Дуговая печь постоянного тока
Полезная модель относится к области электрометаллургии, в частности к устройствам для переплавки или рафинирования в электрической дуге, конкретно к дуговым печам постоянного тока, и может быть использована для нагрева, плавки, рафинирования и легирования металлов и сплавов, для плавления шлаков и флюсов, а также для перемешивания расплавов в миксерах, печах-ковшах и агрегатах комплексной доводки стали. Полезная модель позволяет повысить производительность печи за счет интенсификации, автоматизации и оптимизации процессов плавления шихты, нагрева, перемешивания и рафинирования металла, путем использования исполнительных механизмов 27, 28, 29, 53, 54, 55, 60, 61 и 62, соответствующих коммутирующих устройств 24, 25, 26, 50, 51, 52, 57, 58 и 59, осуществляющих оптимальное на каждом этапе электроплавки и автоматическое подключение подовых электродов 10, 11, 12 и 13 и основных регуляторов тока 34, 35, 36 и 37 к первому источнику электропитания 42 по сигналам, формируемым микропроцессорной системой управления 68, а также вследствие применения второго сводового электрода 72, подключенного к дополнительному источнику электропитания 75 через два дополнительных регулятора тока 79 и 80, которые интенсифицируют нагрев, перемешивание и рафинирование расплава 88 при периодическом переключении тока со второго сводового электрода 72 на первый сводовый электрод 8 и на подовый электрод 10.
Полезная модель относится к электрометаллургии, в частности к устройствам для переплавки или рафинирования в электрической дуге, конкретно к дуговым печам постоянного тока, и может быть использована для нагрева, плавки, рафинирования и легирования металлов и сплавов, для плавления шлаков и флюсов, а также для перемешивания расплавов в миксерах, печах-ковшах и агрегатах комплексной доводки стали.
Известна дуговая печь постоянного тока, которая содержит корпус, образованный кожухом с футеровкой и имеющий окно для загрузки шихты и сливную летку. На корпусе с помощью водоохлаждаемого сводового кольца установлен футерованный свод с пропущенным через расположенное в нем водоохлажаемое уплотнение, сводовым графитизированным электродом. Футерованная подина, примыкает снизу к корпусу и снабжена подовыми электродами, которые отделены от кожуха электрическими изоляторами и подключены токоподводами к силовым выходам регуляторов тока. Силовые входы последних соединены с положительным полюсом источника электропитания, а их управляющие входы - с выходами из микропроцессорной системы управления, к входу которой подключен блок задания. Отрицательный полюс источника электропитания соединен со сводовым графитизированным электродом (см. пат. РФ №2048662 F 27 В 3/08, С 22 В 9/20, 1995).
В известной дуговой печи постоянного тока отсутствует возможность управления перемешиванием расплава и распределением тепловых потоков по подине и подовым электродам в различные периоды плавки. Это приводит к повышенному расходу электроэнергии, снижению стабильности горения дугового разряда, повышенному износу подины в зоне подовых электродов и, в итоге, к снижению производительности
печи. Это связано с тем, что эффективная работа печи возможна только при условии наличия на подине достаточного количества расплава, наблюдаемого после полного расплавления шихты в период нагрева. Использование известной печи в начальный период плавления шихты, когда расплава на подине немного, приводит к быстрому его охлаждению из-за повышенной теплопередачи, и разрушению подины и подовых электродов, вследствие высоких скоростей движения расплава по подине. Периодическое изменение тока в этот период нарушает стабильность горения дуги. Поэтому в периоды, когда необходима высокая скорость движения металла, известная печь не реализует возможность дополнительного перемешивания расплава за счет взаимодействия горизонтальной и вертикальной составляющих тока дуги, протекающего через расплав и токоподводы к нему. В период нагрева расплава необходимость периодического снижения тока дуги также приводит к снижению производительности печи. В период рафинирования расплава, когда необходимо максимальное перемешивание металла со шлаком, вследствие снижения мощности из-за повышения перегрева футеровки и тепловых потерь, снижается интенсивность перемешивания и, соответственно, производительность печи.