Дуговая печь постоянного тока

 

Использование: в черной металлургии, в частности в конструкциях дуговых печей постоянного тока. Сущность изобретения: дуговая печь постоянного тока содержит размещенный в своде со смещением относительно вертикальной оси печи графитированный сводовый электрод (ГСЭ), установленный в подине подовый электрод. Токопроводы электродов выведены по одну сторону проходящей через вертикальную ось печи центральной плоскости. ГСЭ смещен относительно нее в сторону вывода токопроводов (ТП). ТП размещены внутри центрального пространственного угла α₁, через который проходит ось ГСЭ. На стенке кожуха и/или на своде печи со стороны, противоположной выводу ТП, выполнена охлаждаемая панель, которая размещена в центральном пространственном угле α₂, плоскость симметрии которого совмещена с плоскостью симметрии α₁. Может быть соблюдено неравенство α₁≅α₂≅180°. Охлаждаемая панель может быть выполнена съемной и секционной. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности к дуговым печам постоянного тока для плавки и рафинировки черных и цветных металлов и сплавов.

Известные дуговые печи постоянного тока содержат как минимум, пару электродов, один из которых размещен в своде печи, а второй в подине. Электроды с помощью токопроводов подсоединяются к источникам питания. Нарушение симметрии в расположении токопроводов относительно сводового электрода и наличие магнитных масс в печи оказывают влияние на смещение дуги в одну из сторон от оси, тем самым создавая на внутренней поверхности печи, как на стене, так и на своде, зону с повышенной теплонапряженностью по сравнению с другими участками окружающей дугу поверхности стен и свода. В другой печи постоянного тока кожух и свод могут быть выполнены водоохлаждаемыми [1] Однако присущие им недостатки, связанные со значительным расходом воды и электроэнергии, ограничивают их расположение в цехах, где отсутствуют агрегаты внепечной обработки стали.

В тех же случаях, когда необходимо в печи проводить рафинировку металла, использование водоохлаждаемых стен экономически нецелесообразно. Это связано с тем, что в этих случаях существенно снижается температура в печном пространстве и, как следствие, температура шлаков, что сказывается на снижении подвижности и химической активности шлаков, которая находится в прямой зависимости с температурой. Конструкции печей с футерованным печным пространством лишены указанных недостатков и позволяют более эффективно и качественно осуществлять процессы плавки и рафинировки [2] Как правило, эти печи содержат по меньшей мере один сводовый и один подовый электроды, токопроводами подсоединенные к источнику питания. Несмотря на попытку симметрировать токопроводы относительно системы электродов, происходит постоянное смещение дуги. Оно приводит к повышенному и неравномерному износу футеровки, что нарушает не только целостность футеровки, но и равномерность тепловой нагрузки по периметру печного пространства, и как следствие, снижается срок службы футеровки.

Известна дуговая печь постоянного тока, содержащая футерованный кожух, в своде которого со смещением относительно вертикальной оси печи размещен графитированный электрод, а в подине установлен по меньшей мере один подовый электрод и токопроводы к электродам [2] Расположение графитированного электрода со смещением относительно оси печи позволяет, во-первых, частично улучшить перемешивание расплава благодаря отклонению столба дуги и усилению ее взаимодействия с магнитными полями, вызванными наличием токов расплава и магнитных масс печи.

Кроме того, расположение графитированного электрода в своде со смещением в сторону, противоположную изношенной части футеровки, частично выравнивает теплонапряженность в печи. Конструкция предусматривает несколько сводов, в каждом из которых выполнено различное смещение электрода и смена сводов обеспечивает перемещение зоны повышенного температурного воздействия и постепенное (последовательное) перемещение зоны износа футеровки. Постепенное изнашивание футеровки приводит к необходимости ее перефутеровки, а время на ремонт помимо расхода огнеупоров снижает технико-экономические показатели печи, проявляющиеся в увеличении времени на ремонты футеровки, снижении годовой производительности, необходимости дополнительных материаловложений и расходов на изготовление нескольких сводов, тем самым существенно увеличивая общую стоимость печи в целом.

