RU2097947C1 - Dc electric arc furnace and its functioning - Google Patents
Dc electric arc furnace and its functioning Download PDFInfo
- Publication number
- RU2097947C1 RU2097947C1 RU93056632A RU93056632A RU2097947C1 RU 2097947 C1 RU2097947 C1 RU 2097947C1 RU 93056632 A RU93056632 A RU 93056632A RU 93056632 A RU93056632 A RU 93056632A RU 2097947 C1 RU2097947 C1 RU 2097947C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- furnace
- vessel
- lower vessel
- quadrants
- conductors
- Prior art date
Links
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 4
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электродуговой печи постоянного тока в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы изобретения и к способу работы такой дуговой печи в соответствии с пунктом формулы изобретения, касающимся способа. The invention relates to a direct current electric arc furnace in accordance with the preamble of claim 1 and to a method for operating such an arc furnace in accordance with a claim regarding the method.
Для плавки металла в дуговой печи, работающей на постоянном токе, особенно в случае мощных печей требуются большие токи, которые вызывают образование соответственно сильных магнитных полей. Электрическая цепь постоянного тока для такой печи замкнутая через дугу, образована выпрямительным устройством, установленным рядом с сосудом печи, и идущем от этого устройства по меньшей мере одним токопроводом, проходящим в горизонтальной плоскости ниже днища сосуда к центру днища, так что ток от токопровода протекает через расположенный на днище анод, расплавленный материал в сосуде и электрическую дугу к катоду, установленному в центре крышки сосуда, и далее через держатель катода, возвращаясь к выпрямительному устройству. For smelting metal in a direct current arc furnace, especially in the case of high-power furnaces, high currents are required that cause the formation of correspondingly strong magnetic fields. The direct current circuit for such a furnace is closed through an arc and is formed by a rectifier device installed next to the vessel of the furnace, and coming from this device with at least one current lead passing horizontally below the bottom of the vessel to the center of the bottom, so that current flows from the current lead through located on the bottom of the anode, molten material in the vessel and an electric arc to the cathode installed in the center of the lid of the vessel, and then through the cathode holder, returning to the rectifier device.
Эта схема подвода и отвода тока определяет контур тока, который вызывает появление действующей на него силы, направленной перпендикулярно к нему, что хотя и не влияет на катодный электрод, проходящий внутрь печи и имеющий возможность перпендикулярного перемещения, однако приводит к соответствующему отклонению дуги между катодом и ванной расплава. Асимметрия дуги является непосредственной причиной повышенного износа огнеупорной футеровки сосуда печи там, где отклонившаяся дуга подходит к стене сосуда ближе, чем это предусмотрено при ее центральном положении. При вышеупомянутой цепи тока указанная критическая зона повышенного износа футеровки сосуда печи обращена к той стороне или удалена от той стороны, с которой осуществляются подвод и отвод питания дуговой печи. This current supply and removal circuit determines the current circuit, which causes the appearance of a force acting on it directed perpendicular to it, which, although it does not affect the cathode electrode passing into the furnace and having the possibility of perpendicular movement, however, leads to a corresponding arc deflection between the cathode and bathtub melt. The asymmetry of the arc is the direct cause of increased wear of the refractory lining of the furnace vessel where the deflected arc approaches the vessel wall closer than provided for in its central position. With the aforementioned current circuit, the specified critical zone of increased wear of the lining of the furnace vessel is facing the side or removed from the side from which the supply and removal of power to the arc furnace are carried out.
Для решения этой проблемы, например, в известной дуговой печи по патенту США N 4821284 тройной контур проводов замкнут через три дуговых электрода, которые расположены вокруг центра днища в виде равнобедренного треугольника, при этом верхние электроды над поверхностью ванны обращены к нижним электродам и имеют такую же конфигурацию. Над печью и под печью имеются горизонтальные шины подвода и отвода тока. To solve this problem, for example, in the known arc furnace according to US patent N 4821284, the triple wire loop is closed through three arc electrodes, which are located around the bottom center in the form of an isosceles triangle, with the upper electrodes above the surface of the bath facing the lower electrodes and have the same configuration. Above the furnace and under the furnace there are horizontal busbars for supplying and removing current.
