Токоподводящее устройство для дуговой печи

 

,)

О П И С А- Н И Е („)y)()gag

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз С оветских

Соц алмстммескик

Реслубпик

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту— (22) Заявлено 18.06.75 (21) 2145921/22-02 (51) М. Кл.

F 27 D 11/00 (32) 19.06.74

19.12.74 (31) 7408067-2 (33) Швеция

7416094-6

Опубликовано 15.01.80. Бюллетень № 2 (23) Приоритет—

Гвсудврстванный комитат

СССР оо делам иэоорвтвний и открытий (53) УДК 669.187..2 (088.8) Дата опубликования описания 25.01.80

Иностранец

Свен-Эйнар Стенквист (Швеция) (72) Автор изобретения

Иностранная фирма

«АСЕА Актиеболаг» (Швеция) (71) Заявитель (54) ТОКОПОДВОДЯЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДУГОВОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к токоподводящим устройствам для дуговой печи, питаемой постоянным током, включающей по меньшей мере один брусок из стали или чугуна, который помещен в футеровочный материал и окружен оболочкой.

Для печей подобного типа токоподводящее устройство должно быть долговечным и должно выдерживать высокие температуры.

Известно, что в печах постоянного тока токоподводящие устройства располагают внизу или в топке печи, и электрод приобретает форму удлиненного прилива или стержня, тянущегося из расплава для соединения с положительно заряженной стороной источника токаИ

Предлагаемое токоподводящее устройство отличается тем, что для повышения мощности печи внешняя сторона оболочки охлаждается предпочтительно водой с помощью одного или более охлаждающих элементов, например водяных цилиндров или змеевиков; брусок, таким образом, достигает канала для расплава, который сообщается с пространством печи.

В предпочтительном выполнении устройства электрод состоит из двух стальных или чугунных брусков; концы последних достигают конечной точки сопла в корпусе печи или канала, который непосредственно или через другой канал сообщается с пространством печи и который наполняется расплавом, когда расплав имеется в печи; после контакта расплав-брусок последний вновь плавится в направлении внешнего контакта, причем тепло уходит через футеровочный материал в то же самое время, когда обратное плавление предотвращается охлаждаемой водой оболочкой и возникает брусок с равновесием расплавленной и твердой частей. Описываемое токоподводящее устройство может быть применено в печах высоких температур, например в печах для выплавки стали, а также в печах большой мощности.

На фиг. 1 показано соединение токоподводящего устройства с корпусом печи; на фиг. 2 — устройство, поперечное сечение;

20 на фиг. 3 — вариант выполнения устроиства для печей прямого тока больших габаритов; на фиг. 4 — другой вариант выполнения.

7!0529

На фиг. 1 показаны внешняя оболочка

1 корпуса печи, футеровочный слой 2 печи, например спрессованный материал и (,или) кирпич, внутренняя сторона 3 футеровочного слоя, т. е. сторона, обращенная к пространству печи. В качестве спрессованного материала можно использовать магнезит. Через футеровочный слой проходит канал 4 с кольцевым поперечным сечением, идущий из точки ниже уровня ванны расплава к каналу для расплава, который сообщается с электродами в токоподводящем устройстве.

Токоповодящее устройство (см. фиг. 2) состоит из одного, двух или нескольких изогнутых стальных или чугунных брусков 5, которые непосредственно сообщаются с расплавом и окружены футеровочным слоем 6.

Канал 4 сообщается с раздвоенным каналом 7, с которым граничат бруски 5. Один конец стальных или чугунных брусков 5 находится в контакте с расплавом ниже уровня поверхности ванны, так что этот конец вновь плавится, и в токоподводящем устройстве образуется канал расплава. Из канала расплава и из нерасплавленной части бруска тепло теряется в результате теплопередачи от футеровочного материала к охлажденной внешней оболочке. Таким образом, предотвращается обратное плавление бруска и достигается такое положение теплового баланса, когда количество тепла, полученного посредством кондукции и конвекции от расплава, плюс количество тепла, накопленного в бруске и канале в результате движения тока, уменьшается во внешней оболочке токоподводящего устройства.

Брусок 5 не расходуется, так как его расплавленная часть расположена ниже уровня ванны и не выливается ри разгрузке печи. Стальные или чугунные электроды окружены футеровочным слоем 6, предпочтительно литым, например магнезитовым составом, из которого они отливаются; футеровочный слой может также состоять из такого же соединения, как и в остальной части печи. Теплопередача через этот внутренний слой к внешней оболочке 8 токоподводящего устройства, охлаждаемой водой, заставляет стальные или чугунные электроды частично расплавляться в направлении к их контактным устройствам, в то время как тепло уходит через футеровочный слои; этому однако противодействует охлаждающее влияние охлажденной внешней оболочки 8, и определенная часть бруска остается твердой, создавая таким образом некоторый баланс между расплавленной и твердой частями бруска. Бруски 5 могут., например, доходить до точки разветвления, и и период нагревания расплавленная часть канала будет расширяться в направлении контактного устройства, однако только до точки баланса.

