RU2083059C1

RU2083059C1 - Current lead of electrothermic high-ampere devices

Info

Publication number: RU2083059C1
Application number: RU94016907/07A
Authority: RU
Inventors: Борис Иванович Овчинников; Ua]; Владимир Андреевич Лыков; Александр Сильвестрович Коротя; Павел Павлович Сапко; Александр Сильвестрович Корот; Александр Тимофеевич Остапенко; Виктор Иосифович Лакомский; Александр Алексеевич Рогаткин; Николай Николаевич Литвиненко; Александр Николаевич Кучеренко; Николай Трофимович Усачев
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Украинский Графит"
Priority date: 1993-05-04
Filing date: 1994-05-06
Publication date: 1997-06-27
Also published as: UA8317C2; RU94016907A

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: current lead of electrothermic high-ampere device includes carbon electrode and current-carrying metal bus mated to it. Mating is executed by means of additional electric contact plugs. Plugs are welded into carbon electrode with the aid of electric arc welding. Electric contact plugs are fitted with compensators and opposite ends of compensators are connected to current-carrying metal bus. EFFECT: improved functional reliability and safety. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротермии и предназначено для электропитания печей сопротивления прямого нагрева, таких, например, как печи графитации и печи для производства карбида кремния, а также других высокоамперных устройств. The invention relates to electrothermal and is intended for power supply of direct heating resistance furnaces, such as, for example, graphitization furnaces and furnaces for the production of silicon carbide, as well as other high-ampere devices.

Известен токоввод, включающий углеродный электрод и сопряженную с ним токоподводящую шину. Сопряжение осуществлено с помощью по крайней мере одной упругой металлической спирали. Known current lead, including a carbon electrode and its associated current-supply bus. The pairing is carried out using at least one elastic metal spiral.

Однако осуществление сопряжения в известном устройстве за счет упругой металлической спирали не позволяет обеспечить стабильность электроконтактного сопротивления при цикличности производственного процесса и влечен за собой значительный расход электроэнергии. However, the implementation of the pairing in the known device due to the elastic metal spiral does not allow to ensure the stability of the electrical contact resistance during the cyclic production process and entails a significant consumption of electricity.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к заявляемому решению и принятым за прототип, является токоввод, включающий углеродный электрод, сопряженный с проводником (металлической шиной) посредством металлических шипов (электроконтактных пробок). Closest to the invention in technical essence to the claimed solution and adopted as a prototype, is a current lead comprising a carbon electrode coupled to a conductor (metal bus) by means of metal spikes (electrical contact plugs).

Сваривание шипа с проводником производится при заполнении углубления в электроде. Место контакта металлических шипов и проводников заглубляется ниже верхней поверхности электрода. Stud welding with a conductor is performed when filling the recess in the electrode. The contact point of metal spikes and conductors is buried below the upper surface of the electrode.

Однако известное устройство обладает значительным электросопротивлением и при его работе тратится большое количество электроэнергии. Это происходит из-за того, что в известном устройстве не обеспечивается непосредственный контакт по всей площади шипа с углеродным электродом, поскольку металлические шипы механически вставлены в тело углеродного электрода. При таком соединении не может быть обеспечен надежный контакт между ними, поскольку зазор неизбежен. В результате между металлом шипа и углеродистым материалом электрода имеется граница раздела. Это приводит к росту контактного сопротивления, что существенно повышает электросопротивление и приводит к высокому расходу электроэнергии. However, the known device has significant electrical resistance and during its operation a large amount of electricity is spent. This is due to the fact that the known device does not provide direct contact over the entire area of the tenon with the carbon electrode, since the metal tenons are mechanically inserted into the body of the carbon electrode. With such a connection, reliable contact between them cannot be ensured, since a gap is inevitable. As a result, there is an interface between the spike metal and the carbon material of the electrode. This leads to an increase in contact resistance, which significantly increases the electrical resistance and leads to high energy consumption.

Задача изобретения усовершенствование токоввода электротермических высокоамперных устройств, в котором за счет введения новых элементов в устройство и связей между ними осуществляется надежный электрический контакт между углеродным электродом и токоподводящей металлической шиной, что приведет к снижению электросопротивления в зоне сопряжения и за счет этого будет обеспечено снижение расхода электроэнергии в процессе работы устройства. The objective of the invention is the improvement of the current lead of electrothermal high-ampere devices, in which due to the introduction of new elements into the device and the connections between them, reliable electrical contact is made between the carbon electrode and the current-supplying metal bus, which will lead to a decrease in electrical resistance in the interface zone and thereby reduce energy consumption during the operation of the device.

