RU2062802C1

RU2062802C1 - Plant for electric slag remelting

Info

Publication number: RU2062802C1
Application number: RU93010537A
Authority: RU
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Ионика"
Priority date: 1993-03-01
Filing date: 1993-03-01
Publication date: 1996-06-27

Abstract

FIELD: metallurgy, namely plants for ELECTRIC slag remelting. SUBSTANCE: plant includes consumable electrode made of graphite with inner thread on both ends for connection through nipple and outer single-start thread along its whole length with predetermined stroke. Upon connection of the electrode with an electrode to be extended start of outer thread of upper end of electrode in place of butt coincides with start of outer thread of electrode to be extended. Electrode holder insulated from overlapping zone is in the form of metallic head whose inner thread coincides with outer thread of electrode. Apparatus for moving electrode is in the form of pair of counternuts joined by threaded connection with electrode through its outer thread. EFFECT: enhanced structure of plant.

Description

Изобретение относится к области электротермии, а именно к конструкции электродов расходуемого типа, электрододержателей, механизмам перемещения электродов, устройствам токоподвода к электродам, устройствам уплотнения электродов, механизмам наращивания электродов. The invention relates to the field of electrothermics, namely, the design of electrodes of a consumable type, electrode holders, mechanisms for moving electrodes, devices for supplying electrodes to electrodes, devices for sealing electrodes, and mechanisms for increasing electrodes.

Известна установка для электрошлакового переплава, содержащая каретку со скользящим контактом в виде подпружиненных токосъемных элементов (патент ЧССР N 121666, кл. H 05 B 3/60, 1966). A known installation for electroslag remelting, containing a carriage with a sliding contact in the form of spring-loaded collector elements (patent Czechoslovakia N 121666, CL H 05 B 3/60, 1966).

Эта установка обладает следующими недостатками. This installation has the following disadvantages.

Во-первых, нагретый электрод и токосъемник покрываются окалиной, которая обладает большим омическим сопротивлением и ухудшает токосъем, а, во-вторых, подпружиненные элементы токосъема в зоне плавки быстро выходят из строя. Firstly, the heated electrode and current collector are covered with scale, which has a large ohmic resistance and impairs current collection, and, secondly, spring-loaded current collection elements in the melting zone quickly fail.

Наиболее близкой по технической сути является установка для электрошлакового переплава, включающая несущую конструкцию, кристаллизатор, электрододержатель с расходуемым электродом и скользящим токопроводом и привод вертикального перемещения электрододержателя, при этом скользящий токоподвод выполнен в виде ламелей, размещенных в подвижных сегментах, поджимаемых с помощью системы гидроцилиндров (Электрошлаковые печи. Под ред. Б.Е.Патона, Киев, 1976, с. 123, рис.154). The closest in technical essence is the installation for electroslag remelting, which includes a supporting structure, a mold, an electrode holder with a sacrificial electrode and a sliding current lead and a drive for vertical movement of the electrode holder, while the sliding current lead is made in the form of slats placed in movable segments, pressed using a hydraulic cylinder system ( Electroslag furnaces. Edited by B.E. Paton, Kiev, 1976, p. 123, Fig. 154).

Недостатком этой установки является то, что конструктивное выполнение скользящего токопровода очень сложно. Токоподвод имеет несколько подпружиненных ламелей, размещенных в подвижном сегменте, установленном на корпусе и снабженном главным гидроцилиндром и гидроцилиндром раскрытия ламелей. Кроме того, скользящий токопровод жестко закреплен на несущей конструкции и не дает возможности уменьшить до минимума длину электрической цепи, а это, в свою очередь, создает неудобства в обслуживании и эксплуатации установки, ухудшая возможности наблюдения за ходом плавки и создавая большие электрические потери. The disadvantage of this installation is that the design of the sliding current lead is very difficult. The current lead has several spring-loaded slats located in a movable segment mounted on the housing and equipped with a main hydraulic cylinder and a hydraulic cylinder for opening the lamellas. In addition, the sliding current lead is rigidly fixed to the supporting structure and does not make it possible to minimize the length of the electric circuit, and this, in turn, creates inconveniences in the maintenance and operation of the installation, worsening the ability to monitor the progress of the melting and creating large electrical losses.

