CN101331375B - 用于直流电弧熔炉的电弧偏斜的补偿系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一个直流电弧熔炉系统(10)包含一个电弧熔炉，该电弧熔炉包含了一个延伸到容器(14)中的电极(24)。一个主直流电源(28)由一个主熔炉电路(25)连接到该电极并连接到位于该容器底处的一个阳极区域(35)，该主熔炉电路包含一个连接到该阳极区域并从该阳极区域向容器外延伸到该主直流电源的阳极导体(40)。该系统(10)还包含一个电弧偏转补偿系统(50)，其包含一个与该主熔炉电路分离的补偿电路(52)，且其中该补偿电路由一个与该主电源(28)分离的补偿电源(54)供给能量。该补偿电路在该熔炉的一个电弧区域(44)内产生一个与该主电路(25)生成的磁场(46)方向相反的磁场(54)。

Description

用于直流电弧熔炉的电弧偏斜的补偿系统和方法
背景技术
本发明涉及直流电弧熔炉，更具体地涉及一种调节系统和方法，例如通过减少或减轻熔炉电弧区域中的电弧偏转或偏斜来调节。
一种已知的直流电弧熔炉，包含一个横截面通常为圆形的容器，该容器包括了一个封闭的顶部，一个单电极从该顶部轴向地延伸到一个由该容器所限定的室中。该电极作为阴极由主熔炉电路连接到直流电源的一个极。另一个电极通过阳极导体连接到位于该容器底上的阳极端。在熔炉电弧区域中的电弧的偏转是一个众所周知的问题，其中所述电弧区域在电极的一个远端和容器中熔化材料的熔体之间延伸。偏转是由一个在该电弧区域内的横向磁场产生的力导致的，其中所述磁场是主电路中电流所导致的结果。作为电弧偏转所导致的结果，该容器的壁上的热负荷并不对称，这进而导致该壁的不均匀磨损，并可能导致长的停机时间和高的耐火材料成本。
已知有多种用于减少和/或减轻电弧偏转的系统和方法，但是对至少一些应用来说，它们是不适合的。
发明目的
从而，本发明的目的之一就是提供一种替代性的调节系统和方法，例如通过减少或减轻直流电弧熔炉中的电弧偏斜。
发明内容
根据本发明，提供了一种直流电弧熔炉系统，该直流电弧熔炉系统包含：
一个电弧熔炉，包含一个延伸进容器的电极；
一个主直流电源，由一个主熔炉电路连接到该电极以及连接到该容器底处的阳极区域，该主熔炉电路包含一个连接到该阳极区域并且自该阳极区域向该容器的外部延伸连接到该主直流电源的阳极导体；和
一个电弧偏斜补偿系统，包括一个与该主熔炉电路分离的补偿电路，且所述补偿电路是由一个与主电源分离的补偿电源供给能量。
在本说明书中，“分离”一词在涉及补偿电路中用到时，是用于表明在该补偿电路中的一个参数，例如电流，是独立于该主熔炉电路中的相应或相关参数或可独立地被控制的；以及在涉及该补偿电源中被用到时，用于表明该补偿电源与该主电源独立或可独立于该主电源被控制。该补偿电路和主电路可以彼此电绝缘，或者可以共享一个接地/地线。
本系统的主平面，对称地延伸穿过主熔炉电路和电极。
配置该补偿电路，以使该补偿电路中的电流在该熔炉的电弧区域内导致一个与主电路中的主电流在电弧区域内导致的磁场的方向不同的磁场，所述电弧区域在电极的一个远端和熔炉中的材料体之间延伸。该不同的方向可以和该主电流导致的磁场的方向相反，或与其横交。
可以配置该补偿电路，以使得由该补偿电路中的电流导致的该磁场基本抵消由主电路中的电流导致的磁场。
该补偿电路可以包含一个主补偿翼，该主补偿翼在该阳极导体的区域内基本平行于阳极导体并朝向该阳极区域延伸。
该补偿电路可以包括至少一个第一线圈和一个第二线圈。每个线圈可以包括多个绕组，且可以具有任意适合的形状或结构，例如圆形、椭圆形和包括基本平行的相对的较长的第一翼和第二翼的矩形。
在第一实施方案中，可以将第一线圈和第二线圈安排成使一个基本垂直于该主平面的且位于该容器的底之下的第二平面对称地延伸穿过两个线圈的第一翼和第二翼，这些线圈被安排成彼此并列且相对于该主平面对称。
在第二实施方案中，第一线圈和第二线圈可以被安排在该容器的底之下，以使平行于该主平面并关于该主平面对称的各平面延伸穿过各线圈的第一翼和第二翼。
