專利名稱：直流電弧爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種直流電弧爐，該電弧爐具有至少一個作為陰極的電極以及至少一個作為陽極的底電極。
與本發(fā)明相關的現(xiàn)有技術例如可參見美國專利US4032704。
就直流電弧爐而言，底電極是要求最高的部件。底電極例如可由一個或幾個鋼體組成，鋼體穿過爐底和爐襯伸出，在爐內(nèi)部與熔融體構(gòu)成電接觸。在爐底外面，底電極與爐子的供電電源相連。在現(xiàn)代的直流電弧爐中，整個爐底構(gòu)成底電極，底電極或者是用導電磚組成的導電爐襯層，或者是將金屬棒或金屬薄板插入不導電爐襯來實現(xiàn)的。
流過熔融體的電爐電流導致熔融體中出現(xiàn)熔池運動。這種熔池運動對融化過程有利，而且有利于熔池中溫度平衡。然而在用高達120千安或更高的直流電流工作的高功率電弧爐中存在下述危險，熔融體中的流動速度可達0.5米/秒，又由于腐蝕作用就會在電極下方的區(qū)域加大爐底的腐蝕。尤其是在具有較大表面的底電極(底部觸點)的直流電弧爐中，這種情況會縮短爐子的壽命。
本發(fā)明的任務是從現(xiàn)有技術出發(fā)，提供一種直流電弧爐，其底電極對腐蝕作用受到保護，從而大大延長了爐子的壽命。
完成本發(fā)明的技術方案是，在爐底下方設置一個通以直流電流，尤其是通以電爐電流的激磁線圈，該線圈具有一個與底電極表面幾乎相等的表面，上述線圈的安匝數(shù)要根據(jù)在其磁場的作用下，使僅由電極在熔融體中產(chǎn)生的通過電流所形成的方向朝下的熔池運動，至少部分地朝反方向改變來設計。
雖然在美國專利文獻4032704中曾建議在直流電弧爐爐體的下側(cè)設置一個通直流電的電磁鐵。但是很顯然該電磁鐵是用來在熔融體中產(chǎn)生附加的攪拌運動，以便加快金屬冶煉反應及熔融體中的溫度平衡。至于電磁鐵的設計，電磁鐵在熔融體的熔池運動中所起的、下面將敘述的、不能立即預見到的作用，以及有關電爐壽命;在該專利說明書中均未給出暗示。
在本發(fā)明中，激磁線圈能形成穩(wěn)定的磁場，由于磁場對熔融體流的作用產(chǎn)生力，這些力使熔融體處于圍繞電爐垂直軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。這種旋轉(zhuǎn)運動又同磁場發(fā)生二次作用，從而在溶池中形成了附加力，這些力阻止熔融體從電弧區(qū)朝爐底流動。而在熔融體中仍然存在有利于熱交換的溶池運動。
該激磁線圈成本不高，而且結(jié)構(gòu)新穎，在建造電爐時就可裝于電爐設備中而成為一體。線圈的附加功耗相對于整個電爐的功耗而言很小，約占整個電爐功耗的0.3%。原則上，此激磁線圈也可由另外的電源供電。如果將該激磁線圈一起安裝在電爐電流回路中，并通以電爐電流則是最經(jīng)濟的。此外上述激磁線圈還有另一個有利的用處通常對直流電弧爐設備而言，在供電電源裝置中還裝有直流扼流線圈，以對整個爐況進行調(diào)節(jié)。因此，例如在一個脈動率為十二的整流器中需要兩個扼流線圈，每個線圈有5圈，在典型的情況下這些線圈約通入40千安的電流。將布置在電爐下面的激磁線圈也用作這種扼流線圈是有利的，例如將該激磁線圈分成兩個在磁路上彼此并聯(lián)的線圈來實現(xiàn)。
下面將根據(jù)附圖中所描述的實施例對本發(fā)明作進一步的解釋。
其中
圖1為一種直流電弧爐的實例，該電弧爐具有一個位于爐底下方通以電爐電流的激磁線圈;
圖2為電路布置圖，該電路中有一個脈動率為十二的整流器，其電磁鐵裝在爐子的電源回路中，與電源成一體;
圖3示出了在沒有外磁場的條件下直流電弧爐中熔融體的流動情況;
圖4示出了本發(fā)明的設置激磁線圈的直流電弧爐中熔融體的流動情況。
根據(jù)圖1，直流電弧爐的下部有一個金屬殼體1，殼體壁裝有耐火爐襯2，整個爐底均作為底電極3，該底電極由多層耐火材料制成的導電磚3a，3b，3c堆砌而成，為了提高導電性，耐火材料中還添加了碳。導電磚位于底板4上，底板同時還用作底電極3的接通觸點。電弧電極5從上面插入爐中直到與熔融體6上方相距不遠之處為止。在該實例中，爐子只接有一個作為陰極的電極5，當然陰極電極數(shù)也可以是2，3或更多。底電極3設有電流接線端7，接線端7與電源設備8的正極相連。
就這點而言，此直流電弧爐與現(xiàn)有的電弧爐相同，例如在美國專利4228314或德國專利說明書DE3022566中對此種電弧爐都作了詳細描述。
按照本發(fā)明，在爐子下側(cè)設置了一個激磁線圈9，該激磁線圈例如可由兩個磁路并聯(lián)的單個線圈9a和9b組成。激磁線圈9與爐底保持一段相當?shù)木嚯x，該激磁線圈有一個與熔融體6的熔池自由表面數(shù)量級相同的表面。
