RU2098730C1

RU2098730C1 - Electric arc furnace conducting hearth

Info

Publication number: RU2098730C1
Application number: RU95117832A
Authority: RU
Inventors: Олег Викторович Козлов; Сергей Маркович Нехамин; Михаил Александрович Фридман; Константин Сергеевич Елкин; Станислав Арсеньевич Артеменко; Владимир Николаевич Лебедев; Владимир Иванович Щербинин
Original assignee: Олег Викторович Козлов; Сергей Маркович Нехамин; Михаил Александрович Фридман; Константин Сергеевич Елкин; Станислав Арсеньевич Артеменко; Владимир Николаевич Лебедев; Владимир Иванович Щербинин
Priority date: 1995-10-19
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 1997-12-10

Abstract

FIELD: electrometallurgy; melting silicon alloys in ore-smelting furnaces. SUBSTANCE: hearth includes steel casing and steel bottom provided with cooling system and holes over which copper plate is located. Copper plate is made in form of separate segments interconnected for connection to current lead; their terminals are received by hole in steel bottom. Hearth includes also conducting portion of lining located between segments of copper plate and working chamber of furnace and nonconducting portion of lining located over periphery of conducting portion. Lower layer of lining adjoining the center portion of bottom is nonconducting; gap between conducting portion of lining and segments of copper plate, as well as horizontal gap between conducting portion of lining and its lower nonconducting layer adjoining the center portion of bottom is filled with carbon mass. Vertical joints of conducting portion of lining and its nonconducting portion, as well as joint of lower nonconducting layer of lining adjoining the center portion of bottom are provided with expansion seams; joints of leads with bottom and joint of bottom with casing are gastight. EFFECT: enhanced reliability. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электрометаллургии и предназначено, в частности, для выплавки кремнистых сплавов в рудно-термических печах. The invention relates to electrometallurgy and is intended, in particular, for the smelting of silicon alloys in ore-thermal furnaces.

Известны различные конструктивные исполнения подин дуговых печей для подачи подводимого электрического тока к ванне печи [1]
На рис. 1 источника [1] приведены примеры выполнения подины со стальными штырями в электропроводной футеровке (6), с металлическими пластинами в неэлектропроводной набивной футеровке (7), со стержневым водоохлаждаемым подовым электродом (8).There are various designs of the bottom of the arc furnaces for supplying an input electric current to the furnace bath [1]
In fig. 1 of the source [1] examples of the hearth with steel pins in an electrically conductive lining (6), with metal plates in a non-conductive stuffed lining (7), with a rod water-cooled bottom electrode (8) are given.

Известные технические решения имеют следующие недостатки. Known technical solutions have the following disadvantages.

Металлические проводники в этих конструктивных решениях проходят насквозь через футеровку для обеспечения электрического контакта с металлической ванной, что сокращает срок службы проводящей подины и представляет угрозу прорыва расплавленного металла вдоль этих проводников. Кроме того, для ряда технологических процессов возникают условия для зашлаковывания металлических проводников, что ухудшает условия эксплуатации проводящей подины. The metal conductors in these designs go right through the lining to provide electrical contact with the metal bath, which shortens the life of the conductive hearth and poses a risk of molten metal breaking through these conductors. In addition, for a number of technological processes, conditions arise for slagging of metal conductors, which worsens the operating conditions of the conductive hearth.