Конструкция установки сочетает в себе все те же преимущества, что и скользящий контакт, но значительно надежнее производится токосъем и не требуется соединительного силового механизма для обеспечения токосъема, т.е. эти функции выполняет привод перемещения каретки электрододержателя. The design of the installation combines all the same advantages as a sliding contact, but current collection is much more reliable and a connecting power mechanism is not required to ensure current collection, i.e. These functions are performed by the drive of the carriage of the electrode holder.

Однако для перемещения электрода вдоль колонны требуется вертикальная щель в боковой стенке колонны, что ухудшает теплоизоляционные свойства установки, а приближение токоподвода к кристаллизатору приводит к их перегреву. Совершено не решается вопрос наращивания расходуемого электрода без остановки процесса плавки. However, to move the electrode along the column, a vertical gap is required in the side wall of the column, which degrades the thermal insulation properties of the installation, and the proximity of the current lead to the mold leads to their overheating. The issue of building up a consumable electrode without stopping the smelting process is not solved at all.

В основу изобретения положена задача иметь такое сочетание конструкции электрода и электрододержателя, которое обеспечило бы надежный электрический контакт между электродом и токоподводом, вертикальное перемещение электрода без перемещения токоподводов, наращивание расходуемого электрода без остановки электротермического процесса, повышение теплоизоляционных свойств установки, уплотнение электрода. The basis of the invention is the task of having such a combination of the electrode and electrode holder construction that would ensure reliable electrical contact between the electrode and the current lead, vertical movement of the electrode without moving the current leads, building up the consumable electrode without stopping the electrothermal process, increasing the thermal insulation properties of the installation, sealing the electrode.

Поставленная задача решается тем, что в установке для электрошлакового переплава, содержащей вертикально закрепленный в электрододержателе, совмещенном с токоподводом, расходуемый круглый электрод (например, графитовый) с внутренней винтовой нарезкой с обоих торцов для присоединения наращиваемого электрода через ниппель, устройство для перемещения электрода и поддон для расплавленного металла, причем токоподвод и поддон подключены к полюсам источника электропитания, электрод выполнен с внешней однозаходной резьбовой нарезкой по всей его длине с шагом резьбы, совпадающим с шагом резьбы ниппеля, причем при соединении электрода с наращиваемым электродом заход внешней резьбы с верхнего торца электрода в месте стыковки электродов точно совпадает с заходом внешней резьбы наращиваемого электрода с его нижнего торца, электрододержатель установлен на изоляторах с внешней стороны верхнего перекрытия и выполнен в виде металлической (например, медной) гайки, плотно охваченной прижимами токоподвода, ось гайки совпадает с осью электрода, а ее внутренняя резьба с внешней резьбой электрода, устройство для перемещения электрода представляет собой контрпару гаек в резьбовом соединении с электродом через его внешнюю резьбу. The problem is solved in that in an installation for electroslag remelting, containing vertically fixed in an electrode holder, combined with a current lead, a consumable round electrode (for example, graphite) with an internal screw thread from both ends to connect the stackable electrode through a nipple, a device for moving the electrode and a tray for molten metal, with the current supply and the tray connected to the poles of the power supply, the electrode is made with external single-thread threaded throughout its length with a thread pitch that coincides with the thread pitch of the nipple, and when connecting the electrode to the stacked electrode, the external thread from the upper end of the electrode at the junction of the electrodes exactly matches the external thread of the stacked electrode from its lower end, the electrode holder is mounted on insulators with an external side of the upper floor and is made in the form of a metal (for example, copper) nut tightly covered by clamps of the current supply, the axis of the nut coincides with the axis of the electrode, and its internal thread is external thread second electrode to move the electrode device is a kontrparu nuts in threaded engagement with the electrode via its external thread.

