CN1094505A - 直流电弧炉及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种直流电弧炉，其阴极位于熔炉炉体的中心， 底部阳极都排列在导电的下部炉体上，使炉体壁到熔 料(3)之间实现电连接。以分开的方式在炉体周圈设 置供电装置，电流的供给和引出都在一侧。下部炉体 分成几个扇形区，各扇形区分别与引线相连接，并且 在每个扇形区将连接板固定在炉壁上。正好在电弧 下面的一个水平面内将电源连接到炉壁上。下部炉 体上靠近整流电源的扇形区的电流强度小于其余扇 形区的供电电流强度。扇形区上的连接板之间的间 隔可以是不相等的。

Description

本发明涉及权利要求1的开头所述的一种直流电弧炉以及方法权利要求所述的控制这种电弧炉的方法。

为了在直流电弧炉中熔解金属材料，尤其是在大功率炉的情况下，需要很高的电流强度，并且会由此形成很强的磁场。就短接在电弧上的直流电路而言，这种直流电弧炉的特征在于：整流装置安排在炉体的侧旁，其中，在水平的底面上，一根或多根阳极电流引线从炉体底部通向炉体中心，从而使电流从整流装置开始经过底部阳极和炉膛内的熔融材料以及电弧流向阴极，此阴极位于炉体盖中央并且借助于其支撑臂支持使电路形成回路，使电流流回到整流电源中。

电流源及电流支路的这种排列形成了一个电流环路，它产生一个与之垂直的作用力，这虽然对以垂直可移位的方式伸在炉中的阴极不产生影响，但会使阴极和熔池之间的电弧产生相应的偏移。电弧的不对称直接导致炉体耐火层的损耗增加，这种情况下，偏移的电弧比所设想的通过其中心导路（guidance）的电弧更接近炉体壁。接照上面所说的电流路径（current  con-duction），所说的炉体衬的增大损耗的危险区域面向或远离这样的一侧，即在这一侧供给和引出直流电弧炉的电流。

为了解决这个问题，例如在美国专利US4，821，284所公开的电弧炉中，一个三重（triple）导体环围着三个电弧电极，这三个电极以等腰三角形的形式集中排列在底部中心，在熔池表面上的所谓顶部（head-side）电极面向相同外形结构的底部电极。在炉区的上面和下面具有水平的供给和引出条。

另一种公知的直流电弧炉（DE4035233A1）只有一个单一的底部电极，它穿过底部的中心，直至溶料，所说的电极又面向垂直可移位的阴极，该阴极安装在炉体的中央。为了使电弧稳定在炉体的中间位置，在炉体的下面，从两个相对的侧面将四根导体引到中间的阳极上，从而使它们以面对面的方式连接或者以交错的面对面的方式连接。

最后，在其连接方面，可参考另一种公知的直流电弧炉（US787059），其中，炉体的下部用来把电流引到直流电弧炉中心的阳极部分上。

基于这样的现有技术，本发明的目的在于：提供一种前面所述的那种类型的直流电弧炉，通过将电弧集中在炉膛的中央，从而即使在一侧供给和引出电流并将阳极电流引线侧引到炉中的情况下，甚至在大电流的情况下，也能保证炉衬的耐火损耗均匀。

根据本发明，上述发明目的可以通过权利要求1的特征来实现。

这种解决方案的进一步的有益特征体现在从属权利要求中。

方法权利要求给出了以有利的方式来控制这种直流电弧炉的步骤。

这里的基础不是一个连接到单个底部电极上的中心电流源，而是这样一个电流源，即它表面地分布在熔池的底面上，并且连接到电流引线上，这些引线从侧面引到炉壁上。为此，在炉体的下部有四个四分之一圆，在每个四分之一圆上都有一块连接板固定在下部炉体的钢壳侧面，这些四分之一圆之间通过炉体而实现相互电连接。这样，阳极侧的电流就通过下部炉体从外侧壁流到炉体底部，并从底部通过耐火衬中的阳极板流至熔料。采用这样的电流源，则具有令人吃惊的特殊优点，即，改变各个四分之一圆所对应的引线中的电流强度，就能够使下部炉体部分中这些分支电流所产生的磁场和由此而产生的力抵消电流环中由于供电和引出所产生的力。否则，尤其是在大电流的情况下，在远离整流电源的四分之一圆内，所产生的电弧偏移将会导致耐火衬过早地损耗。

由于所述的偏移的程度不仅是流过直流电路的电流强度的函数，而且基本上还根据电流环的几何结构来确定，因此，引向炉体的引线所在平面的高度位置，也就是说，与电弧炉中心的电弧高度有关的高度位置起着重要作用。来自炉底的中心电流源仅仅在非常有限的程度上屏蔽电流导体周围产生的磁场，而侧面的电源的屏蔽作用则大得多。理论上，使引线的位置高度正好为电弧的高度，就能将电弧引线的磁场所造成的影响降低到最低限度。

