RU2230440C2 - Electrode and method for its cooling in the course of electric furnace ope ration - Google Patents
Electrode and method for its cooling in the course of electric furnace ope ration Download PDFInfo
- Publication number
- RU2230440C2 RU2230440C2 RU2001102728/06A RU2001102728A RU2230440C2 RU 2230440 C2 RU2230440 C2 RU 2230440C2 RU 2001102728/06 A RU2001102728/06 A RU 2001102728/06A RU 2001102728 A RU2001102728 A RU 2001102728A RU 2230440 C2 RU2230440 C2 RU 2230440C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- furnace
- metal
- cooling
- column
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B7/00—Heating by electric discharge
- H05B7/02—Details
- H05B7/12—Arrangements for cooling, sealing or protecting electrodes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
- Furnace Details (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии, в частности к процессу производства стали в электрических печах.The present invention relates to ferrous metallurgy, in particular to a process for the production of steel in electric furnaces.
При производстве стали в электропечи используют электроды, через которые подводят основную энергию для осуществления процесса плавки. Основу этой энергии составляет электрический разряд (электрическая дуга) между металлом и электродом в печах постоянного тока или между электродами в печах переменного тока.In the production of steel in an electric furnace, electrodes are used, through which the main energy is supplied to carry out the melting process. The basis of this energy is an electric discharge (electric arc) between the metal and the electrode in direct current furnaces or between the electrodes in alternating current furnaces.
Для получения мощного электрического разряда, достаточного для осуществления процесса плавки черных металлов, через электроды пропускают электрический ток силой до 100 кА и выше (до 140 кА) и последнее зависит от параметров печи и диаметра используемых электродов.To obtain a powerful electric discharge sufficient to carry out the process of melting ferrous metals, an electric current of up to 100 kA and higher (up to 140 kA) is passed through the electrodes, and the latter depends on the parameters of the furnace and the diameter of the electrodes used.
Электрический ток указанной силы приводит к выделению в электроде энергии, определяемой из выраженияThe electric current of this force leads to the release of energy in the electrode, determined from the expression
где I - сила тока,where I is the current strength,
R - электрическое сопротивление электрода,R is the electrical resistance of the electrode,
τ - время.τ is the time.
В свою очередь электрическое сопротивление электрода равноIn turn, the electrical resistance of the electrode is
где ρ E - удельное сопротивление материала электрода,where ρ E is the specific resistance of the electrode material,
l - длина электрода, по которой проходит ток;l is the length of the electrode along which current flows;
F - поперечное сечение электрода.F is the cross section of the electrode.
Выделяемая в электроде энергия Е приводит к разогреву тела электрода, исходя из формулыThe energy E released in the electrode leads to heating of the electrode body, based on the formula
где m - масса электрода;where m is the mass of the electrode;
с - удельная теплоемкость материала электрода;C is the specific heat of the electrode material;
Δ T - изменение температуры электрода.Δ T is the change in temperature of the electrode.
Наряду с рассмотренной энергией, приводящей к разогреву электрода, он также нагревается за счет теплопередачи от энергии электрической дуги и за счет тепла излучения от расплавленной ванны печи.Along with the considered energy, leading to the heating of the electrode, it is also heated by heat transfer from the energy of the electric arc and due to the heat of radiation from the molten bath of the furnace.
В совокупности отмеченное приводит к повышенному расходу электрода, складывающемуся из четырех компонентов: расход рабочего торца электрода; окисление боковой поверхности; механических поломок; потерь в виде концевых огарков.In total, the aforesaid leads to increased consumption of the electrode, consisting of four components: consumption of the working end of the electrode; side surface oxidation; mechanical breakdowns; losses in the form of end cinders.
При этом уровень силы тока, точнее его плотность, влияет на все четыре составляющие расхода электрода. Поэтому реализуемая в настоящее время эксплуатация печей вместимостью более 120 т с плотностью тока 28-29 А/см2 при электродах диаметром 700... 750 мм считается недостаточно эффективной в отношении расхода электродов на тонну производимой стали.In this case, the level of current strength, or rather its density, affects all four components of the electrode flow rate. Therefore, the current operation of furnaces with a capacity of more than 120 tons with a current density of 28-29 A / cm 2 for electrodes with a diameter of 700 ... 750 mm is considered insufficiently effective in relation to the consumption of electrodes per ton of steel produced.