Цель изобретения создание печи с более высокими технико-экономическими показателями.

Цель достигается тем, что предлагаемая дуговая печь постоянного тока, содержащая футерованный кожух, в своде которого со смещением относительно вертикальной оси печи размещен графитированный электрод, а в подине установлен по меньшей мере один подовый электрод и токопроводы к электродам, отличается тем, что токопроводы электродов выведены по одну сторону проходящей через вертикальную ось печи центральной плоскости, а графитированный сводовый электрод смещен относительно ее в сторону выводов токопроводов, размещенных внутри центрального пространственного угла α₁, через который проходит ось графитированного электрода, при этом на стенке кожуха и/или на своде печи со стороны, противоположной выводу токопроводов, выполнена по меньшей мере одна охлаждаемая панель, размещенная в центральном пространственном угле α₂, плоскость симметрии которого совмещена с плоскостью симметрии угла α₁, ограничивающего размещение токопроводов.

Цель достигается также тем, что центральный пространственный угол α₂, в котором размещена охлаждающая панель, равен или превышает центральный пространственный угол α₁, ограничивающий размещение токопроводов, а также тем, что величина центрального угла α₂, в котором размещена охлаждаемая панель, ограничена неравенством α₁≅α₂≅ 180^o Охлаждаемая панель может быть выполнена съемной, а также секционной по высоте кожуха печи и/или по радиусу.

Предлагаемое изобретение позволяет снизить степень износа футеровки за счет расположения токопроводов и за счет смещения электрода в стороны вывода токопроводов и размещения охлаждаемой панели противоположно смещенному электроду и выводу токопроводов.

Экспериментально установлено, что расположение выводов токопроводов по одну из сторон печи, несмотря на все попытки симметрировать их относительно электрода и создавать бифиляр на участках, выходящих за пределы ванны печи, приводит к асимметрии электрического поля и вызывает отклонение электрической дуги от вертикальной оси печи в сторону, противоположную размещению выводов токопроводов. При этом создается теплонапряженный участок в области центрального угла, лежащего по другую сторону центральной плоскости по отношению к углу, в котором размещены токопроводы. Таким образом, размещение в этой зоне охлаждаемой панели предотвращает от повышенного износа футеровки. При этом происходит выравнивание температур на поверхности футеровки. Уменьшение износа футеровки приводит к снижению расхода огнеупоров, уменьшению количества ремонтных простоев печи и, как следствие, увеличению годовой производительности печи.

Вывод токопроводов по одну сторону центральной плоскости и смещение в эту сторону графитированного электрода усилит взаимодействие тока наклонного столба дуги, и соответственно, токов в расплаве с магнитными полями и, как следствие, существенно улучшит перемешивание расплава ванны, что также позволит улучшить технико-экономические показатели за счет выравнивания температуры расплава, его состава и повышения производительности установки.

На фиг.1 изображена печь, продольный разрез; на фиг.2 то же, поперечный разрез.

Дуговая печь постоянного тока содержит футерованный кожух 1, в своде 2 которого размещен графитированный электрод 3, а в подине 4 установлен по меньшей мере один подовый электрод 5 и токопроводы 6, 7 к электродам 3, 5. Графитированный электрод 3 установлен в своде 2 со смещением D относительно центральной плоскости I-I в сторону вывода из печи токопроводов 6, 7. Поскольку сами элементы токопроводов 6, 7 за пределами кожуха 1 (фиг.2) занимают определенное пространство, их расположение может быть ограничено центральным пространственным углом α₁. В этом случае ось графитированного электрода 3 смещена в пределах этого угла. По другую сторону плоскости I-I на стенке кожуха 1 выполнена по меньшей мере одна охлаждаемая панель 8, размещенная в центральном пространственном угле α₂, плоскость симметрии II-II которого совмещена с плоскостью симметрии угла α₁. Охлаждаемая панель может быть размещена как на стенках кожуха печи, так и на своде.

