專(zhuān)利名稱(chēng)：直流電弧爐及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1的開(kāi)頭所述的一種直流電弧爐以及方法權(quán)利要求所述的控制這種電弧爐的方法。
為了在直流電弧爐中熔解金屬材料，尤其是在大功率爐的情況下，需要很高的電流強(qiáng)度，并且會(huì)由此形成很強(qiáng)的磁場(chǎng)。就短接在電弧上的直流電路而言，這種直流電弧爐的特征在于整流裝置安排在爐體的側(cè)旁，其中，在水平的底面上，一根或多根陽(yáng)極電流引線(xiàn)從爐體底部通向爐體中心，從而使電流從整流裝置開(kāi)始經(jīng)過(guò)底部陽(yáng)極和爐膛內(nèi)的熔融材料以及電弧流向陰極，此陰極位于爐體蓋中央并且借助于其支撐臂支持使電路形成回路，使電流流回到整流電源中。
電流源及電流支路的這種排列形成了一個(gè)電流環(huán)路，它產(chǎn)生一個(gè)與之垂直的作用力，這雖然對(duì)以垂直可移位的方式伸在爐中的陰極不產(chǎn)生影響，但會(huì)使陰極和熔池之間的電弧產(chǎn)生相應(yīng)的偏移。電弧的不對(duì)稱(chēng)直接導(dǎo)致?tīng)t體耐火層的損耗增加，這種情況下，偏移的電弧比所設(shè)想的通過(guò)其中心導(dǎo)路(guidance)的電弧更接近爐體壁。接照上面所說(shuō)的電流路徑(current con-duction)，所說(shuō)的爐體襯的增大損耗的危險(xiǎn)區(qū)域面向或遠(yuǎn)離這樣的一側(cè)，即在這一側(cè)供給和引出直流電弧爐的電流。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，例如在美國(guó)專(zhuān)利US4，821，284所公開(kāi)的電弧爐中，一個(gè)三重(triple)導(dǎo)體環(huán)圍著三個(gè)電弧電極，這三個(gè)電極以等腰三角形的形式集中排列在底部中心，在熔池表面上的所謂頂部(head-side)電極面向相同外形結(jié)構(gòu)的底部電極。在爐區(qū)的上面和下面具有水平的供給和引出條。
另一種公知的直流電弧爐(DE4035233A1)只有一個(gè)單一的底部電極，它穿過(guò)底部的中心，直至溶料，所說(shuō)的電極又面向垂直可移位的陰極，該陰極安裝在爐體的中央。為了使電弧穩(wěn)定在爐體的中間位置，在爐體的下面，從兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面將四根導(dǎo)體引到中間的陽(yáng)極上，從而使它們以面對(duì)面的方式連接或者以交錯(cuò)的面對(duì)面的方式連接。
最后，在其連接方面，可參考另一種公知的直流電弧爐(US787059)，其中，爐體的下部用來(lái)把電流引到直流電弧爐中心的陽(yáng)極部分上。
基于這樣的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于提供一種前面所述的那種類(lèi)型的直流電弧爐，通過(guò)將電弧集中在爐膛的中央，從而即使在一側(cè)供給和引出電流并將陽(yáng)極電流引線(xiàn)側(cè)引到爐中的情況下，甚至在大電流的情況下，也能保證爐襯的耐火損耗均勻。
根據(jù)本發(fā)明，上述發(fā)明目的可以通過(guò)權(quán)利要求1的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。
這種解決方案的進(jìn)一步的有益特征體現(xiàn)在從屬權(quán)利要求中。
方法權(quán)利要求給出了以有利的方式來(lái)控制這種直流電弧爐的步驟。
這里的基礎(chǔ)不是一個(gè)連接到單個(gè)底部電極上的中心電流源，而是這樣一個(gè)電流源，即它表面地分布在熔池的底面上，并且連接到電流引線(xiàn)上，這些引線(xiàn)從側(cè)面引到爐壁上。為此，在爐體的下部有四個(gè)四分之一圓，在每個(gè)四分之一圓上都有一塊連接板固定在下部爐體的鋼殼側(cè)面，這些四分之一圓之間通過(guò)爐體而實(shí)現(xiàn)相互電連接。這樣，陽(yáng)極側(cè)的電流就通過(guò)下部爐體從外側(cè)壁流到爐體底部，并從底部通過(guò)耐火襯中的陽(yáng)極板流至熔料。采用這樣的電流源，則具有令人吃驚的特殊優(yōu)點(diǎn)，即，改變各個(gè)四分之一圓所對(duì)應(yīng)的引線(xiàn)中的電流強(qiáng)度，就能夠使下部爐體部分中這些分支電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)和由此而產(chǎn)生的力抵消電流環(huán)中由于供電和引出所產(chǎn)生的力。否則，尤其是在大電流的情況下，在遠(yuǎn)離整流電源的四分之一圓內(nèi)，所產(chǎn)生的電弧偏移將會(huì)導(dǎo)致耐火襯過(guò)早地?fù)p耗。
