиг.3 с параметрами p> = 105; pz = 120 :рз = 135 при оди40 наковых (частный случай) радиусах разм .щения, а в варианте размещения на фиг.4 с параметрами р 1= = у з;

1839226

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 вер тикальной диаметральной плоскости.

Составитель А.Лютиков

Техред М.Моргентал Корректор H.Ðåâñêàÿ

Редактор Т.Пилипенко

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва,. Ж 35. Раувская наб., 4/5

Заказ 3405

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101