В то же время именно отмеченный уровень плотности тока позволяет создавать и эксплуатировать крупные электропечи, которые начинают широко использоваться в сталеплавильном производстве, т.е. высокий уровень силы тока необходим для дальнейшего прогресса в производстве стали в электропечах.At the same time, it is the marked level of current density that allows you to create and operate large electric furnaces that are beginning to be widely used in steelmaking, i.e. A high level of amperage is necessary for further progress in the production of steel in electric furnaces.
Из уравнения (1) следует, что, если величину I оставить неизменной, единственной величиной, на которую можно воздействовать для снижения значения Е, остается уменьшение значения R.From equation (1) it follows that, if the value of I is left unchanged, the only value that can be influenced to reduce the value of E, remains a decrease in the value of R.
Из уравнения (2) видно, что уменьшить значение R можно только изменением величины ρ Е и F, так как размер l определен параметрами электропечи. При этом значение ρ Е должно быть уменьшено, а величина F увеличена.From equation (2) it can be seen that the value of R can be reduced only by changing the values of ρ E and F, since the size l is determined by the parameters of the electric furnace. In this case, the value of ρ E should be reduced, and the value of F increased.
Однако известно, что решение рассматриваемой проблемы простым увеличением диаметра электрода (т.е. повышение F) оказалось безуспешным, так как с ростом диаметра расход электрода увеличивается.However, it is known that the solution of the problem under consideration by a simple increase in the diameter of the electrode (i.e., an increase in F) was unsuccessful, since the electrode consumption increases with increasing diameter.
Таким образом, решение проблемы снижения расхода электродов, обусловленного необходимостью использовать в электропечах повышенные силы тока, необходимо искать в охлаждении электродов за счет снижения ρ Е, т.е. за счет уменьшения разогрева электрода при прохождении через него мощного электрического тока.Thus, the solution to the problem of reducing the consumption of electrodes, due to the need to use increased current in electric furnaces, must be sought in the cooling of the electrodes by reducing ρ E , i.e. by reducing the heating of the electrode when a powerful electric current passes through it.
Известен способ охлаждения электрода путем подачи жидкого охладителя (воды) на наружную поверхность электрода [см., например, "SGL CARBON′ s response to the DC furnace challeng", 09.97/1 3 № Printed in Germany, p.14-15).A known method of cooling the electrode by supplying a liquid cooler (water) to the outer surface of the electrode [see, for example, "SGL CARBON's response to the DC furnace challenged", 09.97 / 1 3 No. Printed in Germany, p.14-15).
Основной недостаток известного способа состоит в том, что решается только задача охлаждения электрода вне рабочей зоны электропечи.The main disadvantage of this method is that it solves only the problem of cooling the electrode outside the working area of the electric furnace.
Известен способ эксплуатации графитированных электродов, в которых в центральное продольное отверстие в ниппеле электродной колонны подают смолу в жидком состоянии. Эта смола заполняет имеющиеся полости и зазоры в сочленении стержней и ниппеля электрода, выполненного с помощью ниппеля с резьбой [см., например, патент ФРГ №2203226, Н 05 в, 7-14, октябрь 1975]. При работе электропечи указанная смола коксуется и сочленяет стержни электрода и ниппель в единое целое, тем самым снижает электрическое сопротивление в этом сочленении.A known method of operating graphite electrodes in which resin is supplied in a liquid state to a central longitudinal hole in a nipple of an electrode column. This resin fills the existing cavities and gaps in the joint of the rods and the nipple of the electrode, made using a threaded nipple [see, for example, the Federal Republic of Germany patent No. 2203226, H 05 in, 7-14, October 1975]. During the operation of the electric furnace, this resin is coked and joins the electrode rods and the nipple into a single unit, thereby reducing the electrical resistance in this joint.