Задача решается тем, что в токовводе электротермических высокоамперных устройств, включающем углеродный электрод, сопряженный с токоподводящей металлической шиной посредством электроконтактных пробок, согласно предлагаемому изобретению, новым является то, что электроконтактные пробки вварены в углеродный электрод и снабжены компенсаторами, противоположные концы которых соединены с токоподводящей металлической шиной. The problem is solved in that in the current lead of electrothermal high-ampere devices, including a carbon electrode coupled to a current-carrying metal bus by means of electric contact plugs, according to the invention, it is new that the electric contact plugs are welded into the carbon electrode and equipped with compensators, the opposite ends of which are connected to the current-supplying metal by bus.

Совокупность конструктивных элементов предлагаемого устройства, находящихся во взаимосвязи друг с другом, приводит к качественному изменению свойств устройства и позволяет значительно снизить электросопротивление в зоне контакта, а также снизить расход электроэнергии. The combination of structural elements of the proposed device, which are interconnected with each other, leads to a qualitative change in the properties of the device and can significantly reduce the electrical resistance in the contact zone, as well as reduce energy consumption.

Причинно-следственная связь между совокупностью заявляемых признаков и достигаемым результатом заключается в следующем. The causal relationship between the totality of the claimed features and the achieved result is as follows.

Вваривание электроконтактных пробок в углеродный электрод сваркой позволяет осуществить сопряжение углеродного электрода и токоподводящей шины, сформировав контактную поверхность, при которой реальная площадь электроконтакта превышает значение ее номинальной площади. Welding the electrical contact plugs into the carbon electrode by welding allows you to pair the carbon electrode and the current-carrying bus, forming a contact surface at which the actual area of the electrical contact exceeds the value of its nominal area.

Это происходит за счет того, что электроконтактный сплав, из которого выполнены ввариваемые пробки, в процессе сварки взаимодействует с материалом углеродного электрода, смачивает его и по открытым порам, увлекаемый капиллярными силами, проникает вглубь углеродного материала на 3 10 мм, создавая фазу, исключающую резкую границу раздела и обеспечивая непосредственный контакт двух материалов по всей площади соединений электроконтактной пробки с углеродным электродом. Это проникновение обеспечивает надежный контакт и резкое увеличение поверхности контакта. Развитая поверхность контакта влечет за собой снижение электросопротивления в зоне сопряжения углеродного электрода с токоподводящей металлической шиной. This is due to the fact that the electrical contact alloy from which the welded plugs are made interacts with the carbon electrode material during welding, moistens it and, through open pores, carried away by capillary forces, penetrates deep into the carbon material by 3 10 mm, creating a phase that excludes a sharp the interface and providing direct contact of the two materials over the entire area of the connections of the electrical contact tube with a carbon electrode. This penetration provides reliable contact and a sharp increase in the contact surface. The developed contact surface entails a decrease in electrical resistance in the interface zone of the carbon electrode with the current-carrying metal bus.

Снижение электросопротивления в зоне сопряжения обеспечивается также за счет того, что электроконтактные пробки снабжены компенсаторами, противоположные концы которых соединены с токоподводящей металлической шиной. The decrease in electrical resistance in the interface zone is also due to the fact that the electrical contact plugs are equipped with compensators, the opposite ends of which are connected to the current-carrying metal bus.

Наличие компенсаторов позволяет:
осуществить надежное электрическое соединение в зоне сопряжения между углеродным электродом и металлической шиной;
защитить электроконтактные пробки от механических нагрузок вследствие изменения линейных размеров углеродного электрода и металлической шины при работе устройства в циклическом режиме (нагрев-охлаждение), поскольку их коэффициенты линейного расширения различаются несколько раз;
увеличить поверхностный теплообмен электроконтактных пробок с окружающей атмосферой, улучшить охлаждение электроконтактных пробок, так как компенсаторы представляют собой пакет металлических узких лент или металлических прутков и имеют развитую поверхность.The presence of compensators allows you to:
make a reliable electrical connection in the interface between the carbon electrode and the metal bus;
protect contact plugs from mechanical stress due to a change in the linear dimensions of the carbon electrode and the metal bus when the device is in cyclic mode (heating-cooling), since their linear expansion coefficients differ several times;
to increase the surface heat transfer of electrical plugs with the surrounding atmosphere, to improve the cooling of electrical plugs, since the expansion joints are a package of metal narrow tapes or metal rods and have a developed surface.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет снизить электросопротивление в зоне сопряжения, а также расхода электроэнергии при работе устройства. Thus, the proposed technical solution allows to reduce the electrical resistance in the interface zone, as well as the energy consumption during operation of the device.

