RU2104450C1

RU2104450C1 - Method of electric melting and electric arc furnace for its realization

Info

Publication number: RU2104450C1
Application number: RU95100068A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Малиновский
Original assignee: Владимир Сергеевич Малиновский
Priority date: 1995-01-04
Filing date: 1995-01-04
Publication date: 1998-02-10
Also published as: RU95100068A

Abstract

FIELD: electrometallurgy. SUBSTANCE: in the process of charge melting-down, with accumulation of melt, the strength of the current flowing through the melt in the horizontal and vertical directions, as well as the strength of the currents in the current leads located under the melt, are increased. Current leads oriented at an angle to one another in the horizontal plane and connected to the hearth electrodes and current control units via switching devices are located under the furnace hearth according to the number of the power source current control units. EFFECT: enhanced capacity at reduced active power in all melting periods, reduced specific consumption of electric power. 9 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано для плавки и переплава черных и цветных металлов и сплавов. The invention relates to electrometallurgy and can be used for melting and remelting of ferrous and non-ferrous metals and alloys.

Известны дуговые печи постоянного тока, реализующие способы электроплавки [1, 2] и содержащие футерованный корпус со сводом, графитированный электрод, пропущенный через свод, по меньшей мере один подовый электрод, пропущенный через подину корпуса, и источник электропитания, к которому подключены графитированный и подовый электроды. Known DC arc furnaces that implement methods of electric melting [1, 2] and containing a lined body with a vault, a graphite electrode passed through the vault, at least one hearth electrode passed through the bottom of the body, and a power source to which graphite and hearth are connected electrodes.

В данных дуговых печах, реализующих способы электроплавки, есть возможность интенсивно перемешивать расплав в течение всего процесса расплавления шихты и нагрева расплава. In these arc furnaces implementing electric melting methods, it is possible to intensively mix the melt during the entire process of melting the mixture and heating the melt.

Однако в этих печах отсутствует возможность управления перемешиванием расплава, распределением тепловых потоков по подине и подовым электродам, что приводит к повышенному износу подины, снижению производительности печей, повышенному расходу электроэнергии, снижению стабильности горения дугового разряда. However, in these furnaces it is not possible to control the mixing of the melt, the distribution of heat fluxes across the hearth and hearth electrodes, which leads to increased wear of the hearth, reduced furnace productivity, increased energy consumption, and decreased stability of the arc discharge.

Известен способ электроплавки [3], включающий загрузку по крайней мере в один прием шихтой с известными свойствами и массой, опускание электрода до возникновения электрического контакта между электродом и шихтой, включение источника электропитания для протекания тока по крайней мере через одну замкнутую электрическую цепь, включающую электрод, междуговой промежуток, шихту, расплав, по крайней мере один подовый электрод с токоподводами, расположенными под подиной печи, источник электропитания, управление параметрами дуги и источника электропитания, плавление шихты, перемешивание расплава за счет возбуждения в расплаве поля электромагнитных сил от протекания тока через расплав, периодическое изменение величины тока, протекающего через расплав с соответствующим изменением интенсивности поля электромагнитных сил в расплаве. A known method of electric melting [3], which includes loading at least one charge with a known property and mass, lowering the electrode until electrical contact between the electrode and the charge occurs, turning on the power source for the current to flow through at least one closed electrical circuit including the electrode , inter-arc gap, charge, melt, at least one hearth electrode with current leads located under the hearth of the furnace, power supply, control of the parameters of the arc and electric source ktropitaniya, melting the batch, mixing of the melt due to excitation electromagnetic field in the melt strength of the leak current through the melt, the periodic change in the current value flowing through the melt with the corresponding change in the field intensity of the electromagnetic forces in the melt.

Известна также дуговая печь постоянного тока [3] для плавки, содержащая корпус со сводом и футерованной подиной, пропущенный через свод графитированный электрод и по меньшей мере один подовый электрод, пропущенный через подину, один торец которого совмещен с рабочей поверхностью подины, а второй соединен с токоподводом, источник электропитания с по крайней мере двумя блоками независимого управления током, соединенными с подовыми электродами. Also known is a direct current arc furnace [3] for melting, comprising a housing with a vault and a lined hearth, a graphite electrode passed through the arch and at least one hearth electrode passed through the hearth, one end of which is aligned with the working surface of the hearth, and the second is connected to current supply, power supply with at least two independent current control units connected to bottom electrodes.

Однако по данному способу электроплавки и реализующей его дуговой печи постоянного тока возможна эффективная работа при условии наличия большого количества расплава на подине печи, т.е. ведение нагрева расплава. Использование способа и установки в начальные периоды плавления шихты, когда расплава на подине немного, приводит к быстрому его охлаждению и износу подины из-за высоких скоростей движения расплава, а периодическое изменение тока в этот период нарушает стабильное горение дуги. However, with this method of electric melting and the direct current arc furnace implementing it, efficient operation is possible provided that there is a large amount of melt on the bottom of the furnace, i.e. maintaining melt heating. Using the method and installation in the initial periods of melting of the charge, when the melt on the hearth is small, leads to its rapid cooling and wear of the hearth due to the high speeds of the melt, and a periodic change in current during this period disrupts the stable burning of the arc.

В период расплавления металла, при небольшом количестве расплава на подине высокая скорость движения расплава на подине приводит к повышенной теплопередаче от расплава к подовым электродам и повышенному их износу. During the period of metal melting, with a small amount of melt on the hearth, the high speed of the melt on the hearth leads to increased heat transfer from the melt to the hearth electrodes and their increased wear.

В периоды, когда необходима высокая скорость движения металла, способ и конструкция печи не реализуют возможность дополнительного перемешивания расплава за счет взаимодействия горизонтальной и вертикальной составляющих тока, протекающего через расплав и токоподводы к нему. In periods when a high speed of metal motion is necessary, the furnace method and design do not realize the possibility of additional melt mixing due to the interaction of the horizontal and vertical components of the current flowing through the melt and current leads to it.

В период рафинирования расплава, когда необходимо максимальное перемешивание, из-за снижения мощности, подводимой к печи, по условиям тепловых потерь печи, перегрева футеровки и расплава снижается и интенсивность перемешивания расплава. During the refining of the melt, when maximum mixing is necessary, due to a decrease in the power supplied to the furnace, under the conditions of heat losses of the furnace, overheating of the lining and the melt, the intensity of melt mixing decreases.

В период нагрева расплава необходимость периодического снижения тока приводит к снижению производительности печи. During the heating of the melt, the need for a periodic decrease in current leads to a decrease in furnace productivity.

В основу изобретения была положена задача разработки способа электроплавки металла, в которой операции осуществились бы так, и создание дуговой печи постоянного тока, в которой токоподводы, подовый электрод, коммутирующие устройства и блоки управления током были установлены и подключены таким образом, чтобы позволить управлять перемешиванием расплава в зависимости от периодов плавки, оптимизируя интенсивность перемешивания в каждый период плавления шихты, нагрева расплава и рафинирования, обеспечивая при этом максимальную производительность печи при постоянстве вводимой мощности. The basis of the invention was the task of developing a method of electric melting of metal, in which the operations would be carried out in such a way, and the creation of a DC arc furnace in which current leads, a bottom electrode, switching devices and current control units were installed and connected in such a way as to allow melt mixing control depending on the periods of melting, optimizing the intensity of mixing in each period of melting the mixture, heating the melt and refining, while ensuring maximum production furnace capacity with constant input power.

