RU1800246C - Ковш - печь посто нного тока - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : в ковше-печи посто нного тока, содержащем футерованную крышку 1, с катодом 2 и футерованную цилиндрическую ванну 3 с подиной, анод 4 размещен на образующей боковой поверхности ванны на рассто нии (14/15-9/10)0 от подины 5, где D - внутренний диаметр ванны 3. ковш снабжен дополнительным нижним анодом 6, размещенным на образующей ванны 3, оппозитной верхнему аноду 4, на рассто нии (1/15-1/10)0 от подины и(или) подовым анодом в той же радиальной плоскости на рассто нии (14/15-9/10)0 от стенки ванны, двугранный угол между радиальными плоскост ми, проход щими через аноды 4. 6 и(или) подовый анод, равен: t/; 180° -(5-10)°. Кроме того, катод 2 смещен в крышке 1 от центра к верхнему аноду 4 на рассто ние, определ емое эмпирической rfaJ &. со С

Description

зависимостью от диаметра и соотношени  К анодных и катодных токов. Шинопроводы наклонены к плоскости разъема ковша 3 с крышкой 1. Это позвол ет организовать в

печи электровихревые течени  по одному вертикальному и одному горизонтальному контурам с обеспечением интенсивной смены металла в относительно гор чих зонах. 4 ил.

Изобретение относитс  к области металлургии , касаетс  электротермического оборудовани , в частности конструкций дуговых печей и печей-ковшов посто нного тока дл  зыплавки стальных сплавов, У ду- говой печи и печи-ковша посто нного тока увеличение рассто ни  от дуги до стенки ковша, св занное с применением одного электрода вместо трех, как в печи переменного тока, позвол ет уменьшить облучен- ность футеровки и повысить стойкость дорогосто щего кирпича.

Цель изобретени  - повышение производительности печи за счет сокращени  времени обработки.

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез ковша-печи с анодами на боковой поверхности ванны; на фиг, 2 - то же, с подовым анодом; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - аксонометрическа  про- екци  ковша-печи с наклонными шинопро- водами.

Ковш-печь посто нного тока состоит из футерованной крышки 1, снабженной катодом 2, и футерованной цилиндрической ван- ны 3. В анодную группу входит верхний анод 4, размещенный на образующей ци- линдрической поверхности ванны 3 на рассто нии (14/15-9/10) D от подины 5, где D - внутренний диаметр ванны 3, кроме того, в футеровке ванны 3 размещен нижний анод 6 и(или) подовый анод 7 в подине 5 (фиг. 2). Анод 6 размещен на образующей ванны 3, оппозитной образующей верхнего анода 4, на рассто нии (1/15:1/10) D от подины 5, а подовый анод 7 размещен в той же радиальной плоскости, что и анод 6. на рассто нии (1/15-1/10) D от стенки ванны.

Аноды 4, 6 и(или) 7 размещены в ковше таким образом, что центральный двугран- ный угол между радиальными вертикальными плоскост ми, проход щими через них, равен; 1/; 180° - (5-10)°. Катод может быть смещен в крышке 1 от оси ковша в направлении к верхнему аноду 4 на рассто ние, определ емое эмпирической зависимостью

R 0.075(1 + k) D,

где k 1 - 2

V 4 Hg + D2

VTHfTi)1 + о2

Hi -- глубина залегани  верхнего анода относительно катода;

На - глубина залегани  нижнего анода относительно катода.

Аноды 4 и 6, размещенные на боковой поверхности ванны 3, могут быть соединены шинопроводами 8 и 9 с токоподводами 10 и 11. Шинопроводы 8, 9 размещены в футеровке ванны 3 наклонно к плоскости разъ- ема ванны с крышкой 1 оптимально под углом 45°С.

Установка в целом включает, кроме того , печной трансформатор, тиристор- ный выпр митель, водоохлаждаемые токоподвод щие трубы положительной и отрицательной пол рности, узлы и элементы механических перемещений, которые на фиг. 1-4 не показаны.