5 о

15 эе

Ы

3$ о

4$

$O

Токоподводящее устройство, показанное на фиг. 3, изогнуто так, что его верхний конец открыт в области уровня ванны. Это обеспечивает некоторую гарантию от выхода расплава в случае, когда футеровочный слой не полностью изолирует брусок. Предлагаемое устройство может быть также вытянуто по прямой вдоль боковой стороны или по прямой вниз.

Наиболее приемлемое для больших токов (см. фиг. 1 и 2) токоподводящее устройство имеет два изогнутых бруска 5, футеровочный слой и внешние охлаждающие поверхности. Специальный соединительный канал 4 и расширяющееся пространство 9 необходимы, если токоподводящее устройство расположено снаружи корпуса печи. Если токоподводящее устройство соединено через отверстие сопла непосредственно с дном или стенкой печи, то необходимость в соединительном канале и расширяющемся пространстве может быть полностью или частично устранена.

Охлаждающие цилиндры или охлаждающие поверхности 10 отлиты в футеровочном слое. Стальные бруски снабжены контактными устройствами 11, расположенными у их концевых поверхностей, а к этим контактным устройствам подключен положительный полюс источника постоянного тока. Контактные устройства 11 могут быть также охлаждены. В расширяющееся пространство 9 поступает шлак и проходит через канал 4. Этот шлак нужно периодически выливать или сгребать. В этом случае два стальных или чугунных . электрода изогнуты U-образно.

Возможна конструкция токоподводящего устройства только с одним электродом. Допустимо, не используя соединительный канал 4, соединять стальной электрод непосредственно с соплом, отверстие которого расположено на дне печи, как в индукционных печах канального типа. Кроме того, для соединения токоподводящего устройства и корпуса печи, также как в индукционных печах канального типа, может быть применен охлаждаемый водой корпус. Таким способом, футеровка печи предохранена от спекания с покрытием токоподводящего устройства, а последнее может быть заменено без разрушения внутреннего покрытия канала или сопла, как в индукторе печи тоннельного типа. При этом может быть использован метод, применяемый для сменных индукторов канального типа. В соединительной части между токоподводящим устройством и корпусом печи можно использовать неспекающийся состав.

Охлаждаемые водой элементы 12 (см. фиг. 3) нейтрализуют тепловые потери от токоподводящего устройства и предотвращают его расплавление; действие этих охлаждающих элементов помогает получить

710529 определенное ра вновесие между тверды м электродом и расплавленной частью электрода. Охлаждающие элементы также расположены на оболочке с внутренней стороны токоподводящего устройства. На фиг. 3 показаны также воронкообразный корпус 13 печи, точки 14 измерения температуры для ее регулирования в расплавленной части токоподводящего устройства, точка 15 равновесия.

Токоподводящее устройство может иногда способствовать возникновению так называемого донного кипения в расплаве. Донное кипение является нежелательным, главным образом тогда, когда токоподводящее устройство расположено ниже уровня шлака в печи, поскольку в этом случае кипение выталкивает шлак обратно и затрудняет его выпуск из печи в области этого уровня. Кипение через некоторое время может привести к истиранию футеровочного покрытия.

Причиной происхождения кипения является то, что часть стального бруска, находящаяся в контакте с расплавом, слишком холодная. Один из способов устранения этого явления состоит в создании другого футеровочного слоя в соответствующем месте токоподводящего устройства, что приводит к уменьшению потерь тепла. о и

При другом варианте выполнения, где используется водяное охлаждение, часть бруска, обращенная к расплаву, имеет меньшую площадь поперечного сечения, чем противоположная часть. При уменьшении площади поперечного сечения стального или чугунного бруска около расплава, указанная часть подвергается большей нагрузке при прохождении тока и поэтому нагревается сильнее из-за потерь сопротивления на этом участке. Таким образом, удается избежать донного кипения в этой части токоподводящего устройства.

В предпочтительном варианте выполнения устройства брусок помещен в канал в футеровочном материале, сердцевинная часть бруска расплавляется от контакта с содержимым печи и имеет меньшую площадь поперечного сечения, чем периферийная часть. Отношение наименьшей площади канала, в которой помещен брусок, к наибольшей площади, стального бруска должно быть

I:2 (соответственно) . Согласно этому варианту (см. фиг. 4) в качестве футеровочного или спрессованного материала может быть использовано магнезитовое соединение. В футеровочном слое 6 имеется канал, в глубинной части 16 которого расположена расплавленная часть токоподводящего устройства. Цифрой 17 показана переходная зона между расплавленной и твердой фазой; циф- и рой 18 — твердая часть токоподводящего устройства. Внутренний конец электрода соприкасается с расплавом ниже поверх6 ности ванны 19; этот конец затем расплавляется и в токоподводящем устройстве образуется канал расплава. Из указанного канала тепло уходит в результате проводимости через футеровочный материал к впешней оболочке, которая может охлаждаться водой или каким-либо другим способом.

