Ковш - печь постоянного тока

Ковш - печь постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения: в ковше-печи постоянного тока, содержащем футерованную крышку 1, с катодом 2 и футерованную цилиндрическую ванну 3 с подиной, анод 4 размещен на образующей боковой поверхности ванны на расстоянии (14/15-9/10)0 от подины 5, где D - внутренний диаметр ванны 3. ковш снабжен дополнительным нижним анодом 6, размещенным на образующей ванны 3, оппозитной верхнему аноду 4, на расстоянии (1/15-1/10)0 от подины и(или) подовым анодом в той же радиальной плоскости на расстоянии (14/15-9/10)0 от стенки ванны, двугранный угол между радиальными плоскостями, проходящими через аноды 4. 6 и(или) подовый анод, равен: t/; 180° -(5-10)°. Кроме того, катод 2 смещен в крышке 1 от центра к верхнему аноду 4 на расстояние, определяемое эмпирической rfaJ &. со С

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (си F 27 В 3/00

ГОСУДАРСТВГ ННОЕ FIhTFHTHOF

ВЕДОМСТ ВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1

5 (21) 4882981/02 (22) 31.08.90 (46) 07.03,93. Бюл. N. 9 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электротермического оборудования и Институт физики АН ЛатвССР (72) Л,А.Волохонский, С.Б,Дементьев, Л.Г.Краснюк, И.М.Бершицкий. Ю.К,Бруцкус и Э,В.Щербинин (56) Меридит Д., Кьельберг Б., Стенквист

С.-Э. и др. Новая дуговая печь постоянного тока на заводе фирмы "Флорида

Стил" //Черная металлургия, 1988. hL 17, С.

18 — 22, (54) КОВШ-ПЕЧЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Сущность изобретения; в ковше-печи постоянного тока, содержащем футерован. АЗ 1800246 А1 ную крышку 1, с катодом 2 и футерованную цилиндрическую ванну 3 с подиной, анод 4 размещен на образующей боковой поверхности ванны на расстоянии (14/15-9/10)0 от подины 5, где 0 — внутренний диаметр ванны 3. ковш снабжен дополнительным нижним анодом 6, размещенным на образующей ванны 3, оппоэитной верхнему аноду

4, на расстоянии (1/15-1/10)0 от подины и(или) подовым анодом в той же радиальной плоскости на расстоянии (14/15-9/10)D от стенки ванны, двугранный угол между радиальными плоскостями, проходящими через аноды 4. 6 и(или) подовый анод. равен: g/i=

180 -(5 — 10) . Кроме того, катод 2 смещен в крышке 1 от центра к верхнему аноду 4 на расстояние, определяемое эмпирической

Я=Я

1800246

R = 0.075(1 «- k) D. зависимостью от диаметра и соотношения К анодных и катодных токов. Шинопроводы наклонены к плоскости разъема ковша 3 с крышкой 1. Это позволяет организовать в

Изобретение относится к области металлургии, касается электротермического оборудования, в частности конструкций дуговых печей и печей-ковшов постоянного тока для выплавки стальных сплавов, У дуговой печи и печи-ковша постоянного тока увеличение расстояния от дуги до стенки ковша, связанное с применением одного электрода вместо трех, как в печи переменного тока, позволяет уменьшить облученнос-,ь футеровки и повысить стойкость дорогостоящего кирпича, Цель изобретения — повышение производительности печи за счет сокращения времени обработки.

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез ковша-печи с анодами на боковой поверхности ванны; на фиг, 2 — то же, с подовым анодом; на фиг, 3 — разрез А-А на. фиг. 1; на фиг. 4 — аксонометрическая проекция ковша-печи с наклонными шинопроводами.

Ковш-печь постоянного тока состоит из футерованной крышки 1, снабженной катодом 2, и футерованной цилиндрической ванны 3. B анодную группу входит верхний анод 4, размещенный на образующей цилиндрической поверхности ванны 3 на расстоянии (14/15 — 9/10) D от подины 5, где 0 — внутренний диаметр ванны 3, кроме того, в футеровке ванны 3 размещен нижний анод

6 и(или) подовый анод 7 в подине 5 (фиг. 2).

Анод 6 размещен на образующей ванны 3, оппозитной образующей верхнего анода 4, на расстоянии (1/15:1/10) ««от подины 5, а подовый анод 7 размещен в той же радиальной плоскости, что и анод 6, на расстоянии (1/15 — 1/10) 0 от стенки ванны, Аноды 4, 6 и(или) 7 размещены в ковше таким образом, что центральный двугранный угол между радиальными вертикальными плоскостями, проходящими через них, равен: 1/«= 180 - (5-10) . Катод может быть смещен в крышке 1 от оси ковша в направлении к верхнему аноду 4 на расстояние, определяемое эмпирической зависимостью печи электровихревые течения по одному вертикальному и одному горизонтальному контурам с обеспечением интенсивной смены металла в относительно горячих зонах. 4 ил, 2 Ъ 4Н1+D

/44 +О + /44 +О

H> — глубина залегания верхнего анода

5 относительно катода;

4z — глубина залегания нижнего анода относительно катода.