Основной недостаток известного способа состоит в низкой его эффективности из-за того, что образующийся из смолы коксующийся материал и материалы стержней и ниппеля электрода имеют практически одинаковые физические свойства: одинаковые параметры удельного электрического сопротивления ρ E. Следовательно, при реализации этого известного способа имеет место незначительное (не решающее кардинально проблему) снижение Е [формула (1)], а следовательно, Δ T согласно формуле (3).The main disadvantage of this method is its low efficiency due to the fact that the coking material formed from the resin and the materials of the rods and the electrode nipple have practically the same physical properties: the same electrical resistivity ρ E. Therefore, when implementing this known method, there is a slight (not fundamentally solving the problem) decrease in E [formula (1)], and therefore, Δ T according to formula (3).
Известен способ охлаждения электрода в процессе работы электропечи, включающий охлаждение электрода путем отвода тепла к веществу, вводимому внутрь электрода и имеющему физические свойства, отличные от свойств материала электрода [см., например, патент США №4853942, 373/93, от 05.08.87]. При этом через полости внутри стержней электрода прокачивается жидкость, в частности вода, которая отводит тепло, полученное телом электрода в процессе работы печи.A known method of cooling the electrode during operation of the electric furnace, comprising cooling the electrode by removing heat to a substance introduced into the electrode and having physical properties different from the properties of the electrode material [see, for example, US patent No. 4853942, 373/93, from 05.08.87 ]. In this case, liquid is pumped through the cavities inside the electrode rods, in particular water, which removes the heat received by the electrode body during the operation of the furnace.
По совокупности существенных признаков этот известный способ охлаждения электрода в процессе работы электропечи наиболее близок предлагаемому, поэтому принят за прототип.By the set of essential features, this known method of cooling the electrode during operation of the electric furnace is closest to the proposed one, therefore it is taken as a prototype.
Существенным недостатком известного способа является низкая его эффективность в решении поставленной задачи: при возникающих в электроде в процессе работы электропечи максимальных температурах на уровне 2000... 2400° С и минимальных на уровне 560... 680° С (см. источник [1], p.21) прокачка охладителя (в частности, воды) в жидком состоянии технически трудноосуществима либо требует такого количества полостей в теле стержней электрода, которое уменьшает (а не увеличивает, как требуется) величину поперечного сечения электрода F, к тому же снижает его прочностные свойства.A significant disadvantage of this method is its low efficiency in solving the problem: when the maximum temperatures occur in the electrode during operation of the electric furnace at a level of 2000 ... 2400 ° C and minimum at a level of 560 ... 680 ° C (see source [1] , p.21) pumping a cooler (in particular water) in a liquid state is technically difficult to perform or requires such a number of cavities in the body of the electrode rods that reduces (but does not increase, as required) the cross section of the electrode F, and also reduces its strength ostnye properties.
Предлагаемый способ охлаждения электрода в процессе работы электропечи свободен от указанных недостатков. В нем предусмотрено многократное снижение значения удельного сопротивления ρ E электрода при протекании по нему электрического тока, тем самым существенно уменьшена величина энергии Е, выделяющейся из-за прохождения электрического тока по электроду. Кроме того, предусмотрен отвод тепла изнутри электрода, что дополнительно уменьшает уровень температур, до которых разогревается электрод в процессе работы электропечи. В совокупности отмеченное снижает по меньшей мере три указанных компонента расхода электрода: окисление боковой поверхности; механические поломки; потери в виде концевых огарков.The proposed method for cooling the electrode during operation of the electric furnace is free from these disadvantages. It provides for a multiple decrease in the value of the resistivity ρ E of the electrode when an electric current flows through it, thereby significantly reducing the amount of energy E released due to the passage of electric current through the electrode. In addition, heat is removed from the inside of the electrode, which further reduces the level of temperatures to which the electrode heats up during operation of the electric furnace. In total, the aforesaid reduces at least three of the indicated components of the electrode consumption: oxidation of the side surface; mechanical breakdowns; losses in the form of end cinders.