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является дуговая печь постоянного тока, содержащая корпус, образованный кожухом с футеровкой и имеющий окно для загрузки шихты и сливную летку. На корпусе с помощью водоохлаждаемого сводового кольца установлен футерованный свод с пропущенным через расположенное в нем водоохлажаемое уплотнение, первым сводовым графитизированным электродом. Футерованная подина, примыкает снизу к корпусу и снабжена подовыми электродами, отделенными от кожуха электрическими изоляторами и имеющими оси, смещенные относительно оси первого сводового электрода. Верхние торцы подовых электродов совмещены с рабочей поверхностью подины, а нижние торцы соединены токоподводами, ориентированными под углом друг к другу в горизонтальной плоскости, через первые коммутирующие устройства, с положительными силовыми выходами основных регуляторов тока, а трехфазные входы последних подключены к первому источнику электропитания. Основные регуляторы тока соединены последовательно перемычками, на которых установлены сглаживающие дроссели и вторые коммутирующие устройства. Отрицательный выход последнего из основных регуляторов тока соединен с первым
сводовым электродом и, через третьи коммутирующие устройства, с перемычками, соединяющими основные регуляторы тока, между сглаживающими дросселями и вторыми коммутирующими устройствами. Управляющие входы основных регуляторов тока подключены к выходам из микропроцессорной системы управления, к входу которой присоединен блок задания переключения тока (см. пат. РФ 2104450, F 27 B 3/08, С 22 В 9/21, 1998).
Недостатком известной дуговой печи постоянного тока является относительно низкая производительность вследствие отсутствия условий для интенсификации перемешивания металла. При этом необходимо либо увеличение силы тока, либо использование большого количества подовых электродов для создания силовых воздействий силы тока на расплав. При этом интенсификация перемешивания за счет увеличения силы тока лимитирована токовыми нагрузками на подовые электроды. Это приводит к их преждевременному износу и размыванию расплавом футеровки подины в области подовых электродов, а также к ограничению требуемой мощности дугового разряда и производительности печи. При работе данной печи в период расплавления шихты на подине и на периферии ванны расплава в течение длительного времени остаются куски непроплавившейся шихты из-за низкой интенсивности процессов теплообмена в этот период, что снижает производительность печи. Интенсификация перемешивания путем увеличения количества подовых электродов лимитирована тем, что при этом увеличивается площадь контакта с подовыми электродами, повышается вероятность попадания частиц от их разрушения в расплав в виде вредных примесей и требуется дополнительное время на рафинирование, кроме того, снижается надежность работы подины и повышается вероятность прорыва металла из печи, увеличивается время простоя печи, связанное с ремонтом подовых электродов и их заменой, приводящие к снижению производительности печи. В известной печи наблюдается ограниченная теплопередача от дуги непосредственно в металл, что связано с недостаточно интенсивным перемешиванием расплава, особенно на периферии ванны, за счет неразвитой конвективной составляющей теплообмена, а также с вынужденным снижением мощности дуги из-за чрезмерных тепловых потоков от дуги на стены и свод печи, нарастающих в процессе расплавления и перегрева металла. В данной печи перемешивание в вертикальной и горизонтальной плоскости под дугой носит неустойчивый во времени
характер, так как через относительно короткое время под анодным пятном дуги и над подовыми электродами формируются торроидальные потоки и движение основной массы расплава прекращается. При этом наблюдается не оптимальная форма перемешивания расплава с периодическим возникновением торроидальных потоков, разрушающих футеровку подины печи и подовые электроды, что снижает производительность печи. В период плавления шихты в известной печи реализуется нестабильный электрический режим горения дуги из-за обрушения кусков шихты, что увеличивает колебания активной мощности, снижает эффективность нагрева и производительность печи.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая дуговая печь постоянного тока, является повышение производительности печи за счет интенсификации нагрева и перемешивания металла.
