CN112880402A - 一种四电极直流电熔镁炉及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种四电极直流电熔镁炉及使用方法,属于冶金与矿业技术领域。包括直流供电电源、柔性短网、电极垂直升降机构、电极水平移动机构、电极倾斜控制机构、石墨电极、把持器和炉壳。所述直流供电电源通过柔性短网与石墨电极连接,电极倾斜控制机构通过把持器与石墨电极上端连接,石墨电极下端设置在炉壳内;电极倾斜控制机构能够调整石墨电极的倾斜角度。本发明四电极直流电熔镁炉与现有直流电熔镁冶炼相比,在相同熔炼电压情况下熔炼功率扩大一倍,注入功率高,能够解决直流电熔镁炉熔池小、偏弧等问题,提高大结晶电熔镁产率,促进直流供电技术在电熔镁行业的工业应用。
Description
技术领域
本发明属于冶金与矿业技术领域,涉及一种四电极直流电熔镁炉及使用方法。
背景技术
电熔镁是以菱镁矿为原料,采用电弧炉埋弧熔炼形成耐高温材料,电熔镁产品广泛应用于冶金、核工业等领域。
目前我国电熔镁产业仍在沿用上世纪40、50年代的交流电弧炉生产方式和埋弧生产工艺,交流电弧每秒过零点100次,电弧连续不断的熄灭与重燃、三相电极电弧电流磁场相互影响造成电弧稳定性差。由于三相交流炉热源不稳定,在熔炼菱镁矿过程中,结晶粒度大、质量分数高的氧化镁(MgO)产品的收得率较低,一般为30%-40%,存在资源和能源浪费严重问题。
直流供电方式具有电热效率高、电弧连续稳定等优点被应用到钢铁冶炼和导电性矿物(如硅铁、锰铁、铬铁、钨铁、硅锰合金)冶炼中,冶金直流电弧炉一般采用单电极结构,其电极系统由炉顶的单根石墨阴极和炉底的水冷阳极组成,电弧在石墨阴极和金属溶液表面燃烧。直流电弧由于受到供电回路造成的磁场作用和由电弧本身电流的电磁力作用而容易产生偏弧,使电弧等离子喷射流的方向偏斜,妨碍炉内的均匀熔化。为了解决常规单电极直流电弧炉的偏弧问题并进一步提高单位注入功率,东京制钢田原工厂使用了双电极直流电弧炉,这种电弧炉由共用阳极的两套单电极(双阴极)直流电弧炉组合而成,利用两同向电弧间的电磁力来避免偏弧的发生。南非Mintek公司在双电极电弧炉的基础上研究了M型电极结构,两根主电极分别作为阴极和阳极,另外在炉壳外使用了两根辅助电极,辅助电极电流与石墨电极电流方向相反,抑制电弧偏向炉壁。中国钢铁研究总院开展了三电极直流矿热炉的研究,根据三根电极回路中的互感电流进行三根电极的功率平衡控制。
菱镁矿为非导电矿物,熔点高(大于2800℃),受到炉底材料及电极制造工艺限制,采用直流供电方式冶炼氧化镁过程中,炉底壳不能作为阳极,只能采用双电极方式,一根石墨电极为阴极,另一根为阳极。尽管直流电熔镁冶炼具有热源稳定、高品质大结晶氧化镁产率高,可以有效解决电熔镁行业资源和能源严重浪费问题,但是目前双电极直流电弧炉并没有在电熔镁行业得到规模化应用,尚存在以下问题:注入功率密度不足、熔池小、偏弧导致的电弧不稳定和炉壁烧蚀等问题。
针对上述问题,本发明提供一种四电极直流电熔镁炉。与双电极电熔镁炉相比,电极数量增加一倍,电极阻抗降低,相同熔炼电压情况下,电熔镁炉的熔炼功率扩大了一倍。四电极结构电熔镁炉内同时存在两路同向电流和两路反向电流,可以抑制偏弧现象的发生。电极附加了倾斜机构,在竖直方向可以适当调节倾斜角度,有利于电弧炉运行状态控制。本方面可以解决直流电熔镁炉熔池小、偏弧等问题,提高电熔镁结晶产率,促进直流供电技术在电熔镁行业的工业应用。
发明内容
本发明的目的在于,针对目前直流电熔镁冶炼存在注入功率密度不足、熔池小、偏弧导致的电弧不稳定和炉壁烧蚀问题,提出一种四电极直流电熔镁炉,该四电极直流电熔镁炉与现有直流电熔镁冶炼相比,在相同熔炼电压情况下熔炼功率扩大一倍,注入功率高,熔融区域大。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种四电极直流电熔镁炉,包括两个直流供电电源1、柔性短网3、电极垂直升降机构2、电极水平移动机构4、电极倾斜控制机构5、四根石墨电极6、把持器7和炉壳8。