Выполнение электрода с внешней резьбовой нарезкой, находящегося в резьбовом соединении с гайкой электрододержателя, обеспечивает его надежное закрепление, значительно превосходящее по прочности такое проверенное средство, как ниппельное соединение электродов, в силу большого диаметра резьбы. The execution of the electrode with an external threaded thread, which is in a threaded connection with the nut of the electrode holder, provides its reliable fastening, significantly superior in strength to such proven means as the nipple connection of the electrodes, due to the large diameter of the thread.

Такое соединение (например, медно-графитовое) обеспечивает надежный с электродом электрический контакт, площадь которого можно всегда увеличить за счет увеличения числа витков по высоте соединения. Such a connection (for example, copper-graphite) provides reliable electrical contact with the electrode, the area of which can always be increased by increasing the number of turns along the height of the connection.

Плотное соединение гайки электрододержателя через прижимы с токоподводом позволяет значительно уменьшить общее сопротивление токоподвода, а, следовательно, и его перегрев. The tight connection of the electrode holder nut through the clamps with the current lead can significantly reduce the overall resistance of the current lead, and, consequently, its overheating.

Так как токоподводы не перемещаются вместе с электродом, исключается их перегрев от приближения к зеркалу расплавленного металла. Since current leads do not move together with the electrode, their overheating is excluded from approaching molten metal to a mirror.

Вращение (с помощью гаечной контрпары) электрода в резьбовом соединении с гайкой электрододержателя обеспечивает вертикальное (вверх-вниз) перемещение только электрода без необходимости одновременного перемещения электрододержателя и токоподвода, что дает значительную экономию меди за счет уменьшения длины гибких токоотводов к источнику электропитания, устраняет вертикальную щель в боковой стенке установки для перемещения токоподводов. Rotation (using a counter-nut) of the electrode in a threaded connection with the electrode holder nut provides vertical (up-down) movement of the electrode only without the need for simultaneous movement of the electrode holder and current lead, which gives significant copper savings by reducing the length of flexible current leads to the power source, eliminates the vertical gap in the side wall of the installation for moving current leads.

Перемещению электродов способствует и наличие графитовой смазки в медно-графитовой паре резьбового соединения в электрододержателе. The presence of graphite lubricant in the copper-graphite pair of a threaded joint in the electrode holder also facilitates the movement of the electrodes.

Соединение электрода с наращиваемым электродом в очередности, соответствующей очередности их изготовления, т.е. при совпадении захода резьбы в месте стыка, позволяет беспрепятственно и непрерывно переместить электрод на всю его длину, т.е. обеспечивается полное использование электродов без огарков, экономия электродной массы. Отходы графитовой крошки, полученные при нарезании внешней резьбы электродов, могут успешно использоваться в качестве углеродосодержащего восстановителя при проведении восстановительной плавки в ванной для расплавленного металла. The connection of the electrode with the stacked electrode in the order corresponding to the order of their manufacture, i.e. when the thread approach coincides at the junction, it allows you to freely and continuously move the electrode over its entire length, i.e. full use of electrodes without cinders, saving electrode mass. Waste graphite chips obtained by cutting the external threads of the electrodes can be successfully used as a carbon-containing reducing agent in the reduction smelting in a bath for molten metal.

Уплотнение электрододержателя с верхним перекрытием установки обеспечивает полное уплотнение электрода в резьбовом соединении электрода в гайке электрододержателя, что имеет существенное значение при плавках в вакууме или в защитных газовых средах. The seal of the electrode holder with the upper overlap of the installation provides a complete seal of the electrode in the threaded connection of the electrode in the nut of the electrode holder, which is essential for melting in vacuum or in protective gas environments.

Гаечная контрпара, как устройство перемещения электродов в вертикальном направлении, позволяет обеспечить ход процесса плавки как в ручном варианте (по показаниям потребляемого тока), так и в автоматическом через электропривод (по сигналам датчиков и выбранной программе управления). A nut counter pair, as a device for moving the electrodes in the vertical direction, allows you to ensure the progress of the melting process both in the manual version (according to the readings of the consumed current), and automatically through the electric drive (according to the signals of the sensors and the selected control program).

