CN1026152C - 直流电弧炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有大表面的底电极(3)的直流电弧炉，该电炉底部(4)的下方设有电磁铁(9)，其电磁力影响熔泄运动，使得熔池中由于熔融体中通过电流所形成的自然流动的方向改变。通过此种结构，可大大提高底电极(3)的稳定性，电磁铁(9)最好与电炉的供电电源在同一回路中，并起滤波扼流的作用。

Description

本发明涉及一种直流电弧炉，该电弧炉具有至少一个作为阴极的电极以及至少一个作为阳极的底电极。

与本发明相关的现有技术例如可参见美国专利US4032704。

就直流电弧炉而言，底电极是要求最高的部件。底电极例如可由一个或几个钢体组成，钢体穿过炉底和炉衬伸出，在炉内部与熔融体构成电接触。在炉底外面，底电极与炉子的供电电源相连。在现代的直流电弧炉中，整个炉底构成底电极，底电极或者是用导电砖组成的导电炉衬层，或者是将金属棒或金属薄板插入不导电炉衬来实现的。

流过熔融体的电炉电流导致熔融体中出现熔池运动。这种熔池运动对融化过程有利，而且有利于熔池中温度平衡。然而在用高达120千安或更高的直流电流工作的高功率电弧炉中存在下述危险，熔融体中的流动速度可达0.5米/秒，又由于腐蚀作用就会在电极下方的区域加大炉底的腐蚀。尤其是在具有较大表面的底电极（底部触点）的直流电弧炉中，这种情况会缩短炉子的寿命。

本发明的任务是从现有技术出发，提供一种直流电弧炉，其底电极对腐蚀作用受到保护，从而大大延长了炉子的寿命。

完成本发明的技术方案是，在炉底下方设置一个通以直流电流，尤其是通以电炉电流的激磁线圈，该线圈具有一个与底电极表面几乎相等的表面，上述线圈的安匝数要根据在其磁场的作用下，使仅由电极在熔融体中产生的通过电流所形成的方向朝下的熔池运动，至少部分地朝反方向改变来设计。

虽然在美国专利文献4032704中曾建议在直流电弧炉炉体的下侧设置一个通直流电的电磁铁。但是很显然该电磁铁是用来在熔融体中产生附加的搅拌运动，以便加快金属冶炼反应及熔融体中的温度平衡。至于电磁铁的设计，电磁铁在熔融体的熔池运动中所起的、下面将叙述的、不能立即预见到的作用，以及有关电炉寿命;在该专利说明书中均未给出暗示。

在本发明中，激磁线圈能形成稳定的磁场，由于磁场对熔融体流的作用产生力，这些力使熔融体处于围绕电炉垂直轴旋转的状态。这种旋转运动又同磁场发生二次作用，从而在溶池中形成了附加力，这些力阻止熔融体从电弧区朝炉底流动。而在熔融体中仍然存在有利于热交换的溶池运动。

该激磁线圈成本不高，而且结构新颖，在建造电炉时就可装于电炉设备中而成为一体。线圈的附加功耗相对于整个电炉的功耗而言很小、约占整个电炉功耗的0.3%。原则上，此激磁线圈也可由另外的电源供电。如果将该激磁线圈一起安装在电炉电流回路中，并通以电炉电流则是最经济的。此外上述激磁线圈还有另一个有利的用处：通常对直流电弧炉设备而言，在供电电源装置中还装有直流扼流线圈，以对整个炉况进行调节。因此，例如在一个脉动率为十二的整流器中需要两个扼流线圈，每个线圈有5圈，在典型的情况下这些线圈约通入40千安的电流。将布置在电炉下面的激磁线圈也用作这种扼流线圈是有利的，例如将该激磁线圈分成两个在磁路上彼此并联的线圈来实现。

下面将根据附图中所描述的实施例对本发明作进一步的解释。

其中：

图1为一种直流电弧炉的实例，该电弧炉具有一个位于炉底下方通以电炉电流的激磁线圈;

图2为电路布置图，该电路中有一个脉动率为十二的整流器，其电磁铁装在炉子的电源回路中， 与电源成一体;

图3示出了在没有外磁场的条件下直流电弧炉中熔融体的流动情况;

图4示出了本发明的设置激磁线圈的直流电弧炉中熔融体的流动情况。

根据图1，直流电弧炉的下部有一个金属壳体1，壳体壁装有耐火炉衬2，整个炉底均作为底电极3，该底电极由多层耐火材料制成的导电砖3a，3b，3c堆砌而成，为了提高导电性，耐火材料中还添加了碳。导电砖位于底板4上，底板同时还用作底电极3的接通触点。电弧电极5从上面插入炉中直到与熔融体6上方相距不远之处为止。在该实例中，炉子只接有一个作为阴极的电极5，当然阴极电极数也可以是2，3或更多。底电极3设有电流接线端7，接线端7与电源设备8的正极相连。