Это достигается тем, что в способе электроплавки, включающем загрузку печи по крайней мере в один прием шихтой с известными свойствами и массой, опускание электрода до возникновения электрического контакта между электродом и шихтой, включение источника электропитания для протекания тока по крайней мере через одну замкнутую электрическую цепь, включающую электрод, междуговой промежуток, шихту, расплав, по крайней мере один подовый электрод с токоподводами, расположенными под подиной печи, источник электропитания, управление параметрами дуги и источника электропитания, плавление шихты, перемешивание расплава за счет возбуждения в расплаве поля электромагнитных сил от протекания тока через расплав, периодическое изменение величины тока, протекающего через расплав с соответствующим изменением интенсивности поля электромагнитных сил в расплаве, а также тем, что в процессе плавления шихты и накопления расплава на подине, контролируют массу расплава и, по мере накопления расплава на подине печи, подключают к источнику электропитания дополнительные подовые электроды и/или дополнительные токоподводы к подовым электродам, ориентированные в горизонтальной плоскости под углом друг к другу, при одновременном увеличении горизонтальной и вертикальной составляющих тока, протекающего через расплав с соответствующим увеличением интенсивности поля электромагнитных сил в расплаве, а также тем, что в процессе расплавления шихты и нагрева расплава поддерживают постоянную вводимую в печь мощность за счет уменьшения напряжения на выходах источника электропитания, подсоединенных к расплаву, и длину дуги пропорционально увеличению тока через печь, изменение горизонтальной и вертикальной составляющих тока осуществляют скачкообразно, в два этапа, причем первый этап осуществляют после расплавления шихты под дугой, а второй - после расплавления шихты, расположенной над поверхностью расплава, при этом время начала первого изменения составляющих тока определяют по следующему математическому выражению:

время начала второго изменения составляющих тока определяют по следующему математическому выражению:

где W_теор - теоретический расход энергии на расплавление одной тонны шихты, кВт;
M - масса загруженной в печь шихты, т;
P - активная мощность, подводимая к печи, кВт;
T₁, T₂ - времена начала, соответственно, первого и второго изменения составляющих тока, ч,
а периодическое изменение составляющих тока в замкнутых электрических цепях начинают и проводят после начала второго изменения силы составляющих тока в расплаве, причем при уменьшении или увеличении тока в одной из замкнутых электрических цепей в других цепях ток пропорционально увеличивают или уменьшают с сохранением постоянной мощности дуги и после окончания нагрева расплава его рафинирование проводят, предварительно установив интервал температур расплава T_max и T_min,
где T_max - максимально допустимая температура расплава;
T_min - минимально допустимая температура расплава, причем
при достижении расплавом температуры T_max печь отключают, а при достижении расплавом температуры T_min печь включают.This is achieved by the fact that in the method of electric melting, which includes loading the furnace in at least one charge with known properties and mass, lowering the electrode until electrical contact between the electrode and the charge occurs, turning on the power source for the current to flow through at least one closed electrical circuit comprising an electrode, an inter-gap, a charge, a melt, at least one hearth electrode with current leads located under the hearth of the furnace, a power source, parameter control of the arc and the power source, melting the mixture, mixing the melt due to the excitation of the field of electromagnetic forces from the current flowing through the melt, periodic change in the magnitude of the current flowing through the melt with a corresponding change in the intensity of the field of electromagnetic forces in the melt, as well as the fact that during melting charge and accumulation of the melt on the hearth, control the mass of the melt and, as the melt accumulates on the hearth of the furnace, connect additional hearth electrodes and / or silt to the power source and additional current leads to the bottom electrodes, oriented in a horizontal plane at an angle to each other, while increasing the horizontal and vertical components of the current flowing through the melt with a corresponding increase in the intensity of the field of electromagnetic forces in the melt, as well as the fact that the mixture is melted and heated of the melt maintain a constant power introduced into the furnace by reducing the voltage at the outputs of the power source connected to the melt, and the arc length is proportional to To increase the current through the furnace, the horizontal and vertical components of the current are changed stepwise, in two stages, the first stage being carried out after the charge is melted under the arc, and the second after the charge is melted, located above the melt surface, and the time of the first change in the current components is determined according to the following mathematical expression:

the start time of the second change in the current components is determined by the following mathematical expression:

where W _theor is the theoretical energy consumption for the melting of one ton of the charge, kW;
M is the mass of the charge loaded into the furnace, t;
P - active power supplied to the furnace, kW;
T ₁ , T ₂ - start times, respectively, of the first and second changes in the current components, h,
and a periodic change in the current components in closed electric circuits is started and carried out after the second change in the strength of the current components in the melt begins, and when the current in one of the closed electric circuits decreases or increases in other circuits, the current is proportionally increased or decreased while maintaining a constant arc power and after heating the melt, its refinement is carried out, having previously set the temperature range of the melt T _max and T _min ,
where T _max - the maximum allowable temperature of the melt;
T _min - the minimum allowable temperature of the melt, and
when the melt reaches a temperature T _{max, the} furnace is turned off, and when the melt reaches a temperature T _{min the} furnace is turned on.

Это достигается тем, что дуговая печь постоянного тока, содержащая корпус со сводом и футерованной подиной, пропущенный через свод графитированный электрод и по меньшей мере один подовый электрод, пропущенный через подину, один торец которого совмещен с рабочей поверхностью подины, а второй соединен с токоподводом, источник электропитания с по крайней мере двумя блоками независимого управления током, соединенными с подовыми электродами, отличается тем, что она снабжена коммутирующим устройством, под подиной печи по числу блоков управления током источника электропитания установлены токоподводы, ориентированные под углом друг к другу в горизонтальной плоскости и подсоединенные одним концом к подовым электродам, а вторым - через коммутирующее устройство к одному из блоков управления током источника электропитания, а токоподводы, расположенные под подиной, соединены по крайней мере с двумя подовыми электродами, пропущенными к рабочей поверхности подины и оси которых смещены относительно оси графитированного электрода, при этом между блоками управления током установлены коммутирующие устройства для соединения блоков последовательно, причем минусовой вывод крайнего из блоков управления током соединен с графитированным электродом, а плюсовой - с одним из токоподводов подовых электродов. This is achieved by the fact that a direct current arc furnace comprising a housing with a vault and a lined hearth, a graphite electrode passed through the arch and at least one hearth electrode passed through the hearth, one end of which is aligned with the working surface of the hearth, and the second is connected to the current lead, a power source with at least two independent current control units connected to the bottom electrodes is characterized in that it is equipped with a switching device, under the hearth of the furnace according to the number of control units current supply of the power source installed current leads oriented at an angle to each other in the horizontal plane and connected at one end to the hearth electrodes, and the second through a switching device to one of the power supply current control units, and current leads located under the hearth are connected at least with two hearth electrodes passed to the working surface of the hearth and whose axes are offset relative to the axis of the graphitized electrode, while between the current control units We are switching devices for connecting the blocks in series, with the minus terminal of the last of the current control units connected to a graphite electrode, and the positive one with one of the current leads of the bottom electrodes.

Настоящее изобретение обеспечивает управление перемешиванием в течение всей плавки и позволяет в начальный период расплавления шихты при малом количестве расплава обеспечить минимальную скорость его перемещения; при увеличении количества расплава элекромагнитное воздействие на расплав увеличивают, при этом достигая необходимого увеличения скорости движения расплава, после окончания нагрева расплава необходимой скорости перемешивания расплава достигают при периодическом включении дуги. The present invention provides control of mixing throughout the melting and allows the initial period of melting of the mixture with a small amount of melt to provide a minimum speed of its movement; with an increase in the amount of the melt, the electromagnetic effect on the melt is increased, while achieving the necessary increase in the speed of movement of the melt, after the heating of the melt, the necessary speed of mixing the melt is achieved with periodic switching on of the arc.

Также настоящее изобретение позволяет поддерживать необходимый уровень перемешивания расплава при постоянстве вводимой в печь мощности. Also, the present invention allows to maintain the necessary level of mixing of the melt with a constant input into the furnace power.

Создаваемые преимущества позволяют управлять перемешиванием расплава в течение всей плавки и, при необходимости, увеличивать его интенсивность в сравнении с прототипом. The created advantages make it possible to control the mixing of the melt throughout the entire melt and, if necessary, increase its intensity in comparison with the prototype.

