專(zhuān)利名稱(chēng)：直流電弧爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流電弧爐，該電弧爐具有至少一個(gè)下部電極和借助于基本上由直流電流通過(guò)的電磁鐵來(lái)生成熔池運(yùn)動(dòng)的裝置。
本發(fā)明參考了諸如美國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)4，032，704所述的現(xiàn)有技術(shù)。
在直流電弧爐中，下部電極是承載最大的部件。在最簡(jiǎn)單的情況下，下部電極由一個(gè)鋼體構(gòu)成，該鋼體伸過(guò)爐缸底及其爐襯，并在爐內(nèi)與熔料形成電接觸。在爐底外面，下部電極與爐子的供電裝置相接。
電弧爐運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，下部電極熔化到一定深度。這種熔料與爐子的熔料混在一起。下部電極熔化了的深度取決于下列因素-電流通過(guò)下部電極時(shí)生成的電熱的多少;
-自熔料傳入下部電極的熱流;
-對(duì)下部電極的冷卻程度。
為了確保爐子的可靠運(yùn)行，下部電極接觸段的消耗必須受到限制。通過(guò)確定下部電極的尺寸使電流密度達(dá)到適宜值，便能控制電熱的加熱程度。而自熔料傳入下部電極的熱流，則性質(zhì)較為錯(cuò)綜復(fù)雜，其中，有兩種機(jī)理交織在一起流過(guò)熔料和下部電極接觸段熔化部分的電弧爐電流引起熔池運(yùn)動(dòng)(電磁攪拌)，從而促使進(jìn)行熱交換。交織在該熔池運(yùn)動(dòng)上的是在有關(guān)文獻(xiàn)中稱(chēng)為“化學(xué)沸騰”的一個(gè)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程是從下部電極接觸段熔化部分中釋放出一氧化碳時(shí)形成的。這種“沸騰”，特別是為了降低含碳量而向其內(nèi)吹入氧氣的熔料中出現(xiàn)的“沸騰”，大大增強(qiáng)了與下部電極的熱交換，并會(huì)使下部電極的消耗低于允許值。
通過(guò)采用適當(dāng)截面的下部電極和冷卻措施，建立在電磁交替作用基礎(chǔ)上的熔池運(yùn)動(dòng)可以得到控制，從而可使電極消耗受到限制。迄今，限制“化學(xué)沸騰”的有害作用的唯一措施在于，把下部電極分成多個(gè)細(xì)的、嵌入爐底耐火材料中的金屬棒(參見(jiàn)EP-A-0，058，817)。金屬棒消耗時(shí)留下的耐火材料橋阻止了下部電極范圍內(nèi)的熔池運(yùn)動(dòng)，從而防止了金屬棒的過(guò)量消耗。但是，這種下部電極，特別是用于大型電弧爐時(shí)，很不經(jīng)濟(jì)。
從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的在于提供一種直流電弧爐，其下部電極的結(jié)構(gòu)既簡(jiǎn)單、又經(jīng)濟(jì)，并且可以通過(guò)簡(jiǎn)單方式控制下部電極的消耗。
按照本發(fā)明，達(dá)到上述目的的技術(shù)方案在于，在靠近爐缸下緣設(shè)置電磁鐵，該電磁鐵圍住一個(gè)或多個(gè)下部電極，使其構(gòu)成電磁鐵的鐵心。
這樣，該電磁鐵在下部電極的縱軸方向形成一個(gè)固定磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)遏制下部電極固態(tài)部分以上熔料中的所有熔池運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，下部電極的固態(tài)段起著鐵心的作用，并增強(qiáng)了所需的磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)。場(chǎng)強(qiáng)范圍由0.05至0.2特斯拉被證明足以遏制下部電極固態(tài)部分以上的熔池運(yùn)動(dòng)。
無(wú)論是在新設(shè)計(jì)的電弧爐上，還是在現(xiàn)有的電弧爐上均可裝設(shè)這些電磁鐵，并且無(wú)須花費(fèi)許多費(fèi)用。相對(duì)于整個(gè)電弧爐的功率消耗，電磁鐵的附加功率消耗很小，只約占電弧爐總功率的0.3%。
在直流電弧爐設(shè)備中，通常在供電裝置中采用直流扼流圈，以便實(shí)現(xiàn)爐況總調(diào)節(jié)。譬如，在一個(gè)12-脈沖整流器中要求有兩個(gè)各有典型流過(guò)約40KA的5匝線(xiàn)圈的扼流圈。有利的是，爐缸下緣附近設(shè)置的線(xiàn)圈正可用作上述那種譬如可通過(guò)把一個(gè)線(xiàn)圈分成兩個(gè)磁性并聯(lián)的線(xiàn)圈而形成的扼流圈。