根据本发明，最好将电流源引到下部炉体的侧壁上，它们处在一个水平面内并且基本上在电弧的下面，也就是说，在炉底的上面避免有中心电流源，为此，在下部炉体的每个四分之一圆上最好分别具有通过相配合的连接板相连的一根引线，四分之一圆相互之间通过炉壁而实现电连接。

本发明的关键在于，有计划地改变各个引线中的电流强度，使这些分支电流在底部区域产生附加磁场，这相当于有计划地屏蔽引线周围由下部炉体侧钢壁的线圈效应所产生的磁场，从而能够对电弧偏移进行可控制地校正。

在某些情况下，最好还可以仅仅有两个电源和两个整流单元，或者把下部炉体分成四分以上的扇形区，相应地采用四个以上的电源。但必须保证，给导体供电的整流装置的设计总是与整体设备的不对称性相一致。

就方法而言，这种直流电弧炉总是以这样的方式来控制，即，在各个电流源中通过下部炉体流到底部阳极的电流设定为阴极和熔料之间的电弧偏移的函数。最好是确定在熔料上面的电弧的偏移，并且根据各种情况下所得到的数值，给各个引线相应地供给不同的电流，以便能够在电弧炉工作时，伴随着这个必需的附加磁场而在电弧上作用一个预定的力。

本发明的优点还在于，对下部炉体底部上的阳极板的排列进行改进，就可以将电弧导入炉子的中央，并由此会得到进一步的最佳效果。

下面结合附图和实施例，对本发明作更详细的说明，但本发明不局限于这些实施例。附图中：

图1是整个直流电弧炉的截面图;

图2是平面示意图，表示在一侧有整流电源的熔融炉以及引线和各支路的连接关系;

图3表示对图2所示实施例的改进方案，其左上方仍然绘制了四个四分之一圆。

如图1所示，该直流电弧炉包括下部炉体5和上部炉体18，用绝缘层7将其电绝缘。根据传统结构，炉内设有耐火材料衬2，并且在炉内容装熔料3。石墨电极穿过盖，以在垂直方向可移动的方式伸到炉子的中央，并形成直流电弧的阴极1，它由电极支撑臂9（见图2和3，图1中未示出）支持。

下部炉体5的底部20，象其外壁那样，由钢板制成，它以适当的隔热方式加衬，所说的耐火耐料衬2以中心环（centrairing）的形式均匀地分布，利用阳极板10使电流从炉底穿过所说的耐火材料衬2传输到熔料3上面。钢的炉体形成了导体金属外壳，它由炉底20和炉侧壁21组成，正如下面将要说明的那样，炉侧壁21不仅仅是用来引入阳极电流源，而且还特别用来屏蔽炉体外部的电源周围所产生的磁场13。电源6以冷水管的形式、在下部炉体5的周围沿炉侧壁21引入。在熔料3的表面和阴极1之间形成电弧8，在图1中，参考标号16表示熔料3中的一部分电流线。

如图2所示，下部炉体5的炉壁21分成四个四分之一圆Ⅰ-Ⅳ，在炉壁21的每个四分之一圆部分上都有一个连接板4，用来分别连接四根电流引线6，它们在电弧8下面的水平面内传至整流电源11。支持阴极1的电极支撑臂9水平设置在炉上方的一个平面中，并使电流形成回路流回到整流电源11中，除电极支撑臂9和整流电源11外，该电流回路还由引线6、连接板4、炉体壁21、20、阳极板10、电弧8和阴极1组成。

改变四个四分之一圆Ⅰ到Ⅳ，即四根引线6上的电流强度分布，就会对电弧的位置和/或偏移产生影响。在等量电流分布的情况下，由于力效应，而使电弧最初垂直于电流环路的磁场向远离整流电源11的方向偏移，这将会引起公知的问题，即耐火材料2的烧毁量增加，在现有技术的情况下，尤其是第Ⅱ和第Ⅲ四分之一圆内的耐火材料衬2的烧毁量会增加。将远离直流电源11的第Ⅱ和第Ⅲ四分之一圆上的连接板4所连接的两根引线6内的电流强度增加，就会有一个如图2中的箭头12所示的补偿电流，它能够校正前面所述的电弧偏移，即它能够将电弧重新引回到炉体的轴心上。产生这些补偿电流的原因是，与引线6的低电阻相比，电弧炉阳极侧的电阻增大了。