Технический эффект при использовании предлагаемой дуговой печи достигается обеспечением регулирования тока с интенсификацией плавления шихты, перемешивания и рафинирования металла. Также уменьшаются тепловые нагрузки на подовые электроды, с увеличением их надежности и срока службы. В целом, комплексная автоматизация и оптимизация процесса нагрева и перемешивания расплава обеспечивают уменьшение необходимого времени на осуществление отдельных стадий электроплавки и увеличение межремонтной кампании подовых электродов и подины, что повышает производительность печи.
Поставленная задача решается тем, что в известной дуговой печи постоянного тока, которая содержит корпус, образованный кожухом с футеровкой и имеющий окно для загрузки шихты и сливную летку, с установленным на корпусе с помощью водоохлаждаемого сводового кольца футерованным сводом с пропущенным через расположенное в нем водоохлажаемое уплотнение первым сводовым графитизированным электродом, футерованную подину, примыкающую снизу к корпусу и снабженную подовыми электродами, отделенными от кожуха электрическими изоляторами. Подовые электроды имеют оси, смещенные относительно оси первого сводового электрода. Верхние торцы подовых электродов совмещены с рабочей поверхностью подины,
а нижние торцы соединены токоподводами, которые ориентированны под углом друг к другу в горизонтальной плоскости через первые коммутирующие устройства, с положительными силовыми выходами основных регуляторов тока, трехфазные входы последних подключены к первому источнику электропитания, основные регуляторы тока соединены последовательно перемычками, на которых установлены сглаживающие дроссели и вторые коммутирующие устройства, при этом отрицательный выход последнего из основных регуляторов тока соединен с первым сводовым электродом и, через третьи коммутирующие устройства, с перемычками, соединяющими основные регуляторы тока, между сглаживающими дросселями и вторыми коммутирующими устройствами, управляющие входы основных регуляторов тока подключены к выходам из микропроцессорной системы управления, к входу которой присоединен блок задания переключения тока. Первые, вторые и третьи коммутирующие устройства снабжены исполнительными механизмами, подключенными к выходу из микропроцессорной системы управления, к входу которой дополнительно подсоединен блок задания коммутации регуляторов тока. На своде печи установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения второй сводовый электрод, имеющий ось, смещенную относительно осей первого сводового электрода и подовых электродов, электроизолированный от последних и подключенный к первому выходу дополнительного источника электропитания, второй выход которого соединен с силовыми входами двух дополнительных регуляторов тока, причем силовой выход из первого дополнительного регулятора тока подключен к первому сводовому электроду. Силовой выход из второго дополнительного регулятора тока соединен с положительным выходом первого из основных регуляторов тока. Управляющие входы дополнительных регуляторов тока подключены к выходам из микропроцессорной системы управления, к входам которой подсоединен блок согласования работы основных и дополнительных регуляторов тока.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез дуговой печи постоянного тока по двум подовым электродам, а на фиг.2 - ее полная электрическая схема с четырьмя подовыми электродами.