Аноды 4 и б, размещенные на боковой поверхности ванны 3, могут быть соединены

10 шинопроводами 8 и 9 с токоподводами 10 и

11. Шинопроводы 8, 9 размещены в футеровке ванны 3 наклонно к плоскости раэьема ванны с крышкой 1 оптимально под углом 45 С, 15 Установка в целом включает, кроме того, печной трансформатор, тиристорный выпрямитель, водоохлаждаемые токоподводящие трубы положительной и отрицательной полярности, узлы и элементы

20 механических перемещений, которые на фиг. 1 — 4 не показаны.

Ковш-печь постоянного тока работает следующим образом. Загрузка ванны 3 производится исходными шихтовыми материа25 лами при отведенной крышке 1. Крышка 1 закрывает ванну 3 и через катод 2 и аноды

4, 6 и(или) 7 от тиристорных преобразователей подается постоянный ток. Дуга, возникающая первоначально между катодом 2 и

30 одним из анодов 4, б и(или) 7 и определяемая на этом этапе вариантом коммутации, расплавляет шихту и через расплавленную шихту позволяет задействовать остальные аноды 4, 6 и(или) 7. При нормальныx пара35 метрах дуги устанавливается рабо «ий режим с вытянутой дугой. При взаимодействии тока с собственным магнитным полем индуцируется массовая электромагнитная сила, Дуговой нагрев

40 вызывает тепловую конвекцию, а электромагнитная сила, при определенных условиях, — электромагнитную кон векцию, называемую электровихревыM течением, Данное техническое решение позволя45 ет создать оптимальные условия для перемешивания жидкого металла в печи путем организации электровихревых течений. B основной массе металла температура вы1800246 равнивается эа счет электровихревых течений, интенсивность которых на порядок выше тепловой кон векции.

В ковше-печи ток дуги. или катодный ток, порядка 10 — 20 кА, Собственно ванна 3 вмещает, в зависимости от типоразмера, 12,5-25 т металла, Диаметр ванны 2000 мм, а диаметр электродов 140 мм, внутренний диаметр ванны 1400 мм, а глубина — по металлу — 1160 мм. Температура ферросплава на выпуске составляет 1700 С, время цикла плавки не более 2 ч, Осесимметричная система подвода тока не обеспечивает удовлетворительного перемешивания расплава, поскольку электровихревые течения возникают в этом слу.чае за счет относительно слабого

/ механизма, обусловленного конусообразным растеканием тока от катода 2 и имевщего следствием только перегрев металла по центру верхней части ковша. Несколько увеличить интенсивность течения, углубить его, можно уменьшая диаметр катода 2, но этот путь ограничен предельной плотностью тока в нем. Значительно более широкие возможности открывает предлагаемое техническое решение с размещением анодов 4 и 6 на боковой поверхности ванны.

Представленное размещение приводит к организованномуу неоднородному распределению тока по объему ванны и, как следствие, к интенсификации течения за счет выбора места расположения анодов 4, 6 и(или) 7. Оптимальные параметры, при которых совмещается перемешивание в вертикальных электродных плоскостях с вращением всего объема расплава вокруг вертикальной оси ванны, найдены путем физического моделирования с пересчетом на реальную печь-ковш по уравнению соотношения скоростей:

Vn = /м (I,.0 Р 2).П где индексом "п" обозначены параметры, относящиеся к печи, а индексом "м" — к модели;р — плотность расплава и модельного сплава, Исследования моделей. позволяют наблюдать течения на свободных поверхностях физических моделей, измерять скорости, в частности, по трекам графитовых частиц, Токи, протекающие от катода 2 к анодам 4, 6 и(или) 7, создают магнитные поля и электродинамические силы возникают от взаимодействия растекающихся к анодам 4, 6 и(или) 7 токов с собственным магнитными полями. Возникающие силы имеют вихревую и потенциальную природу, причем силы потенциальной при pr.ды (вместе с гидростэ5

55 тическими силами) приводят к перераспределению давления в ванне, но движения не вызывают. С другой стороны, чем более неравномерна плотность тока в ванне, тем больше вихревая составляющая электродинамических сил, приводящая жидкий металл во вращение по контуру в вертикальной плоскости. Рекомендуемые расстояния (14/15-9/10) 0 от подины для верхнего анода 4, (1/15 — 1/10) D от подины для анода 6 и (1/14 — 1/10) 0 от стенки печи для анода 7 являются эмпирически чайденными позициями, обеспечивающими одноконтурное перемещение металла в вертикальной плоскости без. образования застойных зон при рекомендуемом соотношении k=1-2

4Н +D — 0,8, 4 н1 +D + 4H) - -О обеспечивающем циркуляцию наиболее интенсивного характера (Н1 — глубина залегания верхнего анода относительно катода; Hz — глубина залегания нижнего анода относительно катода).