Ковш-печь посто нного тока работает следующим образом. Загрузка ванны 3 производитс  исходными шихтовыми материалами при отведенной крышке 1. Крышка 1 закрывает ванну 3 и через катод 2 и аноды 4, 6 и(или) 7 от тиристорных преобразовате- лей подаетс  посто нный ток. Дуга, возникающа  первоначально между катодом 2 и одним из анодов 4. 6 и(или) 7 и определ ема  на этом этапе вариантом коммутации, расплавл ет шихту и через расплавленную шихту позвол ет задействовать остальные аноды 4, 6 и(или) 7. При нормальных параметрах дуги устанавливаетс  рабочий режим с выт нутой дугой. При взаимодействии тока с собственным магнитным полем индуцируетс  массова  элек- тромагнитна  сила. Дуговой нагрев вызывает тепловую конвекцию, а электромагнитна  сила, при определенных услови х , - электромагнитную конвекцию, называемую электровихревым течением.

Данное техническое решение позвол ет создать оптимальные услови  дл  перемешивани  жидкого металла в печи путем организации электровихревых течений. В основной массе металла температура вы

равниваетс  за счет электровихревых течений , интенсивность которых на пор док выше тепловой конвекции.

В ковше-печи ток дуги, или катодный ток, пор дка 10-20 кА. Собственно ванна 3 вмещает, в зависимости от типоразмера, 12,5-25 г металла. Диаметр ванны 2000 мм, а диаметр электродов 140 мм, внутренний диаметр ванны 1400 мм, а глубина - по металлу - 1160 мм. Температура ферросплава на выпуске составл ет 1700°С, врем  цикла плавки не более 2ч.

Осесимметрична  система подвода тока не обеспечивает удовлетворительного перемешивани  расплава, поскольку электровихревые течени  возникают в этом слу- .чае за счет относительно слабого механизма, обусловленного конусообразным растеканием тока от катода 2 и имевшего следствием только перегрев металла по центру верхней части ковша.Несколько увеличить интенсивность течени , углубить его, можно уменьша  диаметр катода 2, но этот путь ограничен предельной плотностью тока в нем. Значительно-более широкие возможности открывает предлагаемое техническое решение с размещением ано- дов 4 и 6 на боковой поверхности ванны. Представленное размещение приводит к организованному неоднородному распределению тока по объему ванны и, как следствие, к интенсификации течени  за счет выбора места расположени  анодов 4, 6 и(или)7. Оптимальные параметры, при которых совмещаетс  перемешивание в в.ер- тикальных электродных плоскост х с вращением всего объема расплава вокруг вертикальной оси ванны, найдены путем физического моделировани  с пересчетом на реальную печь-ковш по уравнению соотношени  скоростей:

Ik

Vn . VM

D //2) M

tt

(IM -О -//2) П где индексом п обозначены параметры, относ щиес  к печи, а индексом м - к модели;р- плотность расплава и модельного сплава. Исследовани  моделей позвол ют наблюдать течени  на свободных поверхност х физических моделей, измер ть скорости, в частности, по трекам графитовых частиц.

Токи, протекающие от катода 2 к анодам 4, 6 и(или) 7, создают магнитные пол  и электродинамические силы возникают от взаимодействи  растекающихс  к анодам 4, 6 и(или) 7 токов с собственным магнитными пол ми. Возникающие силы имеют вихревую и потенциальную природу, причем силы потенциальной природы (вместе с гидростатическими силами) привод т к перераспределению давлени  в ванне, но движени  не вызывают. С другой стороны, чем более неравномерна плотность тока в ванне, тем

больше вихрева  составл юща  электродинамических сил, привод ща  жидкий металл во вращение по контуру в вертикальной плоскости. Рекомендуемые рассто ни  (14/15-9/10) D от подины дл 

верхнего анода 4, (1/15-1/10) D от подины дл  анода 6 и (1/14-1/10)0 от стенки печи дл  анода 7  вл ютс  эмпирически найденными позици ми, обеспечивающими одноконтурное перемещение металла в

вертикальной плоскости без. образовани  застойных зон при рекомендуемом соотношении

V 4

- 0,8,

20

4 Н + D2 + V4 Н§ + D2

обеспечивающем циркул цию наиболее интенсивного характера (Hi - глубина залегани  верхнего анода относительно катода; Н2 - глубина залегани  нижнего анода относительно катода).