Дуговая печь постоянного тока содержит корпус 1 (фиг.1), образованный футерованным
кожухом 2 и имеющий окно 3 для загрузки шихты и сливную летку 4. На корпусе 1 установлен, с помощью водоохлаждаемого сводового кольца 5, футерованный свод 6. Через водоохлажаемое уплотнение 7 в своде 6 пропущен с возможностью возвратно-поступательного перемещения первый сводовый графитизированный электрод 8. Футерованная подина 9, примыкающая снизу к корпусу 1, снабжена подовыми электродами 10, 11, 12 и 13 (фиг.1, 2), отделенными от кожуха 2 электрическими изоляторами 14 и имеющими оси 15, смещенные относительно оси 16 первого сводового электрода 8. Верхние торцы 17 подовых электродов 10, 11, 12 и 13 совмещены с рабочей поверхностью 18 подины 9, а нижние торцы 19 соединены токоподводами, соответственно, 20, 21, 22 и 23, ориентированными под углом друг к другу в горизонтальной плоскости, через первые коммутирующие устройства 24, 25 и 26, имеющие первые исполнительные механизмы 27, 28 и 29, с положительными силовыми выходами 30, 31, 32 и 33, основных регуляторов тока, соответственно, 34, 35, 36 и 37. Трехфазные входы последних, соответственно, 38, 39, 40 и 41 подключены к первому источнику электропитания 42. Основные регуляторы тока 34, 35, 36 и 37 выполнены на основе трехфазных тиристорных преобразователей тока 43 (фиг.2) и соединены последовательно перемычками 44 (фиг.1, 2), 45 и 46 (фиг.2), на которых установлены сглаживающие дроссели 47, 48 и 49 (фиг.2) и вторые коммутирующие устройства 50 (фиг.1, 2), 51 и 52 (фиг.2), снабженные вторыми исполнительными механизмами, соответственно, 53, 54 и 55. Отрицательный выход 56 основного регулятора 37 последовательно включенного с основными регуляторами тока 34, 35 и 36, соединен с первым сводовым электродом 8 и, через третьи коммутирующие устройства 57, 58 и 59, снабженные третьими исполнительными механизмами, соответственно, 60, 61 и 62, также соединен с перемычками 44, 45 и 46, между сглаживающими дросселями 47, 48 и 49 и вторыми коммутирующими устройствами 50, 51 и 52. Управляющие входы 63, 64, 65 и 66 основных регуляторов тока 34, 35, 36 и 37, первые исполнительные механизмы 27, 28 и 29 первых коммутирующих устройств 24, 25 и 26, вторые исполнительные механизмы 53, 54 и 55 вторых коммутирующих устройств 50, 51 и 52 и третьи исполнительные механизмы 60, 61 и 62 третьих коммутирующих устройств 57, 58 и 59, подключены к выходам 67 (фиг.1, 2) из микропроцессорной системы управления 68, к входам 69
которой присоединен блок задания переключения тока 70 и блок задания коммутации регуляторов тока 71. На своде 6 печи установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения второй сводовый электрод 72, графитовый или металлический, имеющий ось 73, смещенную относительно осей 16 и 15, соответственно, первого сводового электрода 8 и подовых электродов 10, 11, 12 и 13 и выполненный электроизолированным от последних. Второй сводовый электрод 72 подключен к первому выходу 74 из дополнительного источника электропитания 75, второй выход 76 которого соединен с силовыми входами 77 и 78, соответственно, первого 79 и второго 80 дополнительных регуляторов тока. Причем силовой выход 81 из первого дополнительного регулятора тока 79 подключен к первому сводовому электроду 8, а силовой выход 82 из второго дополнительного регулятора тока 80 соединен с положительным выходом 30 первого 34 из основных регуляторов тока и, соответственно, с токоподводом 20 подового электрода 10. Управляющие входы 83 и 84, соответственно, первого 79 и второго 80 дополнительных регуляторов тока подключены к выходам 67 из микропроцессорной системы управления 68, а к входам 69 последней подсоединен блок согласования 85 работы основных 34, 35, 36 и 37 и дополнительных 79 и 80 регуляторов тока. На чертежах (фиг.1) дополнительно условно обозначены: 86 - шихта; 87 - дуга; 88 - расплав металла; 89 - рафинирующий шлак; 90 - вогнутое зеркало расплава; 91 и 92 - соответственно, направление вращения металла и шлака.
