SK571987A3

SK571987A3 - DIRECT CURRENT ARC MELTING FURNACE FOR CONTINUOUS MELTING OFì STEEL SCRAP

Info

Publication number: SK571987A3
Application number: SK5719-87A
Authority: SK
Inventors: Robert A Janiak; Jean G Davene
Original assignee: Clecim Sa
Priority date: 1986-08-01
Filing date: 1987-07-31
Publication date: 1998-05-06
Also published as: ATE53115T1; DE3762917D1; EP0269465A1; CZ281855B6; CZ571987A3; ES2015075B3; JPS63259014A; SK278963B6; CA1321074C; US4805186A; FR2602318B1; FR2602318A1; BR8703945A; JP2641141B2; EP0269465B1

Description

OBLÚKOVÁ TAVIACA PEC NA PLYNULÉ TAVENIE ŽELEZNÉHO ŠROTU

NA JEDNOSMERNÝ PRÚD

Oblasť techniky

Vynález sa týka oblúkovej taviacej pece na plynulé tavenie železného šrotu na jednosmerný prúd, obsahujúcej vaňu so zvislou osou uzatvorenú klenbou a majúcu dno tvoriace nístej, obloženú žiaruvzdorným materiálom, pričom v klenbe je vytvorený otvor pre plynulý prívod železného šrotu do pece, skupinu- klenbových elektród, obsahujúcu najmenej jednu elektródu prechádzajúcu do vane klenbou a skupinu nístejových Jektród obsahujúcu najmenej jednu elektródu vytvorenú v dne pece, a zdroj jednosmerného prúdu, majúci póly pripojené jednak k elektródam klenby a jednak k elektródam nísteje dvoma skupinami zodpovedajúcich vodičov, a to prívodnými vodičmi a spätnými vodičmi prúdu, na vytváranie najmenej jedného elektrického oblúka s tavením železného šrotu a tvorbou taveniny roztaveného- kovu.·.

Doterajší stav techniky

Je známe plynulé privádzanie železného šrotu do elektrických pecí napájaných striedavým prúdom. Sú tiež známe pece napájané jednosmerným prúdom. U pecí napájaných striedavým prúdom však vedie nesúmernosť oblúkov, čiastočne korigovateľná elektrickou nerovnováhou, k nerovnováhe medzi troma fázami napájacieho vysokého napätia, č i je nezlučiteľné s požiadavkami dodávateľa elektrickej energie. Táto nevýhoda sa nevyskytuje u pecí napájaných jednosmerným prúdom.

V oblúkových peciach sa umiestňujú normálne elektródy do stredu klenby a je snaha udržiavať oblúky v pokiaľ možno najzvislejšie orientovanej polohe v oblasti osi vane, aby sa čo najviac zabránilo miestnemu prehrievaniu stien v dôsledku odchyľovania oblúkov. Je však neľahké zavádzať železný šrot do najteplejšieho pásma, čo znamená v praxi do stredu tavenia umiestneného uprostred elektród.

Bolo navrhnuté používanie dutých elektród, ktoré slúžia ako zavádzacie rúrky, avšak táto technika zjavne komplikuje výrobu elektród a dá sa použiť len so surovým materiálom, ktorý je v rozdelenej forme a nie so železným šrotom.

Podstata vynálezu

Uvedené problémy rieši vynález oblúkovej taviacej pece pre plynulé tavenie železného šrotu na jednosmerný prúd, obsahujúcej vaňu so zvislou osou, uzatvorenú klenbou a majúcu dno tvoriace nístej, obloženú žiaruvzdorným materiálom, pričom v klenbe je vytvorený otvor pre plynulý prívod železného šrotu do pece, skupinu klenbových elektród, obsahujúcu najmenej jednu elektródu prechádzajúcu do vane klenbou a skupinu nístejových elektród, obsahujúcu najmenej jednu elektródu vytvorenú v dne pece a zdroj jednosmerného prúdu, majúci dva póly pripojené jednak k elektródam klenby a jednak k elektródam nísteje dvoma skupinami zodpovedajúcich vodičov, a to prívodnými vodičmi a spätnými vodičmi prúdu, kvôli vytváraniu najmenej jedného elektrického oblúka s tavením železného šrotu a tvorbou taveniny roztaveného kovu, ktorej podstatou je, že skupina elektród klenby je presadená na jednu stranu osi vane, skupina elektród nísteje a prívodný (plniaci) otvor železného šrotu sú presadené na opačnú stranu, a spätné vodiče, napojené na elektródy nísteje, prechádzajú pod povrchom dna vane, vytvoreným z magneticky priepustného materiálu, čo najbližšie k povrchu a sú orientované z uvedených elektród smerom k druhému pólu okolo zodpovedajúcej geometrickej zvislice, na ktorej leží zodpovedajúca elektróda klenby.

