專利名稱：直流電弧爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流電弧爐，該電弧爐具有至少一個下部電極和借助于基本上由直流電流通過的電磁鐵來生成熔池運動的裝置。
本發明參考了諸如美國專利說明書4，032，704所述的現有技術。
在直流電弧爐中，下部電極是承載最大的部件。在最簡單的情況下，下部電極由一個鋼體構成，該鋼體伸過爐缸底及其爐襯，并在爐內與熔料形成電接觸。在爐底外面，下部電極與爐子的供電裝置相接。
電弧爐運轉時，下部電極熔化到一定深度。這種熔料與爐子的熔料混在一起。下部電極熔化了的深度取決于下列因素-電流通過下部電極時生成的電熱的多少;
-自熔料傳入下部電極的熱流;
-對下部電極的冷卻程度。
為了確保爐子的可靠運行，下部電極接觸段的消耗必須受到限制。通過確定下部電極的尺寸使電流密度達到適宜值，便能控制電熱的加熱程度。而自熔料傳入下部電極的熱流，則性質較為錯綜復雜，其中，有兩種機理交織在一起流過熔料和下部電極接觸段熔化部分的電弧爐電流引起熔池運動(電磁攪拌)，從而促使進行熱交換。交織在該熔池運動上的是在有關文獻中稱為“化學沸騰”的一個過程。這個過程是從下部電極接觸段熔化部分中釋放出一氧化碳時形成的。這種“沸騰”，特別是為了降低含碳量而向其內吹入氧氣的熔料中出現的“沸騰”，大大增強了與下部電極的熱交換，并會使下部電極的消耗低于允許值。
通過采用適當截面的下部電極和冷卻措施，建立在電磁交替作用基礎上的熔池運動可以得到控制，從而可使電極消耗受到限制。迄今，限制“化學沸騰”的有害作用的唯一措施在于，把下部電極分成多個細的、嵌入爐底耐火材料中的金屬棒(參見EP-A-0，058，817)。金屬棒消耗時留下的耐火材料橋阻止了下部電極范圍內的熔池運動，從而防止了金屬棒的過量消耗。但是，這種下部電極，特別是用于大型電弧爐時，很不經濟。
從現有技術出發，本發明的目的在于提供一種直流電弧爐，其下部電極的結構既簡單、又經濟，并且可以通過簡單方式控制下部電極的消耗。
按照本發明，達到上述目的的技術方案在于，在靠近爐缸下緣設置電磁鐵，該電磁鐵圍住一個或多個下部電極，使其構成電磁鐵的鐵心。
這樣，該電磁鐵在下部電極的縱軸方向形成一個固定磁場。該磁場遏制下部電極固態部分以上熔料中的所有熔池運動。這時，下部電極的固態段起著鐵心的作用，并增強了所需的磁場的場強。場強范圍由0.05至0.2特斯拉被證明足以遏制下部電極固態部分以上的熔池運動。
無論是在新設計的電弧爐上，還是在現有的電弧爐上均可裝設這些電磁鐵，并且無須花費許多費用。相對于整個電弧爐的功率消耗，電磁鐵的附加功率消耗很小，只約占電弧爐總功率的0.3%。
在直流電弧爐設備中，通常在供電裝置中采用直流扼流圈，以便實現爐況總調節。譬如，在一個12-脈沖整流器中要求有兩個各有典型流過約40KA的5匝線圈的扼流圈。有利的是，爐缸下緣附近設置的線圈正可用作上述那種譬如可通過把一個線圈分成兩個磁性并聯的線圈而形成的扼流圈。
此外，線圈裝置對直流電弧爐尚有另一積極效應。磁場不僅貫穿到下部電極的被消耗部分之中，而且還深入到熔料的中部和上部區域之中。磁場在那里與熔料中的電弧電流相互作用，從而導至形成環繞熔化電極的熔池運動。這種熔池運動又轉而促使接近表面的熔料達到良好混合，并從而促進溫度平衡。
在US-A-4，032，704中曾建議在直流電弧爐的爐缸下緣設置直流供電的電磁鐵。然而，該電磁鐵被強調用于在熔料中產生附加的攪拌運動，以加速吹入熔料中的流體與熔料的冶金反應。
下面，借助附圖中所示的實施例進一步闡明本發明。
附圖所示為

圖1 在下部電極以上區域通過電磁力形成的熔池運動示意圖;
圖2 在爐缸底部設有一個電磁鐵的直流電弧爐的一個實施例;
圖3 在爐中央設有一個由七個單獨的電極(配有一個公共的電磁鐵)組成的下部電極的爐缸底部的方案簡圖;
圖4 圖3的變型，設有嵌入耐火材料型體內的各個單獨的電極;
圖5 帶有12-脈沖整流器的電路配置圖，在該電路配置中，電磁鐵歸入電弧爐供電裝置中。
圖1示出具有下部電極2的直流電弧爐的由耐火材料1圍成的爐缸底部區域。原本貫穿整個爐缸底部的下部電極2的一部分已經消耗掉。下部電極以上的區域充滿了熔化的電極材料和爐內熔料的混合物。由電弧爐電流的影響而形成的熔池運動用箭頭表示。可看到，熔池運動隨著深度的增加而逐漸減弱。平衡狀態的形成取決于下部電極內的電流密度和來自外部(下部)的冷卻狀況。
圖2示出如何在直流電弧爐中實施本發明的方式。該圖繪出了具有爐缸3的直流電弧爐的下部，爐缸3設有一般的、金屬材料制成的外殼4。在本實施例中，電弧爐只有一個陰極電極5，但是，該電極數目也可以是兩個、三個或三個以上。