Перечисленные технические результаты достигаются за счет того, что в способе охлаждения электрода в процессе работы электропечи, включающем охлаждение электрода путем отвода тепла к веществу, вводимому внутрь электрода и имеющему физические свойства, отличные от свойств материала электрода, согласно предложению осуществляют охлаждение путем введения внутрь электрода металла, который перемещают вверх со скоростью перемещения вниз электрода печи и предотвращают постоянное проникновение металла в плавку печи, при этом удельное электросопротивление металла на несколько порядков ниже, чем у материала электрода, а температура плавления металла ниже значений температуры внутренней полости ванны печи. Кроме того, осуществляют по мере работы печи добавление металла внутрь электрода. Помимо этого, осуществляют отток жидкого металла из электрода. К тому же, поддерживают в начале эксплуатации электрода уровень металла внутри электрода на уровне по меньшей мере выше верхнего уровня элемента электрода, соединяющего его стержни в колонну и расположенного первым со стороны ванны печи. Также поднимают перед длительной остановкой печи нижний уровень металла внутри электрода выше нижнего уровня элемента электрода, соединяющего стержни в колонну и расположенного на момент остановки печи первым со стороны ее ванны. Причем вводят внутрь электрода алюминий. Также вводят внутрь электрода медь.These technical results are achieved due to the fact that in the method of cooling the electrode during operation of the electric furnace, which includes cooling the electrode by removing heat to a substance introduced into the electrode and having physical properties different from the properties of the electrode material, according to the proposal, cooling is carried out by introducing the metal inside the electrode , which is moved upward with a speed of downward movement of the furnace electrode and prevents the constant penetration of metal into the melting of the furnace, while the specific electron the metal resistance is several orders of magnitude lower than that of the electrode material, and the melting temperature of the metal is lower than the temperature of the internal cavity of the furnace bath. In addition, metal is added to the electrode as the furnace is operating. In addition, carry out the outflow of liquid metal from the electrode. In addition, at the beginning of operation of the electrode, the metal level inside the electrode is maintained at least above the upper level of the electrode element connecting its rods to the column and located first from the side of the furnace bath. Before a long stop of the furnace, the lower metal level inside the electrode is also raised above the lower level of the electrode element connecting the rods to the column and located first from the side of the bath at the time the furnace was stopped. Moreover, aluminum is introduced into the electrode. Copper is also introduced into the electrode.
Известен электрод, содержащий несколько стержней графита (угля), соединенных в единую колонну с помощью соединительных элементов (ниппелей), имеющих центральное отверстие, в которое помещено вещество, физические свойства которого отличаются от свойств материала стержней электрода и соединительных элементов [см., например, патент ФРГ №2203226, Н 05 в, 7-14, октябрь 1975].A known electrode containing several rods of graphite (coal) connected in a single column using connecting elements (nipples) having a central hole in which a substance is placed whose physical properties differ from the properties of the material of the electrode rods and connecting elements [see, for example, Germany’s patent No. 2203226, H 05 in, 7-14, October 1975].
Недостатком известного электрода является практически одинаковое в сравнении с материалом стержней и соединительного элемента удельное электрическое сопротивление помещенного в соединительные элементы вещества. Отмеченное свойство этого вещества (смолы, коксующейся при температурах работы электрода) не позволяет снизить температуру разогрева электродов, тем самым уменьшить расход электрода на тонну выплавляемой стали.A disadvantage of the known electrode is almost the same in comparison with the material of the rods and the connecting element, the electrical resistivity of the substance placed in the connecting elements. The noted property of this substance (resin coking at electrode operating temperatures) does not allow lowering the heating temperature of the electrodes, thereby reducing the electrode consumption per ton of steel being smelted.
Известен электрод, содержащий несколько стержней графита (угля), соединенных в единую колонну с помощью соединительных элементов, имеющую центральное продольное отверстие на всей длине колонны [см., например, Schwabe W.E. "Experimental results with hollow elektrodes in Electric Steel Furnaces". Iron and Steel Engineer. June, 1957. V.34. P.84-92].Known electrode containing several rods of graphite (coal) connected in a single column using connecting elements having a Central longitudinal hole along the entire length of the column [see, for example, Schwabe W.E. "Experimental results with hollow elektrodes in Electric Steel Furnaces." Iron and Steel Engineer. June, 1957. V.34. P.84-92].
По совокупности существенных признаков этот известный электрод наиболее близок предлагаемому электроду, поэтому принят за прототип.By the set of essential features, this known electrode is the closest to the proposed electrode, therefore, taken as a prototype.
