RU1839226C - Дугова печь посто нного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области металлургии, к электротермическому оборудованию, в частности к дуговым печам посто нного тока дл  выплавки цветных металлов, например алюмини  Цель изобретени  - повышение эффективности перемешивани  При пропускании тока через электроды расплав нагреваетс  Взаимодействие тока с собственным магнитным полем приводит к возникновению массовой силы Лоренца, обусловливающей по вление электромагнитной конвекции - электровихревое течение. Благодар  несимметричности расположени  анодов относительно вертикальной диаметральной плоскости и в разных ка- тодно-амодных створах электровихревое течение охватывает весь объем металла в ванне Это обусловливает: повышение эффективности перемешивани  4ип

Description

Изобретение относитс  к области металлургии , к электротермическому оборудованию , в частности к дуговым печам посто нного тока дл  выплавки цветных металлов , например алюмини .

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности перемешивани . .

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез дуговой печи посто нного тока; на фиг.2 - вид сверху на подину дуговой печи с двум  подовыми анодами и разными центральными углами между ними; на фиг.З - вид сверху на подину с трем  анодами и разными центральными углами; на фиг.4 - вид сверху на подину с трем  подовыми анодами, размещенными на различных радиусах с одинаковыми центральными углами.

Дугова  печь посто нного тока состоит из футерованной ванны 1 с подиной 2, центрального катода 3 и нескольких подовых анодов 4, установленных вертикально в фе- туровке подины 2. Центральный катод 3 раз- мещен в своде 5. Подовые аноды 4 размещены в двух разных каодно-анодных створах А и В (см. фиг.2), в трех разных створах А, В и С (см. фиг.З и 4) или в большем створов, причем аноды 4 размещены несимметрично в отношении любой диаметральной вертикальной плоскости.

На фиг.2 и 3 изображены варианты дуговой печи, у которой центральный углы размещени  ,pi и рз подовых анодов 4 не равны, причем разность между прилежащими углами р 1 и pi ис#з и м больше центрального описанного угла Др торца подового анода 4 с максимальным радиусом

1Н размещени  (R - ) в подине 2, где R внутренний радиус футерованной подины 2, Н - глубина жидкометаллического сло  печи . При этом величины центральный углов р 1, (pi ,рз лежат в диапазоне углов от 2

п- 2 &р до (п -2)4- 2&р ), где п число подовых анодов 4, в частности п 2, дл  печи на фиг.2 и п 3 дл  печи на фиг.З. Разность между центральными углами, например р и (pi на фиг.2, определ ема  как величина, больша  &р , обуславливаетс  не столько конструкционными параметрами через максимальный радиус

размещени  дл  анода 4, который отстоит

LI

от стенки печи на рассто нии -к-, необходимом дл  пошного развити  локального тороидального вихр  около стенки, сколько экспериментально, определенным видимым результатом тангенциального перемешивани , наступающего дл 

0

двухэлектродной компановки при этом разности, конкретно при п 2; 4 15°; 188q; 172°. Металл при этом вращаетс  в горизонтальной плоскости, а в вертикальных плоскост х перемешивание между сло ми осуществл етс  в тороидальных вихр х. Минимально возможный угол между анодами 3, равный 2 Јхр, обеспечивает перемешивание в печи в тангенциальном направлении при двухэлёктроной компановке и некоторой разнице в радиусах размещени , обеспечивающей в свою очередь требование несимметричности в отношении произвольной диаметральной плоскости.

При трехэлектродной компановке, даже при одинаковых радиусах размещени , требование несимметричности обеспечиваетс  разност ми прилежащих центральных углов .

Модификаци  дуговой печи, представленна  на фиг.4, развивает вариант несимметрии в отношении произвольной диаметральной вертикальной плоскости, обеспечиваемый неравенством радиусов размещени  при частном случае равенства центральных углов размещени  р 1, (pi, tps и числа подовых анодов 4, равном 3.

Минимальный радиус размещени  п

Н подового анода 4 равен , а максимальН

ный га R . Эти ограничени  по диапазону размеров определ ютс  условием гидродинамического совмещени  в общем тороидальных вихрей катода 3 и подового анода 4 при минимальном радипусе п и услоЕием полного развити  тороидального вихр  у стенки печи при максимальном радиусе размещени  Г2. Возможен вариант 0 близкого размещени  подовых анодов 4 при большом их числе п или в случае несимметрии общего характера. При этих вариантах условие минимальной разницы в радиусах

Н 5 размещени  Дг -у позвол ет полностью ч

независимо развитьс  тороидальным вихр м близкоразмещенных подовых анодов 4.

В общем случае несимметрии в отношении произвольной диаметральной, плоскости разн тс  между собой и центральные углы р 1, pi, рз и радиусы размещени  П. Г2, ГЗ...ГП подовых анодов 4.

Друга  печь посто нного тока выполнена наклон ющейс  с подъемом и поворотом 5 (отводом) свода 5 в сторону дл  механизированной загрузки. Механизм наклона, стопорные устройства в случае вертикального положени  печи, рабочее окно печи, механизм подьема и поворота свода 5 на черте5

0

5

0

5

0

жах не показаны. Кожух 5 дуговой электропечи сварен из листового стали, имеет по са и ребра жесткости. Футеровка подины 2, стенок и свода 5 выполнена магнезитовым и магнезйтохромитовым кирпичом.