Pod pojmom okolo sa chápe v blízkosti zvislice, v ktorej magnetické pole spätného vodiča ovplyvňuje oblúk vychádzajúci zo zodpovedajúcej klenbovej elektródy.

Riešenie vynálezu je založené na myšlienke, že v oblúkovej peci, napájanej zdrojom jednosmerného prúdu a plynulé zásobovanej železným šrotom, je v dôsledku zvláštneho použitia magnetického poľa, vytvoreného elektrickými vodičmi, možné umiestniť najteplejšie miesto, tvoriace stred tavenia železného šrotu tam, kam železný šrot môže byť ľahko plynulo zavádzaný. Riešenie podľa vynálezu umožňuje vytvoi ť magnetické pole schopné odchýliť jeden alebo niekoľko oblúkov do pásma vzdialeného od klenbových elektród a umiestneného v podstate pod otvorom pre prívod železného šrotu.

Podľa ďalšieho znaku vynálezu pec obsahuje najmenej dve elektródy klenby, uložené v skupine usporiadanej v rovine a najmenej dve elektródy nísteje uložené v skupine usporiadanej v rovine, pričom uvedené roviny elektród klenby a elektród nísteje sú presadené na navzájom opačné strany od osi pece, pričom elektródy klenby sú napojené na skupinu vzájomne rovnobežných vodičov, orientovaných naprieč k rovine elektród klenby, a elektródy nísteje sú napojené na skupinu spätných vzájomne rovnobežných vodičov, orientovaných naprieč k rovine elektród nísteje.

Elektródy nísteje môžu byť podľa vyhotovenia vynálezu uložené medzi elektródami klenby a prívodným otvorom železného šrotu. Podľa iného vyhotovenia sú elektródy klenby a elektródy (8a) nísteje umiestnené v rovinách, ktoré sú vzájomne spolu rovnobežné a spätné vodiče, napojené na elektródy (4a, 4b, ...) nísteje, sú rovnobežné s prívodnými vodičmi, napojenými na elektródy klenby. Skupina elektród klenby má potom v tomto posledne menovanom vyhotovení stred na zvislej rovine súmernosti pece a elektródy nísteje sú bočné posunuté k strane pece vzhľadom k uvedenej zvislej rovine a sú usporiadané v rovine rôznobežnej s rovinou elektród klenby.

Podľa ďalšieho znaku vynálezu má dno vane, vytvorené z kovu, medzi spätnými vodičmi a jeho vnútorným povrchom relatívnu magnetickú permeabilitu od 40 do 500.

S výhodou je vaňa na strane, umiestnenej pod prívodným otvorom železného šrotu, opatrená výstužou zo žiaruvzdorného materiálu. Výstuž zo žiaruvzdorného materiálu môže byť vyrobená hlavne z oxidov kovov, žiaruvzdornej liatiny alebo žiaruvzdornej ocele.

Podľa ďalšieho znaku vynálezu je vaňa uložená výkyvné okolo vodorovnej osi ležiacej vo zvislej rovine súmernosti, na ktorej leží stred najmenej jednej skupiny elektród klenby, pričom na jednej strane uvedenej roviny súmernosti je umiestnený liací otvor a na druhej strane rovine súmernosti je umiestnený odstruskovací prah.

Na opačnej strane vzhľadom k prívodnému otvoru železného šrotu sú podľa ďalšieho znaku vynálezu umiestnené prívod legovacích prvkov a dúchací prívod kyslíka.