Существенным недостатком известного электрода является, как следует из материалов исследований, повышенный износ электрода в процессе работы печи, обусловленный возрастающей при использовании этого электрода плотностью тока и дополнительным износом со стороны рабочего торца электрода.A significant disadvantage of the known electrode is, as follows from research materials, increased wear of the electrode during operation of the furnace, due to the increasing current density when using this electrode and additional wear from the side of the working end of the electrode.
Предлагаемый электрод свободен от указанных недостатков. В его конструкции, во-первых, возможна реализация существенного снижения сопротивления электрода протеканию электрического тока, во-вторых, уменьшен отмеченный дополнительный износ со стороны рабочего торца электрода, в-третьих, снижен общий уровень температур разогрева электрода в процессе его работы, а следовательно, уменьшены другие отмеченные три составляющие повышенного расхода электрода.The proposed electrode is free from these disadvantages. In its design, firstly, it is possible to realize a significant decrease in the resistance of the electrode to the passage of electric current, secondly, the marked additional wear on the side of the working end of the electrode is reduced, thirdly, the overall temperature level of the electrode warming up during its operation is reduced, and therefore the other three marked components of increased electrode consumption are reduced.
Перечисленные технические результаты достигаются за счет того, что в электроде, содержащем несколько стержней из графита (угля), соединенных с помощью соединительных элементов в единую колонну, имеющую центральное продольное отверстие на всей своей длине, согласно предложению в центральном отверстии размещена ось с пробкой на концевой части с возможностью совместного перемещения вдоль колонны, при этом пробка расположена в стержне колонны, распологаемом первым со стороны ванны печи, а ось разделяет центральное отверстие на ряд полостей, соединенных между собой. Кроме того, ось имеет опоры, по наружной части которых выполнены сквозные полости. Помимо этого, ось имеет опору, разделяющую центральное отверстие на две полости, соединенные между собой в районе перехода оси в пробку. К тому же, пробка выполнена сменной.These technical results are achieved due to the fact that in the electrode containing several rods of graphite (coal), connected using connecting elements in a single column having a central longitudinal hole along its entire length, according to the proposal, an axis with a stopper is placed in the central hole parts with the possibility of joint movement along the column, while the plug is located in the column rod, located first from the side of the furnace bath, and the axis divides the Central hole into a series of cavities th interconnected. In addition, the axis has supports, on the outside of which through cavities are made. In addition, the axis has a support dividing the central hole into two cavities, interconnected in the region of the axis transition into the tube. In addition, the cork is removable.
Способ охлаждения электрода в процессе работы электропечи и электрод для его осуществления позволяют снизить общий уровень температур, до которых разогревается электрод в процессе работы печи. Это снижение уровня температур обеспечено прежде всего за счет уменьшения сопротивления электрода протеканию электрического тока. Дополнительно снижение температуры электрода обеспечено за счет отвода тепла к металлу, вводимому внутрь электрода и имеющему существенно отличные от материала электрода физические свойства. Этот эффект еще больше усиливают благодаря обеспечению оттока жидкого металла из электрода. В конечном итоге снижение разогрева электрода позволяет уменьшить расход электрода на тонну выплавляемой в электропечи стали, тем самым улучшить технико-экономические показатели работы электропечи.The method of cooling the electrode during operation of the electric furnace and the electrode for its implementation can reduce the overall level of temperatures to which the electrode is heated during operation of the furnace. This decrease in temperature level is ensured primarily by reducing the resistance of the electrode to the passage of electric current. Additionally, the decrease in the temperature of the electrode is ensured by the removal of heat to the metal introduced into the electrode and having physical properties that are significantly different from the electrode material. This effect is further enhanced by ensuring the outflow of liquid metal from the electrode. Ultimately, reducing the heating of the electrode can reduce the consumption of the electrode per ton of steel smelted in the electric furnace, thereby improving the technical and economic performance of the electric furnace.
Способ охлаждения электрода в процессе работы электропечи и электрод для его осуществления поясняются чертежами на примере работы электропечи постоянного тока.The method of cooling the electrode during operation of the electric furnace and the electrode for its implementation are illustrated by drawings on the example of the operation of a direct current electric furnace.