Использование изобретения позволяет увеличить производительность печей, снизить расход электроэнергии, улучшить качество металла, повысить надежность работы печи, уменьшить воздействие печи на питающую энергосистему, повысить коэффициент использования источника электропитания и снизить его установленную мощность. The use of the invention allows to increase the productivity of furnaces, reduce energy consumption, improve metal quality, increase the reliability of the furnace, reduce the effect of the furnace on the power supply system, increase the utilization of the power source and reduce its installed capacity.

На фиг. 1 изображена функциональная схема дуговой печи постоянного тока, реализующая способ электроплавки металла согласно изобретению; на фиг. 2 - принципиальная схема электрических соединений элементов печи. In FIG. 1 shows a functional diagram of a direct current arc furnace that implements the method of electric melting of metal according to the invention; in FIG. 2 is a circuit diagram of electrical connections of furnace elements.

Способ электроплавки, включающий загрузку печи по крайней мере в один прием шихтой с известными свойствами и массой, опускание электрода до возникновения электрического контакта между электродом и шихтой, включение источника электропитания для протекания тока по крайней мере через одну замкнутую электрическую цепь, включающую электрод, междуговой промежуток, шихту, расплав по крайней мере один подовый электрод с токоподводами, расположенными под подиной печи, источник электропитания, управление параметрами дуги и источника электропитания, плавление шихты, перемешивание расплава за счет возбуждения в расплаве поля электромагнитных сил от протекания тока через расплав, периодическое изменение величины тока, протекающего через расплав соответствующим изменением интенсивности поля электромагнитных сил в расплаве, а также то, что в процессе плавления шихты и накопления расплава на подине, контролируют массу расплава и, по мере накопления расплава на подине печи, подключают к источнику электропитания дополнительные подовые электроды и/или дополнительные токоподводы к подовым электродам, ориентированные в горизонтальной плоскости под углом друг к другу, при одновременном увеличении горизонтальной и вертикальной составляющих тока, протекающего через расплав с соответствующим увеличением интенсивности поля электромагнитных сил в расплаве, а также то, что в процессе расплавления шихты и нагрева расплава поддерживают постоянную вводимую в печь мощность за счет уменьшения напряжения на выходах источника электропитания, подсоединенных к расплаву, и длину дуги пропорционально увеличению тока через печь, изменение горизонтальной и вертикальной составляющих тока осуществляют скачкообразно, в два этапа, причем первый этап осуществляют после расплавления шихты под дугой, а второй - после расплавления шихты, расположенной над поверхностью расплава, при этом время начала первого изменения составляющих тока определяют по следующему математическому выражению:

где: W_теор - теоретический расход энергии на расплавление одной тонны шихты, кВтч;
M - масса загруженной в печь шихты, т;
P - активная мощность, подводимая к печи, кВт;
T₁, T₂ - время начала, соответственно, первого и второго изменения составляющих тока, ч,
а периодическое изменение составляющих тока в замкнутых электрических цепях начинают и проводят после начала второго изменения силы составляющих тока в расплаве, причем при уменьшении или увеличении тока в одной из замкнутых электрических цепей в других цепях ток пропорционально увеличивают или уменьшают с сохранением постоянной мощности дуги и после окончания нагрева расплава его рафинирование проводят, предварительно установив интервал температур расплава T_max и T_min,
где T_max - максимально допустимая температура расплава;
T_min - минимально допустимая температура расплава, причем
при достижении расплавом температуры T_max печь отключают, а при достижении расплавом температуры T_min печь включают.An electric melting method, comprising loading the furnace at least in one charge with known properties and mass, lowering the electrode until electrical contact between the electrode and the charge occurs, turning on the power source for the current to flow through at least one closed electrical circuit including the electrode, the inter-gap , charge, melt, at least one hearth electrode with current leads located under the hearth of the furnace, power supply, control of the parameters of the arc and electric power source melting, charge melting, mixing of the melt due to the excitation of the field of electromagnetic forces from the current flowing through the melt, periodic change in the magnitude of the current flowing through the melt with a corresponding change in the intensity of the field of electromagnetic forces in the melt, as well as the fact that the charge is melted and the melt accumulates on the bottom, the mass of the melt is controlled and, as the melt accumulates on the bottom of the furnace, additional hearth electrodes and / or additional current leads are connected to the power supply hearth electrodes oriented in the horizontal plane at an angle to each other, while increasing the horizontal and vertical components of the current flowing through the melt with a corresponding increase in the intensity of the field of electromagnetic forces in the melt, as well as the fact that the charge is maintained constant during the melt melting and heating power in the furnace by reducing the voltage at the outputs of the power source connected to the melt, and the arc length is proportional to the increase in current through b, the horizontal and vertical components of the current are changed stepwise, in two stages, the first stage being carried out after the charge is melted under the arc, and the second after the charge is melted, located above the surface of the melt, the start time of the first change in the current components is determined by the following mathematical expression :

where: W _theory - theoretical energy consumption for the melting of one ton of the charge, kWh;
M is the mass of the charge loaded into the furnace, t;
P - active power supplied to the furnace, kW;
T ₁ , T ₂ - start time, respectively, of the first and second changes in the current components, h,
and a periodic change in the current components in closed electric circuits is started and carried out after the second change in the strength of the current components in the melt begins, and when the current in one of the closed electric circuits decreases or increases in other circuits, the current is proportionally increased or decreased while maintaining a constant arc power and after heating the melt, its refinement is carried out, having previously set the temperature range of the melt T _max and T _min ,
where T _max - the maximum allowable temperature of the melt;
T _min - the minimum allowable temperature of the melt, and
when the melt reaches a temperature T _{max, the} furnace is turned off, and when the melt reaches a temperature T _{min the} furnace is turned on.

Периодическое изменение тока в замкнутых электрических цепях начинают и проводят после начала второго изменения силы тока в расплаве, причем при уменьшении или увеличении тока в одной из замкнутых электрических цепей в других цепях ток пропорционально увеличивают или уменьшают, сохраняя постоянной мощность дуги. Изменение силы тока в замкнутых электрических цепях проводят в соответствии со способом, описанным в прототипе [3]. Он включает в себя следующие операции. A periodic change in current in closed electrical circuits is started and carried out after the second change in the current strength in the melt begins, and when the current in one of the closed electrical circuits decreases or increases in other circuits, the current is proportionally increased or decreased, keeping the arc power constant. The change in current in closed circuits is carried out in accordance with the method described in the prototype [3]. It includes the following operations.

По патентному способу электроплавки [3] заранее заданные длительность периоды и изменение тока в течение времени одного периоды определяют из следующих соотношений:

где T₁, с - максимально допустимая величина длительности одного периода изменения тока, протекающего через расплав;
K₁ - эмпирический коэффициент геометрии ванны расплава и условий токоподвода;
L, м - средний диаметр ванны расплава;
ρ , кг/м³ - плотность расплава;
μ_o = π•10^-7 , Гн/м;
I_ном, А - номинальное значение величины тока, протекающего через расплав;
T, с - величина длительности одного периода изменения тока, протекающего через расплав;
I_min, А - минимальное значение величины тока, протекающего через расплав;
K₂ - эмпирический коэффициент снижения величины номинального тока;
τ₁, с - время, отсчитываемое от начала периода изменения тока, протекающего через расплав, в течение которого величина тока увеличивается от значения I_min до значения I_max;
τ₂, с - время, отсчитываемое от момента окончания времени τ₁ , в течение которого величина тока, протекающего через расплав, остается неизменной и равной I_ном;
τ₃, с - время, отсчитываемое от момента окончания времени τ₂ , в течение которого величина тока, протекающего через расплав, уменьшается от значения I_ном до значения I_min;
τ₄, с - время, отсчитываемое от момента окончания времени τ₃ , в течение которого величина тока, протекающего через расплав, остается неизменной и равной I_min;
n₁ - эмпирический коэффициент времени T₁ увеличения тока, протекающего через расплав;
n₂ - эмпирический коэффициент времени T₃ уменьшения тока, протекающего через расплав;
n₃ - эмпирический коэффициент времени T₄ выдержки I_min.According to the patent method of electric melting [3], the predetermined duration of the periods and the change in current over time of one period are determined from the following ratios:

where T ₁ , s - the maximum allowable value of the duration of one period of change in the current flowing through the melt;
K ₁ is the empirical coefficient of the geometry of the molten bath and current supply conditions;
L, m is the average diameter of the molten bath;
ρ, kg / m ³ - the density of the melt;
μ _o = π • 10 ^-7 , GN / m;
I _nom , A is the nominal value of the current flowing through the melt;
T, s is the value of the duration of one period of a change in the current flowing through the melt;
I _min , A - the minimum value of the current flowing through the melt;
K ₂ - empirical coefficient of reduction of the nominal current;
τ ₁ , s is the time counted from the beginning of the period of change in the current flowing through the melt, during which the current increases from I _min to I _max ;
τ ₂ , s - time, counted from the moment of the end of time τ ₁ , during which the magnitude of the current flowing through the melt remains unchanged and equal to I _nom ;
τ ₃ , s is the time counted from the end of time τ ₂ during which the magnitude of the current flowing through the melt decreases from the value of I _nom to the value of I _min ;
τ ₄ , s is the time counted from the moment of the end of time τ ₃ during which the current flowing through the melt remains unchanged and equal to I _min ;
n ₁ is the empirical coefficient of time T ₁ increase in the current flowing through the melt;
n ₂ is an empirical coefficient of time T ₃ decreasing the current flowing through the melt;
n ₃ is an empirical coefficient of time T ₄ exposure I _min .

Также по патентному способу электроплавки [3] в случае множества замкнутых электрических цепей пропускание тока через образующийся расплав исходного материала по множеству замкнутых электрических цепей осуществляют с одинаковыми длительностью периода и изменением тока в течение времени одного периода для всех замкнутых электрических цепей и со сдвигом фаз в каждой замкнутой электрической цепи относительно другой. Also, according to the patent method of electric melting [3], in the case of a plurality of closed electrical circuits, the current passing through the resulting melt of the source material through a plurality of closed electrical circuits is carried out with the same period duration and current change over the course of one period for all closed electrical circuits and with phase shift in each closed electrical circuit relative to another.

После окончания нагрева расплава его рафинирование проводят, установив интервал температур расплава T_maxи T_min, где T_max - максимально допустимая температура расплава, T_min - минимально допустимая температура расплава, причем при достижении температуры расплава T_max печь отключают, а при достижении температуры расплава T_min печь включают, проводя включения и отключения печи, а также изменения тока в замкнутых цепях периодически.After heating of the melt is completed, it is refined by setting the melt temperature range T _max and T _min , where T _max is the maximum permissible melt temperature, T _min is the minimum permissible melt temperature, and when the melt temperature T _{max is} reached, the furnace is turned off, and when the melt temperature is reached T _{min the} furnace is turned on by conducting on and off of the furnace, as well as changes in current in closed circuits periodically.

Дуговая печь, реализующая способ электроплавки, работает следующим образом. An arc furnace that implements the method of electric melting, operates as follows.

Перед завалкой в печь определяют вес шихты (G) и материал, из справочных данных определяют теоретическую энергию на расплавление шихты (W_теор), допускаемый интервал температуры расплава при рафинировании и выдержке (T_max и T_min). Параметры плавления определяют, задаваясь током I_ном. величина которого соответствует максимальному току, протекающему через расплав, т.е. току периода нагрева расплава и рафинирования, и активной мощностью источника электропитания P. Поскольку величина тока I_ном определяется суммой токов, протекающих через горизонтально расположенные под расплавом токоподводы, ток в каждом токоподводе определяют из соотношения

где I_т - соответственно ток в токоподводе, а n - число токоподводов.Before filling into the furnace, the weight of the mixture (G) and the material are determined, from the reference data the theoretical energy for melting the mixture (W _theor ), the allowable temperature range of the melt during refining and aging (T _max and T _min ) are determined. The melting parameters are determined by setting the current I _nom . the value of which corresponds to the maximum current flowing through the melt, i.e. the current of the melt heating and refining period, and the active power of the power supply P. Since the current value I _nom is determined by the sum of the currents flowing through the current leads horizontally located under the melt, the current in each current lead is determined from the relation

where I _t is the current in the current lead, respectively, and n is the number of current leads.

Для осуществления перемешивания расплава в период его нагрева, выдержки и рафинирования определяют данные для перемешивания согласно [3]. Для этого в зависимости от конкретно выбранной дуговой печи постоянного тока с известными геометрией ванны с расплавом 19, числом подовых электродов 11, 12, условиями токоподвода и от конкретного вида исходного материала (шихты) перед началом работы задают номинальный ток I_ном дугового электрического разряда, на котором проводят нагрев расплава и его рафинирование. Затем рассчитывают длительность T периода периодически изменяющегося тока в течение времени одного периода, определяемые величинами τ₁, τ₂, τ₃, τ₄ из следующих соотношений

где
T₁, с - максимально допустимая величина длительности одного периода изменения тока, протекающего через расплав;
K₁ - эмпирический коэффициент геометрии ванны расплава и условий токоподвода;
L, м - средний диаметр ванны расплава;
ρ , кг/м³ - плотность расплава;
μ_o/= π•10^-7, Гн/м;
I_ном, А - номинальное значение величины тока, протекающего через расплав;
T, с - величина длительности одного периода изменения тока, протекающего через расплав;
I_min, А - минимальное значение величины тока, протекающего через расплав;
K₂ - эмпирический коэффициент снижения величины номинального тока;
τ₁, с - время, отсчитываемое от начала периода изменения тока, протекающего через расплав, в течение которого величина тока увеличивается от значения I_min до значения I_max;
τ₂, с - время, отсчитываемое от момента окончания времени τ₁ , в течение которого величина тока, протекающего через расплав, остается неизменной и равной I_ном;
τ₃, с - время, отсчитываемое от момента окончания времени τ₂ , в течение которого величина тока, протекающего через расплав, уменьшается от значения I_ном до значения I_min;
τ₄, с - время, отсчитываемое от момента окончания времени τ₃ , в течение которого величина тока, протекающего через расплав, остается неизменной и равной I_min;
n₁ - эмпирический коэффициент времени τ₁ увеличения тока, протекающего через расплав;
n₂ - эмпирический коэффициент времени τ₃ уменьшения тока, протекающего через расплав;
n₃ - эмпирический коэффициент времени τ₄ выдержки I_min.To carry out the mixing of the melt during its heating, aging and refining, the data for mixing are determined according to [3]. For this, depending on the particular DC arc furnace with the known geometry of the bath with the melt 19, the number of hearth electrodes 11, 12, the current supply conditions and the specific type of source material (charge), before starting work, the nominal current I _{nom of the} arc electric discharge is set, for which conduct the heating of the melt and its refining. Then calculate the duration T of the period of a periodically changing current during the time of one period, determined by the values of τ ₁ , τ ₂ , τ ₃ , τ ₄ from the following relations

Where
T ₁ , s - the maximum allowable value of the duration of one period of change in the current flowing through the melt;
K ₁ is the empirical coefficient of the geometry of the molten bath and current supply conditions;
L, m is the average diameter of the molten bath;
ρ, kg / m ³ - the density of the melt;
μ _{o /} = π • 10 ^-7 , GN / m;
I _nom , A is the nominal value of the current flowing through the melt;
T, s is the value of the duration of one period of a change in the current flowing through the melt;
I _min , A - the minimum value of the current flowing through the melt;
K ₂ - empirical coefficient of reduction of the nominal current;
τ ₁ , s is the time counted from the beginning of the period of change in the current flowing through the melt, during which the current increases from I _min to I _max ;
τ ₂ , s - time, counted from the moment of the end of time τ ₁ , during which the magnitude of the current flowing through the melt remains unchanged and equal to I _nom ;
τ ₃ , s is the time counted from the end of time τ ₂ during which the magnitude of the current flowing through the melt decreases from the value of I _nom to the value of I _min ;
τ ₄ , s is the time counted from the moment of the end of time τ ₃ during which the current flowing through the melt remains unchanged and equal to I _min ;
n ₁ is the empirical coefficient of time τ ₁ increase in the current flowing through the melt;
n ₂ is the empirical coefficient of time τ _{3 the} decrease in the current flowing through the melt;
n ₃ is an empirical coefficient of time τ ₄ exposure I _min .