Этим предотвращается обратное расплавление брусков и достигается положение такого теплового баланса, когда количество тепла, получаемого в результате проводимости и конвекции от расплава, плюс количество тепла, накопленного в бруске и канале в результате прохождения тока, уменьшается у внешней оболочки токоподводящего устройства. Брусок не расходуется, так как его расплавленная часть расположена ниже уровня ванны и не выливается, когда печь разгружают. Для футеровочного слоя может быть выбран любой. например литой, материал или он может состоять из того же материала, который применен в остальной части печи. Теплоп роводимость через этот слой к внешней оболочке токоподводящего устройства заставляет ста. IbHhlc или чугунные электроды частично расплавляться в направлении к их контактным устройствам, в то время как тепло уходит через футеровочный слой. Однако этот процесс нейтрализуется охлаждающим влиянием охлажденной внешней оболочки, и определенная часть бруска остается твердой, что приводит к некоторому равновесию между расплавленной и твердой частями бруска.

Допустимо, чтобы в электроде площадь бруска увеличивалась от его сердцевинной части у расплава к его периферийной части, находящейся вблизи контактных устройств

I I. Допустимо также, например, чтобы часть . бруска у сердцевинной части имела постоянную площадь, которая непрерывно или ступенчато увеличивается в направлении к контактному устройству 11. Расплавленная часть бруска может также иметь меньшую площадь, чем наружная часть, а отношение между сердцевинной частью нерасплавленного бруска или площадью поперечного сечения канала для бруска и площадью поперечного сечения контактного устройства ! 1 может быть 2:2 — ):3.

Испытывают брусок с постоянной площадью 12500 мм, которая проводит ток

12,5 кА; нагрузка тока 1 А/мм . Для сравнения указывают, что индукционная печь канального типа мощностью 500 кВ имеет канал площадью 14600 мм, нагруженным током 52 кА, т. е. 3,5 Л/мм . Таким образом, стальной брусок н электроде ванны можно подвергать более высокой токовой нагрузке, а приемлемая ее величина составляет около

2 А/мм, что обеспечивает требуемый нагрев и предотвращает донное кипение. Это достигается тем, что часть бруска, обращен710529 ная к расплаву, независимо от того, расплавлена эта часть или нет, меньше, чем площадь поперечного сечения у контактного устройства !1. Желательно, чтобы переход от малой к большей площади был постепенным и происходил за 500 мм от конца токопроводящего устройства и от конечной части канала для бруска вблизи от расплава.

В момент прохождения тока соединительный конец 2 остается в этом месте холодным в результате низкого сопротивления в указанной части бруска, и потери для токоподводящего устройства в целом будут низкими. Тепловые потери будут выше на том конце токоподводящего устройства, который поддерживается теплым, в то время как внешний соединительный конец 20 остается холодным и имеет низкие потери.

Формула изобретения

1. Токоподводящее устройство для дуговой печи постоянного тока, содержащее металлические электроды, расположенные в заключенной в корпус футеровке печи и соединенные. с одной стороны с источником тока, а с другой стороны с плавильным пространством печи в нижней ее части, отличающееся тем, что, с целью повышения мощности печи, в зоне размещения электродов установлены холодильники.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что холодильники размещены с внешней стороны корпуса печи.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что холодильники размещены в слое футеровки.

4. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что электроды выполнены изогнутыми и соединены полым каналом с правильным пространством печи.

5. Устройство по пп. l — 4, отличающееся

14 тем, что электрод и полый канал выполнены с переменным сечением.

6. Устройство по пп. 1 — 5, отличающееся тем, что площадь сечения канала в месте сопряжения с электродом относится к площади сечения внешней части электрода как

1/2 — 1/3.

7. Устройство по пп. 1,4 и 6, отличающееся тем, что часть канала, прилегающая к электроду, выполнена с постоянным сечением.

8. Устройство по пп. I, 4 и 7, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде

U-образно изогнутых стержней.

Приоритет по пунктам:

19.06.74 — по пп. 1 — 4

19.12.74 — по пп. 5 — 8

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Швеции № 382828, кл. С 21 С 5/52, 1974.

Составитель Л. Веревкина

Редактор Н. Корченко Техред К. Шуфрич Корректор Г. Назарова

Заказ 8803/54 Тираж 671 Подписное

ЦН И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал П П П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4