Podľa ďalšieho znaku vynálezu obsahuje pec na strane zdroja jednosmerného prúdu mechanizmus pre vháňanie kyslíka.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený v nasledujúcom popise na príkladoch vyhotovenia s odvolaním na pripojené výkresy, v ktorých znázorňuje: obr. 1 schematický rez pecou podľa vynálezu, obr. 2 a 3 schematické pôdorysné pohľady na usporiadanie elektród nísteje a spätných vodičov podľa prvého vyhotovehia vynálezu, a obr. 4 pôdorysný pohľad na usporiadanie elektród nísteje a spätných vodičov podľa druhého vyhotovenia vynálezu.

Na všetkých vyobrazeniach sú analogické súčasti označené rovnakými vzťahovými značkami.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Pec, ktorá je napájaná zo zdroja 23 jednosmerného prúdu, obsahuje kovovú vaňu 1, v ktorej je kvapalný kúpeľ 10. nad ktorým je železný šrot 11, ktorý je privádzaný z horného prívodného otvoru 12 klenby T umiestneného proti skupine klenbových elektród 4, ktoré sú pripojené k prvej skupine prívodných vodičov 7 prúdu prichádzajúcich zo zdroja 23 jednosmerného prúdu.

Na dolnej strane je žiaruvzdorná nístej 3 opatrená skupinou elektród 8, pripojených k druhej skupine vodičov 9, ktoré vedú späť k zdroju jednosmerného prúdu. Prúd obieha v smere vyznačenom na obr. 1 šípkami. Klenbové elektródy 4 sú v odstupe od železného šrotu H, aby týmto šrotom neboli poškodzované a sú nesené zvierkami 5, napájanými vodičmi 7, ktoré vedú k zdroju jednosmerného prúdu. Ako to bolo už uvedené, je prívodný otvor 12 železného šrotu a odťah 1_3 dymových plynov v podstate na opačnej strane voči klenbovým elektródam 4.

Za účelom ochrany vane 1 s dnom 2 proti železnému šrotu je na strane prívodného otvoru 12 šrotu 11 podľa vynálezu umiestnená výstuž 32 zo žiaruvzdorného materiálu, tvoreného napríklad oxidmi kovu, liatinou alebo oceľou. Mechanizmom 21 sa dúcha na povrch kovu zo strany privádzania a odvádzania elektrického prúdu kyslík. Prúd je vedený skupinou prívodných vodičov 7 a skupinou spätných vodičov 9. Prívodné vodiče 7 sú spojené vodivými ramenami 6 so zvierkami 5.

¹ , Na dosiahnutie lokalizácie taviaceho pásma 14 je podľa vynálezu skupina spätných vodičov 9, vedúcich od nístejových elektród 8, umiestnená čo najbližšie k dnu 2 kovovej vane 1, a je obrátená smerom k elektródam 4 klenby na opačnej strane voči oblasti pece, v ktorej sú uložené nístejové elektródy 8. Zvyčajne bude skupina spätných vodičov 9 uložená v podstate vodorovne vzhľadom k dnu 2 kovovej vane 1. Ako to znázorňuje obr. 3, je skupina spätných vodičov 9 usporiadaná vo forme siete v podstate rovnobežných vodičov.

Pretože je pri zavádzaní železného šrotu klenbovým prívodným (plniacim) otvorom 12 prehrievanie kovu maximálne na strane železného šrotu 11, opačnej od prívodného otvoru 12, je na tejto strane vane 1 upravený prívod 16 legovacích prvkov 16 a dúchací prívod 17 kyslíka.

Vaňa 1 je výkyvné uložená okolo vodorovnej osi w¹, umiestnenej vo zvislej rovine AA súmernosti, na ktorej sú vycentrované najmenej jedna skupina klenbových elektród 4, ako i prívodný otvor 12, odstruskr vací prah 18 a liací otvor 1j9, ktoré sú umiestnené po jednej i po druhej strane tejto roviny AA súmernosti, rovnako ako prívody 16 legovacích prvkov a dúchací prívod 17 kyslíka, ako je to znázornené na obr. 2 a 3. Usporiadanie je ďalej také, že medzi prívodným otvorom 12 pre železný šrot a odstruskovacím prahom 18 alebo výstupným liacím otvorom 19 tekutého kovu je umiestnený prívod 20 vápna. Nístejové elektródy 8 sú uložené vzhľadom k prívodnému otvoru 12 pre železný šrot H pred klenbovými elektródami 4a, 4b, 4c v rovine CC vyznačenej na obr. 2.