Некоторое смещение вверх нижнего анода 6 на расстояние от подины,большее рекомендованного, или верхнего анода 4 вниз вопреки рекомендованному расстоянию от подины, как показывает эксперимент на модели, вызывает разбиение электровихревого течения на четыре контура, снижение скорости в большом вертикальном контуре и появление трех малых контуров или застойных зон около подины, Расположение электродов 4, 6 и(или) 7 таким образом, что центральный двугранный угол между радиальными плоскостями, проходящими через аноды, меньше 180 на (5 + 10)" приводит к возникновению неравновесного распределения электродинамических сил, которое способствует созданию вращательного движения вокруг вертикальной оси при любом возможном соотношении токов по электродам 4, 6 и(или) 7 и катоду 2, близком к оптимальному значению

К = 0,8. Уход от рекомендуемого значения соотношения токов или смена его знака приводит к изменению структуры электровихревых течений и к локальным перегревам футеровки или катода 2, Увеличение двугранного угла до 180 не позволяет говорить об устойчивом вращении, а сведение радиальных плоскостей до угла менее 170 снижает интенсивность циркуляционного, движения в обьеме металла. Вращательное движение возникает из-за разных плотностей электромагнитных сил в объеме металла и, в свою очередь. позволяет

180024б последовательно подать весь металл в зоны вертикального перемещения.

Наклонные под углом преимущественно 45" к плоскости разьема ковша с крышкой токоподводы при прохождении по ним постоянного тока создают магнитные поля, взаимодействующие с растекающимися в металле токами, а создаваемые таким образом дополнительные вращающие моменть воздействуют нэ расплавленный металл и обеспечивает его циркуляцию и, частично, контурное перемещение в вертикальной плоскости. Именно угол 45 позволяет в равной мере привести дополнительные враща.ющие моменты во взаимно перпендикулярные плоскости.

Предлагаемое размещение анодов 4, 6 и(или) 7, в особенности верхнего анода 4, вызывает при протекании тока в металле печи некоторое смещение катодной дуги, и вследствие этого возможен локальный перегрев футеровки, Во избежание смещения катодного пятна от оси ванны катод 2 превентивно может быть смещен в крышке 1 от оси ковша по направлению к верхнему аноду

4 на расстояние, определяемое эмпириче ской формулой R =- 0,075(1 + k) D. Размещение катода 2 на рекомендуемом расстоянии от Ьси ковша позволяет восстановить центральное положение катодного пятна на зеркале металла.

Перемещаемые объемы металла одновременно перемешиваются между собой и в тороидальном вихре электровихревого течения и в циркуляционном в горизонтальНой ПЛОСКОСТИ.

При перемешивании металла его температура во всей массе выравнивается, снижаются локальные тепловые перегрузки футеровки, качество металла улучшается. все это в целом увеличивает производительность печи за счет сокращения времени обработки.

Формула изобретения

1. Ковш-печь постоянного тока, содер5 жэщий футерованную крышку с установленным в ней катодом, футерованную ванну с. подиной, аноды токоподводами,о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения производительности печи за счет сокраще10 ния времени обработки, аноды размещены соответственно на образующей боковой поверхности ванны нэ расстоянии (14/15—

9/10) Dот подины,,где D — внутренний диаметр ванны, на образующей ванны оппо15 зитной верхнему аноду, на расстоянии (1/15 — 1/10) 0 от подины и(или) в падине в той же радиальной плоскости на расстоянии (1/15 — 1/10) D от стенки ванны, причем центральный двугранный угол g) между ради20 альными плоскостями, проходящими через аноды равен:

3/)= 180 -(5 — 10)о, 2. Ковш-печь по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что катод смещен в крышке от оси

25 ковша к верхнему аноду на расстояние

R = 0,075(1 + k) D, где <= 1 2 4 Н +D

30 4 Н1+D + 4 Н 4Э

Н1 — глубина залегания верхнего анода отйосительно катода;

Н2 — глубина залегания нижнего анода

35 относительно катода.

3, Ковш-печь по и, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что аноды, размещенные на боковой поверхности ковша, соединены с токоподводами шиноподводами, размещенными в

40 футеровке под углом 45 к плоскости разьема ковша с крышкой, 1800246

1800246

Составитель И,Чепикова

Техред М.Моргентэл Корректор С.Юско

Редактор Л.Волкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул.Гагарина. 101

Заказ 1155 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5