所述的四根石墨电极6包括两根阳极和两根阴极,每根电极结构尺寸相同且均为长圆柱体。所述石墨电极6上部套接有把持器7。所述四根石墨电极6布置在炉壳8内(其中四根电极底端设置在炉壳8内),四根石墨电极6的轴心位于正方形的四个顶点(四根石墨电极6围成正方形),其中,两根石墨阳极轴心布置在正四边形对角线的两个顶点,两根阴极轴心布置在另一条对角线的两个顶点,且该正方形的中心与炉壳8的轴心重和。需要说明的是,四根电极水平移动过程中始终保持四根石墨电极6的轴心位于正方形顶点。
所述直流供电电源1共有两台,对称设于炉壳8外部,每个直流供电电源1均通过柔性短网3与两根石墨电极6连接;每台直流供电电源1为两根石墨电极供电,一根为石墨阳极,一根为石墨阴极。
所述电极倾斜控制机构5通过把持器7与石墨电极6的上端连接。四根电极具有相同的连接方式,电极倾斜控制机构5通过把持器7调整石墨电极6在竖直方向的的倾斜角度。
所述的电极垂直升降机构2设于T型结构的垂直框架上,T型结构的水平框架上设有两个通孔结构,其中,T型结构有两个,对称设于炉壳8外部。所述的电极水平移动机构4一端与把持器7连接,另一端穿过T型结构水平框架上的通孔,并进行固定。
所述的电极垂直升降机构2和电极水平移动机构4分别控制石墨电极的垂直升降和水平移动。所述四根石墨电极6可以同时竖直升降,也可以同时水平移动:当四根石墨电极6同时在最低位置时,四根石墨电极6间相邻最短距离等于石墨电极的半径;当四根石墨电极6同时在最高位时,四根石墨电极6间相邻最短距离等于石墨电极的直径。所述的最低位置指:四根电极最底端构成的水平面位于炉壳8的底部,最高位置指:四根电极同时沿竖直方向提升,四根电极最底端构成的水平面达到要求的位置,最高位置距离炉壳8的底部400mm,即最低、最高位置之间垂直方向最大距离L=400mm。所述相邻最短距离是指石墨电极圆柱面两点之间的最近距离。
进一步地,所述的电极倾斜控制机构调整四根石墨电极6与竖直方向的夹角范围为0-10°。
进一步地,所述的直流供电电源1的正极输出接石墨阳极,负极输出接石墨阴极。
进一步地,所述的四根石墨电极6中两个相邻电极均可以形成电弧,四根电极可形成四个电弧。
进一步地,所述石墨阳极和石墨阴极与炉壳8之间的水平间距相同。一种四电极直流电熔镁炉的使用方法,电熔镁熔炼过程中,所述直流供电电源1提供的电流经过柔性短网3、石墨阳极、短路炭块或熔池、石墨阴极回到直流供电电源1,构成电流回路,被冶炼的炉料填充在炉壳8内部空间内。所述炉料指菱镁矿。
一种四电极直流电熔镁炉的使用方法,电熔镁熔炼过程分为三个阶段:起炉、熔化和收尾阶段;
所述起炉阶段:
首先,在炉壳8和石墨电极6底部铺上碳块;
其次,通过电极垂直升降机构2、电极水平移动机构4和电极倾斜控制机构5调整四根石墨电极6使四根电极位于最低位置,且四根石墨电极6间相邻最短距离等于石墨电极的半径,并使石墨电极6与炭块接触。具体为:电极垂直升降机构2将四根电极降至炉壳8的底部,然后电极水平移动机构4调整四根电极位置,确保四根电极的轴心位于正四边形的顶点(俯视),且正四边形的中心与炉壳8的轴心重和,此时四根电极处于竖直方向,正四边形边上相邻电极圆柱面之间的距离为电极的直径。通过电极倾斜控制机构5同时增大四根石墨电极与竖直方向的夹角,使四根石墨电极6底端之间距离达到相邻最短距离,有利于电弧炉引燃电弧。
最后,在炉壳8内填入适当的冶炼原料菱镁矿。
所述熔化阶段:
接通直流供电电源1,电流通过石墨电极6和电极间的碳块产生的电弧热和焦耳热熔化菱镁矿,在炉壳8底部形成熔池;电流经过石墨电极6和电极中间的氧化镁熔池形成回路,进入熔化阶段。随着熔化的进行,随时填入菱镁矿。随着冶炼时间增长,熔池随之扩大,为保证电流的恒定,提升石墨电极6。电极垂直升降机构2提升电极的同时,电极倾斜控制机构5减小四根电极与竖直方向的夹角,当熔池上升至石墨电极6可上升的最高位置时,熔化阶段结束,此时四根石墨电极处于竖直状态,四根电极上端和底端等间距,正四边形边上相邻电极圆柱面之间的距离为石墨电极的直径。