Дуговая печь постоянного тока работает следующим образом: в корпус 1 (фиг.1), образованный футерованным кожухом 2 загружают шихту 86, либо через окно 3 при закрытой летке 4, либо через сдвинутый со сводового кольца 5 футерованный свод 6. Через водоохлажаемое уплотнение 7 в своде 6 вводят первый сводовый графитизированный электрод 8 до контакта с шихтой 86, находящийся на подине 9, снабженной подовыми электродами 10, 11, 12 и 13, отделенными от кожуха 2 электрическими изоляторами 14 и имеющими оси 15, смещенные относительно оси 16 первого сводового электрода 8. При этом верхние торцы 17 подовых электродов 10, 11, 12 и 13 совмещены с рабочей поверхностью 18 подины 9 и контактируют с шихтой 86, а их нижние торцы 19 подсоединяют через токоподводы 20, 21, 22 и 23 и замкнутые первые коммутирующие устройства 24, 25 и 26 с первыми исполнительными механизмами 27, 28 и
29, к положительным силовым выходам 30, 31, 32 и 33, основных регуляторов тока 34, 35, 36 и 37. По трехфазным входам 38, 39, 40 и 41 (фиг.2) на основные регуляторы тока 34, 35, 36 и 37 подают напряжение от первого источника электропитания 42, зажигают дугу 87 и регулируют ток между первым сводовым 8 и подовыми 10, 11, 12 и 13 электродами с помощью основных регуляторов тока 34, 35, 36 и 37, выполненных на основе трехфазных тиристорных преобразователей тока 43 (фиг.2). Для выбора необходимых мощностей и повышения стабильности снижением пульсаций на дуге 87, на перемычках 44, 45 и 46, соединяющих основные регуляторы тока 34, 35, 36 и 37, используют сглаживающие дроссели 47, 48 и 49 и осуществляют переключение вторых коммутирующих устройств 50, 51 и 52 с помощью вторых исполнительных механизмов 53, 54 и 55. Для выборочного подключения основных регуляторов тока 34, 35, 36 и 37 к первому электроду 8, питание на него подается с отрицательного выхода 56 основного регулятора тока 37, а на остальные - через третьи коммутирующие устройства 57, 58 и 59, с помощью третьих исполнительных механизмов 60, 61 и 62. При этом на управляющие входы 63, 64, 65 и 66 основных регуляторов тока 34, 35, 36 и 37, а также на первые 27, 28 и 29, вторые 53, 54 и 55 и третьи 60, 61 и 62 исполнительные механизмы соответствующих коммутирующих устройств подаются управляющие сигналы с выходов 67 микропроцессорной системы управления 68, формируемые с помощью подключенных к входу 69 блока задания переключения тока 70 и блока задания коммутации регуляторов тока 71. Для интенсификации процессов расплавления шихты 86, нагрева и перемешивания расплава 88 и рафинировочного шлака 89, на второй сводовый электрод 72, имеющий ось 73, смещенную относительно осей 16 и 15, других электродов и электроизолированный от них, подают напряжение от первого выхода 74 из дополнительного источника электропитания 75, а с второго выхода 76 последнего - на силовые входы 77 и 78, соответственно, первого 79 и второго 80 дополнительных регуляторов тока. С силовых выходов 81 и 82 последних напряжение подается, соответственно, на первый сводовый электрод 8 и на подовый электрод 10 (или на подовые электроды 11, 12 и 13 при других вариантах коммутации основных регуляторов тока 34, 35, 36 и 37). При контакте второго сводового электрода 72 (фиг.1) с шихтой 86, расплавом металла 88 или шлака 89, происходит образование дуги (на чертежах не показано) или реализуется нагрев в электрошлаковом режиме. Под действием
сигналов, которые поступают с выходов 67 микропроцессорной системы управления 68, на управляющие входы 83 и 84 дополнительных регуляторов тока 79 и 80, формируемых блоком согласования 85, происходит периодическое переключение тока со второго сводового электрода 72 на первый сводовый электрод 10 с возбуждением в расплаве металла 88 или шлака 89 поля электромагнитных сил при изменении величины тока, с интенсивным перемешиванием. В печи реализуются три периода плавки. В первый период плавления шихты 86, замыкают вторые коммутирующие устройства 50, 51 и 52, с образованием цепи из последовательно соединенных основных регуляторов тока 34, 35, 36 и 37 (фиг.2). Включают первый источник электропитания 42, подают напряжение на первый сводовый электрод 8 и подовый электрод 10, зажигают дугу 87 и проводят расплавление шихты 86 при максимально высоких напряжении и длине дуги 87 и ее минимальном токе (фиг.1). Для сокращения времени плавления шихты 86 и повышения производительности печи включают второй источник электропитания 75 и подают напряжение на второй сводовый электрод 72, на