На фиг.1 показано применение способа па примере электропечи постоянного тока; на фиг.2 и 3 - варианты конструктивного исполнения электрода для осуществления способа; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.2; на фиг.6 - разрез С-С на фиг.3; на фиг.7 - разрез Д-Д на фиг.3; на фиг.8 - место I на фиг.2 в укрупненном масштабе; на фиг.9 - специфика протекания электрического тока по электроду при реализации способа и электрода для его осуществления; на фиг.10 - специфика протекания электрического тока в известном электроде.Figure 1 shows the application of the method on an example of a direct current electric furnace; figure 2 and 3 are variants of the design of the electrode for implementing the method; figure 4 is a section aa in figure 2; figure 5 is a section bb in figure 2; figure 6 is a section CC in figure 3; Fig.7 is a section DD in Fig.3; in Fig.8 - place I in Fig.2 in an enlarged scale; figure 9 - the specificity of the flow of electric current through the electrode during the implementation of the method and the electrode for its implementation; figure 10 - the specificity of the flow of electric current in a known electrode.
В электропечи 1 (фиг.1) установлен составной электрод 2 и подовый электрод 3, между которыми возникает дуга 4. Энергию этой дуги используют для ведения процесса плавки 5 печи. Электрод 2 установлен с возможностью перемещения вниз со скоростью Vэ в процессе работы электропечи; это перемещение фиксирует датчик 6, сигнал от которого поступает в систему управления 7. К электроду подводится электрический ток через клеммы 8. В электроде имеется сквозное центральное продольное отверстие 9, в котором размещена ось 10 с пробкой 11 на конце. В центральное продольное отверстие введен металл 12. Ось 10 с пробкой 11 являются составными частями электрода 2 и установлены с возможностью перемещения относительно тела электрода, при этом в процессе работы электропечи реализуется перемещение вверх со скоростью Vо, равной по величине Vэ. Это перемещение оси 10 контролирует датчик 13, сигнал от которого передается в систему управления 7. Естественно, при монтаже и формировании электродной колонны части электрода и его ось 10 с пробкой 11 имеют возможность раздельного перемещения. Электропечь снабжена механизмами 14 подачи (ввода) металла в центральное продольное отверстие 9 электрода 2 и оттока жидкого металла из электрода (эти механизмы здесь не рассматриваются, т.к. не определяют сущность реализации предлагаемого способа). Электропечь снабжена механизмом 15 перехвата оси 10. Электрод (фиг.2-8) состоит из стержней 16, соединяемых ниппелем 17 (например, резьбовое соединение) в электродную колонну. Ось 10 выполнена составной (способ ее соединения здесь не рассматривается, так как не определяет сущность реализации предлагаемого способа). Ось 10 имеет ряд опор 18 (фиг.2 и 4), которые разделяют центральное отверстие 9 на ряд полостей, соединенных между собой благодаря наличию сквозных полостей 19 на наружной части этих опор. Ось может быть выполнена с одной опорой 20 (фиг.3 и 6), разделяющей центральное отверстие на две полости 21, соединенные между собой в районе перехода оси 9 в пробку 11 (фиг.3 и 7). В обоих случаях исполнения электрода (фиг.2 и 3) ось 10 и опоры 18 (фиг.2 и 4) или опора 20 (фиг.3 и 6) составляют единое целое с осью, т.е. изготовлены как единое целое либо жестко соединены с осью (последнее предпочтительнее). Пробка 11 является сменной (фиг.8) и закреплена на оси 10, например, с помощью резьбового соединения. Ось 10, ее опоры (18 или 20) и пробка 11 выполнены из материалов, аналогичных материалам, примененным при выполнении стержней 16 и ниппелей 17 (например, специально обработанных графита или угля).In the electric furnace 1 (Fig. 1), a composite electrode 2 and a hearth electrode 3 are installed between which an arc 4 occurs. The energy of this arc is used to conduct the melting process 5 of the furnace. The electrode 2 is mounted with the ability to move down with a speed of V e in the process of operation of the electric furnace; this movement is detected by the sensor 6, the signal from which is supplied to the control system 7. An electric current is supplied to the electrode via terminals 8. The electrode has a through central