此外，線(xiàn)圈裝置對(duì)直流電弧爐尚有另一積極效應(yīng)。磁場(chǎng)不僅貫穿到下部電極的被消耗部分之中，而且還深入到熔料的中部和上部區(qū)域之中。磁場(chǎng)在那里與熔料中的電弧電流相互作用，從而導(dǎo)至形成環(huán)繞熔化電極的熔池運(yùn)動(dòng)。這種熔池運(yùn)動(dòng)又轉(zhuǎn)而促使接近表面的熔料達(dá)到良好混合，并從而促進(jìn)溫度平衡。
在US-A-4，032，704中曾建議在直流電弧爐的爐缸下緣設(shè)置直流供電的電磁鐵。然而，該電磁鐵被強(qiáng)調(diào)用于在熔料中產(chǎn)生附加的攪拌運(yùn)動(dòng)，以加速吹入熔料中的流體與熔料的冶金反應(yīng)。
下面，借助附圖中所示的實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
附圖所示為

圖1 在下部電極以上區(qū)域通過(guò)電磁力形成的熔池運(yùn)動(dòng)示意圖;
圖2 在爐缸底部設(shè)有一個(gè)電磁鐵的直流電弧爐的一個(gè)實(shí)施例;
圖3 在爐中央設(shè)有一個(gè)由七個(gè)單獨(dú)的電極(配有一個(gè)公共的電磁鐵)組成的下部電極的爐缸底部的方案簡(jiǎn)圖;
圖4 圖3的變型，設(shè)有嵌入耐火材料型體內(nèi)的各個(gè)單獨(dú)的電極;
圖5 帶有12-脈沖整流器的電路配置圖，在該電路配置中，電磁鐵歸入電弧爐供電裝置中。
圖1示出具有下部電極2的直流電弧爐的由耐火材料1圍成的爐缸底部區(qū)域。原本貫穿整個(gè)爐缸底部的下部電極2的一部分已經(jīng)消耗掉。下部電極以上的區(qū)域充滿(mǎn)了熔化的電極材料和爐內(nèi)熔料的混合物。由電弧爐電流的影響而形成的熔池運(yùn)動(dòng)用箭頭表示。可看到，熔池運(yùn)動(dòng)隨著深度的增加而逐漸減弱。平衡狀態(tài)的形成取決于下部電極內(nèi)的電流密度和來(lái)自外部(下部)的冷卻狀況。
圖2示出如何在直流電弧爐中實(shí)施本發(fā)明的方式。該圖繪出了具有爐缸3的直流電弧爐的下部，爐缸3設(shè)有一般的、金屬材料制成的外殼4。在本實(shí)施例中，電弧爐只有一個(gè)陰極電極5，但是，該電極數(shù)目也可以是兩個(gè)、三個(gè)或三個(gè)以上。
下部電極2設(shè)在爐子底部。在這一特殊實(shí)施例中，下部電極2由成份與熔料相似的鋼制成。爐底的出料口用標(biāo)號(hào)6表示。傳統(tǒng)的爐襯1構(gòu)成爐底的外緣。該爐襯一般用磚砌成。由一層或多層這樣的磚砌在球蓋形的底板7上形成。下部電極2的下端設(shè)有電源接線(xiàn)端子8。該接線(xiàn)端子8同時(shí)也可用來(lái)冷卻下部電極2。
就上述情況而言，該直流電弧爐與現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)，并且在某些文獻(xiàn)中，如在美國(guó)專(zhuān)利4，228，314和在德國(guó)專(zhuān)利3022566的說(shuō)明書(shū)中，已有詳盡描述。
按照本發(fā)明，在爐底7的下緣設(shè)置一個(gè)電磁鐵9，該電磁鐵環(huán)繞在下部電極2的周?chē)?。在該裝置中，0.05至0.2斯特拉的場(chǎng)強(qiáng)已證明足以遏制下部電極以上的熔池運(yùn)動(dòng)。在典型的爐徑約為5.5米的80噸直流電弧爐中，電磁鐵的直徑約為2米。在電流密度譬如為5安/毫米2時(shí)，電磁鐵的重量約為4000公斤，電耗約為200千瓦，如果考慮到這種類(lèi)型的直流電弧爐的功率消耗為65兆伏安左右，則加設(shè)電磁鐵后整個(gè)設(shè)備的功率消耗僅增加約0.3%，因此上述電耗約200千瓦是一個(gè)可以接受的電耗值。
如示意圖3所示，可以用多個(gè)單獨(dú)的電極代替一個(gè)下部電極2。這些單獨(dú)的電極設(shè)在底板7的中心部位。在本實(shí)施例中，圍繞中央電極11有6個(gè)單獨(dú)的電極10，所有的電極均處于電磁鐵9之內(nèi)。