Сопряженное выполнение внешней резьбы наращиваемых электродов позволяет наладить их изготовление как на месте эксплуатации, так и на электродных заводах по спецзаказу и, не представляя собой большой технической трудности, способствует экономии электродной массы и непрерывности процесса электрошлаковой плавки. The conjugated execution of the external thread of the stacked electrodes makes it possible to arrange their production both at the place of operation and at the electrode plants by special order and, without representing a great technical difficulty, contributes to the saving of electrode mass and the continuity of the electroslag melting process.

Транспортировка и хранение электродов в подвешенном состоянии по углам тарного каркаса с объединенными в штангах разрезными обхватами, находящимися в резьбовом соединении с электродами, обеспечивают их целостность и сохранность. Transportation and storage of the electrodes in suspension at the corners of the tare frame with combined split girths located in the rods, which are in threaded connection with the electrodes, ensure their integrity and safety.

Таким образом, совокупность признаков заявляемого технического решения обеспечивает:
надежное закрепление электрода в резьбовом соединении с электрододержателем;
надежный электрический контакт токоподвода с электродом с помощью резьбового соединения;
вертикальное перемещение электрода без необходимости одновременного перемещения вместе с ним электрододержателя и токоподвода, что значительно уменьшает усилия по его перемещению, значительно экономит медь за счет уменьшения длины гибких токоподводов между источником питания и токоподводом, повышает теплоизоляционные свойства установки;
облегчение перемещения электрода за счет графитовой смазки резьбового соединения электрода с гайкой электрододержателя;
полное, без огарков, использование электродов;
ручное и автоматическое ведение процесса электрошлаковой плавки без остановки на замену электродов;
возможность изготовления электродов как на месте эксплуатации, так и на электродных заводах;
целостность и сохранность электродов при их транспортировке и хранении.Thus, the combination of features of the proposed technical solution provides:
reliable fastening of the electrode in threaded connection with the electrode holder;
reliable electrical contact of the current lead with the electrode using a threaded connection;
vertical movement of the electrode without the need for simultaneous movement of the electrode holder and the current lead with it, which significantly reduces the efforts to move it, significantly saves copper by reducing the length of the flexible current leads between the power source and the current lead, increases the thermal insulation properties of the installation;
facilitating the movement of the electrode due to graphite lubrication of the threaded connection of the electrode with the electrode holder nut;
full, without cinder, the use of electrodes;
manual and automatic conduct of the electroslag melting process without stopping to replace the electrodes;
the possibility of manufacturing electrodes both at the place of operation and at electrode plants;
integrity and safety of electrodes during their transportation and storage.

В настоящее время в науке и технике не имеется технических решений, содержащих совокупность отличительных (от прототипа) признаков заявляемого технического решения, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "Существенные отличия". Currently, in science and technology there are no technical solutions containing a combination of distinctive (from the prototype) features of the claimed technical solution, therefore, the claimed technical solution meets the criteria of the invention "Significant differences".

На фиг. 1 схематично изображена установка для электрошлакового переплава; на фиг. 2 показан горизонтальный разрез А-А электрододержателя с токоподводами. In FIG. 1 schematically shows an installation for electroslag remelting; in FIG. 2 shows a horizontal section AA of an electrode holder with current leads.