Еще одна известная дуговая печь постоянного тока (заявка Германии N 4035233) имеет только один нижний электрод, который проходит по центру днища к расплаву и также обращен к вертикально перемещаемому катоду, установленному по центру печи. Для стабилизации дуги в центре печи к центрально расположенному аноду под сосудом печи с двух противоположных сторон подведены четыре провода, при этом либо противолежащие провода соединены между собой, либо провода соединены с чередованием. Another known direct current arc furnace (German application N 4035233) has only one lower electrode, which passes through the center of the bottom to the melt and also faces a vertically movable cathode mounted in the center of the furnace. To stabilize the arc in the center of the furnace, four wires are connected to the centrally located anode under the furnace vessel from two opposite sides, while either the opposite wires are connected to each other, or the wires are connected to alternation.
С учетом известного уровня техники, настоящее изобретение, касающееся дуговой печи постоянного тока вышеуказанного типа, направлено на решение проблемы обеспечения равномерного износа огнеупорной футеровки печи путем установки дуги по центру печи, даже если в случае одностороннего подвода и отвода тока анодные токопроводы подведены к печи сбоку, и даже при больших токах. Given the prior art, the present invention relates to a direct current arc furnace of the aforementioned type, aimed at solving the problem of ensuring uniform wear of the refractory lining of the furnace by installing the arc in the center of the furnace, even if in the case of one-sided supply and removal of current, the anode conductors are led to the side of the furnace, and even at high currents.
В соответствии с изобретением эта проблема решается с помощью признаков, указанных в п. 1 формулы изобретения. In accordance with the invention, this problem is solved using the features specified in paragraph 1 of the claims.
Варианты осуществления указанного решения, представляющие его развитие, приведены в зависимых пунктах формулы изобретения. Options for the implementation of this solution, representing its development, are given in the dependent claims.
Пункт формулы изобретения на способ определяет процесс, обеспечивающий выгодную эксплуатацию такой дуговой печи. The claim on the method defines a process that ensures the advantageous operation of such an arc furnace.
Основное отличие изобретения состоит в том, что в нем используется не центральный подвод тока к единому нижнему электроду, а такой подвод тока, при котором ток распределяется по поверхности днища ванны расплава и который осуществляется посредством токопроводов, идущих сбоку к стенке печи. С этой целью нижний сосуд печи разбит на четыре квадранта, с каждым из которых связана соединительная пластина, расположенная сбоку на стальном корпусе нижнего сосуда, причем квадранты электрически соединены между собой через сосуд печи. Таким образом, подвод тока на анод осуществляется через нижний сосуд от его боковой наружной стенки к днищу сосуда и далее через анодные пластины в огнеупорной футеровке к расплаву. Преимущество такого подвода тока состоит в том, что оказывается возможным изменять силу тока в токопроводах к разным квадрантам таким образом, что магнитные поля, вызванные шунтовыми токами в нижней части сосуда, и образующиеся в результате этого силы нейтрализуют силы, возникающие в контурах тока при подводе и отводе тока питания. В противном случае отклонение дуги, особенно при больших токах, приведет к преждевременному износу облицовки в квадрантах, удаленных от источника выпрямленного напряжения питания. The main difference of the invention is that it does not use a central current supply to a single lower electrode, but such a current supply, in which the current is distributed over the surface of the bottom of the melt bath and which is carried out by means of conductors running laterally to the furnace wall. To this end, the lower vessel of the furnace is divided into four quadrants, with each of which is connected a connecting plate located laterally on the steel casing of the lower vessel, and the quadrants are electrically connected to each other through the vessel of the furnace. Thus, the current is supplied to the anode through the lower vessel from its lateral outer wall to the bottom of the vessel and then through the anode plates in the refractory lining to the melt. The advantage of this current supply is that it is possible to change the current strength in the current leads to different quadrants so that the magnetic fields caused by shunt currents in the lower part of the vessel, and the forces generated as a result of this, neutralize the forces arising in the current circuits during supply and tap current supply. Otherwise, arc deflection, especially at high currents, will lead to premature wear of the cladding in quadrants remote from the source of rectified supply voltage.
Поскольку величина указанного отклонения является функцией не только силы тока, текущего через цепь постоянного тока, но в значительной степени определяется также геометрией контура тока, важное значение имеет расстояние по вертикали между плоскостью, в которой размещены токопроводы, идущие к печи, и дугой в центре печи. При подводе тока по центру от днища печи достигается лишь незначительное экранирование от магнитных полей, создаваемых вокруг токопроводов, тогда как подвод тока сбоку дает гораздо больший экранирующий эффект. Теоретически влияние магнитных полей токопроводов на дугу можно свести к минимуму, размещая их непосредственно на высоте расположения дуги. Since the magnitude of this deviation is not only a function of the current flowing through the DC circuit, but is also largely determined by the geometry of the current circuit, the vertical distance between the plane in which the conductors leading to the furnace are placed and the arc in the center of the furnace is important . When the current is supplied centrally from the bottom of the furnace, only insignificant shielding is achieved from the magnetic fields created around the conductors, while the current supply on the side gives a much greater shielding effect. Theoretically, the influence of the magnetic fields of the conductors on the arc can be minimized by placing them directly at the height of the arc.