下部電極2設在爐子底部。在這一特殊實施例中，下部電極2由成份與熔料相似的鋼制成。爐底的出料口用標號6表示。傳統的爐襯1構成爐底的外緣。該爐襯一般用磚砌成。由一層或多層這樣的磚砌在球蓋形的底板7上形成。下部電極2的下端設有電源接線端子8。該接線端子8同時也可用來冷卻下部電極2。
就上述情況而言，該直流電弧爐與現有技術相當，并且在某些文獻中，如在美國專利4，228，314和在德國專利3022566的說明書中，已有詳盡描述。
按照本發明，在爐底7的下緣設置一個電磁鐵9，該電磁鐵環繞在下部電極2的周圍。在該裝置中，0.05至0.2斯特拉的場強已證明足以遏制下部電極以上的熔池運動。在典型的爐徑約為5.5米的80噸直流電弧爐中，電磁鐵的直徑約為2米。在電流密度譬如為5安/毫米2時，電磁鐵的重量約為4000公斤，電耗約為200千瓦，如果考慮到這種類型的直流電弧爐的功率消耗為65兆伏安左右，則加設電磁鐵后整個設備的功率消耗僅增加約0.3%，因此上述電耗約200千瓦是一個可以接受的電耗值。
如示意圖3所示，可以用多個單獨的電極代替一個下部電極2。這些單獨的電極設在底板7的中心部位。在本實施例中，圍繞中央電極11有6個單獨的電極10，所有的電極均處于電磁鐵9之內。
按照圖4來安排各單獨電極的一種多電極方案，可以簡化爐缸底部區域的結構。與圖3所示的實施例不同，這里7個單獨的電極10和11不是直接嵌入爐底的耐火材料1之中，而是被圍在由耐火材料，如鎂砂、鎂砂-石墨或另一種相宜的材料制成的、其截面為規則六角形的六角體12內。為了便于制作，六角體12均由兩部分構成，其中分面兩側為對稱結構(或是對角線中分(如所示的由頂至底)，或是按圖4中的虛線中分)。這種幾何形狀可使結構緊湊。當然也可用另一種幾何形狀，如正方形載面(參見圖4a)來代替六角形。下部電極也可由多于7個(如13個)單電極構成。自然也可在圖2所示的直流電弧爐中僅設唯一的一個具有圖4所示幾何形狀的下部電極。
在直流電弧爐設備的供電裝置中總要采用扼流圈，以便對整流后的電流進行濾波。本發明就此提供了一個極為經濟的利用這些扼流圈的可能性，即可把這些總歸是必要的扼流圈用于遏制熔池運動。
圖5中的電路方案示出一種12-脈沖整流器配置的這種情況。一個具有兩個三角形聯接的初級繞組15、16和兩個其一個是三角形聯接、另一個是星形聯接的次級繞組17、18的變壓器14與三相電網13相接。兩個次級繞組分別接到三相橋式整流電路19和20上。母線負端彼此相連并接到熔化電極5上。扼流圈9a和9b分別設在橋式電路19和20的母線正端與下部電極2之間。按照本發明，這時這一對扼流圈就形成了這里是由兩個線圈組成的電磁鐵，其中不言而喻的是，線圈的連接和線匝的取向應使這些分磁鐵成為磁性并聯。當使用6-脈沖整流器電路時，可省掉變壓器4的繞組15、17或16、18，并相應去掉橋式電路19和20中的一個，同時相應去掉扼流圈9a和9b中的一個。
權利要求
1.一種直流電弧爐，具有至少一個下部電極(2)和借助于基本上由直流電流通過的電磁鐵(9)來生成熔池運動的裝置，其特征在于，所述電磁鐵(9)直接設置在爐底(7)上的爐缸下緣，并且圍在所述下部電極(2)的周圍，而且電磁鐵的磁力線基本上沿著所述下部電極的方向延伸。
2.按照權利要求1所述的直流電弧爐，其特征在于，所述電磁鐵(9)通有電弧爐的電流，并且同時又作為該電弧爐供電裝置直流支路中的扼流圈(9a、9b)。
3.按照權利要求2所述的直流電弧爐，其特征在于，當采用一個12-脈沖整流器裝置的爐子供電裝置時，所述電磁鐵分成兩個分磁鐵(9a和9b)，這兩個分磁鐵分別設在同樣的整流器母線和下部電極(2)之間，并且連接成使兩個分磁鐵磁性并聯。
4.按照權利要求1至3之一所述的直流電弧爐，其特征在于，所述下部電極(2)由多個電氣并聯的單獨的電極(10、11)組成。
5.按照權利要求1至4之一所述的直流電弧爐，其特征在于，所述下部電極由金屬芯(10、11)和圍住該芯的、具有規則截面的型體(12)構成。
6.按照權利要求5所述的直流電弧爐，其特征在于，所述型體(12)沿電極的縱向被中分開，并由對稱的兩半個型體構成。
全文摘要
在具有一個下部電極(2)的直流電弧爐中，利用設在爐缸底部(7)下方的電磁鐵(9)，可大大消弱電磁和/或化學因素造成的熔池運動，從而大大提高了下部電極(2)的穩定性。電磁鐵(9)很好地歸入到爐子的供電裝置之中，并被用來作為濾波扼流圈。
文檔編號F27D11/08GK1056568SQ91103120
公開日1991年11月27日 申請日期1991年5月9日 優先權日1990年5月9日
發明者斯文-埃納爾·斯滕克·費斯特 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司