На фиг. 1 изображен токоввод, вид сверху; на фиг. 2 вид по стрелке А. In FIG. 1 shows a current lead, a top view; in FIG. 2 view along arrow A.

Токоввод электротермических высокоамперных устройств состоит из углеродного электрода 1, токоподводящей металлической шины 2, электроконтактных пробок 3, вваренных в углеродный электрод, компенсаторов 4, прижимных шайб 5, шпильки 6 с гайками 7. The current lead of the electrothermal high-ampere devices consists of a carbon electrode 1, a current-carrying metal bus 2, electrical contact plugs 3 welded into a carbon electrode, compensators 4, clamping washers 5, studs 6 with nuts 7.

Для печи графитации электрод 1 может быть выполнен из графита размерами 50 x 400 x 1600 мм, токоподводящие металлические шины 2 из алюминия сечением 260 x 29 мм или 300 x 20 мм, прижимные шайбы 5, шпилька 6, гайки 7 из маломагнитной стали, электроконтактные пробки 3 диаметром 32 мм, глубиной 30 мм в количестве 14 шт. (для указанного электрода) из сплава на алюминиевой основе, компенсаторы 4 из алюминиевых полос или прутков. For a graphitization furnace, electrode 1 can be made of graphite with dimensions of 50 x 400 x 1600 mm, current-carrying metal busbars 2 made of aluminum with a section of 260 x 29 mm or 300 x 20 mm, clamping washers 5, stud 6, nuts 7 from low-magnetic steel, contact plugs 3 with a diameter of 32 mm, a depth of 30 mm in an amount of 14 pcs. (for the indicated electrode) from an alloy based on aluminum, compensators 4 from aluminum strips or rods.

Токоввод может быть выполнен следующим образом. The current lead can be performed as follows.

В графитированном электроде 1 с помощью кондуктора пневматической сверлильной машиной высверливают отверстия под электроконтактные пробки 3, которые вплавляют на специальном стенде с одновременным вплавлением в электроконтактные пробки 3 компенсаторов 4. При монтаже углеродного электрода 1 в торец печи производится его соединение с металлическими токоподводящими шинами 2 посредством электродуговой сварки компенсаторов 4 с металлическими шинами 2 и стяжки шин 2 с помощью прижимных шайб 5 и шпильки 6 с гайками 7. In a graphite electrode 1, using a conductor with a pneumatic drilling machine, holes are drilled for electrical contact plugs 3, which are melted on a special stand with simultaneous melting of compensators 4 into electrical contact plugs 4. When mounting carbon electrode 1 into the furnace end, it is connected to metal current-carrying buses 2 by means of an electric arc welding of compensators 4 with metal tires 2 and tire ties 2 with clamping washers 5 and studs 6 with nuts 7.

На Днепровском электродном заводе в цехе графитации на опытной печи N 3о установлен токоввод, выполненный согласно предлагаемому изобретению. После 33-х производственных циклов среднее значение электросопротивления каждого электроконтакта опытной печи составило 84,2 мкОм, а на печи N 26,снабженной токовводом конструкции, эксплуатируемой в настоящее время на ДЭЗе 1698,8 мкОм, т. е. значение электросопротивления контактов опытной печи ниже в 20 раз их электросопротивления эксплуатируемой печи. At the Dnieper electrode plant in the graphitization workshop of the pilot furnace No. 3o, a current lead is installed, made in accordance with the invention. After 33 production cycles, the average value of the electrical resistance of each electrical contact of the experimental furnace was 84.2 μOhm, and on furnace No. 26, equipped with a current lead of the structure currently in operation on the DEZ 1698.8 μOhm, i.e., the value of the electrical resistance of the contacts of the experimental furnace is lower 20 times their electrical resistance of the operated furnace.

При этом среднее значение электросопротивления каждого из электроконтактов опытной печи N 30 и эксплуатируемой печи N 26 перед первым производственным циклом было примерно одинаковым и составляло около 50 мкОм. In this case, the average value of the electrical resistance of each of the electrical contacts of the experimental furnace No. 30 and the operating furnace No. 26 before the first production cycle was approximately the same and amounted to about 50 μOhm.

Ведение производственного процесса на опытной печи с токовводом по заявляемому техническому решению позволяет экономить 141,3 кВт/ч. электроэнергии на каждой тонне графитизированной продукции. Conducting the production process on an experimental furnace with current lead according to the claimed technical solution allows to save 141.3 kW / h. electricity per ton of graphitized products.

Claims

The current lead of electrothermal high-ampere devices, including a carbon electrode, coupled to the current-carrying metal bus by means of electric contact tubes, characterized in that the tubes are welded into the carbon electrode and equipped with compensators, the opposite ends of which are connected to the current-carrying metal bus.