补偿电流12导致产生了附加磁场15，如图1中的箭头所示，该磁场对电弧施加有一个力，该力正好与电流环路所产生的偏移相反。在这种连接方式中关键在于：尤其是阳极板10的均匀电流负载是不变的，因为前面所说的电阻与下部炉体5的炉底20或壁21的电阻相比，能连同引线6的电阻一起保持低水平。

但是，电弧8的所谓立足圈（foot  circle）不仅仅会受到四个四分之一圆Ⅰ-Ⅳ的引线6中不同电流强度的影响，而且还会受到各个四分之一圆的连接板4的局部联络关系的影响。这样的改进实施例如图3所示，其中，连接板4的几何排列是这样的，在一个假想的通过炉体中心的中心轴22上，电极支撑臂9伸向整流电源11，外侧四分之一圆Ⅱ、Ⅲ的连接板4固定在中心轴附近，这不象图2所示的那样排列，图2中，四个四分之一圆上的连接板4在每一种情况下都在径向相互面对面，并且相互之间相隔90°角。

连接板的排列可以在制造炉子时完成。但在炉子工作期限内显然也可以对其进行改进，尤其是在外侧炉壁21容易接近的情况下。

利用整流电源11的电流调节器的调整点来设定引线6中的不同电流强度，并且如果需要，还可以根据炉子工作的改善状况，继续对电流强度的设定进行改进。流过各电流引线6并通过下部炉体5流到底部阳极的电流如此地设定为熔料3的表面和阴极1之间的电弧8的偏移量的函数，以使电弧正好位于炉体的几何中心。

Claims (10)

1、直流电弧炉，包括熔炉炉体装置(5，18)、垂直方向可移置的阴极(1)和底部阳极装置(4，20，21，10)，炉体装置(5，18)带有耐火材料衬(2)，阴极(1)位于熔炉炉体盖的中央并且由电极支撑臂(9)支持，底部阳极装置(4，20，21，10)设置在导电的下部炉体(5)上，使炉体壁到熔料(3)之间实现电连接，以分开的方式在炉体周围设置供电装置，电源的供给和引出都在一侧，并通过导线(6，9)与整流电源(11)相连，其特征在于：

a、下部炉体(5)分成几个扇形区(四分之一圆Ⅰ-Ⅳ)，各扇形区分别与引线(6)相连接；

b、在每个扇形区上，将引线(6)的连接板(4)固定在下部炉体(5)的炉壁(21)上；

c、引线(6)正好位于电弧(8)的下面，在一个水平平面内一直延伸到炉壁；

d、电流通过水平电极支撑臂(9)流回到电源；

e、下部炉体上靠近整流电源(11)的扇形区(Ⅰ，Ⅳ)的电流强度小于其余扇形区(Ⅱ，Ⅲ)的供电电流强度。

2、根据权利要求1所述的电弧炉，其特征在于，扇形区（Ⅰ-Ⅳ）上的连接板（4）之间的间隔是不均匀对称的。

3、根据权利要求2所述的电弧炉，其特征在于，远离整流电源（11）的扇形区（Ⅱ，Ⅲ）上的连接板（4）向炉体/整流装置的纵轴（22）偏移。

4、根据权利要求1所述的电弧炉，其特征在于，供电引线（6）从侧面引到下部炉体（5）的炉壁（21）上，下部炉体（5）的钢壳对供电引线（6）周圈所产生的磁场（13）提供了一个附加的屏蔽。

5、根据权利要求1所述的电弧炉，其特征在于，至少有两个整流电源（11）从阳极连接到下部炉体上。

6、根据权利要求1所述的电弧炉，其特征在于，下部炉体（5）与上部炉体（18）之间是电绝缘的，并且下部炉体（5）还用来传送电流。

7、根据权利要求1-4中的任意一个所述的电弧炉，其特征在于，靠近电源（11）的扇形区（Ⅰ、Ⅳ）所连接的引线（6）中的电流之和小于远离电源的扇形区（Ⅱ，Ⅲ）所连接的引线（6）中的电流之和。

8、根据权利要求1-7中的任意一个所述的电弧炉，其特征在于，利用整流电源（11）的电流调节器中的调整点，可以继续对各引线（6）中的电流分别进行调节。

9、根据权利要求1-8中的任意一个所述的电弧炉，其特征在于，每一根引线（6）与一个整流电源（11）相连接，其尺寸如此地确定，以致于它适合于必要的分路电流所产生的不对称性。

10、权利要求1所述的直流电弧炉的控制方法，其特征在于，在各个引线（6）中通过下部炉体（5）流到底部阳极（10，20，21）的电流调节成上部中心阴极（1）和熔料（3）之间所形成的电弧的偏移量的函数，以使引线（6）中的电流强度不同，利用所产生的附加磁场而在电弧（8）上作用一个预定的力。

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