CN1056568A - 直流电弧炉 - Google Patents

Abstract

在具有一个下部电极(2)的直流电弧炉中，利用 设在炉缸底部(7)下方的电磁铁(9)，可大大消弱电磁 和/或化学因素造成的熔池运动，从而大大提高了下 部电极(2)的稳定性。电磁铁(9)很好地归入到炉子 的供电装置之中，并被用来作为滤波扼流圈。

Description

本发明涉及一种直流电弧炉，该电弧炉具有至少一个下部电极和借助于基本上由直流电流通过的电磁铁来生成熔池运动的装置。

本发明参考了诸如美国专利说明书4，032，704所述的现有技术。

在直流电弧炉中，下部电极是承载最大的部件。在最简单的情况下，下部电极由一个钢体构成，该钢体伸过炉缸底及其炉衬，并在炉内与熔料形成电接触。在炉底外面，下部电极与炉子的供电装置相接。

电弧炉运转时，下部电极熔化到一定深度。这种熔料与炉子的熔料混在一起。下部电极熔化了的深度取决于下列因素：

-电流通过下部电极时生成的电热的多少;

-自熔料传入下部电极的热流;

-对下部电极的冷却程度。

为了确保炉子的可靠运行，下部电极接触段的消耗必须受到限制。通过确定下部电极的尺寸使电流密度达到适宜值，便能控制电热的加热程度。而自熔料传入下部电极的热流，则性质较为错综复杂，其中，有两种机理交织在一起：

流过熔料和下部电极接触段熔化部分的电弧炉电流引起熔池运动（电磁搅拌），从而促使进行热交换。交织在该熔池运动上的是在有关文献中称为“化学沸腾”的一个过程。这个过程是从下部电极接触段熔化部分中释放出一氧化碳时形成的。这种“沸腾”，特别是为了降低含碳量而向其内吹入氧气的熔料中出现的“沸腾”，大大增强了与下部电极的热交换，并会使下部电极的消耗低于允许值。

通过采用适当截面的下部电极和冷却措施，建立在电磁交替作用基础上的熔池运动可以得到控制，从而可使电极消耗受到限制。迄今，限制“化学沸腾”的有害作用的唯一措施在于，把下部电极分成多个细的、嵌入炉底耐火材料中的金属棒（参见EP-A-0，058，817）。金属棒消耗时留下的耐火材料桥阻止了下部电极范围内的熔池运动，从而防止了金属棒的过量消耗。但是，这种下部电极，特别是用于大型电弧炉时，很不经济。

从现有技术出发，本发明的目的在于提供一种直流电弧炉，其下部电极的结构既简单、又经济，并且可以通过简单方式控制下部电极的消耗。

按照本发明，达到上述目的的技术方案在于，在靠近炉缸下缘设置电磁铁，该电磁铁围住一个或多个下部电极，使其构成电磁铁的铁心。

这样，该电磁铁在下部电极的纵轴方向形成一个固定磁场。该磁场遏制下部电极固态部分以上熔料中的所有熔池运动。这时，下部电极的固态段起着铁心的作用，并增强了所需的磁场的场强。场强范围由0.05至0.2特斯拉被证明足以遏制下部电极固态部分以上的熔池运动。

无论是在新设计的电弧炉上，还是在现有的电弧炉上均可装设这些电磁铁，并且无须花费许多费用。相对于整个电弧炉的功率消耗，电磁铁的附加功率消耗很小，只约占电弧炉总功率的0.3%。

在直流电弧炉设备中，通常在供电装置中采用直流扼流圈，以便实现炉况总调节。譬如，在一个12-脉冲整流器中要求有两个各有典型流过约40KA的5匝线圈的扼流圈。有利的是，炉缸下缘附近设置的线圈正可用作上述那种譬如可通过把一个线圈分成两个磁性并联的线圈而形成的扼流圈。

此外，线圈装置对直流电弧炉尚有另一积极效应。磁场不仅贯穿到下部电极的被消耗部分之中，而且还深入到熔料的中部和上部区域之中。磁场在那里与熔料中的电弧电流相互作用，从而导至形成环绕熔化电极的熔池运动。这种熔池运动又转而促使接近表面的熔料达到良好混合，并从而促进温度平衡。

在US-A-4，032，704中曾建议在直流电弧炉的炉缸下缘设置直流供电的电磁铁。然而，该电磁铁被强调用于在熔料中产生附加的搅拌运动，以加速吹入熔料中的流体与熔料的冶金反应。

下面，借助附图中所示的实施例进一步阐明本发明。

附图所示为：

图1  在下部电极以上区域通过电磁力形成的熔池运动示意图;

图2  在炉缸底部设有一个电磁铁的直流电弧炉的一个实施例;

图3  在炉中央设有一个由七个单独的电极（配有一个公共的电磁铁）组成的下部电极的炉缸底部的方案简图;

图4  图3的变型，设有嵌入耐火材料型体内的各个单独的电极;

图5  带有12-脉冲整流器的电路配置图，在该电路配置中，电磁铁归入电弧炉供电装置中。

图1示出具有下部电极2的直流电弧炉的由耐火材料1围成的炉缸底部区域。原本贯穿整个炉缸底部的下部电极2的一部分已经消耗掉。下部电极以上的区域充满了熔化的电极材料和炉内熔料的混合物。由电弧炉电流的影响而形成的熔池运动用箭头表示。可看到，熔池运动随着深度的增加而逐渐减弱。平衡状态的形成取决于下部电极内的电流密度和来自外部（下部）的冷却状况。