Наиболее близким техническим решением является токопроводящая подина дуговой печи, содержащая стальной кожух и снабженное системой охлаждения стальное днище, с выполненными в нем отверстиями, поверх которых расположена медная пластина, выполненная в виде отдельных сегментов, соединенных для подключения к токоподводу с выводами, расположенными в отверстиях стального днища, электропроводную часть футеровки, расположенную между сегментами медной пластины и рабочим пространством печи, и неэлектропроводную часть футеровки, расположенную по периферии электропроводной [2]
Недостатком известного устройства являются: близость медной пластины и высокотемпературной зоны печи, расположенных по оси печи, отсутствие в конструкции решения, обеспечивающего сохранение электрического контакта между электропроводной огнеупорной частью и медной пластиной при расширении футеровки, наличие электроизоляции между токопроводящей частью днища и остальной частью кожуха. Указанные недостатки приводят к большим тепловым потерям через подину печи, нарушению электрического контакта между электропроводными огнеупорными блоками и медной пластиной в процессе эксплуатации, например при расширении футеровки. Наличие электроизоляционных элементов между токопроводящими и остальными частями подины не позволяет герметизировать кожух печи, что из-за подсоса воздуха в зону разогретой футеровки снижает ее срок службы и повышает опасность прорыва металла через подину.The closest technical solution is the conductive hearth of the arc furnace, containing a steel casing and a steel bottom equipped with a cooling system, with holes made in it, on top of which there is a copper plate made in the form of separate segments connected to the current lead with terminals located in the holes of the steel bottoms, an electrically conductive lining portion located between the copper plate segments and the furnace working space, and a non-conductive lining portion located w circumferentially conductive [2]
A disadvantage of the known device is: the proximity of the copper plate and the high-temperature zone of the furnace located along the axis of the furnace, the absence of a solution in the design that maintains electrical contact between the electrically conductive refractory part and the copper plate during expansion of the lining, the presence of electrical insulation between the conductive part of the bottom and the rest of the casing. These disadvantages lead to large heat losses through the bottom of the furnace, the violation of the electrical contact between the electrically conductive refractory blocks and the copper plate during operation, for example, when expanding the lining. The presence of electrical insulating elements between the conductive and other parts of the hearth does not allow the furnace casing to be sealed, which, due to air leakage into the heated lining zone, reduces its service life and increases the risk of metal breaking through the hearth.

Задачей, которую решает заявленное изобретение, является обеспечение надежного электрического контакта на пути рабочего тока в проводящей подине в условиях высокотемпературного технологического процесса при ограниченных тепловых потерях через подину в печи с учетом возможного расширения футеровки, а также обеспечение газонепроницаемости кожуха печи. The task that the claimed invention solves is to ensure reliable electrical contact on the path of the working current in the conductive hearth under conditions of a high-temperature process with limited heat loss through the hearth in the furnace, taking into account the possible expansion of the lining, as well as ensuring the gas tightness of the furnace casing.

При осуществлении изобретения достигается следующий технический результат. Обеспечивается полная газонепроницаемость кожуха печи, что исключает разрушение футеровки воздухом, проникавшем через электроизоляционный материал, заполнявший механический разрыв в кожухе при известной конструкции подины. В предложенном решении снижаются тепловые потери через электропроводную огнеупорную часть футеровки. Достигается надежность электрического контакта между огнеупорными электропроводными элементами и медной пластиной в эксплуатационных условиях, в том числе при расширении футеровки. When carrying out the invention, the following technical result is achieved. Provides complete gas impermeability of the furnace casing, which eliminates the destruction of the lining by air penetrating through the insulating material, filling the mechanical gap in the casing with the known design of the hearth. In the proposed solution, heat losses through the electrically conductive refractory part of the lining are reduced. The reliability of electrical contact between refractory electrically conductive elements and a copper plate is achieved under operating conditions, including the expansion of the lining.

Получение указанного технического результата обеспечивается за счет того, что проводящая подина дуговой печи, содержащая стальной кожух и снабженное системой охлаждения стальное днище с выполненными в нем отверстиями, поверх которого расположена медная пластина, выполненная в виде отдельных сегментов, соединенных для подключения к токоподводу с выводами, расположенными в отверстиях стального днища, содержащая также электропроводную часть футеровки, расположенную между сегментами медной пластины и рабочим пространством печи, и неэлектропроводную часть футеровки, расположенную по периферии электропроводной, при этом в проводящей подине нижний слой футеровки, примыкающий к средней части днища, выполнен неэлектропроводным, зазор между электропроводной частью футеровки и сегментами медной пластины, а также горизонтальный зазор между электропроводной частью футеровки и нижним неэлектропроводным слоем футеровки, примыкающим к нижней части днища, заполнены углеродистой массой, а на вертикальных стыках электропроводной части футеровки с неэлектропроводной частью, а также с нижним неэлектропроводным слоем футеровки, примыкающим к средней части днища, выполнены компенсационные швы, а соединения выводов с днищем, и днища с кожухом выполнены газонепроницаемыми. This technical result is achieved due to the fact that the conductive hearth of the arc furnace, containing a steel casing and equipped with a cooling system, a steel bottom with holes made in it, on top of which there is a copper plate made in the form of separate segments connected to the current lead with leads, located in the holes of the steel bottom, also containing an electrically conductive part of the lining located between the segments of the copper plate and the working space of the furnace, and the conductive part of the lining located at the periphery of the conductive, while in the conductive hearth the lower layer of the lining adjacent to the middle part of the bottom is non-conductive, the gap between the conductive part of the lining and the segments of the copper plate, and the horizontal gap between the conductive part of the lining and the lower non-conductive layer of the lining adjacent to the bottom of the bottom are filled with carbon mass, and at the vertical joints of the electrically conductive part of the lining with the non-conductive part, and also with the lower non-conductive layer of the lining adjacent to the middle part of the bottom, expansion joints are made, and the connections of the terminals with the bottom and the bottom with the casing are made gas-tight.