由于所述的偏移的程度不僅是流過(guò)直流電路的電流強(qiáng)度的函數(shù)，而且基本上還根據(jù)電流環(huán)的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)確定，因此，引向爐體的引線(xiàn)所在平面的高度位置，也就是說(shuō)，與電弧爐中心的電弧高度有關(guān)的高度位置起著重要作用。來(lái)自爐底的中心電流源僅僅在非常有限的程度上屏蔽電流導(dǎo)體周?chē)a(chǎn)生的磁場(chǎng)，而側(cè)面的電源的屏蔽作用則大得多。理論上，使引線(xiàn)的位置高度正好為電弧的高度，就能將電弧引線(xiàn)的磁場(chǎng)所造成的影響降低到最低限度。
根據(jù)本發(fā)明，最好將電流源引到下部爐體的側(cè)壁上，它們處在一個(gè)水平面內(nèi)并且基本上在電弧的下面，也就是說(shuō)，在爐底的上面避免有中心電流源，為此，在下部爐體的每個(gè)四分之一圓上最好分別具有通過(guò)相配合的連接板相連的一根引線(xiàn)，四分之一圓相互之間通過(guò)爐壁而實(shí)現(xiàn)電連接。
本發(fā)明的關(guān)鍵在于，有計(jì)劃地改變各個(gè)引線(xiàn)中的電流強(qiáng)度，使這些分支電流在底部區(qū)域產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，這相當(dāng)于有計(jì)劃地屏蔽引線(xiàn)周?chē)上虏繝t體側(cè)鋼壁的線(xiàn)圈效應(yīng)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，從而能夠?qū)﹄娀∑七M(jìn)行可控制地校正。
在某些情況下，最好還可以?xún)H僅有兩個(gè)電源和兩個(gè)整流單元，或者把下部爐體分成四分以上的扇形區(qū)，相應(yīng)地采用四個(gè)以上的電源。但必須保證，給導(dǎo)體供電的整流裝置的設(shè)計(jì)總是與整體設(shè)備的不對(duì)稱(chēng)性相一致。
就方法而言，這種直流電弧爐總是以這樣的方式來(lái)控制，即，在各個(gè)電流源中通過(guò)下部爐體流到底部陽(yáng)極的電流設(shè)定為陰極和熔料之間的電弧偏移的函數(shù)。最好是確定在熔料上面的電弧的偏移，并且根據(jù)各種情況下所得到的數(shù)值，給各個(gè)引線(xiàn)相應(yīng)地供給不同的電流，以便能夠在電弧爐工作時(shí)，伴隨著這個(gè)必需的附加磁場(chǎng)而在電弧上作用一個(gè)預(yù)定的力。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于，對(duì)下部爐體底部上的陽(yáng)極板的排列進(jìn)行改進(jìn)，就可以將電弧導(dǎo)入爐子的中央，并由此會(huì)得到進(jìn)一步的最佳效果。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說(shuō)明，但本發(fā)明不局限于這些實(shí)施例。附圖中
圖1是整個(gè)直流電弧爐的截面圖;
圖2是平面示意圖，表示在一側(cè)有整流電源的熔融爐以及引線(xiàn)和各支路的連接關(guān)系;
圖3表示對(duì)圖2所示實(shí)施例的改進(jìn)方案，其左上方仍然繪制了四個(gè)四分之一圓。
如圖1所示，該直流電弧爐包括下部爐體5和上部爐體18，用絕緣層7將其電絕緣。根據(jù)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，爐內(nèi)設(shè)有耐火材料襯2，并且在爐內(nèi)容裝熔料3。石墨電極穿過(guò)蓋，以在垂直方向可移動(dòng)的方式伸到爐子的中央，并形成直流電弧的陰極1，它由電極支撐臂9(見(jiàn)圖2和3，圖1中未示出)支持。
下部爐體5的底部20，象其外壁那樣，由鋼板制成，它以適當(dāng)?shù)母魺岱绞郊右r，所說(shuō)的耐火耐料襯2以中心環(huán)(centrairing)的形式均勻地分布，利用陽(yáng)極板10使電流從爐底穿過(guò)所說(shuō)的耐火材料襯2傳輸?shù)饺哿?上面。鋼的爐體形成了導(dǎo)體金屬外殼，它由爐底20和爐側(cè)壁21組成，正如下面將要說(shuō)明的那樣，爐側(cè)壁21不僅僅是用來(lái)引入陽(yáng)極電流源，而且還特別用來(lái)屏蔽爐體外部的電源周?chē)a(chǎn)生的磁場(chǎng)13。電源6以冷水管的形式、在下部爐體5的周?chē)貭t側(cè)壁21引入。在熔料3的表面和陰極1之間形成電弧8，在圖1中，參考標(biāo)號(hào)16表示熔料3中的一部分電流線(xiàn)。