图2示出如何在直流电弧炉中实施本发明的方式。该图绘出了具有炉缸3的直流电弧炉的下部，炉缸3设有一般的、金属材料制成的外壳4。在本实施例中，电弧炉只有一个阴极电极5，但是，该电极数目也可以是两个、三个或三个以上。

下部电极2设在炉子底部。在这一特殊实施例中，下部电极2由成份与熔料相似的钢制成。炉底的出料口用标号6表示。传统的炉衬1构成炉底的外缘。该炉衬一般用砖砌成。由一层或多层这样的砖砌在球盖形的底板7上形成。下部电极2的下端设有电源接线端子8。该接线端子8同时也可用来冷却下部电极2。

就上述情况而言，该直流电弧炉与现有技术相当，并且在某些文献中，如在美国专利4，228，314和在德国专利3022566的说明书中，已有详尽描述。

按照本发明，在炉底7的下缘设置一个电磁铁9，该电磁铁环绕在下部电极2的周围。在该装置中，0.05至0.2斯特拉的场强已证明足以遏制下部电极以上的熔池运动。在典型的炉径约为5.5米的80吨直流电弧炉中，电磁铁的直径约为2米。在电流密度譬如为5安/毫米²时，电磁铁的重量约为4000公斤，电耗约为200千瓦，如果考虑到这种类型的直流电弧炉的功率消耗为65兆伏安左右，则加设电磁铁后整个设备的功率消耗仅增加约0.3%，因此上述电耗约200千瓦是一个可以接受的电耗值。

如示意图3所示，可以用多个单独的电极代替一个下部电极2。这些单独的电极设在底板7的中心部位。在本实施例中，围绕中央电极11有6个单独的电极10，所有的电极均处于电磁铁9之内。

按照图4来安排各单独电极的一种多电极方案，可以简化炉缸底部区域的结构。与图3所示的实施例不同，这里7个单独的电极10和11不是直接嵌入炉底的耐火材料1之中，而是被围在由耐火材料，如镁砂、镁砂-石墨或另一种相宜的材料制成的、其截面为规则六角形的六角体12内。为了便于制作，六角体12均由两部分构成，其中分面两侧为对称结构（或是对角线中分（如所示的由顶至底），或是按图4中的虚线中分）。这种几何形状可使结构紧凑。当然也可用另一种几何形状，如正方形载面（参见图4a）来代替六角形。下部电极也可由多于7个（如13个）单电极构成。自然也可在图2所示的直流电弧炉中仅设唯一的一个具有图4所示几何形状的下部电极。

在直流电弧炉设备的供电装置中总要采用扼流圈，以便对整流后的电流进行滤波。本发明就此提供了一个极为经济的利用这些扼流圈的可能性，即可把这些总归是必要的扼流圈用于遏制熔池运动。

图5中的电路方案示出一种12-脉冲整流器配置的这种情况。一个具有两个三角形联接的初级绕组15、16和两个其一个是三角形联接、另一个是星形联接的次级绕组17、18的变压器14与三相电网13相接。两个次级绕组分别接到三相桥式整流电路19和20上。母线负端彼此相连并接到熔化电极5上。扼流圈9a和9b分别设在桥式电路19和20的母线正端与下部电极2之间。按照本发明，这时这一对扼流圈就形成了这里是由两个线圈组成的电磁铁，其中不言而喻的是，线圈的连接和线匝的取向应使这些分磁铁成为磁性并联。当使用6-脉冲整流器电路时，可省掉变压器4的绕组15、17或16、18，并相应去掉桥式电路19和20中的一个，同时相应去掉扼流圈9a和9b中的一个。

Claims (6)

1、一种直流电弧炉，具有至少一个下部电极(2)和借助于基本上由直流电流通过的电磁铁(9)来生成熔池运动的装置，其特征在于，所述电磁铁(9)直接设置在炉底(7)上的炉缸下缘，并且围在所述下部电极(2)的周围，而且电磁铁的磁力线基本上沿着所述下部电极的方向延伸。

2、按照权利要求1所述的直流电弧炉，其特征在于，所述电磁铁（9）通有电弧炉的电流，并且同时又作为该电弧炉供电装置直流支路中的扼流圈（9a、9b）。

3、按照权利要求2所述的直流电弧炉，其特征在于，当采用一个12-脉冲整流器装置的炉子供电装置时，所述电磁铁分成两个分磁铁（9a和9b），这两个分磁铁分别设在同样的整流器母线和下部电极（2）之间，并且连接成使两个分磁铁磁性并联。

4、按照权利要求1至3之一所述的直流电弧炉，其特征在于，所述下部电极（2）由多个电气并联的单独的电极（10、11）组成。

5、按照权利要求1至4之一所述的直流电弧炉，其特征在于，所述下部电极由金属芯（10、11）和围住该芯的、具有规则截面的型体（12）构成。

6、按照权利要求5所述的直流电弧炉，其特征在于，所述型体（12）沿电极的纵向被中分开，并由对称的两半个型体构成。

Images