Установка для электрошлакового переплава содержит электрод 1 с внешней винтовой нарезкой, закрепленной в электрододержателе гайке 2, плотно охваченной прижимами 3 токоподвода 4. Ось гайки совпадает с осью электрода, а ее внутренняя резьба с внешней резьбой электрода. Устройство 5 перемещения электрода представляет собой контрпару гаек с ручными приводами 6 в резьбовом соединении с электродом через его внешнюю резьбу. Электрод соединен с наращиваемым электродом 7 через ниппель 8. В основании 9 установки расположена ванна с расплавленным металлом 10 с подовым электродом 11. На перекрытии 12 установки на изоляторах 13 закреплен электрододержатель. К источнику 14 электропитания токоподводы 4 подключены через гибкий кабель 15. Installation for electroslag remelting contains an electrode 1 with an external screw thread, a nut 2 fixed in the electrode holder, tightly covered by clamps 3 of the current supply 4. The axis of the nut coincides with the axis of the electrode, and its internal thread with the external thread of the electrode. The device 5 for moving the electrode is a counter pair of nuts with manual drives 6 in threaded connection with the electrode through its external thread. The electrode is connected to the expandable electrode 7 through a nipple 8. At the base 9 of the installation there is a bath with molten metal 10 with a hearth electrode 11. On the floor 12 of the installation, an electrode holder is fixed on insulators 13. The current leads 4 are connected to the power supply 14 via a flexible cable 15.

Конкретно предлагаемая установка для электрошлакового переплава предназначена для переработки свинцовых отходов отработанных аккумуляторных батарей. Specifically, the proposed installation for electroslag remelting is intended for the processing of lead waste from used batteries.

Работает установка следующим образом. The installation works as follows.

Перед началом плавки в полость ванны 10 заливают жидкий шлак - содо-поташный расплав, вводят расходуемый графитовый электрод 1, опуская его до погружения в шлак вращением электрода вокруг своей оси в электрододержателе гайке 2 с помощью ручного привода 6 и подают электропитание от источника 14 электропитания через гибкий кабель 15, токоподводы 4 и прижимы 3. Подвод электропитания обеспечивает подогрев содо-поташного расплава. Before the start of melting, liquid slag - soda-potash melt is poured into the cavity of the bath 10, a consumable graphite electrode 1 is introduced, lowering it to immersion into the slag by rotating the electrode around its axis in nut holder 2 using a manual drive 6, and power is supplied from the power supply source 14 through flexible cable 15, current leads 4 and clamps 3. The power supply provides heating soda-potash melt.

После предварительно проведенной разделительной плавки аккумуляторного лома до расплавления и стока металлизированной фракции (свинцово-сурьмянистого сплава) отделяют оксиды и сульфаты свинца, которые, перемешав с восстановителем (древесный уголь, опилки, торф, коксик и т.д.), подают в расплав. Окисно-сульфатная фракция свинца в смеси с восстановителем (в объемной пропорции 1:3), поданная в расплав, растворяется в нем. Перемешивание восстановителя с растворенными в расплаве соединениями свинца создает восстановительную среду, в которой свинец восстанавливается и немедленно опускается на дно ванны 10. Если нет необходимости получать раздельно свинцово-сурьмянистый сплав и мягкий свинец (последний из восстановленных окислов и сульфатов свинца), металлизированную и окисно-сульфатную фракции одновременно загружают в содо-поташный расплав. Свинец и его сплавы немедленно плавятся и опускаются на дно ванны, а неметаллическая фракция восстанавливается до металлического свинца, так как было описано выше. After preliminary separation melting of the battery scrap before melting and drainage of the metallized fraction (lead-antimony alloy), lead oxides and sulfates are separated, which, mixed with a reducing agent (charcoal, sawdust, peat, coke, etc.), are fed into the melt. The oxide-sulfate fraction of lead in a mixture with a reducing agent (in a volume ratio of 1: 3), fed to the melt, dissolves in it. Mixing the reducing agent with the lead compounds dissolved in the melt creates a reducing medium in which the lead is reduced and immediately sinks to the bottom of the bath 10. If it is not necessary to obtain a separate lead-antimony alloy and soft lead (the last of the reduced lead oxides and sulfates), metallized and oxide sulfate fractions are simultaneously loaded into a soda-potash melt. Lead and its alloys immediately melt and sink to the bottom of the bathtub, and the nonmetallic fraction is reduced to metallic lead, as described above.