Согласно изобретению оптимальный вариант заключается в том, что подвод тока к стенке нижнего сосуда осуществляется сбоку в горизонтальной плоскости, лежащей непосредственно под дугой, т.е. в данном случае отсутствует центральный подвод тока под днищем сосуда. С этой целью сосуд снабжен отдельными токопроводами для соединения с каждым квадрантом через соответствующую соединительную пластину, причем квадранты электрически соединены между собой через стенку сосуда. According to the invention, the best option is that the current is supplied to the wall of the lower vessel from the side in a horizontal plane lying directly under the arc, i.e. in this case, there is no central current supply under the bottom of the vessel. To this end, the vessel is equipped with separate conductors for connection with each quadrant through the corresponding connecting plate, and the quadrants are electrically connected to each other through the wall of the vessel.
Для данного изобретения важно, что путем заданного изменения силы тока в отдельных токопроводах шунтовыми токами в области днища создают дополнительные магнитные поля, что в сочетании с заданным экранированием от магнитных полей вокруг токопроводов боковой стенки сосуда, играющей роль ярма, может обеспечить контролируемую корректировку отклонения дуги. It is important for the present invention that additional magnetic fields are created by shunt currents in the individual conductors by shunt currents in the bottom area, which, in combination with a specified shielding from magnetic fields around the conductors of the vessel side wall, which plays the role of the yoke, can provide a controlled correction of arc deflection.
В некоторых случаях может быть выгодно иметь только два источника питания с двумя выпрямительными блоками или более четырех источников питания для более чем четырех квадрантов нижнего сосуда. Во всех случаях должно быть обеспечено соответствие токов от выпрямителей заданной асимметрии. In some cases, it may be advantageous to have only two power supplies with two rectifier units or more than four power supplies for more than four quadrants of the lower vessel. In all cases, the currents from the rectifiers of the given asymmetry must be ensured.
В соответствии с предлагаемым способом дуговая печь постоянного тока всегда эксплуатируется таким образом, что токи, текущие через отдельные токопроводы и нижний сосуд к нижнему аноду, задают как функцию отклонения дуги, образующейся между катодом и расплавом. Особенно целесообразно определять отклонение дуги над расплавом и подводить к отдельным токопроводам соответственно различные токи в соответствии с величиной, найденной в данном случае, с тем, чтобы во время работы печи на дугу можно было воздействовать заданной силой, обусловленной необходимыми дополнительными магнитными полями. In accordance with the proposed method, the direct current arc furnace is always operated in such a way that the currents flowing through separate current leads and the lower vessel to the lower anode are defined as a function of the deflection of the arc formed between the cathode and the melt. It is especially advisable to determine the deviation of the arc over the melt and to supply different currents to the individual conductors, respectively, in accordance with the value found in this case, so that during operation of the furnace the arc can be influenced by a predetermined force due to the necessary additional magnetic fields.
Преимуществом изобретения является и то, что дугу можно направлять в центр печи путем изменения расположения анодных пластин на днище нижнего сосуда печи и таким образом обеспечить дополнительную оптимизацию. An advantage of the invention is that the arc can be directed to the center of the furnace by changing the location of the anode plates on the bottom of the lower vessel of the furnace and thus provide additional optimization.
На фиг. 1 изображено поперечное сечение дуговой печи постоянного тока; на фиг. 2 схематичный вид в плане плавильной печи с источником выпрямленного напряжения питания на одной стороне и токоподводом, и токоотводом; на фиг. 3
усовершенствованный вариант осуществления изобретения согласно фиг. 2 с квадрантами слева вверху.In FIG. 1 shows a cross section of an arc direct current furnace; in FIG. 2 is a schematic plan view of a melting furnace with a source of rectified supply voltage on one side and a current lead and a current collector; in FIG. 3
an improved embodiment of the invention according to FIG. 2 with quadrants in the upper left.