在第三实施方案中，该第一线圈和第二线圈可以被定位为邻近该容器的侧壁，且位于该容器的径向相对的区域中，且至少一部分位于该底之上，以使得平行于该主平面并关于该主平面对称的各平面延伸穿过各线圈的第一翼和第二翼。
在第四实施方案中，该第一线圈和第二线圈可以被定位为邻近该容器，且位于该容器的径向相对的区域中，以使相对主平面对称地延伸的，且平面之间有一角α的各平面延伸穿过各线圈的第一翼和第二翼，且其中0°＜α＜180°。
该补偿电源可以是一个单独的电源，替代地该补偿电源可以包括用于所述至少第一线圈和第二线圈中的每一个线圈的各个独立电源。
在其他实施方案中，该补偿电路可以包括一个如前所述的具有任意合适形状或结构的单个线圈。该单个线圈结构上通常可以是矩形的，其具有相对的第一翼和第二翼。该主平面可以对称地延伸穿过该第一翼和第二翼，该第一翼可以被定位为尽可能地接近该阳极导体，且可以对该线圈提供能量，使第一翼中的补偿电流以与该阳极导体中的主电流相反的方向流动。
该系统，可以包括一个控制器，该控制器被自动配置成使该补偿电路中的一个参数遵循该主电路中相应或相关的参数的变化。例如，可以配置该控制器，以操作该补偿电源，使该补偿电路之中的电流和该主电路中的电流的变化一致地改变。
本发明还延伸到一个用于直流电弧熔炉的电弧偏转补偿系统，包括了一个将该熔炉的一个电极连接到主熔炉直流电源的主熔炉电路，该补偿系统包含一个与该主电路分离的补偿电路，和一个与该主电源分离的补偿系统电源。
电弧偏转补偿系统，可以包括一个控制器，该控制器被自动配置成使补偿电路中的一个参数遵循该主电路中相应或相关参数的变化。例如，可以配置该控制器以操作或控制该补偿电源，使该补偿电路之中的电流和该主电路中的电流的变化一致地改变。
本发明的范围内还进一步包括一种调节直流电弧熔炉的电弧区域内的电弧偏转的方法，其中该区域在该熔炉的一个电极的一端和熔炉中的材料之间延伸，且其中电极是由一个主熔炉电路连接到一个主直流电源，该方法包括以下步骤：
利用位于该熔炉的一个区域内的分离的补偿电路；并且
用一个分离的补偿电源给该补偿电路供给能量，以导致该补偿电路之中的电流在电弧区域内导致一个与主电路中主电流在电弧区域内导致的磁场的方向不同的另一方向上的磁场。
该另一方向可以和由该主电流导致的磁场的方向相反，或与之横交。
附图说明
现将参考附图以举例方式进一步描述本发明，其中
图1是一个已知的或现有技术下的直流电弧炉的三维表示图；
图2是图1的熔炉的侧视图；
图3是图1中熔炉的端视图；
图4是一个主熔炉电路和根据本发明的电弧偏转补偿系统的分离的电弧偏转补偿电路的框图；
图5是一个熔炉和根据本发明的补偿系统的第一实施方案的示意性侧视图；
图6是图5的熔炉和补偿系统的示意性端视图；
图7是一个类似于图5的熔炉以及补偿系统的第二实施方案的视图；
图8是一个类似于图6的熔炉以及补偿系统的第二实施方案的视图；
图9是一个类似于图5的熔炉以及补偿系统的第三实施方案的视图；
图10是一个类似于图6的熔炉以及补偿系统的第三实施方案的视图；
图11是一个类似于图5的熔炉以及补偿系统的第四实施方案的视图；
图12是一个类似于图6的熔炉以及补偿系统的第四实施方案的视图；
图13是一个类似于图5的熔炉以及补偿系统的第五实施方案的视图；且
图14是一个类似于图6的熔炉以及补偿系统的第五实施方案的视图。
具体实施方式
一种已知的直流(DC)熔炉系统，在图1-图3中总体由标记号10来指示。系统10包含一种已知的电弧熔炉12，该电弧熔炉包含一个细长的管状容器14，该管状容器限定了一个室16。
该容器包含一个壁18，一个封闭的顶20和一个底22，该壁在横截面上基本为圆形。一个连接到主熔炉电路25的单电极24于中央处从顶朝向底22延伸到该容器中。该电极24是由该主电路作为阴极连接到一个已知的主熔炉直流电源28的负极上。该电源包括一个变压器和整流器30和一个线圈32(共同在图4中示出)。该电源28的一个正极34连接到位于该熔炉容器的底22处的熔炉容器阳极区域35。该阴极通过一个阴极臂36和弹性导体38连接到该主电源的负极端26。该阳极区域通过一个母线管40形式的阳极导体连接到该正极34。如图1所最好展示的，一个南北方向的主平面42对称地通过主电路25的部件36，38，26，32，30，34和40。已知的是，在这种布置下，由于主电路之中的主电流Im，该熔炉的电弧区域44内向纸面外的方向有一个合成横向磁场，如图2中46所示。该合成磁场导致一个电弧偏转力F1，从而导致该电弧48向北方偏转。在本说明书的介绍中陈述了关于这种偏转的缺陷和问题。由于前述关于平面42的对称性，预期在东西方向上基本不出现偏转。