Некоторое смещение вверх нижнего анода 6 на рассто ние от подины,большее рекомендованного, или верхнего анода 4 вниз вопреки рекомендованному рассто нию от подины, как показывает эксперимент на модели, вызывает разбиение электровихревого течени  на четыре контура , снижение скорости в большом вертикальном контуре и по вление трех малых

контуров или застойных зон около подины. Расположение электродов 4, 6 и(или) 7 таким образом, что центральный двугранный угол между радиальными плоскост ми, проход щими через аноды, меньше 180° на

(5 + 10)lf приводит к возникновению неравновесного распределени  электродинамических сил, которое способствует созданию вращательного движени  вокруг вертикальной оси при любом возможном соотношении токов по электродам 4, 6 и(или) 7 и катоду 2, близком к оптимальному значению К 0,8. Уход от рекомендуемого значени  соотношени  токов или смена его знака приводит к изменению структуры электровихревых течений и к локальным перегревам футеровки или катода 2. Увеличение двугранного угла до 180° не позвол ет говорить об устойчивом вращении, а сведение радиальных плоскостей до угла менее 170°

снижает интенсивность циркул ционного движени  в объеме металла. Вращательное движение возникает из-за разных плотностей электромагнитных сил в объеме металла и, в свою очередь, позвол ет

последовательно подать весь металл в зоны вертикального перемещени .

Наклонные под углом преимущественно 45° к плоскости разъема ковша с крышкой токоподводы при прохождении по ним посто нного тока создают магнитные пол , взаимодействующие с растекающимис  в металле токами, а создаваемые таким образом дополнительные вращающие моментывоздействуют на расплавленный металл и обеспечивает его циркул цию и, частично, контурное перемещение в вертикальной плоскости. Именно угол 45° позвол ет в равной мере привести дополнительные вращающие моменты во взаимно перпендикул рные плоскости.

Предлагаемое размещение анодов 4, 6 и(или) 7, в особенности верхнего анода 4, вызывает при протекании тока в металле печи некоторое смещение катодной дуги, и вследствие этого возможен локальный перегрев футеровки. Во избежание смещени  катодного п тна от оси ванны катод 2 превентивно может быть смещен в крышке 1 от оси ковша по направлению к верхнему аноду 4 на рассто ние, определ емое эмпирической формулой R 0,075(1 + k) D. Размещение катода 2 на рекомендуемом рассто нии от оси ковша позвол ет восстановить центральное положение катодного п тна на зер- кале металла.

Перемещаемые объемы металла одновременно перемешиваютс  между собой и в тороидальном вихре электровихревого течени  и в циркул ционном в горизонталь- ной плоскости.

При перемешивании металла его температура во всей массе выравниваетс , снижаютс  локальные тепловые перегрузки футеровки, качество металла улучшаетс . все это в целом увеличивает производительность печи за счет сокращени  времени обработки .

Claims (3)

1. Ковш-печь посто нного тока, содержащий футерованную крышку с установленным в ней катодом, футерованную ванну с подиной, аноды токоподводами.о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что, с целью повышени  производительности печи за счет сокращени  времени обработки, аноды размещены соответственно на образующей боковой поверхности ванны на рассто нии (14/15- 9/10) D от подины, где D - внутренний диаметр ванны, на образующей ванны оппо- зитной верхнему аноду, на рассто нии (1/15-1/10)0 от подины и(или) в падине в той же радиальной плоскости на рассто нии (1/15-1/10)0 от стенки ванны, причем центральный двугранный угол if) между радиальными плоскост ми, проход щими через аноды равен: .

/ 180°-(5-10)°.

2. Ковш-печь по п. 1,отличающий- с   тем, что катод смещен в крышке от оси ковша к верхнему аноду на рассто ние

R 0,075(1 + k) D,

V 4 Hjj + Dr

где k 1 - 2 - V4 htf + D2 + V4 нЈ -Ь D2

Hi - глубина залегани  верхнего анода относительно катода;

На - глубина залегани  нижнего анода относительно катода.

3. Ковш-печь по п. 1,отличающий- с   тем, что аноды, размещенные на боковой поверхности ковша, соединены с токопод- водами шиноподводами, размещенными в футеровке под углом 45° к плоскости разъема ковша с крышкой.

s -s

з &

т

9W0081