Podľa vyhotovenia vynálezu znázorneného na obr. 3 sú klenbové elektródy 4a, 4b, 4c a nístejové elektródy 8a, 8b, 8c umiestnené v rovnobežných rovinách BB. CC a spätné vodiče 9a, 9b, 9c, pripojené k nístejovým elektródam 8a, 8b, 8c, sú rovnobežné s prívodnými vodičmi 7a, 7b, 7c klenbových elektród 4a, 4b, 4c. Ako je zrejmé z obr. 1 pre klenbové elektródy 4_a nístejové elektródy 8, sú obidve skupiny elektród presadené na navzájom opačnú stranu osi zť pece.

U vyhotovenia vynálezu podľa obr. 4 sú nístejové elektródy 8a, 8b, 8c , _t I presadené do boku a zoradené v rovine CC zvierajúcej uhol s rovinou BB klenbových elektród 4a, 4b, 4c a spätné vodiče 9a, 9b, 9c sú orientované rovnobežne smerom ku klenbovým elektródam 4a, 4b, 4c. Na obr. 4 je toto bočné presadenie vyznačené do prava, pričom je však možné takéto bočné presadenie vykonať i do ľava, a usporiadanie potom bude súmerné k usporiadaniu znázornenému na obr. 4. V obidvoch prípadoch sa železný šrot zavádza v pásme obsiahnutom medzi oboma rovinami klenbových elektród 4a, 4b, 4c a nístejových elektród 8a, 8b. 8c, avšak bližšie k nístejovým elektródam 8a, 8b, 8c.

U tohto vyhotovenia, ako je znázornené na obr. 4, je taviace pásmo 14 presadené do prava. Je však možné presadiť toto taviace pásmo 14 do ľava v prípade, že sa vykoná súmerné usporiadanie s nístejovými elektródami 8a, 8b, 8c presadenými bočné do ľava. Presadené taviace pásmo 14 môže uľahčiť plynulý prívod železného šrotu H otvorom 12, ktorý je rovnako presadený, ako i odvádzanie dymových plynov 13, ako je znázornené na obr. 4. Vo všetkých príkladoch vyhotovenia vynálezu je skupina prívodných vodičov 9a, 9b, 9c umiestnená, ako bolo už uvedené, čo najbližšie pri dne 2 kovovej vane 1_.

Na lokalizovanie taviaceho pásma 14 (obr. 2 a 3) sa prispeje tým, že sa nístejové elektródy 8a, 8b, 8c, napríklad v počte troch alebo viacero, presadia pred klenbové elektródy 4a, 4b, 4c, ktoré sú navzájom rovnobežné, pričom tieto nístejové elektródy 8a, 8b, 8c môžu byť uložené v rovnakej rovine a môžu alebo nemusia byť kolmé k spätným vodičom 9a, 9b, 9c.

Týmto usporiadaním nístejových elektród 8a, 8b, 8c sa získajú prúdové čiary približujúce sa k vodorovnému smeru v tavenine 10, čo je veľmi priaznivé pre získanie prídavného magnetického poľa, ktoré podporuje odchýlenie elektrických oblúkov 15.

Ako je známe odborníkovi, zhotovujú sa klenbové elektródy 4 zvyčajne z grafitu.

Klenbové elektródy 4 sú navzájom rovnobežné a tiež oy nemuseli byť umiestnené do jednej roviny, avšak mohli by byť napríklad, upravené .do trojuholníka, rovnako ako nístejové elektródy 8.

Dĺžka klenbových elektród 4 (obr. 1), priradených zvierkam 5, sa maximálne zníži použitím vodivých ramien 6. Napríklad dĺžky klenbových elektród 4 môžu byť menšie ako 2 m pre pec s výkonom rádovo 40 MW.