На фиг.9 показан характер протекания электрического тока в предлагаемых способе и электроде, на фиг.10 - то же в случае использования электрода известной конструкции. На фиг.10 отмечен уровень температур в ° С, до которых может разогреваться электрод известной конструкции в процессе работы электропечи, а также пунктиром указана область максимальных тангенциальных напряжений, возникающих в электроде и обусловленных действием отмеченных температур. При назначении наружного диаметра стержней 16 электрода, диаметра центрального отверстия 9 в колонне электрода, диаметра оси 10 и площади сквозных полостей 19 и их числа в опорах 18 оси 10 (также площади полостей 21 при использовании оси 10 с опорой 20) исходят из соотношения удельного электрического сопротивления материала стержней 16 (и ниппелей 17) и металла 12, введенного внутрь электродной колонны. При назначении числа опор 18 на фиг.2 исходят из необходимости устойчивого перемещения оси 10 в отверстии 9, а также из условия возможности упругого изгиба оси 10 на участках между опорами и между опорой и пробкой 11, возникающего из-за возможного (незначительного) несоответствия диаметров отверстий 9 в соединяемых стержнях 16 и ниппелях 17. Пробка 11 и опоры 18 по этой же причине выполнены с переходными фасками между торцом и цилиндрической частью этих деталей электродной колонны. Металл 12, вводимый в центральное отверстие 9 электрода, является веществом, физические свойства которого существенно отличаются от свойств материала, из которых изготовлены стержни 16 и ниппели 17. К этим свойствам, прежде всего, относятся удельное электрическое сопротивление и температура плавления.Figure 9 shows the nature of the flow of electric current in the proposed method and electrode, figure 10 is the same in the case of using an electrode of known design. Figure 10 shows the temperature level in ° C to which an electrode of known design can be heated during operation of the electric furnace, and the dotted line indicates the region of maximum tangential stresses arising in the electrode and due to the action of the noted temperatures. When assigning the outer diameter of the
Способ охлаждения электрода в процессе работы электропечи осуществляют следующим образом.The method of cooling the electrode during operation of the electric furnace is as follows.
В электропечи 1 осуществляют выплавку стали путем подвода к плавке 5 печи энергии за счет электрической дуги 4 между электродом 2 и подовым электродом 3 (фиг.1), для чего к электроду 2 через клеммы 8 и к подовому электроду 3 подводят электрический ток. В процессе работы печи (осуществления плавки) имеет место расход рабочего торца электрода 2, поэтому для поддержания устойчивой дуги 4 электрод 2 перемещают вниз со скоростью Vэ, величину перемещения фиксируют датчиком 6 и перемещением управляют с помощью устройства 7.In the electric furnace 1, steel is smelted by supplying energy to the melting 5 of the furnace due to the electric arc 4 between the electrode 2 and the hearth electrode 3 (Fig. 1), for which an electric current is supplied to the electrode 2 through terminals 8 and to the hearth electrode 3. In the process of operation of the furnace (melting), there is a consumption of the working end of the electrode 2, therefore, to maintain a stable arc 4, the electrode 2 is moved down with a speed V e , the amount of movement is fixed by the sensor 6 and the movement is controlled using the device 7.
Перед началом работы электропечи внутрь электрода, сверху (14 на фиг.1 и 2), в зазор между осью 10 и внутренней поверхностью центрального продольного отверстия 9, вводят металл 12 в форме гранул, шариков или другого вида, это не имеет принципиального значения (желательно, чтобы при заполнении электрода металл не застревал в сквозных полостях опор и достиг пробки 11, поэтому не исключается заполнение электрода 2 металлом 12 в жидком состоянии).Before starting the operation of the electric furnace, inside the electrode, from above (14 in FIGS. 1 and 2), a
В качестве металла 12 используют, например, алюминий или медь.As the
Алюминий и медь имеют удельное электросопротивление на несколько порядков ниже, чем материал электрода. Например, для алюминия ρ Е=2,7· 10-2 Ом· мкм, для меди ρ Е=1,7· 10-2 Ом· мкм, в то время как для графита ρЕ≅ 5,0 Ом· мкм.Aluminum and copper have a specific electrical resistance several orders of magnitude lower than the material of the electrode. For example, for aluminum ρ E = 2.7 · 10 -2 Ohm · μm, for copper ρ E = 1.7 · 10 -2 Ohm · μm, while for graphite ρ E ≅ 5.0 Ohm · μm.