收尾阶段:
取出石墨电极6,关闭电源。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1)本发明电极数量增加一倍,两根石墨阳极和两根石墨阴极交叉布置,同时存在两路同向电流和两路反向电流,可以抑制偏弧现象的发生。电极阻抗降低,相同熔炼电压情况下,电熔镁炉的熔炼功率扩大了一倍,扩大熔融区域。
2)四根电极分别由电极倾斜控制机构和把持器固定,根据不同的熔炼过程调整电极的高度和间距,在一定范围内调整石墨电极与竖直方向的夹角,为电熔镁炉控制增加了便利条件。
3)本发明提供的四电极直流电熔镁炉能够解决目前电熔镁行业资源和能源严重浪费问题,促进直流电弧炉在电熔镁行业的应用。
附图说明
图1是示出本发明实施方式所涉及的一种四电极直流电熔镁炉立体图;
图2是示出本发明实施方式所涉及的一种四电极直流电熔镁炉主视图;
图3是示出本发明实施方式所涉及的一种四电极直流电熔镁炉俯视图;
图4是示出本发明实施方式所涉及的电极倾斜控制机构。
图中:1直流供电电源;2电极垂直升降机构;3柔性短网;4电极水平移动机构;5电极倾斜控制机构;6四根石墨电极;7把持器;8炉壳;61、62石墨阳极;63、64石墨阴极。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进一步说明:
本实施例公开了一种四电极直流电熔镁炉,如图1所示,包括直流供电电源1、柔性短网3、电极垂直升降机构2、电极水平移动机构4、电极倾斜控制机构5、石墨电极6、把持器7和炉壳8
所述电极倾斜控制机构5通过把持器7与石墨电极上端连接,所述石墨电极下端设置在炉壳8内;所述电极倾斜控制机构5能调整石墨电极在竖直方向的倾斜角度,电极垂直升降机构2和电极水平移动机构4分别同时控制电极垂直升降和水平移动;所述直流供电电源1通过柔性短网3与四根石墨电极连接,直流供电电源共有两台,每台为两根石墨电极供电,一根为石墨阳极,一根为石墨阴极。
石墨电极包括四根电极,两根石墨阳极61、62和两根石墨阴极63、64,从炉顶俯视如图3。石墨电极为长圆柱体,所述四根电极轴心分别位于正方形的顶点,两根石墨阳极61、62轴心分别位于一条对角线的两个顶点,两根石墨阴极63、64分别位于另一条对角线的两个顶点。所述石墨阳极与石墨阴极在最低位置时,相邻石墨阳极与石墨阴极之间的最短距离等于石墨阴极的半径;所述石墨阳极与石墨阴极电极在最高位时,相邻石墨阳极与石墨阴极之间的最短距离等于石墨阴极的直径。本发明石墨阳极和石墨阴极与炉壳的水平间距相同。
所述电极倾斜控制机构5连接在把持器7上,如图4所示。四根电极具有相同的连接方式,电极倾斜控制机构通过把持器调整电极在竖直方向的倾斜角度。
本实施例四电极直流电熔镁炉的工作原理如下:
直流供电电源1提供的电流经过柔性短网3、电极倾斜控制机构5、把持器7、石墨阳极、短路炭块或熔池位于炉壳内、石墨阴极回到供电的直流供电电源1,构成电流回路,被冶炼的炉料菱镁矿填充在炉壳包围的空间内。
电熔镁熔炼过程分为三个阶段:起炉、熔化和收尾阶段:
所述起炉阶段:在炉壳和电极底部铺上碳块,通过电极垂直升降机构2、电极水平移动机构4和电极倾斜控制机构5调整四根电极到最短距离等于石墨电极的半径,并使电极与炭块接触,然后再炉壳内填入适当的冶炼原料菱镁矿。
所述熔化阶段:接通电源,电流通过电极和电极间的碳块产生的电弧热和焦耳热熔化菱镁矿,在炉底形成熔池,电流经过电极和电极中间的氧化镁熔池形成回路,进入熔化阶段。随着熔化的进行,随时填入菱镁矿。随着冶炼时间增长,熔池随之扩大,为保证电流的恒定,提升电极。当熔池上升到炉体等高时,熔化阶段结束。
收尾阶段:提出石墨电极,关闭电源。
