[发明专利]直流电弧炉

说明书

本发明涉及一种直流电弧炉，该电弧炉具有至少一个底电极和借助于基本上由直流电流通过的电磁铁来生成熔池运动的装置。

本发明参考了诸如美国专利说明书4，032，704所述的现有技术。

在直流电弧炉中，底电极是承载最大的部件。在最简单的情况下，底电极由一个钢体构成，该钢体伸过炉缸底及其炉衬，并在炉内与熔料形成电接触。在炉底外面，底电极与炉子的供电装置相接。

电弧炉运转时，底电极熔化到一定深度。这种熔料与炉子的熔料混在一起。底电极熔化了的深度取决于下列因素：

-电流通过底电极时生成的电热的多少;

-自熔料传入底电极的热流;

-对底电极的冷却程度。

为了确保炉子的可靠运行，底电极接触段的消耗必须受到限制。通过确定底电极的尺寸使电流密度达到适宜值，便能控制电热的加热程度。而自熔料传入底电极的热流，则性质较为错综复杂，其中，有两种机理交织在一起：

流过熔料和底电极接触段熔化部分的电弧炉电流引起熔池运动（电磁搅拌），从而促使进行热交换。交织在该熔池运动上的是在有关文献中称为“化学沸腾”的一个过程。这个过程是从底电极接触段熔化部分中释放出一氧化碳时形成的。这种“沸腾”，特别是为了降低含碳量而向其内吹入氧气的熔料中出现的“沸腾”，大大增强了与底电极的热交换，并会使底电极的消耗低于允许值。

通过采用适当截面的底电极和冷却措施，建立在电磁交替作用基础上的熔池运动可以得到控制，从而可使电极消耗受到限制。迄今，限制“化学沸腾”的有害作用的唯一措施在于，把底电极分成多个细的、嵌入炉底耐火材料中的金属棒（参见EP-A-0，058，817）。金属棒消耗时留下的耐火材料桥阻止了底电极范围内的熔池运动，从而防止了金属棒的过量消耗。但是，这种底电极，特别是用于大型电弧炉时，很不经济。

从现有技术出发，本发明的目的在于提供一种直流电弧炉，其底电极的结构既简单、又经济，并且可以通过简单方式控制底电极的消耗。

按照本发明，达到上述目的的技术方案在于，在靠近炉缸下缘设置电磁铁，该电磁铁围住一个或多个底电极，使其构成电磁铁的铁心。

这样，该电磁铁在底电极的纵轴方向形成一个固定磁场。该磁场遏制底电极固态部分以上熔料中的所有熔池运动。这时，底电极的固态段起着铁心的作用，并增强了所需的磁场的场强。场强范围由0.05至0.2特斯拉被证明足以遏制底电极固态部分以上的熔池运动。

无论是在新设计的电弧炉上，还是在现有的电弧炉上均可装设这些电磁铁，并且无须花费许多费用。相对于整个电弧炉的功率消耗，电磁铁的附加功率消耗很小，只约占电弧炉总功率的0.3%。

在直流电弧炉设备中，通常在供电装置中采用直流扼流圈，以便实现炉况总调节。譬如，在一个12-脉冲整流器中要求有两个各有典型流过约40KA的5匝线圈的扼流圈。有利的是，炉缸下缘附近设置的线圈正可用作上述那种譬如可通过把一个线圈分成两个磁性并联的线圈而形成的扼流圈。

此外，线圈装置对直流电弧炉尚有另一积极效应。磁场不仅贯穿到底电极的被消耗部分之中，而且还深入到熔料的中部和上部区域之中。磁场在那里与熔料中的电弧电流相互作用，从而导至形成环绕熔化电极的熔池运动。这种熔池运动又转而促使接近表面的熔料达到良好混合，并从而促进温度平衡。

在US-A-4，032，704中曾建议在直流电弧炉的炉缸下缘设置直流供电的电磁铁。然而，该电磁铁被强调用于在熔料中产生附加的搅拌运动，以加速吹入熔料中的流体与熔料的冶金反应。

下面，借助附图中所示的实施例进一步阐明本发明。

附图所示为：

图1在底电极以上区域通过电磁力形成的熔池运动示意图;

图2在炉缸底部设有一个电磁铁的直流电弧炉的一个实施例;

图3在炉中央设有一个由七个单独的电极（配有一个公共的电磁铁）组成的底电极的炉缸底部的方案简图;

图4图3的变型，设有嵌入耐火材料型体内的各个单独的电极;

图5带有12-脉冲整流器的电路配置图，在该电路配置中，电磁铁归入电弧炉供电装置中。

图1示出具有底电极2的直流电弧炉的由耐火材料1围成的炉缸底部区域。原本贯穿整个炉缸底部的底电极2的一部分已经消耗掉。底电极以上的区域充满了熔化的电极材料和炉内熔料的混合物。由电弧炉电流的影响而形成的熔池运动用箭头表示。可看到，熔池运动随着深度的增加而逐渐减弱。平衡状态的形成取决于底电极内的电流密度和来自外部（底部）的冷却状况。