就一個爐直徑約5.5米，內(nèi)徑約4.5米的典型的80噸直流電弧爐而言，該激磁線圈的直徑約為2米。與熔融體的距離約為1.3米。
如圖2所示，兩個單個線圈9a和9b的每個線圈均通以電弧爐電流的一半。但也可以是一個單獨的通以全部電弧爐電流的線圈。
圖2所示的線路布置示出了一個具有脈動率為十二的整流器的新式直流電弧爐的典型電源設備。變壓器14接入三相交流網(wǎng)絡13中，變壓器的兩個初級繞組15、16為三角形連接，兩個次級繞組17，18中的一個繞組為三角形連接，另一繞組為星形連接，兩個次級繞組與三相橋式整流器19或20相連。整流器的負極集流排母線彼此相連并與熔融電極5相連，橋式整流器19或20的每個正極匯流排與底電極3之間裝有線圈部分9a和9b。按照本發(fā)明，此兩部分線圈形成電磁鐵，此處這些電磁鐵由兩個線圈組成，當然，線圈的連接及繞組的纏繞方式應使得上述磁鐵部分在磁路上是并聯(lián)連接的。在脈動率為六的整流器中變壓器14可省去繞組15、17或16、18，與此相應，橋式整流器19或20及線圈部分9a或9b也可省去一個。
在電流密度例如為5安/平方毫米的情況下，電磁鐵的總重量約為4000公斤，電損耗約為200千瓦，如果人們考慮到這類直流電弧爐的功耗約為65兆伏安，因此整個設備的功率需用量只提高了約0.3%，因此，上述電磁鐵的電損耗值是可以接受的。
當電弧爐在沒有激磁線圈9的情況下運行時，熔融體中出現(xiàn)熔池運動，在圖3中以速度剖面圖的形狀來表示這種熔池運動(表示半個熔池的熔池運動)。箭頭越長表示該處的流動速度越高。顯然，在電極以下的區(qū)域，熔融體以較高的速度從上表面朝導電爐底流動，其速度約為0.5米/秒。這種與熔融體溫度有關的高速度會腐蝕導電爐底。
反之，用一個合適的尺寸的激磁線圈9-該線圈所產(chǎn)生的磁場在圖1中象征性地用磁力線21表示-將電弧爐電流在熔融體中產(chǎn)生的力的作用與線圈的外加磁場所產(chǎn)生的力的作用疊加，使得在電極5以下的區(qū)域，至少在爐底附近的熔融體流動方向改變，象在圖4中所清楚地看到的那樣。同時，爐底附近區(qū)域流動速度也較小-這對于延長導電爐底壽命是很重要的-在電極5下方的關鍵區(qū)內(nèi)，熔融體流再不會垂直地或接近垂直地撞擊爐底。而爐子邊緣的熔融體撞擊導電爐底則不太重要，因為爐子邊緣的熔融體速度較低而且溫度也不高。
電極5下方的熔融體在表面附近區(qū)域內(nèi)，始終是從上朝下流動的，可是有一個轉(zhuǎn)變區(qū)，在此轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)，兩股相互疊在一起流入的熔融體流沿徑向朝外轉(zhuǎn)。上述兩股熔融體流彼此沖撞的深度由電弧爐電流的大小和外磁場的強弱來確定。因此，可以給出下列參考值安匝數(shù)為電弧爐電流的2倍或更高，至少在爐底附近區(qū)域可出現(xiàn)上面所描述過的方向改變。
權(quán)利要求
1.至少有一個作為陰極的電極(5)，以及至少有一個作為陽極的底電極(3)的直流電弧爐，其特征在于在爐底(4)的下方設置了一個通以直流電流尤其是通以電爐電流的激磁線圈(9a，9b)，該線圈具有一個與底電極表面幾乎相等的線圈表面，上述線圈(9a，9b)的安數(shù)要根據(jù)在其磁場作用下，使僅由電極(5)在熔融體(6)中產(chǎn)生的通過電流所形成的方向朝下的熔池運動至少部分地朝反方向改變而設計的。
2.如權(quán)利要求1所述的直流電弧爐，其特征在于上述安匝數(shù)至少為電爐電流的兩倍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的直流電弧爐，其特征在于上述激磁線圈由兩個磁路并聯(lián)的單個線圈(9a，9b)組成，每個單個線圈均通以二分之一電爐電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有大表面的底電極(3)的直流電弧爐。該電爐底部(4)的下方設有電磁鐵(9)，其電磁力影響熔泄運動，使得熔池中由于熔融體中通過電流所形成的自然流動的方向改變。通過此種結(jié)構(gòu)，可大大提高底電極(3)的穩(wěn)定性，電磁鐵(9)最好與電爐的供電電源在同一回路中，并起濾波扼流的作用。
文檔編號H05B7/20GK1069331SQ92105050
公開日1993年2月24日 申請日期1992年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月20日
發(fā)明者S·-E·施滕克奎斯特 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司