Задача решается также тем, что толщина компенсационного шва выполнена равной 20-200 мм. The problem is also solved by the fact that the thickness of the expansion joint is made equal to 20-200 mm

Решение поставленной задачи достигается также за счет того, что выводы медной пластины электрически соединены с днищем, а днище с кожухом. The solution to this problem is also achieved due to the fact that the conclusions of the copper plate are electrically connected to the bottom, and the bottom to the casing.

Решение поставленной задачи достигается также тем, что толщина горизонтального зазора зафиксирована с помощью твердых углеродистых вставок той же толщины. The solution to this problem is also achieved by the fact that the thickness of the horizontal gap is fixed using solid carbon inserts of the same thickness.

Выполнение нижнего слоя футеровки на средней части днища неэлектропроводным обеспечивает значительное сокращение тепловых потерь в наиболее теплонагруженной части футеровки подины. The implementation of the lower layer of the lining on the middle part of the bottom non-conductive provides a significant reduction in heat loss in the most heat-loaded part of the lining of the hearth.

Заполнение углеродистой массой зазора между электропроводной частью футеровки и сегментами медной пластины, а также зазора между горизонтально расположенными электропроводной и неэлектропроводной частями футеровки обеспечивает надежный электрический контакт между указанными элементами, а также отдельными частями электропроводной части футеровки. Заполненные углеродистой массой, компенсационные швы на вертикальных стыках между электропроводной и неэлектропроводной частями футеровки обеспечивают сохранение надежного электрического контакта и механическую целостность футеровки и кожуха при расширении футеровки. Фиксация толщины горизонтального зазора с помощью твердых углеродистых вставок той же толщины, что и зазор, обеспечивает сохранение геометрической формы расположенных выше слоев электропроводной футеровки в процессе спекания углеродистой массы, заполняющей указанный зазор. Газонепроницаемое соединение выводов с днищем, а днища с кожухом предотвращает проникновение воздуха через кожух и, тем самым, обеспечивает долговечность футеровки. Filling the gap between the electrically conductive part of the lining and the segments of the copper plate with carbon mass, as well as the gap between the horizontally located electrically conductive and non-conductive parts of the lining, provides reliable electrical contact between these elements, as well as individual parts of the conductive part of the lining. Filled with carbon mass, expansion joints at the vertical joints between the electrically conductive and non-conductive parts of the lining ensure reliable electrical contact and the mechanical integrity of the lining and casing during expansion of the lining. Fixing the thickness of the horizontal gap using solid carbon inserts of the same thickness as the gap ensures the preservation of the geometric shape of the layers of the electrical conductive lining located above during sintering of the carbon mass filling the specified gap. A gas-tight connection of the terminals with the bottom, and the bottom with the casing prevents the penetration of air through the casing and, thus, ensures the lining durability.

Наилучший эффект достигается при толщине компенсационного шва равной 20
200 мм.The best effect is achieved when the thickness of the expansion joint is equal to 20
200 mm.

Дополнительный эффект может быть получен за счет того, что выводы медной пластины электрически соединены с днищем, а днище с кожухом. Кожух, как обычно, имеет надежное заземление. Такое решение предупреждает возможные местные перегревы и прогорание кожуха вследствие возникновения электрического замыкания между изолированными металлоконструкциями. An additional effect can be obtained due to the fact that the conclusions of the copper plate are electrically connected to the bottom, and the bottom to the casing. The casing, as usual, has a reliable grounding. This solution prevents possible local overheating and burnout of the casing due to the occurrence of electrical short circuits between insulated metal structures.