подовый электрод 10 и на первый сводовый электрод 8, с генерацией второй дуги (на чертежах не обозначена). Это обеспечивает работу печи на повышенной мощности, с увеличенным вовлечением в расплавление шихты 86 под сводовыми электродами 8 и 72, причем расплав 88 интенсивно стекает на подину 9. По мере накопления расплава 88 (фиг.1) на подине 9, с помощью дополнительных регуляторов тока 79 и 80 осуществляется периодическое переключение тока со второго сводового электрода 72 на первый сводовый электрод 8 и на подовый электрод 10, с возбуждением в расплаве 88 поля электромагнитных сил, приводящих к его интенсивному перемешиванию. Применение нагрева дополнительной дугой от второго сводового электрода 72 с перераспределением тока на первый сводовый электрод 8, уменьшает нагрузку на подовый электрод 10 и повышает стойкость подины 9 с увеличением ее межремонтной кампании. Использование комбинированного плавления шихты 86 двумя дугами с одновременным магнитодинамическим перемешиванием с помощью основных 34, 35, 36 и 37 и дополнительных 79 и 80 регуляторов тока позволяет стабилизировать тепловой и электрический режимы печи, уменьшает колебания активной мощности, что повышает эффективность нагрева и производительность плавления шихты 86. Во время второго периода плавки шихта 86 внутри «колодца» расплавлена и дуга 87 привязывается к расплаву металла 88. Для
увеличения скорости движения расплава 88 и, соответственно, его перемешивания в этот период плавки возможна реализация трех режимов работы. При первом режиме размыкают второе коммутирующее устройство 51 (фиг.2) и замыкают первое 25 и третье 58 коммутирующие устройства. При этом дополнительно подключается токоподвод 22, соединенный с подовым электродом 12 и последовательно включенными с ним основными регуляторами тока 36 и 37 и первым сводовым электродом 8, к которому последовательно подключены также основные регуляторы тока 34 и 35, токоподвод 20 и подовый электрод 10. Такое переключение позволяет при фиксированной мощности, вводимой в печь от первого источника электропитания 42, в два раза увеличить ток, протекающий через расплав 88, создать дополнительный электромагнитный поток от горизонтальных составляющих тока, протекающего между подовыми электродами 10 и 12 и первым сводовым электродом 8, а также от токов, протекающих по подключенному токоподводу 22. При втором режиме производят размыкание вторых коммутирующих устройств 50 и 52 и замыкание первых 24 и 26 и третьих 57 и 59 коммутирующих устройств. При этом к расплаву 88 дополнительно подключаются подовые электроды 11 и 13 через токоподводы 21 и 23 от основных регуляторов тока 34 и 36, а через третьи коммутирующие устройства 26 и 24 подключаются основные регуляторы тока 34 и 36 непосредственно к первому сводовому электроду 8. В этом режиме все основные регуляторы тока 34, 35, 36 и 37 подключаются к расплаву 88 и первому сводовому электроду 8 параллельно, с увеличением вертикальной и горизонтальной составляющих тока в расплаве 88, что увеличивает интенсивность его перемешивания и производительность печи. Третий режим второго периода плавки реализуется при организации четырех замкнутых цепей (по числу подовых электродов) между первым сводовым электродом 8 и каждым подовым электродом 10, 11, 12 и 13. При этом основные регуляторы тока 34, 35, 36 и 37 по сигналам на их управляющие входы 63, 64, 65 и 66, поступающих с выхода 67 микропроцессорной системы управления 68 и формируемых блоком задания переключения тока 70, осуществляют периодическое последовательное изменение тока в данных замкнутых цепях в одном направлении (на фиг.2 - по часовой стрелке), по типу «бегущего» поля. В этом случае организуется направленное вращательное движение расплава 88 (на фиг.1. показано стрелкой 91), с образованием вихревой воронки в виде вогнутого зеркала расплава 90. Для усиления