按照?qǐng)D4來(lái)安排各單獨(dú)電極的一種多電極方案，可以簡(jiǎn)化爐缸底部區(qū)域的結(jié)構(gòu)。與圖3所示的實(shí)施例不同，這里7個(gè)單獨(dú)的電極10和11不是直接嵌入爐底的耐火材料1之中，而是被圍在由耐火材料，如鎂砂、鎂砂-石墨或另一種相宜的材料制成的、其截面為規(guī)則六角形的六角體12內(nèi)。為了便于制作，六角體12均由兩部分構(gòu)成，其中分面兩側(cè)為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)(或是對(duì)角線(xiàn)中分(如所示的由頂至底)，或是按圖4中的虛線(xiàn)中分)。這種幾何形狀可使結(jié)構(gòu)緊湊。當(dāng)然也可用另一種幾何形狀，如正方形載面(參見(jiàn)圖4a)來(lái)代替六角形。下部電極也可由多于7個(gè)(如13個(gè))單電極構(gòu)成。自然也可在圖2所示的直流電弧爐中僅設(shè)唯一的一個(gè)具有圖4所示幾何形狀的下部電極。
在直流電弧爐設(shè)備的供電裝置中總要采用扼流圈，以便對(duì)整流后的電流進(jìn)行濾波。本發(fā)明就此提供了一個(gè)極為經(jīng)濟(jì)的利用這些扼流圈的可能性，即可把這些總歸是必要的扼流圈用于遏制熔池運(yùn)動(dòng)。
圖5中的電路方案示出一種12-脈沖整流器配置的這種情況。一個(gè)具有兩個(gè)三角形聯(lián)接的初級(jí)繞組15、16和兩個(gè)其一個(gè)是三角形聯(lián)接、另一個(gè)是星形聯(lián)接的次級(jí)繞組17、18的變壓器14與三相電網(wǎng)13相接。兩個(gè)次級(jí)繞組分別接到三相橋式整流電路19和20上。母線(xiàn)負(fù)端彼此相連并接到熔化電極5上。扼流圈9a和9b分別設(shè)在橋式電路19和20的母線(xiàn)正端與下部電極2之間。按照本發(fā)明，這時(shí)這一對(duì)扼流圈就形成了這里是由兩個(gè)線(xiàn)圈組成的電磁鐵，其中不言而喻的是，線(xiàn)圈的連接和線(xiàn)匝的取向應(yīng)使這些分磁鐵成為磁性并聯(lián)。當(dāng)使用6-脈沖整流器電路時(shí)，可省掉變壓器4的繞組15、17或16、18，并相應(yīng)去掉橋式電路19和20中的一個(gè)，同時(shí)相應(yīng)去掉扼流圈9a和9b中的一個(gè)。
權(quán)利要求
1.一種直流電弧爐，具有至少一個(gè)下部電極(2)和借助于基本上由直流電流通過(guò)的電磁鐵(9)來(lái)生成熔池運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征在于，所述電磁鐵(9)直接設(shè)置在爐底(7)上的爐缸下緣，并且圍在所述下部電極(2)的周?chē)?，而且電磁鐵的磁力線(xiàn)基本上沿著所述下部電極的方向延伸。
2.按照權(quán)利要求1所述的直流電弧爐，其特征在于，所述電磁鐵(9)通有電弧爐的電流，并且同時(shí)又作為該電弧爐供電裝置直流支路中的扼流圈(9a、9b)。
3.按照權(quán)利要求2所述的直流電弧爐，其特征在于，當(dāng)采用一個(gè)12-脈沖整流器裝置的爐子供電裝置時(shí)，所述電磁鐵分成兩個(gè)分磁鐵(9a和9b)，這兩個(gè)分磁鐵分別設(shè)在同樣的整流器母線(xiàn)和下部電極(2)之間，并且連接成使兩個(gè)分磁鐵磁性并聯(lián)。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的直流電弧爐，其特征在于，所述下部電極(2)由多個(gè)電氣并聯(lián)的單獨(dú)的電極(10、11)組成。
5.按照權(quán)利要求1至4之一所述的直流電弧爐，其特征在于，所述下部電極由金屬芯(10、11)和圍住該芯的、具有規(guī)則截面的型體(12)構(gòu)成。
6.按照權(quán)利要求5所述的直流電弧爐，其特征在于，所述型體(12)沿電極的縱向被中分開(kāi)，并由對(duì)稱(chēng)的兩半個(gè)型體構(gòu)成。
全文摘要
在具有一個(gè)下部電極(2)的直流電弧爐中，利用設(shè)在爐缸底部(7)下方的電磁鐵(9)，可大大消弱電磁和/或化學(xué)因素造成的熔池運(yùn)動(dòng)，從而大大提高了下部電極(2)的穩(wěn)定性。電磁鐵(9)很好地歸入到爐子的供電裝置之中，并被用來(lái)作為濾波扼流圈。
文檔編號(hào)F27D11/08GK1056568SQ91103120
公開(kāi)日1991年11月27日 申請(qǐng)日期1991年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月9日
發(fā)明者斯文-埃納爾·斯滕克·費(fèi)斯特 申請(qǐng)人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司