Величины эмпирических коэффициентов K₁, K₂, n₁, n₂, n₃ определяют широко известным методом физического моделирования [4].The values of empirical coefficients K ₁ , K ₂ , n ₁ , n ₂ , n _{3 are} determined by the well-known method of physical modeling [4].

Дуговая печь постоянного тока, реализующая патентуемый способ электроплавки, содержит корпус 1 (фиг. 1), образованный металлической оболочкой 2 с футеровкой 3. В стенках корпуса 1 выполнены проем 4 для подачи исходного материала (шихты) и проем для слива готового материала (металла). В нижней части корпуса 1 под проемом 4 расположена подина 6. Над корпусом 1 расположен свод 7 с водоохлаждаемым сводовым кольцом 8. В отверстии, выполненном в своде 7, установлен водоохлаждаемый экономайзер 9, через который пропущен графитированный электрод 10. Через отверстие в подине 6 корпуса 1 пропущены два подовых электрода 11, 12, а между металлической оболочкой 2 и электродами 11, 12 расположены соответствующие электрические изоляторы 13, 14. К электродам 11, 12 подключены соответственно блоки изменения тока, в качестве которых использованы регуляторы 15, 16. Регуляторы 15, 16 и электрод 10 подключены к источнику 17 электропитания. На чертеже пунктиром условно показан дуговой электрический разряд 18 между электродом и образующимся из шихты расплавом 19, а также условно показаны рукоятки 20, 21 регулирования тока соответственно регуляторов 15, 16 тока. A direct current arc furnace that implements the patented electric melting method comprises a housing 1 (Fig. 1) formed by a metal shell 2 with a lining 3. An opening 4 is made in the walls of the housing 1 for supplying the source material (charge) and an opening for draining the finished material (metal) . In the lower part of the housing 1, under the opening 4, there is a hearth 6. Above the housing 1 there is a vault 7 with a water-cooled vault ring 8. In the hole made in the vault 7, a water-cooled economizer 9 is installed, through which a graphite electrode 10 is passed through the hole in the hearth 6 of the casing 1 two hearth electrodes 11, 12 are missing, and corresponding electrical insulators 13, 14 are located between the metal shell 2 and the electrodes 11, 12. Current change blocks are connected to the electrodes 11, 12, for which Orae 15, 16. Regulators 15, 16 and electrode 10 are connected to the power source 17. In the drawing, a dotted line conventionally shows an electric arc discharge 18 between the electrode and the melt 19 formed from the charge, and also the current control knobs 20, 21, respectively, of the current regulators 15, 16 are shown.

По другому варианту выполнения конструкция дуговой печи постоянного тока, реализующая патентуемый способ электроплавки, аналогична конструкции дуговой печи на фиг. 1. Разница заключается в том, что дуговая печь дополнительно содержит средство 22 управления изменением тока. Средство 22 содержит блок 23 задания, к выходу 24 которого подключен микропроцессор 25. Выходы 26, 27 микропроцессора 25, являющиеся выходами блока 22, подключены к соответствующим регуляторам 15, 16. According to another embodiment, the design of the direct current arc furnace implementing the patented electric melting method is similar to the design of the arc furnace in FIG. 1. The difference lies in the fact that the arc furnace further comprises a current change control means 22. The tool 22 comprises a task unit 23, to the output 24 of which a microprocessor 25 is connected. The outputs 26, 27 of the microprocessor 25, which are the outputs of block 22, are connected to the respective controllers 15, 16.

На фиг. 1 показаны также два горизонтальных участка токоподвода 28 и 29, подключенные к подовым электродам и регуляторам тока 15 и 16. Эти токоподводы могут также быть подключены к одному из подовых электродов. В этом случае второй подовый электрод на печи не устанавливают. Печь может быть оснащена большим количеством подовых электродов. В этом случае на ней устанавливают также большее количество токоподводов и блоков управления током в них, каждый из которых подсоединен к своему подовому электроду. Печь может быть также оснащена одним подовым электродом и токоподводами к нему с индивидуальными блоками управления током, количество которых больше двух. Токоподводы под расплавом (подиной печи) могут быть размещены произвольно, но обязательно их горизонтальные участки должны располагаться под углом друг к другу. Подовые электроды могут располагаться в подине произвольно, но должны быть смещены от оси графитированного электрода. In FIG. 1 also shows two horizontal sections of current leads 28 and 29 connected to the bottom electrodes and current regulators 15 and 16. These current leads can also be connected to one of the bottom electrodes. In this case, the second hearth electrode is not installed on the furnace. The furnace can be equipped with a large number of hearth electrodes. In this case, a larger number of current leads and current control units are also installed on them, each of which is connected to its hearth electrode. The furnace can also be equipped with one hearth electrode and current leads to it with individual current control units, the number of which is more than two. Current leads under the melt (hearth of the furnace) can be placed arbitrarily, but their horizontal sections must be at an angle to each other. Hearth electrodes can be arbitrarily located in the hearth, but must be offset from the axis of the graphite electrode.

На фиг. 2 подробнее показана принципиальная электрическая схема печи. Она содержит источник электропитания (трансформатор или группу трансформаторов) 17, блоки управления током (например, тиристорные преобразователи) 15, 16, 30, 31, коммутирующие устройства (механические или полупроводниковые) 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40. Графитированный электрод 10 непосредственно через реактор 46 соединен с минусом блока управления током 31 и через коммутирующие устройства 38, 39, 40 - с минусами блоков 30, 16 и 15, а подовые электроды 11, 12, 32 и 33 соединены через коммутирующие устройства 35, 36, 37 и токоподводы 28, 29, 41 и 42 с плюсами блоков управления током 15, 16, 30, 31, причем блок 15 может быть соединен с подовым электродом 11 непосредственно через токоподвод. Между блоками 15, 16, 30 и 31 установлены реакторы 43, 44, 45 и коммутирующие устройства 32, 33 и 34. Могут быть варианты исполнения печи, при которых на ней установлен один подовый электрод 11, а токоподводы 29, 41 и 42 подключены к нему или установлены подовые электроды 11 и 33, причем токоподводы 28 и 29 в этом случае подключены к подовому электроду 11, а токоподводы 41 и 42 к подовому электроду 33. Затем при отодвинутом своде 7 корпус 1 загружают шихтой и уплотняют сводовое кольцо 8 на корпусе 1. После этого включают коммутирующие устройства 32, 33, 34, а остальные оставляют отключенными, собирая электрическую цепь из последовательно включенных блоков управления током 15, 16, 30 и 31. Затем включают источник 17 электропитания и подают напряжение между графитированным 10 и подовым электродом 11. Зажигают дугу и, увеличивая ее длину, достигают напряжения на дуге

поддерживают ток дуги равным

. При этих параметрах проводят расплавление шихты под дугой (первый период плавки) в течение времени, определяемого из соотношения