就这点而言，此直流电弧炉与现有的电弧炉相同，例如在美国专利4228314或德国专利说明书DE3022566中对此种电弧炉都作了详细描述。

按照本发明，在炉子下侧设置了一个激磁线圈9，该激磁线圈例如可由两个磁路并联的单个线圈9a和9b组成。激磁线圈9与炉底保持一段相当的距离，该激磁线圈有一个与熔融体6的熔池自由表面数量级相同的表面。

就一个炉直径约5.5米，内径约4.5米的典型的80吨直流电弧炉而言，该激磁线圈的直径约为2米。与熔融体的距离约为1.3米。

如图2所示，两个单个线圈9a和9b的每个线圈均通以电弧炉电流的一半。但也可以是一个单独的通以全部电弧炉电流的线圈。

图2所示的线路布置示出了一个具有脉动率为十二的整流器的新式直流电弧炉的典型电源设备。变压器14接入三相交流网络13中，变压器的两个初级绕组15、16为三角形连接，两个次级绕组17，18中的一个绕组为三角形连接，另一绕组为星形连接，两个次级绕组与三相桥式整流器19或20相连。整流器的负极集流排母线彼此相连并与熔融电极5相连，桥式整流器19或20的每个正极汇流排与底电极3之间装有线圈部分9a和9b。按照本发明，此两部分线圈形成电磁铁，此处这些电磁铁由两个线圈组成，当然，线圈的连接及绕组的缠绕方式应使得上述磁铁部分在磁路上是并联连接的。在脉动率为六的整流器中变压器14可省去绕组15、17或16、18，与此相应，桥式整流器19或20及线圈部分9a和9b也可省去一个。

在电流密度例如为5安/平方毫米的情况下，电磁铁的总重量约为4000公斤，电损耗约为200千瓦，如果人们考虑到这类直流电弧炉的功耗约为65兆伏安，因此整个设备的功率需用量只提高了约0.3%，因此，上述电磁铁的电损耗值是可以接受的。

当电弧炉在没有激磁线圈9的情况下运行时，熔融体中出现熔池运动，在图3中以速度剖面图的形状来表示这种熔池运动（表示半个熔池的熔池运动）。箭头越长表示该处的流动速度越高。显然，在电极以下的区域，熔融体以较高的速度从上表面朝导电炉底流动，其速度约为0.5米/秒。这种与熔融体温度有关的高速度会腐蚀导电炉底。

反之，用一个合适的尺寸的激磁线圈9-该线圈所产生的磁场在图1中象征性地用磁力线21表示-将电弧炉电流在熔融体中产生的力的作用与线圈的外加磁场所产生的力的作用叠加，使得在电极5以下的区域，至少在炉底附近的熔融体流动方向改变，象在图4中所清楚地看到的那样。同时，炉底附近区域流动速度也较小-这对于延长导电炉底寿命是很重要的-在电极5下方的关键区内，熔融体流再不会垂直地或接近垂直地撞击炉底。而炉子边缘的熔融体撞击导电炉底则不太重要，因为炉子边缘的熔融体速度较低而且温度也不高。

电极5下方的熔融体在表面附近区域内，始终是从上朝下流动的，可是有一个转变区，在此转变区内，两股相互叠在一起流入的熔融体流沿径向朝外转。上述两股熔融体流彼此冲撞的深度由电弧炉电流的大小和外磁场的强弱来确定。因此，可以给出下列参考值：

安匝数为电弧炉电流的2倍或更高，至少在炉底附近区域可出现上面所描述过的方向改变。

Claims (3)

1、一种直流电弧炉，至少有一个作为阴极的电极(5)和至少有一个作为阳极的底电极(3)，其特征在于，在炉底(4)的下方设有一个通以直流电流尤其是通以电炉电流的激磁线圈(9a，9b)，该线圈具有与所述底电极面积几乎相等的线圈面积，此线圈(9a，9b)的安匝数要使得在其磁场作用下，使仅由流过电极(5)下面的熔，融体(6)的电流所形成的方向朝下的熔池运动至少部分地朝反方向改变。

2、如权利要求1所述的直流电弧炉，其特征在于，所述安匝数至少为电炉电流值的两倍。

3、如权利要求1或2所述的直流电弧炉，其特征在于，所述激磁线圈由两个磁路并联的单个线圈（9a，9b）组成，每个单个线圈均通以二分之一的电炉电流。

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