Катододержатель 7 служит дл  подвода тока в графитовому катоду 3 и его перемещению во врем  плавки; кабельна  гирл нда 8 служит дл  электрического соединени  катода 3 и подовых анодов 4 с общецеховыми шинами электропитани , короткой сетью от тиристорных преобразователей . Подовые аноды 4 выполнены медными , водоохлаждаемыми.

Дугова  печь посто нного тока работа- ет следующим образом. Загрузка печи про- изводитс  исходными шихтовыми материалами при отведенном своде 5. Свод 5 закрывает подину 2 и через хатод 3 и подовые аноды 4 от тирсторных пребразо- вателей подаетс  посто нный ток. Дуга, возникающа  первоначально между катодами 3 и ближайшим подовым анодом 4, расплавл ет шихту и через расплавленную шихту замыкаютс  остальные подовые ано- ды 4. При пропускании тока, благодар  джо- улеву тепловыделению, расплав нагреваетс . С другой стороны, при взаимодействии тока с собственным магнитным полем индуцируетс  массова  электромаг- нитна  сила Лоренца. Джоулев нагрев вызывает тепловую конвекцию, а сила Лоренца, также при определенных услови х , -элеткромагнитную конвекцию, называемую электровихревым течением.

В предлагаемом техническом решении дл  перемещени  жидкого металла в печи создаютс  оптимальные услови , позвол ющие в полной мере по витьс  электровихре- -вым течени м. При этом с ростом интенсивности электровихревого течени  снижаетс  роль тепловой конвекции, поскольку в основной массе металла температура выравниваетс .

Сила катодного тока, тока дуги в печи обеспечиваетс  пор дка 20 кА, Ванна 1 печи в зависимости от типоразмера вмещает 12, 25 или 50 т металла. Глубина жидкометал- лического сло  в печи составл ет 0,72 м дл  ванны на 25 т, а радиус подины 2R 1,62 мм. Диаметр подового анода 4 составл ет 0,15м.

При любых услови х размещени  подовых анодов 4 под дугой катода 3 и над каждым их электродов 4 формируют торой- дальные вихри, причем по оси струи металла направлены под катодом 3 сверху вниз, и над анодами 4 снизу вверх. На свободной поверхности металла в общем случае металл подтекает к катодному п тну и несколько вспучиваетс  над анодами 4.

При взаимодействии тока некоторой плотности}, протекающего в элементарном объеме dv с магнитным полем В. индуцируетс  электромагнитна  - J x Bdv. Векторное произведение dF на радиус - вектор г, проведенный из объема до оси печи, дает момент электромагнитной силы относительно оси печи dM r xdF. В любом из предъ вл емых случаев несимметрии расположени  подовых анодов 4 в отношении произвольной диаметральной верти- кальгГой плоскости интеграл от dM по всему объему металла не равен нулю и жидкий металл приходит во вращение вокруг оси ванны под действием электромагнитных сил. Вращение обусловливаетс  тем обсто-  тел1ством, что пространственное распределение электромагнитной силы не  вл етс  симметричным в отношении так называемой произвольной диаметральной плоскости, а несимметри  силы определ етс  несимметрией в картине растекани  тока , вызванной предлагаемыми вариантами размещени  анодов 4.

Е частности, в ситуаци х на фиг.2, 3 и 4 металл вращаетс  в горизонтальной плоскости , ,з в вертикальных плоскост х перемешивание между сло ми осуществл етс  при помощи тороидальных вихрей.

Проведенные экспериментальные исс- ледопани  позвол ют заключить, что в варианте размещени  электродов 3 на фиг.2 оптимальной  вл етс  ситуаци  со следующими параметрами:

п Ни Г2 2Н; в варианте размещени  на фиг.З с параметрами pi 105°; (pi 120°; йз 135° при одинаковых (частный случай) радиусах разм-зщени , а в варианте размещени  на фиг.4 с параметрами р 1 2 рз :

ri-.f: гз-fR: гз-RИспользуемый эффект электровихревых течений позвол ет без выдерживани  получать металл с высокой степенью однородности по всему объему печи за сравнительно меньшее врем , что поднимает эффективность дуговой и позвол ет увеличить съем металла с подины за рабочий период.

(56) Электропечь ДСП-50 Н2. Каталог Ин- формэлектро. Электротехника СССР. 12.40.07-84.

Јвторское свидетельство СССР М 1454632, кл. F 25 В 15/00, 1986.

Claims (1)

1. Формула изобретени  ДУГОВАЯ ПЕЧЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА преимущественно дл  алюмини  и его сплавов, содержаща  цилиндрическую ванну, перекрытие с центральным катодом и не менее двух подовых анодов, отличающа с  тем, что, с целью повышени  качества металла за счет увеличени  эффективности перемешивани , аноды 5 расположены в разных катодно-анодных створах, несимметрично относительно вертикальной диаметральной плоскости.

   &ъ/г. /

   4 ./7

   В

   6

   Риг. 2

   1&39226

   w