如圖2所示，下部爐體5的爐壁21分成四個(gè)四分之一圓Ⅰ-Ⅳ，在爐壁21的每個(gè)四分之一圓部分上都有一個(gè)連接板4，用來(lái)分別連接四根電流引線(xiàn)6，它們?cè)陔娀?下面的水平面內(nèi)傳至整流電源11。支持陰極1的電極支撐臂9水平設(shè)置在爐上方的一個(gè)平面中，并使電流形成回路流回到整流電源11中，除電極支撐臂9和整流電源11外，該電流回路還由引線(xiàn)6、連接板4、爐體壁21、20、陽(yáng)極板10、電弧8和陰極1組成。
改變四個(gè)四分之一圓Ⅰ到Ⅳ，即四根引線(xiàn)6上的電流強(qiáng)度分布，就會(huì)對(duì)電弧的位置和/或偏移產(chǎn)生影響。在等量電流分布的情況下，由于力效應(yīng)，而使電弧最初垂直于電流環(huán)路的磁場(chǎng)向遠(yuǎn)離整流電源11的方向偏移，這將會(huì)引起公知的問(wèn)題，即耐火材料2的燒毀量增加，在現(xiàn)有技術(shù)的情況下，尤其是第Ⅱ和第Ⅲ四分之一圓內(nèi)的耐火材料襯2的燒毀量會(huì)增加。將遠(yuǎn)離直流電源11的第Ⅱ和第Ⅲ四分之一圓上的連接板4所連接的兩根引線(xiàn)6內(nèi)的電流強(qiáng)度增加，就會(huì)有一個(gè)如圖2中的箭頭12所示的補(bǔ)償電流，它能夠校正前面所述的電弧偏移，即它能夠?qū)㈦娀≈匦乱氐綘t體的軸心上。產(chǎn)生這些補(bǔ)償電流的原因是，與引線(xiàn)6的低電阻相比，電弧爐陽(yáng)極側(cè)的電阻增大了。
補(bǔ)償電流12導(dǎo)致產(chǎn)生了附加磁場(chǎng)15，如圖1中的箭頭所示，該磁場(chǎng)對(duì)電弧施加有一個(gè)力，該力正好與電流環(huán)路所產(chǎn)生的偏移相反。在這種連接方式中關(guān)鍵在于尤其是陽(yáng)極板10的均勻電流負(fù)載是不變的，因?yàn)榍懊嫠f(shuō)的電阻與下部爐體5的爐底20或壁21的電阻相比，能連同引線(xiàn)6的電阻一起保持低水平。
但是，電弧8的所謂立足圈(foot circle)不僅僅會(huì)受到四個(gè)四分之一圓Ⅰ-Ⅳ的引線(xiàn)6中不同電流強(qiáng)度的影響，而且還會(huì)受到各個(gè)四分之一圓的連接板4的局部聯(lián)絡(luò)關(guān)系的影響。這樣的改進(jìn)實(shí)施例如圖3所示，其中，連接板4的幾何排列是這樣的，在一個(gè)假想的通過(guò)爐體中心的中心軸22上，電極支撐臂9伸向整流電源11，外側(cè)四分之一圓Ⅱ、Ⅲ的連接板4固定在中心軸附近，這不象圖2所示的那樣排列，圖2中，四個(gè)四分之一圓上的連接板4在每一種情況下都在徑向相互面對(duì)面，并且相互之間相隔90°角。
連接板的排列可以在制造爐子時(shí)完成。但在爐子工作期限內(nèi)顯然也可以對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，尤其是在外側(cè)爐壁21容易接近的情況下。
利用整流電源11的電流調(diào)節(jié)器的調(diào)整點(diǎn)來(lái)設(shè)定引線(xiàn)6中的不同電流強(qiáng)度，并且如果需要，還可以根據(jù)爐子工作的改善狀況，繼續(xù)對(duì)電流強(qiáng)度的設(shè)定進(jìn)行改進(jìn)。流過(guò)各電流引線(xiàn)6并通過(guò)下部爐體5流到底部陽(yáng)極的電流如此地設(shè)定為熔料3的表面和陰極1之間的電弧8的偏移量的函數(shù)，以使電弧正好位于爐體的幾何中心。
權(quán)利要求
1.直流電弧爐，包括熔爐爐體裝置(5，18)、垂直方向可移置的陰極(1)和底部陽(yáng)極裝置(4，20，21，10)，爐體裝置(5，18)帶有耐火材料襯(2)，陰極(1)位于熔爐爐體蓋的中央并且由電極支撐臂(9)支持，底部陽(yáng)極裝置(4，20，21，10)設(shè)置在導(dǎo)電的下部爐體(5)上，使?fàn)t體壁到熔料(3)之間實(shí)現(xiàn)電連接，以分開(kāi)的方式在爐體周?chē)O(shè)置供電裝置，電源的供給和引出都在一側(cè)，并通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)(6，9)與整流電源(11)相連，其特征在于a、下