本发明提供的四电极直流电熔镁炉中,四根石墨电极6交叉布置,电极间可形成四个电弧,扩大了熔融区域。电极数量增加一倍,电极阻抗降低,相同熔炼电压情况下,电熔镁炉的熔炼功率扩大了一倍。四电极结构电熔镁炉内同时存在两路同向电流和两路反向电流,可以抑制偏弧现象的发生,电极至炉壳的炉料层厚度可以进一步优化,减少资源浪费。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种四电极直流电熔镁炉,其特征在于,包括两个直流供电电源(1)、柔性短网(3)、电极垂直升降机构(2)、电极水平移动机构(4)、电极倾斜控制机构(5)、四根石墨电极(6)、把持器(7)和炉壳(8);
所述的四根石墨电极(6)包括两根阳极和两根阴极,每根电极结构尺寸相同且均为长圆柱体;所述石墨电极(6)上部套接有把持器(7);所述四根石墨电极(6)布置在炉壳(8)内,其中,两根石墨阳极轴心布置在正四边形对角线的两个顶点,两根阴极轴心布置在另一条对角线的两个顶点,且该正方形的中心与炉壳(8)的轴心重和;
所述直流供电电源(1)共有两台,对称设于炉壳(8)外部,每个直流供电电源(1)均通过柔性短网(3)与两根石墨电极(6)连接;每台直流供电电源(1)为两根石墨电极供电,一根为石墨阳极,一根为石墨阴极;
所述电极倾斜控制机构(5)通过把持器(7)与石墨电极(6)的上端连接,四根电极具有相同的连接方式,电极倾斜控制机构(5)通过把持器(7)调整石墨电极(6)在竖直方向的的倾斜角度;
所述的电极垂直升降机构(2)设于T型结构的垂直框架上,T型结构的水平框架上设有两个通孔,其中,T型结构有两个,对称设于炉壳(8)外部;所述的电极水平移动机构(4)一端与把持器(7)连接,另一端固定在T型结构水平框架上;
所述四根石墨电极(6)可以通过电极垂直升降机构(2)实现同时竖直升降,通过电极水平移动机构(4)实现同时水平移动:当四根石墨电极(6)同时在最低位置时,四根石墨电极(6)间相邻最短距离等于石墨电极的半径;当四根石墨电极(6)同时在最高位时,四根石墨电极(6)间相邻最短距离等于石墨电极的直径;所述的最低位置指四根电极最底端构成的水平面位于炉壳(8)底部,最高位置指四根电极最底端构成的水平面达到要求的位置。
2.根据权利要求1所述的一种四电极直流电熔镁炉,其特征在于,所述的电极倾斜控制机构调整四根石墨电极(6)与竖直方向的夹角范围为0-10°。
3.根据权利要求1所述的一种四电极直流电熔镁炉,其特征在于,所述的直流供电电源(1)的正极输出接石墨阳极,负极输出接石墨阴极。
4.根据权利要求1所述的一种四电极直流电熔镁炉,其特征在于,所述的四根石墨电极(6)中两个相邻电极均可以形成电弧,四根电极可形成四个电弧。
5.一种权利要求1-4任一所述的四电极直流电熔镁炉的使用方法,其特征在于,电熔镁熔炼过程分为三个阶段:起炉、熔化和收尾阶段;
所述起炉阶段:首先,在炉壳(8)和石墨电极(6)底部铺上碳块;其次,通过电极垂直升降机构(2)、电极水平移动机构(4)和电极倾斜控制机构(5)调整四根石墨电极(6)的位置,使四根电极位于最低位置,并使石墨电极(6)与炭块接触;最后,在炉壳(8)内填入适当的冶炼原料菱镁矿;
所述熔化阶段:接通直流供电电源(1),电流通过石墨电极(6)和电极间的碳块产生的电弧热和焦耳热熔化菱镁矿,在炉壳(8)底部形成熔池;电流经过石墨电极(6)和电极中间的氧化镁熔池形成回路,进入熔化阶段;随着熔化的进行,随时填入菱镁矿;随着冶炼时间增长,熔池随之扩大,为保证电流的恒定,提升石墨电极(6);电极垂直升降机构(2)提升电极的同时,电极倾斜控制机构(5)减小四根电极与竖直方向的夹角,当熔池上升至石墨电极(6)可上升的最高位置时,熔化阶段结束;
收尾阶段:取出石墨电极(6),关闭电源。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210601 |
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