Дуговая печь постоянного тока

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для производства чугуна, стали и цветных металлов. Дуговая печь постоянного тока включает корпус с днищем, свод, расположенную ниже порога рабочего окна ванну с металлическим расплавом, обрамленную футеровкой, верхний катод с электрододержателем, соединенный с источником постоянного тока и имеющий возможность вертикального перемещения, и анодный подвод в виде одного или нескольких подовых электродов. Внутри корпуса, между днищем и порогом рабочего окна, размещена кольцевая катушка индуктивности, навитая из электропроводной изолированной шины, подсоединенной к источнику постоянного тока, образующая с расположенными внутри нее катодом, ванной и подовым электродом, по которым протекает постоянный ток, систему, создающую электромагнитные силы, перемещающие металлический расплав. В центре днища с внутренней стороны установлена ферромагнитная бобышка. Изобретение позволяет повысить эффективность перемешивания металлической ванны, улучшить усвоение металлом легирующих элементов, а также ускорить процесс плавления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для производства чугуна, стали и цветных металлов.

Известна дуговая печь постоянного тока, оснащенная подовым электродом, под днищем которой расположена соединенная с катодом магнитная катушка, создающая магнитное поле. Электромагнитные силы, возникающие при взаимодействии магнитного поля с постоянным током, протекающим между катодом, металлом и подовым электродом (анодом), стабилизируют дугу и обеспечивают эффект перемешивания металла в азимутальном направлении (патент США №4228314 (A), 14 октября 1980 г. МПК H05B 7/00).

Недостатком этой конструкции является расположение магнитной катушки под днищем, являющимся экраном, что резко снижает проникновение магнитного поля в рабочее пространство печи и уменьшает эффективность перемешивания ванны.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является дуговая печь постоянного тока, на которой за счет установки подовых электродов пластинчатого типа обеспечивается перемещение расплавленного металла под дугой. Затем металл вдоль подины перемещается в периферии и возвращается к зоне горения дуг по поверхности расплава.

Перемешивание жидкого металла способствует выравниванию температуры и однородности метала, а также расплавлению холодной шихты (Коваленко В.И. Дуговые сталеплавильные печи с подовым электродом (зарубежный опыт) / Ин-т «Чермет-информация» М., 1987 (Обзорн. информ. Сер. Сталеплавильное производство. Вып. 1, с. 14).

Основным недостатком этой печи является то, что перемешивание металла происходит в одной плоскости, что приводит к появлению застойных зон в ванне с металлом. Другим недостатком описанной дуговой печи постоянного тока является низкая стойкость подового электрода пластинчатого типа. Кроме того, на печах такого типа не рекомендуется заправлять подину из опасения нарушить контакт между расплавом и пластинчатым подовым электродом. Это, в свою очередь, ведет к ускоренному износу подины и, в конечном счете, приводит к снижению эффекта перемешивания ванны.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в создании дуговой печи постоянного тока, не имеющей вышеперечисленных недостатков.

Для решения поставленной задачи создана дуговая печь постоянного тока, включающая корпус с днищем, свод, расположенную ниже порога рабочего окна ванну с металлическим расплавом, обрамленную футеровкой, верхний катод с электрододержателем, соединенный с источником постоянного тока, имеющий возможность вертикального перемещения, и анодный подвод в виде одного или нескольких подовых электродов, согласно изобретению внутри корпуса между днищем и порогом рабочего окна размещена кольцевая катушка индуктивности, навитая из электропроводной изолированной шины, подсоединенной к источнику постоянного тока, которая образует с расположенными внутри нее катодом, ванной и подовым электродом, по которым протекает постоянный ток, систему, создающую электромагнитные силы, перемещающие металлический расплав. На центре днища с внутренней стороны установлена ферромагнитная бобышка.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение эффективности перемешивания металлической ванны, лучшее усвоение металлом легирующих элементов и других добавок, а также ускорение процесса плавления.

Кольцевая катушка индуктивности, навитая из электропроводной изолированной шины, при подключении к источнику постоянного тока создает магнитные силовые линии. Благодаря расположению катушки внутри корпуса печи, являющегося экраном для магнитных силовых полей, основная их часть направляется в сторону футеровки и ванны с металлическим расплавом. Расположение катушки по высоте между днищем печи и порогом рабочего окна обеспечивает направление магнитных силовых линий на футеровку подины и откосов, расположенный внутри футеровки подовый электрод и металлический расплав. Магнитные силовые линии взаимодействуют с постоянным током, протекающим по расположенным внутри катушки индуктивности, катодом, металлическим расплавом и подовым электродом и создают электромагнитные силы, перемещающие металлический расплав в азимутальном и меридиальном направлениях и обеспечивающие эффективное объемное перемешивание ванны без застойных зон. Износ подины не влияет на магнитные силовые линии и не снижает эффекта перемешивания ванны. Конвективные потоки, возникающие при перемешивании, обеспечивают быстрое растворение вносимых в ванну легирующих и других добавок, а также ускоряют доплавление нерасплавившихся кусков металлического лома.

Как показывают исследования на холодной модели, благодаря наличию ферромагнитной бобышки, установленной на центре днища с внутренней его стороны, удается концентрировать магнитные силовые линии в центре ванны и на 18-20% ускорить растворение вводимых в ванну добавок.

Конструкция дуговой печи постоянного тока поясняется чертежом, на котором представлен общий вид печи.