部爐體(5)分成幾個(gè)扇形區(qū)(四分之一圓Ⅰ-Ⅳ)，各扇形區(qū)分別與引線(xiàn)(6)相連接；b、在每個(gè)扇形區(qū)上，將引線(xiàn)(6)的連接板(4)固定在下部爐體(5)的爐壁(21)上；c、引線(xiàn)(6)正好位于電弧(8)的下面，在一個(gè)水平平面內(nèi)一直延伸到爐壁；d、電流通過(guò)水平電極支撐臂(9)流回到電源；e、下部爐體上靠近整流電源(11)的扇形區(qū)(Ⅰ，Ⅳ)的電流強(qiáng)度小于其余扇形區(qū)(Ⅱ，Ⅲ)的供電電流強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧爐，其特征在于，扇形區(qū)(Ⅰ-Ⅳ)上的連接板(4)之間的間隔是不均勻?qū)ΨQ(chēng)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電弧爐，其特征在于，遠(yuǎn)離整流電源(11)的扇形區(qū)(Ⅱ，Ⅲ)上的連接板(4)向爐體/整流裝置的縱軸(22)偏移。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧爐，其特征在于，供電引線(xiàn)(6)從側(cè)面引到下部爐體(5)的爐壁(21)上，下部爐體(5)的鋼殼對(duì)供電引線(xiàn)(6)周圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)(13)提供了一個(gè)附加的屏蔽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧爐，其特征在于，至少有兩個(gè)整流電源(11)從陽(yáng)極連接到下部爐體上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧爐，其特征在于，下部爐體(5)與上部爐體(18)之間是電絕緣的，并且下部爐體(5)還用來(lái)傳送電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任意一個(gè)所述的電弧爐，其特征在于，靠近電源(11)的扇形區(qū)(Ⅰ、Ⅳ)所連接的引線(xiàn)(6)中的電流之和小于遠(yuǎn)離電源的扇形區(qū)(Ⅱ，Ⅲ)所連接的引線(xiàn)(6)中的電流之和。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任意一個(gè)所述的電弧爐，其特征在于，利用整流電源(11)的電流調(diào)節(jié)器中的調(diào)整點(diǎn)，可以繼續(xù)對(duì)各引線(xiàn)(6)中的電流分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任意一個(gè)所述的電弧爐，其特征在于，每一根引線(xiàn)(6)與一個(gè)整流電源(11)相連接，其尺寸如此地確定，以致于它適合于必要的分路電流所產(chǎn)生的不對(duì)稱(chēng)性。
10.權(quán)利要求1所述的直流電弧爐的控制方法，其特征在于，在各個(gè)引線(xiàn)(6)中通過(guò)下部爐體(5)流到底部陽(yáng)極(10，20，21)的電流調(diào)節(jié)成上部中心陰極(1)和熔料(3)之間所形成的電弧的偏移量的函數(shù)，以使引線(xiàn)(6)中的電流強(qiáng)度不同，利用所產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)而在電弧(8)上作用一個(gè)預(yù)定的力。
全文摘要
一種直流電弧爐，其陰極位于熔爐爐體的中心，底部陽(yáng)極都排列在導(dǎo)電的下部爐體上，使?fàn)t體壁到熔料(3)之間實(shí)現(xiàn)電連接。以分開(kāi)的方式在爐體周圈設(shè)置供電裝置，電流的供給和引出都在一側(cè)。下部爐體分成幾個(gè)扇形區(qū)，各扇形區(qū)分別與引線(xiàn)相連接，并且在每個(gè)扇形區(qū)將連接板固定在爐壁上。正好在電弧下面的一個(gè)水平面內(nèi)將電源連接到爐壁上。下部爐體上靠近整流電源的扇形區(qū)的電流強(qiáng)度小于其余扇形區(qū)的供電電流強(qiáng)度。扇形區(qū)上的連接板之間的間隔可以是不相等的。
文檔編號(hào)C21C5/52GK1094505SQ9312165
公開(kāi)日1994年11月2日 申請(qǐng)日期1993年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月4日
發(fā)明者E·尼克斯 申請(qǐng)人:德國(guó)沃斯特-阿爾派因工業(yè)設(shè)備股份有限公司