参照图4到14，为了减轻或补偿前述的偏斜，根据申请人的发明，提供了一种补偿系统50，该补偿系统包含了一个与该主电路绝缘的分离的补偿电路52，以及一个与该主电源和电路分离的补偿直流电源54。
配置该补偿系统50，使得藉此在该电弧区域44内产生一个补偿性的横向的磁场，并且该磁场在另一个方向上，优选地在与主电路中的主电流导致的磁场46相反的方向(向纸面内，如在56处所示)上。该补偿磁场在一个与F1基本相反的方向上导致一个分布式补偿力Fc，该力将被施加于电弧48上，从而减轻或补偿前述的不想要的电弧偏转。
该补偿电路52优选地包含至少一个第一多绕组线圈58和第二多绕组线圈60，这些线圈通常是矩形但也可以是圆形或其他合适的形状或结构，且这些线圈可以相对于该容器14以诸多设置或实施方案来配置，以补偿前述偏转，下文仅作为举例对此进行描述。这两个线圈也可以由共同的直流电源54供给能量，或每个都由相应的直流电源(未示出)供给能量。如图4所最好展示的，配置线圈58和60，使主补偿翼中的，也即平行于阳极导体40向南方延伸的相邻支路58.1和60.1中的，电流以与Im相反的方向流动，也使关于平面42(在图1中示出)的对称性被保持。
在图5和图6中示出的第一实施方案中，线圈58和60被定位在一个第二平面内，该第二平面典型地是容器之下与主平面42垂直的水平平面61。谨记平方反比律，将可以理解，前述相邻支路58.1和60.1越接近电弧区域44，就越有利。该平面61对称地延伸穿过线圈58的平行的较长翼58.1和58.2以及线圈60的较长翼60.1和60.2。
在图7和图8所示的第二实施方案中，该线圈58和60被安排在该容器的底22之下，以使得关于该主平面42对称并且平行于该主平面的各个平面64、66，基本对称地延伸穿过各线圈的两个较长翼。
在图9和10所示的第三实施方案之中，线圈58和60被定位为至少部分位于底22之上且邻近于该容器的壁14，并且位于该容器的径向相对的区域中，以使基本关于主平面42对称并平行于主平面42的各平面68、70，延伸穿过该线圈的两个较长翼。
在图11和12中示出的第四实施方案中，线圈58和60被定位为邻近该容器的壁14，并位于该容器的径向相对的区域中，以使关于平面42对称且其间有一角α的各平面71和73，基本对称地延伸穿过各线圈的较长翼，其中0°＜α＜180°。
在图13和14所示的第五实施方案中，使用一单个线圈74，该线圈可以具有任意适合的形状，例如矩形。该线圈包含一个第一主补偿翼76和一个第二相对翼77。该主平面42对称地延伸穿过这两个翼，且该第一翼被定位为尽可能地接近该主电路25的阳极导体和/或该电弧区域44。该直流电源54导致一个补偿电流Ic以与阳极导体40中的主电流Im相反的方向流动。
如图4和图13仅作为示例所显示的，该系统10或补偿系统50可以在其中任意实施方案中进一步包含一个控制器80，该控制器被配置以控制该分离电源54的输出82处的电压或电流，使其以与主电源28的输出极26、34的电压或主电路25中的电流Im的变化一致地改变。
在线圈58和60由各个独立电源提供能量的实施方案中，所述各个电源可以被分别控制，以补偿由于，比如说，任意非南北向对称导致的任意可能的东西向电弧偏转。
替代地，该分离的电源可以被用来在任何期望的方向上调整该电弧，比如，藉此减轻或避免在该熔炉壁的任何部分形成热点。

Claims (20)

1.一种直流电弧熔炉系统，包含：
一个电弧熔炉，包含了一个延伸入容器中的电极；
一个主直流电源，由一个主熔炉电路连接到该电极以及连接到该容器底处的阳极区域，该主熔炉电路包含一个连接到该阳极区域并且自该阳极区域向该容器的外部延伸到该主直流电源的阳极导体；和