эффекта получения «бегущего» потока расплава 88 может использоваться замыкание коммутирующих устройств в следующей последовательности (фиг.2): 57; 26; 24 и 58; 25 и 52 (при открытых остальных коммутирующих устройствах). При этом усиливается перемешивание расплава 88, а излучение от дуги 87 воспринимается поверхностью вогнутого зеркала расплава 90 экранирующего футерованный кожух 2, что увеличивает к.п.д. нагрева расплава 88 и повышает производительность печи. Таким образом, во второй период плавки достигается повышение производительности нагрева расплава 88 за счет работы на удвоенной или учетверенной силе тока и, соответственно, уменьшенном напряжении на дуге 87. При этом рабочая часть первого сводового электрода 8 располагается в начале второго периода внутри проплавленного в процессе первого периода «колодца». Это предотвращает обрушивание кусков шихты 86 на первый сводовый электрод 8, исключает «закорачивание» дуги 87 и способствует экранированию вогнутым зеркалом расплава 90 на заключительном этапе второго периода плавки, что обеспечивает стабильный электрический и тепловой режимы, при колебаниях мощности не более ±5%. Причем плавка производится при достаточно большой длине дуги 87, при которой доля энергии, поступающей в расплав 88 достигает 60-80% и при интенсивном перемешивании под воздействием магнитногидродинамических эффектов, уменьшающих локальные перегревы расплава 88. В третий период плавки осуществляется рафинирование расплава 88, при использовании режима переключения, реализующего короткую дугу 87 с напряжением сниженным в четыре раза и силе тока в четыре раза увеличенной, по сравнению с первым периодом. При этом на зеркало расплава 90 через загрузочное окно 3 подают рафинирующий шлак 89 (например десульфурирующий), который интенсивно плавится за счет перегревания расплава и далее перегревается дугой 87 после расплавления шлака 89. Для увеличения производительности и глубины процесса рафинирования второй сводовый электрод 72 погружают в слой шлака 89 и пропускают ток от дополнительного источника электропитания 75 через дополнительные регуляторы тока 79 и 80 между первым сводовым электродом 8 и подовым электродом 10. Так как второй сводовый электрод 72 может иметь положительную полярность, противоположную полярности первого сводового электрода 8, то происходят эффективная электрошлаковая обработка расплава 88 и интенсивное перемешивание его со шлаком 89, который при этом может вращаться в направлении (на
фиг.1 показаном стрелкой 92) противоположном вращению расплава 88. Такая организация рафинирования сокращает время обработки и повышает производительность печи. При работе печи параметры плавки заранее вводят в блок задания переключения тока 70, управляющего регуляторами тока 34, 35, 36 и 37, в блок задания коммутации 71, управляющего подключением подовых электродов 10, 11, 12 и 13 и в блок согласования 85, управляющего совместной работой основных 34, 35, 36 и 37 и дополнительных 79 и 80 регуляторов тока, в которых формируются программы управления микропроцессорной системой управления 68. На основании данных программ микропроцессорная система управления 68 через выходы 67 управляет соответствующими регуляторами тока 34, 35, 36, 37, 79 и 80 и исполнительными механизмами 27, 28, 29, 53, 54, 55, 60, 61 и 62, соответствующих коммутирующих устройств, изменяя токи и схемы подключения. После достижения температуры и химического состава расплава 88 заданным значениям, печь отключают от источников электропитания 42 и 75 и проводят слив металла через сливную летку 4. Таким образом, перемешивание расплава 88 в заявляемой печи осуществляется за счет взаимодействия тока, протекающего через расплав 88, с электромагнитным полем тока. При этом в подине 9 печи устанавливают четыре подовых электрода 10, 11, 12 и 13, смещенных от оси симметрии подины 9 и оси первого сводового электрода 8, причем дуговое пятно располагается по центру ванны расплава 88. Благодаря этому в расплаве 88 вектор тока получает вертикальные и горизонтальные составляющие, взаимодействие собственного электромагнитного поля которых с током вызывает интенсивное перемешивание расплава 88 в вертикальной и горизонтальной плоскостях с максимальной скоростью движения набегающего потока расплава 88 под дугу 87 и из-под дуги 87 вглубь расплава 88. Поэтому в печи поддерживается оптимальная форма перемешивания расплава 88 со сбросом торроидальных потоков и уменьшением разрушения футеровки подины 9 и подовых электродов 10, 11, 12 и 13. Заявляемая печь реализует комплексное перемешивание за счет объемного магнитодинамического действия дуги 87, с созданием вращающегося потока металла. Такое перемешивание предотвращает локальный перегрев металла под дугой 87, за счет быстрого замещения набегающим «холодным» расплавом 88, и уменьшает разрушение подовых электродов 10, 11, 12 и 13, путем срыва локальных торроидальных вихрей над ними. При этом скорость теплопередачи от дуги 87 к расплаву 88 увеличивается
пропорционально росту силы тока, что позволяет снизить удельную мощность плавки и повысить ее производительность.