Kvôli zlepšeniu podmienok lokalizovania taviaceho pásma 14 sa môžu prívodné vodiče 7, 7a, 7b, 7c (obr. 1, 2, 3 a 4) orientovať smerom od taviaceho pásma 14, pričom tieto vodiče majú byť čo najbližšie k peci a v zásade navzájom rovnobežné.

Vzhľadom k okolnosti, že vaňa nemá tvoriť magnetické tienidlo, má dno 2 kovovej vane 1_ minimálnu hrúbku. Má medzi spätnými vodičmi 9 a vnútorným povrchom 2a pomerne nízku magnetickú permeabilitu s hodnotou približne 40 až približne 500. Pre tento účel sa s výhodou použije nemagnetický kovový materiál.

V prípade bočného presadenia medzi klenbovými elektródami a nístejovými elektródami, ako je to znázornené na obr. 4, je prívodný otvor 12 železného šrotu a odťah 13 dymových plynov umiestnený približne v predĺžení klenbových elektród 4a, 4b, 4c taviaceho pásma 14 a nístejových elektród 8a, 8b, 8c. Prívod 16 legovacích prvkov a prívod kyslíka 17, odstruskovací prah 1_8, odlievací otvor 19 a prívod 20 vápna sú všetky v tomto prípade umiestnené na strane protiľahlej k strane, do ktorej bolo presadené taviace pásmo 14. Kvôli priaznivému ovplyvneniu taviaceho pásma 14 je žiaduce, aby vháňanie kyslíka zariadením 21 bolo vykonávané na povrch kovu rúrkou umiestnenou na strane privádzania a odvádzania prúdu, to znamená na strane klenby, kam prichádzajú prívodné vodiče 7a, 7b, 7c a odkiaľ odchádzajú spätné vodiče 9a, 9b, 9c.

Vynález teda navrhuje pec s pomerne jednoduchým vyhotovením, ktoré umožňuje dômyselné použitie magnetického poľa vytvoreného elektrickými vodičmi, aby sa dosiahla presná lokalizácia taviaceho pásma do najvhodnejšieho miesta. Takto sa dosiahne oveľa lepší výsledok než ako by ho bolo možné doteraz dosiahnuť.