一个电弧偏转补偿系统，其包括一个与该主熔炉电路分离的补偿电路，且所述补偿电路是由一个与主电源分离的补偿电源供给能量，以补偿该熔炉电弧区域中由主熔炉电路中的电流流动引起的电弧偏转；以及
一个控制器，该控制器被自动配置成使该补偿电路中的电压或电流遵循该主熔炉电路中电压或电流的变化。
2.权利要求1所述的熔炉系统，其中该系统的主平面对称地延伸穿过该主熔炉电路和电极。
3.权利要求1或权利要求2所述的熔炉系统，其中该补偿电源包含一个单独的电源。
4.权利要求1或权利要求2所述的熔炉系统，其中该电压或电流是补偿电源输出处的电压和电流中的一个。
5.权利要求1或权利要求2所述的熔炉系统，其中该补偿电路中的补偿电流在该熔炉的电弧区域内导致一个与主熔炉电路中的主电流在电弧区域内所导致的磁场的方向相反的磁场。
6.权利要求5所述的熔炉系统，其中由补偿电路中的补偿电流导致的磁场抵消由主熔炉电路中的主电流所导致的磁场。
7.权利要求5所述的熔炉系统，其中该补偿电路包含一细长形的主补偿翼，该主补偿翼在该阳极导体的区域内平行于阳极导体并朝向该阳极区域延伸，且其中该补偿电流在补偿翼中以与主熔炉电路中主电流相反的方向流动。
8.权利要求7中所述的熔炉系统，其中该补偿翼形成一单个线圈的一部分。
9.权利要求8所述的熔炉系统，其中该单个线圈在结构上为矩形，具有相对的第一翼和第二翼。
10.权利要求9所述的熔炉系统，其中该主平面对称地延伸穿过该第一翼和第二翼，其中该第一翼包含了该补偿翼并位于该阳极导体和该第二翼之间。
11.权利要求7中所述的熔炉系统，其中该补偿翼由至少第一线圈和第二线圈提供，每个线圈都包含多个绕组。
12.权利要求11所述的熔炉系统，其中所述至少第一线圈和第二线圈中的每一个在结构上是矩形，包括了平行的相对的较长的第一翼和第二翼。
13.权利要求12所述的熔炉系统，其中该第一线圈和第二线圈被安排在一个垂直于该主平面并在该容器底之下的第二平面内，该第二平面对称地延伸穿过这两个线圈的第一翼和第二翼，这两个线圈被安排为相对于彼此并列并且关于该主平面对称。
14.权利要求12所述的熔炉系统，其中该第一线圈和第二线圈被安排在该容器底之下，分别位于平行于主平面并关于其对称的第一和第二平面内，该第一和第二平面延伸穿过各线圈的第一翼和第二翼。
15.权利要求12所述的熔炉系统，其中该第一和第二线圈被定位在分别邻近该容器的侧壁且在该容器的径向相对区域中的第一平面和第二平面内，该第一平面和第二平面部分地平行该主平面并关于其对称，并延伸穿过各线圈的第一翼和第二翼。
16.权利要求12所述的熔炉系统，其中第一线圈和第二线圈被定位在分别邻近该容器且在该容器的径向相对区域中的第一平面和第二平面内，该第一和第二平面相对于主平面对称地延伸，且第一和第二平面之间有一角α，其中0°＜α＜180°，该第一和第二平面延伸穿过各线圈的第一翼和第二翼。
17.权利要求11-16中任一项所述的熔炉系统，其中该补偿电源包含用于所述至少第一线圈和第二线圈中的每一个的相应的电源。
18.一种用于直流电弧熔炉的电弧偏转补偿系统，该直流电弧熔炉包含一个主熔炉电路，其将该熔炉的一个电极连接到一个主熔炉直流电源，该补偿系统包含一个与该主熔炉电路分离的补偿电路，以及与该主电源分离的补偿系统电源，该系统包含一个控制器，该控制器被自动配置成使该补偿电路中的电压或电流遵循主熔炉电路中电压或电流的变化。
19.权利要求18所述的电弧补偿系统，其中该电压或电流是在补偿电源的输出处的电压和电流中的一个。
20.一种调节与直流电弧熔炉的一个电极邻近的电弧区域内的电弧偏转的方法，该电极通过主熔炉电路连接到主直流电源，该方法包含以下步骤：
利用位于该熔炉的一个区域内的分离的补偿电路；以及
用一个分离的补偿电源给该补偿电路供给能量，以在该补偿电路中导致一个电流，以在该电弧区域内导致一个与主熔炉电路中的主电流在电弧区域内导致的磁场的方向相反的磁场，以及
使该补偿电路中的电压或电流遵循主熔炉电路中电压或电流的变化。
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