Первый период плавления ведется, таким образом, на минимальном токе и высоком напряжении. Это обеспечивает работу печи на полной мощности, вовлекает в расплавление шихту под электродом, причем расплав стекает на подину, накапливаясь на ней. В этот период расплав имеет наименьшее взаимодействие тока, протекающего через него, с электромагнитным полем тока, протекающего в горизонтальном направлении через токоподвод 28 под подиной, и расплав перемешивается слабо, не создавая излишних тепловых и механических нагрузок на подовые электроды и подину. Высокое напряжение на дуге позволяет поддерживать ее большую длину, что стабилизирует электрический режим. В конце первого периода дуга, горящая ранее на куске шихты, привязывается к расплаву, и необходимо увеличить скорость его движения. Это достигается тем, что после окончания первого периода печь отключают, размыкают контакты коммутирующего устройства 33 и замыкают контакты 36 и 39. В результате переключения к печи дополнительно подключают токоподвод 41, соединенный с подовым электродом 32 и последовательно включенными с ним блоками управления током 30 и 31 и графитированным электродом 10, к которому последовательно подключены также блоки управления током 15 и 16, токоподвод 28 и подовый электрод 11. Переключение позволяет в два раза увеличить тока, протекающий через расплав, создать дополнительный магнитный поток в расплаве от горизонтальных составляющих тока, протекающего между подовыми электродами 11 и 32 и графитированным электродом 10, а также от токов, протекающих по подключенному токоподводу 41. Это переключение позволило сохранить вводимую в печь мощность, так как удвоение тока через расплав сопровождалось двукратным уменьшением напряжения на подключенных к ней источниках электропитания. После переключения вновь зажигают дугу и ведут второй период расплавления в течение времени

, после чего печь снова отключают.In FIG. 2 shows in more detail the circuit diagram of the furnace. It contains a power source (transformer or group of transformers) 17, current control units (for example, thyristor converters) 15, 16, 30, 31, switching devices (mechanical or semiconductor) 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40. The graphite electrode 10 is directly connected through the reactor 46 to the minus of the current control unit 31 and through switching

devices

38, 39, 40 to the minuses of the

blocks

30, 16 and 15, and the

hearth electrodes

11, 12, 32 and 33 are connected through the

switching devices

35, 36, 37 and

current leads

28, 29, 41 and 42 with pluses of current control units m 15, 16, 30, 31, and the block 15 can be connected to the hearth electrode 11 directly through the current lead. Between

blocks

15, 16, 30 and 31,

reactors

43, 44, 45 and switching

devices

32, 33 and 34 are installed. There may be furnace versions in which one hearth electrode 11 is installed on it, and

current leads

29, 41 and 42 are connected to hearth electrodes 11 and 33 are installed to it, and

current leads

28 and 29 in this case are connected to the hearth electrode 11, and

current leads

41 and 42 to the hearth electrode 33. Then, when the arch 7 is removed, the housing 1 is loaded with a charge and the arch ring 8 is sealed on the housing 1 After that they switch on the

switching devices

32, 33, 34, and leave the rest t disconnected, collecting an electric circuit from series-connected

current control units

15, 16, 30 and 31. Then, turn on the power source 17 and apply voltage between graphite 10 and the bottom electrode 11. Light the arc and, increasing its length, reach the voltage on the arc

keep the arc current equal

. With these parameters, the charge is melted under the arc (the first melting period) for a time determined from the ratio

The first melting period is, thus, at minimum current and high voltage. This ensures that the furnace operates at full power, involves the charge under the electrode in melting, and the melt flows onto the hearth, accumulating on it. During this period, the melt has the least interaction of the current flowing through it with the electromagnetic field of the current flowing horizontally through the current lead 28 under the bottom, and the melt mixes weakly, without creating excessive thermal and mechanical loads on the bottom electrodes and bottom. High voltage on the arc allows you to maintain its large length, which stabilizes the electric mode. At the end of the first period, the arc that burns earlier on a piece of the charge is tied to the melt, and it is necessary to increase its speed. This is achieved by the fact that after the end of the first period, the furnace is turned off, the contacts of the switching device 33 are opened and the

contacts

36 and 39 are closed. As a result of the switch, a current lead 41 connected to the hearth electrode 32 and

current control units

30 and 31 connected in series with it is additionally connected and a graphite electrode 10, to which

current control units

15 and 16, a current lead 28 and a hearth electrode 11 are connected in series. Switching allows you to double the current flowing through the melt, creating add an additional magnetic flux in the melt from the horizontal components of the current flowing between the hearth electrodes 11 and 32 and the graphite electrode 10, as well as from the currents flowing through the connected current supply 41. This switching made it possible to preserve the power introduced into the furnace, since the doubling of the current through the melt was accompanied by a twofold decrease in voltage on the power sources connected to it. After switching, the arc is again ignited and a second period of fusion is conducted over time

then the oven is turned off again.

Затем проводят размыкание контактов коммутирующих устройств 32 и 34 и замыкание контактов коммутирующих устройств 35, 37, 38 и 40. Это позволяет подключить к расплаву дополнительно токоподводы 29 и 42 через подовые электроды 12 и 33 к блокам управления током 16 и 30, а через контакты 38 и 40 подключить блоки 15 и 30 непосредственно к графитированному электроду 10. При этом все блоки управления током подключаются к расплаву и графитированному электроду параллельно, а за счет увеличения тока в расплаве в вертикальном и горизонтальном направлении и дальнейшего увеличения настила горизонтальной составляющей тока в расплаве и токоподводах к подовым электродам увеличить интенсивность перемешивания расплава. Как и при первом переключении, второе переключение позволяет сохранить мощность, так как рост тока в расплаве сопровождается уменьшением подведенного к печи напряжения. Then, the contacts of the switching devices 32 and 34 are opened and the contacts of the switching devices 35, 37, 38 and 40 are closed. This allows additional current leads 29 and 42 to be connected to the melt through the hearth electrodes 12 and 33 to the current control units 16 and 30, and through the contacts 38 and 40, connect the blocks 15 and 30 directly to the graphitized electrode 10. In this case, all current control units are connected to the melt and the graphitized electrode in parallel, and by increasing the current in the melt in the vertical and horizontal directions and further to increase the flooring of the horizontal component of the current in the melt and current leads to the bottom electrodes to increase the intensity of mixing of the melt. As with the first switching, the second switching allows you to save power, since the increase in current in the melt is accompanied by a decrease in the voltage supplied to the furnace.

После переключения вновь зажигают дугу, а для улучшения условий перемешивания и уменьшения тепловых нагрузок на подовые электроды включают систему, подробно показанную для двух подовых электродов на фиг. 1, которую оставляют включенной до слива расплава. Для этого включают источник 17 электропитания и создают напряжение между графитированным 10 и подовыми 11, 12, 32 и 33 электродами. Зажигают дуговой электрический разряд 18 и в процессе плавления шихты образуют расплав 19 с возникновением четырех замкнутых электрических цепей (по числу подовых электродов). Из них первую цепь образует источник 17, графитированный электрод 10, разряд 18, расплав 19, подовый электрод 11 и регулятор 15 тока. Вторую цепь образуют те же источник 17, графитированный электрод 10, разряд 18 и расплав 19, а также подовый электрод 12 и регулятор 16 тока (третья и четвертая цепи на чертеже не показаны). В соответствии с выбранными значениями вышеуказанных величин I_ном, I_min, T, τ₁, τ₂, τ₃, τ₄, φ рукоятками 20, 21 регуляторов 15, 16 изменяют токи, проходящие через электроды 11, 12 в течение всего времени горения дугового электрического разряда, а также во время перемешивания расплава 19. При этом в каждый момент времени ток, протекающий через расплав 19, равен сумме токов, протекающих через подовые электроды 11, 12, 32 и 33. Ток в расплаве 19, взаимодействуя с собственным магнитным полем, возбуждает в расплаве 19 поле электромагнитной силы, которое периодически во времени в соответствии с изменениями токов в подовых электродах 11, 12 32 и 33. Меняющееся поле электромагнитных сил приводит к возникновению в расплаве 19 сложных, а также периодически изменяющихся гидродинамических течений, которые существуют в течение всего времени горения разряда 18, тем самым обеспечивая перемешивание.After switching, the arc is again ignited, and to improve mixing conditions and reduce heat loads on the hearth electrodes, the system shown in detail for the two hearth electrodes in FIG. 1, which is left turned on until the melt is drained. To do this, turn on the power source 17 and create a voltage between the graphite 10 and the hearth 11, 12, 32 and 33 of the electrodes. The electric arc discharge 18 is ignited and, during the melting of the mixture, they form a melt 19 with the occurrence of four closed electrical circuits (according to the number of hearth electrodes). Of these, the first circuit is formed by a source 17, a graphite electrode 10, a discharge 18, a melt 19, a hearth electrode 11, and a current regulator 15. The second circuit is formed by the same source 17, graphite electrode 10, discharge 18 and melt 19, as well as a hearth electrode 12 and current regulator 16 (the third and fourth circuits are not shown in the drawing). In accordance with the selected values of the above values, I _nom , I _min , T, τ ₁ , τ ₂ , τ ₃ , τ ₄ , φ, by the knobs 20, 21 of the regulators 15, 16 change the currents passing through the electrodes 11, 12 throughout the entire burning time arc electric discharge, as well as during mixing of the melt 19. Moreover, at each moment of time, the current flowing through the melt 19 is equal to the sum of the currents flowing through the hearth electrodes 11, 12, 32 and 33. The current in the melt 19, interacting with its own magnetic field, excites in the melt 19 field of electromagnetic force, which is periodic and in time in accordance with changes in currents in the hearth electrodes 11, 12 32 and 33. The changing field of electromagnetic forces leads to the appearance in the melt 19 of complex as well as periodically changing hydrodynamic flows that exist throughout the entire burning time of discharge 18, thereby ensuring stirring.