Таким образом, при использовании заявляемой дуговой печи постоянного тока производительность повышается за счет: интенсификации расплавления шихты и рафинирования расплава металла шлаком, с помощью второго сводового электрода и дополнительных регуляторов тока; автоматизации процесса подсоединения подовых электродов и регуляторов тока к источнику электропитания; оптимизации процесса нагрева и перемешивания расплава на каждом этапе электроплавки путем выборочного подключения подовых электродов и регуляторов тока; повышения надежности и межремонтной кампании подовых электродов и футеровки подины.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемая дуговая печь постоянного тока работоспособна, и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе. Соответственно, заявляемая дуговая печь постоянного тока может быть применена в электрометаллургии с целью повышения производительности, а следовательно, соответствует условию «промышленной применимости».
Дуговая печь постоянного тока, содержащей корпус, образованный кожухом с футеровкой и имеющий окно для загрузки шихты и сливную летку, установленный на корпусе, с помощью водоохлаждаемого сводового кольца, футерованный свод с пропущенным через расположенное в нем водоохлажаемое уплотнение, первым сводовым графитизированным электродом, футерованную подину, примыкающую снизу к корпусу и снабженную подовыми электродами, отделенными от кожуха электрическими изоляторами и имеющими оси, смещенные относительно оси первого сводового электрода, причем верхние торцы подовых электродов совмещены с рабочей поверхностью подины, а нижние торцы соединены токоподводами, ориентированными под углом друг к другу в горизонтальной плоскости, через первые коммутирующие устройства, с положительными силовыми выходами основных регуляторов тока, трехфазные входы последних подключены к первому источнику электропитания, основные регуляторы тока соединены последовательно перемычками на которых установлены сглаживающие дроссели и вторые коммутирующие устройства, при этом отрицательный выход последнего из основных регуляторов тока соединен с первым сводовым электродом и, через третьи коммутирующие устройства, с перемычками, соединяющими основные регуляторы тока, между сглаживающими дросселями и вторыми коммутирующими устройствами, управляющие входы основных регуляторов тока подключены к выходам из микропроцессорной системы управления, к входу которой присоединен блок задания переключения тока, отличающаяся тем, что первые, вторые и третьи коммутирующие устройства снабжены исполнительными механизмами, подключенными к выходу из микропроцессорной системы управления, к входу которой дополнительно подсоединен блок задания коммутации регуляторов тока, на своде печи установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения второй сводовый электрод, имеющий ось, смещенную относительно осей первого сводового электрода и подовых электродов, электроизолированный от последних и подключенный к первому выходу из дополнительного источника электропитания, второй выход которого соединен с силовыми входами двух дополнительных регуляторов тока, причем силовой выход из первого дополнительного регулятора тока подключен к первому сводовому электроду, а силовой выход из второго дополнительного регулятора тока соединен с положительным выходом первого из основных регуляторов тока, управляющие входы дополнительных регуляторов тока подключены к выходам из микропроцессорной системы управления, к входам которой подсоединен блок согласования работы основных и дополнительных регуляторов тока.