Vynález nie je obmedzený na znázornené a podrobne popísané príklady vyhotovenia a môže byť v jeho rámci obmeňovaný. Hlavne možno podľa potreby rôzne voliť počet a usporiadanie vodičov.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Oblúková taviaca pec na plynulé tavenie železného šrotu na jednosmerný prúd, obsahujúca vaňu (1) so zvislou osou (zz¹), uzatvorenú klenbou (ľ) a majúcu dno (2) tvoriace nístej (3), obloženú žiaruvzdorným materiálom, pričom v klenbe (ľ) je vytvorený otvor pre plynulý prívod železného šrotu do pece (1), skupinu klenbových elektród (4), obsahujúcu najmenej jednu elektródu prechádzajúcu do vane (1) klenbou (ľ) a skupinu nístejových elektród (8) obsahujúcu najmenej jednu elektródu vytvorenú v dne (2) pece (1), a zdroj (23) jednosmerného prúdu majúci dva póly pripojené jednak k elektródam (4) klenby a jednak k elektródam (8) nístej í dvoma skupinami zodpovedajúcich vodičov, a to prívodnými vodičmi (7) a spätnými vodičmi (9) prúdu, na vytváranie najmenej jedného elektrického oblúka (15) s tavením železného šrotu a tvorbou taveniny (10) roztaveného kovu, vyznačujúca sa tým, že skupina elektród (4) klenby je presadená na jednu stránu osi (zz') vane (1), skupina elektród (8) nísteje a prívodný otvor (12) železného šrotu sú presadené na opačnú stranu, a spätné vodiče (9), napojené·na elektródy (8) nísteje, prechádzajú pod povrchom (2a) dna (2) vane, vytvoreným z magneticky priepustného materiálu, čo najbližšie k povrchu (2a) a sú orientované z uvedených elektród (8) smerom k druhému pólu okolo zodpovedajúcej geometrickej zvislice, na ktorej je zodpovedajúca elektróda (4) klenby.
2. Oblúková taviaca pec podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že obsahuje najmenej dve elektródy (4a, 4b,...) klenby, uložené v ski pine usporiadanej v rovine (BB) a najmenej dve elektródy (8a, 8b,...) nísteje uložené v skupine usporiadanej v rovine (CC), pričom uvedené roviny (BB, CC) elektród klenby a elektród nísteje sú presadené na navzájom opačné strany od osi (zz¹) pece (1), pričom elektródy (4a, 4b,...) klenby sú napojené na skupinu vzájomne rovnobežných vodičov (7a, 7b,...), orientovaných naprieč k rovine (BB) elektród (4a, 4b, ...) klenby, a elektródy (8a, 8b,...) nísteje sú napojené na skupinu spätných vzájomne rovnobežných vodičov (9a, 9b,...) orientovaných naprieč k rovine (CC) elektród nísteje.
3. Oblúková taviaca pec podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúca sa tým, že elektródy (8) nísteje sú uložené medzi elektródami (4) klenby a prívodným otvorom (12) železného šrotu.
4. Oblúková taviaca pec podľa nároku 2, vyznačujúca sa tým, že elektródy (4a, 4b,...) klenby a elektródy (8a, 8b,...) nísteje sú umiestnené v rovinách (BB, CC), ktoré sú vzájomne spolu rovnobežné a spätné vodiče (9a, 9b,...), napojené na elektródy (4a, 4b,...) nísteje sú rovnobežné s prívodnými vodičmi (7a, 7b,...), napojenými na elektródy (4a, 4b,...) klenby.
5. Oblúková taviaca pec podľa nároku 4, vyznačujúca sa tým, že skupina elektród (4) klenby má stred na zvislej rovine (AA) súmernosti pece (1) a elektródy (8) nísteje sú bočné posunuté k strane pece vzhľadom k uvedenej zvislej rovine (AA) a sú usporiadané v rovine (CC) rôznobežnej s rovinou (BB) elektród (4) klenby.
6. Oblúková taviaca pec podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 5, vyznačujúca sa tým, že dno (2) vane (1), vytvorené z kovu, medzi spätnými vodičmi (9) a jeho vnútorným povrchom (2a), má relatívnu magnetickú permeabilitu od 40 do 500.
7. Oblúková taviaca pec podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že vaňa (1) je na strane, umiestnenej pod prívodným otvorom (12) železného šrotu, opatrená výstužou (3’) zo žiaruvzdorného materiálu.
8. Oblúková taviaca pec podľa nároku 7, vyznačujúca sa tým, že výstuž (3') zo žiaruvzdorného materiálu je vytvorená z oxidov kovov.
9. Oblúková taviaca pec podľa nároku 7, vyznačujúca sa tým, že výstuž (3') je vytvorená zo žiaruvzdornej liatiny.
10. Oblúková taviaca pec podľa nároku 7, vyznačujúca sa tým, že výstuž (3') je vytvorená zo žiaruvzdornej ocele.
11. Oblúková taviaca pec podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 10, vyznačujúca sa tým, že vaňa (1) je uložená výkyvné okolo vodorovnej osi (yy'), ležiacej vo zvislej rovine (AA) súmernosti, na ktorej leží stred najmenej jednej skupiny elektród (4) klenby, pričom na jednej strane uvedenej roviny (AA) súmernosti je umiestnený liací otvor (19) a na druhej strane roviny súmernosti (AA) je umiestnený odstruskovací prah (18).
12. Oblúková taviaca pec podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 11, vyznačujúca sa tým, že na opačnej strane vzhľadom k prívodnému otvoru (12) železného šrotu sú umiestnené prívod (16) legovacích prvkov a dúchací prívod (17) kyslíka.
13. Oblúková taviaca pec podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 12, vyznačujúca sa tým; že na strane zdroja (23) jednosmerného prúdu obsahuje mechanizmus (21) na vháňanie kyslíka na povrch kovu.