Как видно из фиг. 1, электродуговая печь постоянного тока содержит нижний сосуд 5 и верхний сосуд 18, электрически изолированный от него посредством изоляции 7. Печь традиционно облицована огнеупорной футеровкой 2, в которой находится расплав 3. Графитовый электрод, установленный с возможностью перемещения по вертикали, проходит в центральную часть печи через крышку и образует катод 1 для дуги постоянного тока. Этот катод удерживается не показанным на фиг. 1 стержневым электродержателем 9 (фиг. 2 и 3). As can be seen from FIG. 1, the DC electric arc furnace contains a lower vessel 5 and an upper vessel 18, electrically isolated from it by
Днище 20 нижнего сосуда 5, а также его наружная стенка выполнены из листовой стали, облицованной соответствующим образом для теплоизоляции, при этом ток, проходящий через указанную огнеупорную футеровку 2, равномерно распределяется в виде центрального кольца через днище сосуда по расплаву 3 при помощи анодных пластин 10. Стальной сосуд образует наружный проводящий металлический корпус, имеющий днище 20 и боковую стенку 21, которая, как описано ниже, имеет определяющее значение не только для подвода тока на анод, но в особенности для экранирования от магнитных полей 13, образующихся вокруг токопроводов снаружи печи. Токопроводы 6 выполнены в виде охлаждаемых водой труб вокруг нижнего сосуда 5 около боковой стенки 21 печи. Дуга 8 образуется между поверхностью расплава 3 и катодом 1, причем часть линий тока в расплаве 3 показана на фиг. 1 позицией 16. The bottom 20 of the lower vessel 5, as well as its outer wall are made of sheet steel, lined accordingly for thermal insulation, while the current passing through the specified refractory lining 2 is evenly distributed in the form of a central ring through the bottom of the vessel through the melt 3 using
Как видно из фиг. 1 и 2, на стенке 21 нижнего сосуда 5 печи в четырех квадрантах I-IV имеются соединительные пластины 4 для четырех токопроводов 6, которые проходят в горизонтальной плоскости ниже дуги 8 к источникам 11 выпрямленного напряжения питания. Стержневой электродержатель 9, удерживающий катод 1, размещен в горизонтальной плоскости, расположенной над печью, и замыкает контур тока, образованный токопроводами 6, соединительными пластинами 4, стенками 20, 21 сосуда, анодными пластинами 10, дугой 8 и катодом 1, на источники 11 выпрямленного напряжение питания. As can be seen from FIG. 1 and 2, on the wall 21 of the lower vessel 5 of the furnace in four quadrants I-IV there are connecting plates 4 for four
Путем подвода в четыре квадранта I-IV, т.е. по четырем токопроводам 6, токов различной величины можно влиять на положение и/или отклонение дуги. В случае, когда подаваемые в квадранты токи одинаковы, в результате действия сил дуга сначала отклоняется перпендикулярно магнитным полям контура тока в направлении от источников 11 выпрямленного напряжения питания, что ведет к повышенному выжиганию огнеупорной футеровки 2, особенно в квадрантах II и III, как это имеет место в известных дуговых печах. При увеличении силы тока в двух токопроводах 6, идущих к соединительным пластинам 4 в квадрантах II и III, удаленных от источников 11 постоянного тока, появляется компенсирующий ток, показанный на фиг. 2 стрелками 12. Этот компенсирующий ток делает возможным корректирование вышеупомянутого отклонения дуги, т.е. дугу снова можно направить по центру, т.е. по оси печи. Причиной возникновения этих компенсирующих токов является более высокое сопротивление анодной стороны печи по сравнению с электрическим сопротивлением токопроводов 6. By supplying four quadrants I-IV, i.e. through four
Компенсирующие токи 12 образуют дополнительные магнитные поля 15, показанные стрелками на фиг. 1 и действующие на дугу с силой, которая направлена противоположно отклоняющей силе, создаваемой контуром тока. В связи с этим важно, что равномерная токовая нагрузка, в особенности анодных пластин 10, не меняется благодаря вышеупомянутому соотношению их сопротивления и сопротивления днища 20 сосуда или стенки 21 нижнего сосуда 5, которое можно поддерживать низким, так же как и сопротивление токопроводов 6. The compensating
Однако на так называемый опорный круг дуги 8 можно влиять не только посредством подвода различных токов к четырем квадрантам I-IV через токопроводы 6, но и путем изменения места соединения соединительных пластин 4 с конкретными квадрантами. Такой вариант выполнения изобретения показан на фиг. 3, где геометрическое положение пластин 4 внешних квадрантов II и III относительно воображаемой центральной оси 22, проходящей через центр печи и провод электродержателя 9, соединенный с источником 11 выпрямленного напряжения питания, отличается от положения этих пластин на фиг. 2, где соединительные пластины 4 четырех квадрантов расположены в каждой паре диаметрально противоположно друг другу и, следовательно, ориентированы друг относительно друга под углом 90o.However, the so-called support circle of the arc 8 can be influenced not only by supplying various currents to the four quadrants I-IV through the
Установку соединительных пластин можно выполнять при монтаже печи. Тем не менее, возможно также менять местоположение пластин во время эксплуатации печи, так как наружная стенка 21 легко доступна. Installation of the connecting plates can be carried out during the installation of the furnace. However, it is also possible to change the location of the plates during operation of the furnace, since the outer wall 21 is easily accessible.