В процессе восстановительной плавки расходуется электрод 1, который для поддержания хода плавки продолжают опускать. До начала захода верхнего торца электрода 1 в гайку 2 складируемый под номером 2 наращиваемый электрод 7 временно освобождают от второго ниппеля 16 и заменяют его металлическим ниппелем-рымом с проворачивающейся серьгой. Гаечную контрпару 6, которая использовалась для опускания электрода 1, вывертывают из электрода 1 и навертывают на электрод 7. Серьгу ниппеля-рыма нанизывают на крюк подъемника, которым электрод 7 поднимают над электродом 1 соосно с ним и через ниппель 8 соединяют с электродом 1 до плотной стыковки. Так как именно в таком соединении нарезалась внешняя резьба электродов 1 и 7, то заходы резьб в стыке совпадают и обеспечивается беспрепятственное совместное поворачивание электродов 1 и 7 в гайке 2. Таким образом, достигается безостановочное наращивание расходуемых электродов. После этого из электрода 7 вывертывают металлический ниппель-рым и снова вворачивают в него на прежнее место второй ниппель 17. In the process of reduction melting, an electrode 1 is consumed, which is continued to be lowered to maintain the course of melting. Prior to the start of the approach of the upper end of the electrode 1 to the nut 2, the stackable electrode 7, stored at number 2, is temporarily released from the second nipple 16 and replaced with a metal nipple-eye with a rotating earring. The counter counter nut 6, which was used to lower the electrode 1, is turned out of the electrode 1 and screwed onto the electrode 7. The nipple-eye is strung on the hoist hook, by which the electrode 7 is lifted above the electrode 1 coaxially with it and connected to the electrode 1 through the nipple 8 to a tight docking. Since it was in such a connection that the external thread of electrodes 1 and 7 was cut, the thread runs at the junction coincide and unhindered joint rotation of the electrodes 1 and 7 in nut 2 is ensured. In this way, non-stop build-up of consumable electrodes is achieved. After that, a metal nipple is turned out of the electrode 7 and the second nipple 17 is again screwed into it in its former place.

Пример. Окислы и сульфаты свинца, полученные после разделительной плавки, перемешанные в объемном отношении 1:3 с восстановителем, в течение 24 сут непрерывно подавали в ванну объемом 750х550х650 мм³ установки для электрошлакового переплава мощностью 100 кВт с производительностью 2,5-4 т свинца в сутки. Наращивание расходуемых электродов длиной 1,5 и 1,0 м, диаметром 200 мм проходило безостановочно, а расход каждого из электродов был полным, без каких-либо огарков. Подача перерабатываемого сырья через ниши, закрытость корпуса со всех сторон, устранение перегрева токоподводов, расположенных вне зоны нагрева, над верхней кровлей обеспечили большую экономию тепла и электроэнергии.Example. Oxides and sulfates of lead obtained after separation smelting, mixed in a volume ratio of 1: 3 with a reducing agent, were continuously fed into a bath with a volume of 750x550x650 mm ³ installations for electroslag remelting with a capacity of 100 kW with a productivity of 2.5-4 tons of lead per day for 24 days . The build-up of consumable electrodes 1.5 and 1.0 m long, 200 mm in diameter took place non-stop, and the consumption of each of the electrodes was complete, without any cinder. The supply of processed raw materials through niches, the enclosure is closed on all sides, the overheating of current leads located outside the heating zone, over the top roof eliminated large heat and energy savings.

Claims

Installation for electroslag remelting containing a consumable electrode fixed in an electrode holder, a device for moving an electrode, current leads connecting a consumable electrode and a tray with poles of a power source, characterized in that the consumable electrode is made of graphite with an internal thread from both ends for connection through a nipple and an external one-way thread along its entire length with a step coinciding with the thread pitch of the nipple, and when connecting the electrode with a stackable electrode, the external thread enters over The upper end of the electrode at the docking point coincides with the entry of the external thread of the stacked electrode, the electrode holder is isolated from the overlap and is made in the form of a metal nut, the internal thread of which coincides with the external thread of the electrode tightly covered by the clamps of the current supply, and the device for moving the electrode is made in the form of a pair of locknuts threaded connection to the electrode through its external thread.