Как видно из чертежа (фиг.2), угол a2 может меняться в пределах α₂≅α₁≅ 180^o. Верхнее ограничение этого угла связано помимо соображений теплотехнического порядка, о которых было сказано выше, с технологическими моментами, а именно, завалку шихты необходимо осуществлять в зоне без охлаждаемых узлов во избежание короткого замыкания.

Охлаждаемая панель может быть выполнена съемной, секционной. Эти варианты выполнения панели определяются конкретной конструкцией печи и ее теплотехническим режимом.

Дуговая печь постоянного тока работает следующим образом.

После загрузки шихты 9 и поджига дуги 10 между графитированным электродом 3 и подовым электродом 5, благодаря взаимодействию тока дуги с электромагнитным полем токопроводов и магнитными массами самой конструкции печи, происходит смещение дуги на поверхности шихты 9. Смещение электрода 3 в пределах центрального угла a1 позволяет сместить основание дуги 10 к вертикальной оси печи. Поскольку геометрия пространства не обеспечивает строгой симметрии, подобное смещение электродов создает благоприятные условия для привязки дуги к центру печи. Однако при этом происходит изгиб дуги, ее криволинейная форма создает дополнительное смещение в противоположную сторону от токопроводов и дополнительный конвективный теплоизнос в этой области. При этом возникают на поверхности футеровки участки с повышенной теплонапряженностью. Установка охлаждаемой панели 8 в этих участках позволит снизить теплонагрузку на них и выровнять ее по всему периметру пространства. Размещение токопроводов и графитированного электрода по одну сторону центральной плоскости существенно усиливает перемешивание расплава за счет наклона столба дуги.

Экспериментально установлено, что участки с повышенной теплонапряженностью возникают в пределах центрального угла как на кожухе, так и на своде, накрест лежащего с центральным углом, в котором размещены токопроводы. По этой причине размещение охлаждаемой панели в этой зоне существенно снизит теплонапряженность этих участков и выровняет распределение температуры в печном пространстве.

Геометрия печного пространства, электрический режим печи (величина тока), размеры электродов определяют характер тепловых нагрузок на стены и свод и, в зависимости от этого, охлаждаемая панель может быть выполнена секционной. Секционирование панели может быть осуществлено по высоте печи и/или по радиусу. Сами панели должны быть размещены в пределах угла α₂ как на кожухе, так и на своде печи. Целесообразность такого размещения определяется предварительно либо путем моделирования, либо проведением контрольных включений.

Размещение охлаждаемой панели в центральном пространственном угле α₂ позволит существенно выровнять температурную нагрузку на футеровку печи, снизить ее износ. Это обеспечит существенную экономию огнеупоров, сокращение времени простоев печи, связанных с ремонтом футеровки, и, как следствие, увеличение производительности печи.

Формула изобретения

1. Дуговая печь постоянного тока, содержащая футерованный кожух, в своде которого со смещением относительно вертикальной оси печи размещен графитированный электрод, а в подине установлен по меньшей мере один подовый электрод и токопроводы к электродам, отличающаяся тем, что токопроводы электродов выведены по одну сторону проходящей через вертикальную ось печи центральной плоскости, а графитированный сводовый электрод смещен относительно ее в сторону вывода токопроводов, размещенных внутри центрального пространственного угла α₁, через который проходит ось графитированного электрода, при этом на стенке кожуха и/или на своде печи со стороны, противоположной выводу токопроводов, выполнена по меньшей мере одна охлаждаемая панель, размещенная в центральном пространственном угле α₂, плоскость симметрии которого совмещена с плоскостью симметрии угла α₁, ограничивающего размещение токопроводов.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что центральный пространственный угол α₂, в котором размещена охлаждаемая панель, равен или превышает центральный пространственный угол α₁, ограничивающий размещение токопроводов.

3. Печь по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что величина центрального угла α₂, в котором размещена охлаждаемая панель, ограничена неравенством α₁≅ α₂≅ 180°. 4. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что охлаждаемая панель выполнена съемной.

5. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что охлаждаемая панель выполнена секционной.

6. Печь по пп.1 и 5, отличающаяся тем, что охлаждаемая панель выполнена секционной по высоте кожуха печи и/или по радиусу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2