Установку различных величин токов, текущих через токопроводы 6, осуществляют при помощи установки заданного значения для стабилизаторов тока источников 11 выпрямленного напряжения питания, при этом величины токов можно постоянно менять, если требуется, в соответствии с изменениями условий эксплуатации печи. Токи, текущие в отдельных токопроводах 6 через нижний сосуд 5 к нижнему аноду, задают как функцию отклонения дуги 8 между катодом 1 и поверхностью расплава 3 с тем, чтобы дуга была направлена по геометрическому центру печи. The setting of various values of the currents flowing through the
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93056632A RU2097947C1 (en) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | Dc electric arc furnace and its functioning |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEP4240891.1 | 1992-12-04 | ||
| RU93056632A RU2097947C1 (en) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | Dc electric arc furnace and its functioning |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93056632A RU93056632A (en) | 1996-10-10 |
| RU2097947C1 true RU2097947C1 (en) | 1997-11-27 |
Family
ID=20150555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93056632A RU2097947C1 (en) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | Dc electric arc furnace and its functioning |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2097947C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2192713C1 (en) * | 2001-02-23 | 2002-11-10 | Фролов Юрий Федорович | Power supply unit |
| RU2664076C2 (en) * | 2016-06-29 | 2018-08-14 | Сергей Маркович Нехамин | Electric arc furnace for material processing, installation for electric arc processing of materials and operation method of the installation |
-
1993
- 1993-12-03 RU RU93056632A patent/RU2097947C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. US, патент, 4821284, кл. H 05 B 7/20, 1986. 2. DE, патент, 4035233, кл. H 05 B 7/20, 1990. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2192713C1 (en) * | 2001-02-23 | 2002-11-10 | Фролов Юрий Федорович | Power supply unit |
| RU2664076C2 (en) * | 2016-06-29 | 2018-08-14 | Сергей Маркович Нехамин | Electric arc furnace for material processing, installation for electric arc processing of materials and operation method of the installation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2641140B2 (en) | Method for melting scrap iron and electric furnace for carrying out the method | |
| KR940001766B1 (en) | DC electric arc furnace | |
| EP0474883B1 (en) | Dc electric furnace for melting metal | |
| US3949151A (en) | Arc furnaces | |
| US3789127A (en) | Arc furnaces | |
| US4450570A (en) | Vacuum arc melting and casting furnace with a vacuum chamber and a tilting crucible | |
| US4577326A (en) | DC Arc furnace hearth connection | |
| US4038483A (en) | Means for direct current arc furnaces | |
| AU664500B2 (en) | Direct current arc furnace and method for its operation | |
| JP2641141B2 (en) | DC electric furnace for continuous melting of scrap iron. | |
| RU2097947C1 (en) | Dc electric arc furnace and its functioning | |
| JPS63259013A (en) | Dc electric furnace for melting waste iron | |
| JPH0773078B2 (en) | DC arc furnace equipment | |
| CA2028215C (en) | Direct current electric arc furnace | |
| US5191592A (en) | D.c. electric arc furnace with consumable and fixed electrode geometry | |
| JPS6364486B2 (en) | ||
| US5189682A (en) | Method for increasing the efficiency of a direct current electric arc furnace | |
| US5365542A (en) | Anode for a direct current arc furnaces | |
| US3391238A (en) | Preparation for smelting of metals and compounds with high melting points | |
| JPS63130723A (en) | Operating method for electroslag remelting | |
| RU2227881C2 (en) | Electric-arc melting furnace (versions) | |
| US3542932A (en) | Power lead arrangement for electric arc furnace | |
| SU398012A1 (en) | ELECTRIC ARC CURRENT CONDUCTOR | |
| WO2011020127A2 (en) | Dc furnace electrode | |
| JPH03267684A (en) | Dc electric furnace for melting metal |