Дуговая печь постоянного тока одержит корпус 1 с днищем 2, свод 3, расположенную ниже порога рабочего окна 4 ванну 5 с металлическим расплавом 6, обрамленную футеровкой 7. Печь оснащена верхним катодом 8 с электрододержателем 9, соединенным с источником постоянного тока, имеющим возможность вертикального перемещения, и анодным подводом в виде одного или нескольких подовых электродов 10. Внутри корпуса печи 1 установлена кольцевая катушка индуктивности 11, навитая из электропроводной изолированной шины, имеющая соединение 12 с источником постоянного тока. Внутри кольцевой катушки индуктивности 11 располагается катод 8, ванна 5 и подовый электрод 10. В центре днища 2 установлена ферромагнитная бобышка 13.

Работает дуговая печь постоянного тока следующим образом. После окончания плавления шихты дуга постоянного тока горит между верхним катодом 8 и металлическим расплавом 6, находящимся в ванне 5, обрамленной футеровкой 7. При наличии в ванне нерасплавившихся кусков шихты, а также введении легирующих элементов или других добавок появляется необходимость перемешивания ванны 5. Для этого к кольцевой катушки индуктивности 11 через соединение 12 подается напряжение постоянного тока. При этом создается магнитное поле, охватывающее металлический расплав 6. Наличие ферромагнитной бобышки 13 позволяет усилить магнитное поле и концентрировать его в средней части ванны 5. Благодаря взаимодействию магнитного поля с постоянным током, протекающим через металлический расплав 6, между верхним катодом 8 и подовым электродом 10 создаются электромагнитные силы, которые перемещают металлический расплав 6 и обеспечивают его эффективное объемное перемешивание без застойных зон. Изменяя силу тока, подаваемую на кольцевую катушку индуктивности 11, можно регулировать величину магнитного поля и интенсивность перемешивания металлического расплава. За счет изменения полярности подаваемого на катушку 11 постоянного тока можно менять направление действия электромагнитных сил и соответственно направление движения металла. После окончания доводки металла отключают подачу тока в катушку 11 и прекращают перемешивание ванны 5.

После достижения заданной температуры металлического расплава 6 отключают печь, электрододержатель 9 с верхним катодом 8 перемещают вверх. Готовый металлический расплав 6 сливают в ковш и печь готовят к следующей плавке.

Пример исполнения дуговой печи постоянного тока предлагаемой конструкции

Дуговая печь постоянного тока емкостью 6 т предназначена для производства высокопрочного чугуна. Основными элементами печи является корпус с днищем, свод, расположенная ниже уровня порога ванна, обрамленная футеровкой, верхний катод с электрододержателем, соединенный с источником постоянного тока, имеющий возможность вертикального перемещения с помощью гидроплунжера. В качестве анодного подвода на печи используются два подовых электрода.

Внутри корпуса, между порогом рабочего окна и днищем, размещено устройство для создания магнитного поля, выполненное в виде кольцевой катушки индуктивности, навитой из электропроводной изолированной шины, имеющей в сечении размеры 10×20 мм. Кольцевая катушка индуктивности, внутри которой расположены катод, металлический расплав и подовые электроды, подсоединена к источнику постоянного тока. К катушке индуктивности подводится постоянный ток напряжением 36 В, величина которого может изменяться от 600 А до 300 А. В центре днища установлена ферромагнитная бобышка массой 25 кг.

После расплавления ~80% металлошихты, предназначенной для получения высокопрочного чугуна и образования в ванне жидкого металлического расплава, подается напряжение на катушку индуктивности. При этом образуется магнитное поле, которое взаимодействует с постоянным током, протекающим от верхнего катода через металлический расплав к подовым электродам (анодному подводу), и возникают объемные электромагнитные силы, перемещающие отдельные слои металлического расплава и обеспечивающие эффективное перемешивание ванны без застойных зон. За счет этого в 1,5-1,6 раза ускоряется доплавление нерасплавившихся кусков лома. После полного расплавления лома получают металлический расплав с содержанием углерода 1,8-2,1%. Продолжая перемешивание, начинают вводить в ванну углеродсодержащие материалы. После 20-30 мин содержание углерода в расплаве достигает 3,3-3,7%, что является оптимальным для высокопрочного чугуна. Металлический расплав нагревают до заданной температуры и выпускают в ковш.

Таким образом создана дуговая печь постоянного тока, на которой обеспечивается эффективное перемешивание металлического расплава, хорошее усвоение легирующих элементов и других добавок, а также обеспечивается ускорение доплавления нерасплавившихся кусков лома. Эта печь может быть успешно использована при производстве высокопрочного чугуна и высоколегированных марок стали.

1. Дуговая печь постоянного тока, содержащая корпус с днищем, свод, расположенную ниже порога рабочего окна ванну с металлическим расплавом, обрамленную футеровкой, верхний катод с электрододержателем, соединенный с источником постоянного тока и выполненный с возможностью вертикального перемещения, и анодный подвод в виде одного или нескольких подовых электродов, отличающаяся тем, что внутри корпуса между днищем и порогом рабочего окна размещена кольцевая катушка индуктивности, навитая из электропроводной изолированной шины, подсоединенной к источнику постоянного тока, и образующая с расположенными внутри нее катодом, ванной и подовым электродом, по которым протекает постоянный ток, создающую электромагнитные силы систему для перемещения металлического расплава.

2. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что в центре днища с внутренней стороны установлена ферромагнитная бобышка.