Таким образом, выбранные значения T, τ₁, τ₂, τ₃, τ₄ , I_min, I_max, φ , с одной стороны, обеспечивают равномерное по всему объему перемешивание расплава, а с другой стороны, не дают образовываться устойчивым локальным вихрям над подовыми электродами 32, 33, 11, 12, а также не дают образовываться устойчивой гидродинамической струе в расплаве 19 из-под пятна контакта разряда 18 вниз на подину 6.Thus, the selected values of T, τ ₁ , τ ₂ , τ ₃ , τ ₄ , I _min , I _max , φ, on the one hand, ensure uniform mixing of the melt throughout the volume, and, on the other hand, prevent stable local vortices from forming above the hearth electrodes 32, 33, 11, 12, and also do not allow a stable hydrodynamic stream to form in the melt 19 from under the contact spot of discharge 18 down to the bottom 6.

Использование рукояток 20, 21 регуляторов 15, 16 для изменения тока осуществляют, в основном, при наладке дуговых печей постоянного тока, при отработке на них различных технологических режимов, при проверочных испытаниях дуговых печей. При работе дуговых печей в режиме систематических электроплавок значения величин T, τ₁, τ₂, τ₃, τ₄ , I_min, I_max, φ заранее вводят в блок 23 задания средства 22 управления изменением тока, в котором формируется программа управления микропроцессором 25 средства 22. На основании программы с блока 23 микропроцессор 25 через выходы 26, 27 управляет соответствующими регуляторами 15, 16, изменяя токи, проходящие через соответственно электроды 11, 12, 32, 33 в течение всего времени горения дугового электрического разряда 18. Остальные подовые электроды дуговой печи работают аналогично вышеописанным.The use of the handles 20, 21 of the regulators 15, 16 for changing the current is carried out, mainly, when setting up DC arc furnaces, when practicing various technological modes on them, during verification tests of arc furnaces. When operating arc furnaces in the systematic electric melting mode, the values of T, τ ₁ , τ ₂ , τ ₃ , τ ₄ , I _min , I _max , φ are preliminarily entered into the unit 23 of the task of the current change control means 22, in which the microprocessor control program 25 is formed means 22. Based on the program from block 23, the microprocessor 25 through the outputs 26, 27 controls the corresponding controllers 15, 16, changing the currents passing through the electrodes 11, 12, 32, 33, respectively, during the entire time of burning of the electric arc discharge 18. The remaining hearth electrodes arc furnace driver running similar to the above.

После достижения температуры расплава значения T_max печь отключают и повторно включают после остывания металла до температуры. Эту операцию периодически осуществляют до готовности металла, после чего печь отключают и проводят слив металла.After reaching the melt temperature, the values of T _{max the} furnace is turned off and re-enabled after the metal has cooled to a temperature. This operation is periodically carried out until the metal is ready, after which the furnace is turned off and the metal is drained.

Пример реализации способа электроплавки на конкретно выбранной дуговой печи постоянного тока. An example implementation of the method of electric melting on a specifically selected DC arc furnace.

Брали дуговую печь постоянного тока емкостью 25 тонн для плавки стали, для которой L = 2,8 м, I_ном = 32000 А. Для стали ρ = 7600 кг/м³, W_теор = 340 кВтч/т, T_max = 1690^oC, T_min = 1640^oC.We took a direct current arc furnace with a capacity of 25 tons for steel melting, for which L = 2.8 m, I _nom = 32000 A. For steel ρ = 7600 kg / m ³ , W _theory = 340 kWh / t, T _max = 1690 ^o C, T _min = 1640 ^o C.

Максимальное напряжение источника электропитания, реализуемое на дуге, 1200 В. Количество подовых электродов 2, количество токоподводов к подовым электродам 4, количество блоков управления током 4. Параметры одного блока: ток 8 кА, напряжение 300 В. Коммутирующими аппаратами служат автоматические выключатели АА-10 на ток 10 кА. Подовые электроды сдвинуты относительно оси графитировнаного электрода и находятся по разные стороны от него. К каждому подовому электроду подведены два горизонтальных токоподвода, угол между ними в горизонтальной плоскости около 15^o.The maximum voltage of the power source sold on an arc is 1200 V. The number of hearth electrodes 2, the number of current leads to the hearth electrodes 4, the number of current control units 4. Parameters of one block: current 8 kA, voltage 300 V. The switching devices are AA-10 circuit breakers. current 10 kA. The hearth electrodes are shifted relative to the axis of the graphitized electrode and are located on different sides of it. Two horizontal current leads are connected to each hearth electrode, the angle between them in the horizontal plane is about 15 ^o .

В печь загружают 25 т стали и плавку ведут при постоянной активной мощности 9600 кВт. Времена периодов устанавливают согласно соотношениям:

Рафинирование вели в интервале температур 1640 - 1690^oC, включают два раза печь в течение 30 мин после остывания расплава на 6 мин каждый раз и на 3 мин перед сливом расплава. Печь включали в соответствии с описанием изобретения. В первый период поддерживали ток 8 кА и напряжение 1200 В, подключив только один подовый электрод. Второй период плавления провели на токе 16 кА и напряжении 600 В, подключив второй электрод. В третьем периоде и при выдержке расплава поддерживали ток 32 кА и напряжение на дуге 300 В. Для реализации режима управляемого перемешивания расплава в третьем периоде плавки и рафинирования расплава методом физического моделирования [4] на ртутной модели ванны расплава определили значения эмпирических коэффициентов:
K₁ = 3, K₂ = 0,15, n₁ = 0,01, n₂ = 0,01, n₃ = 0,1.25 tons of steel are loaded into the furnace and melting is carried out at a constant active power of 9600 kW. The periods are set according to the ratios:

Refining was carried out in the temperature range 1640 - 1690 ^o C, include two times the furnace for 30 minutes after cooling the melt for 6 minutes each time and 3 minutes before draining the melt. The furnace was turned on in accordance with the description of the invention. In the first period, a current of 8 kA and a voltage of 1200 V were maintained by connecting only one hearth electrode. The second melting period was carried out at a current of 16 kA and a voltage of 600 V, connecting a second electrode. In the third period and when the melt was held, a current of 32 kA and an arc voltage of 300 V were maintained. To implement the mode of controlled melt mixing in the third period of melt melting and refining by physical modeling [4], the empirical coefficients were determined on the mercury bath model of the melt:
K ₁ = 3, K ₂ = 0.15, n ₁ = 0.01, n ₂ = 0.01, n ₃ = 0.1.

Из соотношения

находили значение
T₁ = 3(2,8) 7600/4110/32000 = 62 с.From the relation

found value
T ₁ = 3 (2.8) 7600/4110/32000 = 62 s.