На чертеже представлена конструкция подины дуговой печи, которая содержит стальной кожух 1 и снабженное системой охлаждения 2 стальное днище 3 с выполненными в нем отверстиями 4, поверх которого расположена медная пластина, выполненная в виде отдельных сегментов 5, электропроводную часть 6 футеровки, расположенную между сегментами медной пластины и рабочим пространством печи, и неэлектропроводную часть 7 футеровки, расположенную по периферии электропроводной, сегменты 5 медной пластины соединены для подключения к токоподводу с выводами 8, расположенными в отверстиях 4 стального днища 3. Нижний слой футеровки на средней части днища выполнен неэлектропроводным 9, зазор 10 между электропроводной частью 6 футеровки и сегментами 5 медной пластины, а также зазор 11 между горизонтально расположенными электропроводной 6 и неэлектропроводной 9 частями футеровки заполнены углеродистой массой, между электропроводной 6 и неэлектропроводной частями 7 и 9 футеровки на их вертикальных стыках выполнены компенсационные швы 12, заполненные углеродистой массой, причем толщина горизонтального зазора 11 зафиксирована с помощью твердых углеродистых вставок 13 той же толщины. Соединения выводов 8 с днищем 3, а днища 3 с кожухом 1 выполнены газонепроницаемыми. The drawing shows the design of the bottom of the arc furnace, which contains a steel casing 1 and equipped with a cooling system 2, a steel bottom 3 with holes 4 made therein, on top of which there is a copper plate made in the form of separate segments 5, an electrically conductive lining part 6 located between the copper segments plate and the working space of the furnace, and the non-conductive part 7 of the lining, located on the periphery of the conductive, segments 5 of the copper plate are connected for connection to a current lead with leads 8, located in the holes 4 of the steel bottom 3. The bottom layer of the lining on the middle of the bottom is made non-conductive 9, the gap 10 between the conductive part 6 of the lining and segments 5 of the copper plate, and the gap 11 between the horizontally arranged conductive 6 and non-conductive 9 parts of the lining are filled with carbon mass, between the electrical conductive 6 and non-electrical conductive parts 7 and 9 of the lining at their vertical joints are made expansion joints 12 filled with carbon mass, and the thickness of the horizontal Azora 11 is fixed by means of solid carbonaceous inserts 13 of the same thickness. Connection terminals 8 with the bottom 3, and the bottom 3 with the casing 1 is made gas tight.

Толщину компенсационного шва 12 следует выполнить равной 20 200 мм. The thickness of the expansion joint 12 should be equal to 20,200 mm.

Кроме того, для получения дополнительного эффекта между выводами 8 медной пластины и днищем 3 следует выполнить электрическое соединение 4, а между днищем 3 и кожухом 1 электрическое соединение 15. In addition, to obtain an additional effect between the conclusions 8 of the copper plate and the bottom 3, you must make an electrical connection 4, and between the bottom 3 and the casing 1, the electrical connection 15.

Устройство согласно изобретению функционирует следующим образом. При разогреве печи происходит сушка и расширение футеровки за счет компенсационных швов. При дальнейшем увеличении температуры осуществляется спекание углеродистой массы, находящейся в зазорах и компенсационных швах, устанавливается высокая электропроводность на пути тока через проводящую подину. Затем постепенно по мере окончательного спекания углеродистой массы в зазорах между токоведущими элементами подины увеличивается ток до номинального значения. The device according to the invention operates as follows. When the furnace is heated, the lining is dried and the lining expands due to expansion joints. With a further increase in temperature, the carbon mass located in the gaps and expansion joints is sintered, and high electrical conductivity is established along the current path through the conductive hearth. Then, gradually, as the final sintering of the carbon mass in the gaps between the current-carrying elements of the hearth increases, the current increases to the nominal value.

Claims

1. The conductive hearth of the arc furnace, containing a steel casing and equipped with a cooling system, a steel bottom with holes made in it, on top of which there is a copper plate made in the form of separate segments connected to the current lead with the terminals located in the holes of the steel bottom, an electrically conductive part a lining located between the segments of the copper plate and the working space of the furnace, and a non-conductive part of the lining located on the periphery of the conductive, characterized in that the lower layer of the lining adjacent to the middle part of the bottom is non-conductive, the gap between the electrically conductive part of the lining and the segments of the copper plate, as well as the horizontal gap between the electrically conductive part of the lining and the lower non-conductive layer of the lining adjacent to the middle part of the bottom, are filled with carbon mass, and at the vertical joints of the electrically conductive part of the lining with the non-conductive part of the lining, also with the lower non-conductive layer of the lining adjacent to the middle part of the bottom, enes expansion joints and connect the pins to the bottom and the bottom with a casing made gastight.

2. The hearth according to claim 1, characterized in that the thickness of the expansion joint is 20 200 mm.

3. The bottom according to claim 1, characterized in that the conclusions of the copper plate are electrically connected to the bottom, and the bottom to the casing.

4. The hearth according to claim 1, characterized in that the thickness of the horizontal gap is fixed using solid carbon inserts of the same thickness.