Выбирали T = T₁ = 62 с и из соотношения

находили

и определяли значения τ₁, τ₂, τ₃, τ₄ из соотношений

Сдвиг фаз между токами в подовых электродах 11, 12 определяли из соотношения τ₃ + τ₄ < φ < τ₂ + τ₁

Выбирали из диапазона 6,82^oC55,18 с; φ = 31 с.T = T ₁ = 62 s was selected and from the relation

found

and determined the values of τ ₁ , τ ₂ , τ ₃ , τ ₄ from the relations

The phase shift between the currents in the hearth electrodes 11, 12 was determined from the relation τ ₃ + τ ₄ <φ <τ ₂ + τ ₁

Choose from a range of 6.82 ^° C55.18 s; φ = 31 s.

Таким образом, получали данные:
T = 0,62 с

I_ном = 32000 А
I_min = 4800 А.Thus, received data:
T = 0.62 s

I _nom = 32000 A
I _min = 4800 A.

По этим данным изменяли токи, протекающие через подовые электроды 11, 12 в процессе электроплавки в выбранной дуговой печи. According to these data, the currents flowing through the hearth electrodes 11, 12 were changed during electric melting in the selected arc furnace.

Сначала, при контрольных испытаниях изменения токов осуществляли рукоятками 20, 21 регуляторов 15, 16. Затем по этим же данным сформировали программу для блока 23 задания, управляющего микропроцессором 25 (например, Р-130), и его выходов 26, 27, т.е. с выходов средства 22 управления изменением токов подавали сигналы об изменении величины токов регулятором 15, 16. После этого проводили электроплавку, в которой в течение всего времени горения дугового электрического разряда 18 токи, протекающие через подовые электроды 11, 12, периодическая изменялись в соответствии с программой блока 23 задания. At first, during the control tests, current changes were carried out by the handles 20, 21 of the regulators 15, 16. Then, according to the same data, a program was created for the task unit 23 that controls the microprocessor 25 (for example, R-130), and its outputs 26, 27, i.e. . the outputs of the means 22 control the change of currents gave signals about the change in the magnitude of the currents by the regulator 15, 16. After that, an electric melting was carried out in which during the entire time of burning of the electric arc discharge 18, the currents flowing through the hearth electrodes 11, 12 were periodically changed in accordance with the program block 23 of the task.

Ток разряда 18 поддерживали на уровне 32 кА. Изменения температуры подовых электродов 11, 12 не выявили перегревов. Discharge current 18 was maintained at 32 kA. Changes in the temperature of the hearth electrodes 11, 12 did not reveal overheating.

Результаты сравнения режимов работы печи согласно изобретению с ранее полученными показали:
- при той же мощности печи время расплавления металла и нагрева расплава уменьшилось на 12 мин;
- удельный расход электроэнергии сократился на 8%;
- уровень максимального шума печи уменьшился на 4 дБА;
- колебания мощности уменьшились с 30% от номинала до 15 - 20%;
- заметно уменьшился агар металла и пылегазовыбросы;
- отмечена тенденция увеличения стойкости футеровки.The results of comparing the operating modes of the furnace according to the invention with previously obtained showed:
- at the same furnace power, the time of metal melting and melt heating decreased by 12 min;
- specific electricity consumption decreased by 8%;
- the maximum noise level of the furnace decreased by 4 dBA;
- power fluctuations decreased from 30% of the nominal to 15 - 20%;
- metal agar and dust and gas emissions decreased markedly;
- there is a tendency to increase the lining resistance.

Источники информации
1. США. Патент 4577326. 373-103.Sources of information
1. USA. Patent 4577326. 373-103.

2. М. К. Закомаркин, М.М.Линовецкий, В.С.Малиновский. Дуговая сталеплавильная печь постоянного тока емкостью 25 тонн на ПО "Ижсталь", -"Сталь", N 4. М.: Металлургия, 1991, c. 31-34, УДК 669.187.2. 2. M.K. Zakomarkin, M.M. Linovetsky, V.S. Malinovsky. DC steelmaking furnace with a capacity of 25 tons at Izhstal Production Association, - Steel, N 4. M.: Metallurgy, 1991, p. 31-34, UDC 669.187.2.

3. Патент РФ по заявке 5039390/02 от 31.03.92 г. 3. RF patent on application 5039390/02 of 03/31/92

4. А. Ю. Чудновский. О моделировании электровихревых течений. Магнитная гидродинамика, N 3, 1989, с. 69 - 74. 4. A. Yu. Chudnovsky. On the simulation of electric vortex flows. Magnetic Hydrodynamics, N 3, 1989, p. 69 - 74.

Claims

1. The method of electric melting, including loading the furnace in at least one charge with known properties and mass, lowering the electrode until electrical contact between the electrode and the charge, turning on the power source for the current to flow through at least one closed electrical circuit including the electrode, inter-arc gap, charge, melt, at least one hearth electrode with current leads located under the hearth of the furnace, power source, control of the parameters of the arc and the source of electric power, melting the mixture, mixing the melt due to the excitation of the field of electromagnetic forces from the current flowing through the melt, periodic change in the magnitude of the current flowing through the melt with a corresponding change in the intensity of the field of electromagnetic forces in the melt, characterized in that during the melting of the charge and the accumulation of the melt the mass of the melt is monitored on the hearth and, as the melt accumulates on the hearth of the furnace, additional hearth electrodes and / or additional current are connected to the power supply carts to the hearth electrodes oriented in a horizontal plane at an angle to each other, while increasing horizontal and vertical components of the current flowing through the melt with a corresponding increase in the field intensity of the electromagnetic forces in the melt.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the process of melting the mixture and heating the melt, constant power is introduced into the furnace by reducing the voltage at the outputs of the power source connected to the melt, and the arc length is proportional to the increase in current through the furnace.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the horizontal and vertical components of the current are changed stepwise, in two stages, the first stage being carried out after the charge is melted under an arc, and the second after the charge is melted, located above the surface of the melt.

4. The method according to claim 1 or 5, characterized in that the start time of the first change in the current components is determined by the expression

the start time of the second change in the current components is determined by the expression

wherein W _{_{_{_THEOREM}}} theoretical energy consumption for melting one ton of charge, kW • h;
M is the mass of the charge loaded into the furnace, t;
P is the active power supplied to the furnace, kW;
T ₁ , T ₂ start time, respectively, of the first and second changes in the current components, h

5. The method according to claim 1 or 4, characterized in that the periodic change in the current components in closed electrical circuits is started and carried out after the second change in the strength of the current components in the melt begins, moreover, when the current decreases or increases in one of the closed electric circuits in other circuits current proportionally increase or decrease while maintaining a constant arc power.

6. The method according to any one of claims 1, 4 and 5, characterized in that after the heating of the melt, its refinement is carried out, having previously set the temperature range of the melt
T _m _a _x and T _m _m _n ,
where T _m _a _{x the} maximum allowable temperature of the melt;
T _m _i _{n the} maximum allowable temperature of the melt,
moreover, when the melt reaches the temperature T _m _a _{x the} furnace is turned off, and when the melt reaches the temperature T _m _i _{n the} furnace is turned on.

7. A DC arc furnace containing a housing with a roof and a lined hearth, a graphite electrode passed through the roof and at least one hearth electrode passed through the hearth, one end of which is aligned with the working surface of the hearth, connected to the current supply in the other, and the power source is at least two independent current control units connected to the hearth electrodes, characterized in that it is equipped with a switching device, under the hearth of the furnace according to the number of source current control units lektropitaniya set current leads oriented at an angle to each other in a horizontal plane and connected at one end to the bottom electrode and the other through the switching device to one of a current power supply control unit.

8. The furnace according to claim 7, characterized in that the current leads located under the hearth are connected to at least two hearth electrodes passed to the working surface of the hearth and whose axes are offset relative to the axis of the graphite electrode.

9. The furnace according to claim 7 or 8, characterized in that switching devices for connecting the blocks in series are installed between the current control units, the minus terminal of the outermost of the current control units being connected to a graphite electrode, and the plus terminal to one of the current lead electrodes.