Алюминий и медь имеют температуру плавления существенно ниже температур, возникающих во внутренней полости ванны печи (порядка 1650... 1700° С), и еще в большей мере ниже температуры, выдерживаемой материалом стержней 16 и ниппелей 17 (например, температура плавления графита составляет 3850± 50° С). Известно, что температура плавления алюминия равна около 660° С, а температура плавления меди составляет около 1084° С. При этом переход алюминия из твердого в жидкое состояние (скрытая теплота плавления) требует 94,5 ккал/кг, меди - 49 ккал/кг.Aluminum and copper have a melting point significantly lower than the temperatures that arise in the internal cavity of the furnace bath (about 1650 ... 1700 ° C), and even lower than the temperature maintained by the material of the
Алюминий и медь имеют температуру кипения, близкую или ниже максимальных температур, возникающих в электроде в процессе работы электропечи (фиг.10). Например, для алюминия температура кипения равна 2327° С, для меди - 2540° С. При этом переход алюминия из жидкого в газообразное состояние (скрытая теплота парообразования) требует тепла в 27,5 раз больше, чем при плавлении, меди - в 23,5 раза.Aluminum and copper have a boiling point close to or lower than the maximum temperatures that occur in the electrode during operation of the electric furnace (figure 10). For example, for aluminum, the boiling point is 2327 ° С, for copper - 2540 ° С. At the same time, the transition of aluminum from liquid to gaseous state (latent heat of vaporization) requires heat 27.5 times more than during melting, copper 23, 5 times.
Применение в качестве металла 12 алюминия или меди определяется химическим составом плавки 5 печи. Для марок сталей, содержащих медь (а таких меньшинство), предпочтение отдают применению меди. Для марок сталей, содержащих и не содержащих алюминий предпочтение отдают применению алюминия. Предлагаемым способом охлаждения электрода 2 не исключают применения в качестве металла 12 сплавов алюминия или меди, однако последнее определяется влиянием добавок в эти металлы на их удельное электросопротивление. Если указанные добавки несущественно влияют на удельную электропроводность металла 12 и добавляемые элементы присутствуют в химическом составе плавки 5, при реализации предлагаемого способа возможно применение таких сплавов.The use as
Введение в электрод металла 12 с рассмотренными физическими свойствами меняет характер протекания электрического тока по электроду 2 при работе электропечи, что составляет основную сущность предлагаемого способа охлаждения электрода 2 в процессе работы электропечи 1.The introduction of a
В случае применения электрода 2 в его известном исполнении электрический ток течет по электроду 2 примерно так, как показано на фиг.10, т.е. встречая существенное сопротивление в местах стыка стержней 16 и в местах стыка по резьбе стержней 16 и ниппелей 17. Отмеченный характер протекания электрического тока по электроду в этом случае в совокупности с высоким удельным электросопротивлением материала электрода и ниппеля приводят к выделению в электроде значительного количества энергии, величина которой может быть определена из уравненияIn the case of using the electrode 2 in its known embodiment, an electric current flows through the electrode 2 approximately as shown in Fig. 10, i.e. encountering significant resistance at the junction of the
где ρ Е1 - удельное электросопротивление материалов стержня 16, ниппеля 17 и их сочленений;where ρ E1 is the electrical resistivity of the materials of the
l - рассматриваемая длина электрода;l is the considered length of the electrode;
τ - время;τ is the time;
F1 - площадь поперечного сечения электрода 2 в этом случае, равнаF 1 - the cross-sectional area of the electrode 2 in this case is equal to
где D16 - наружный диаметр стержня 16 (наличием внутреннего отверстия 9 в известном электроде пренебрегаем, т.к. его влияние на Е1 незначительно).where D 16 is the outer diameter of the rod 16 (the presence of the
Выделяющаяся в электроде 2 энергия Е1 приводит к разогреву стержней 16 и ниппелей 17.The energy E 1 released in the electrode 2 leads to the heating of the
Заметим при этом, что отмеченный на фиг.10 характер прохождения электрического тока через составной электрод 2 приводит к выделению основного количества тепла внутри электрода, к разогреву внутренней его части и формированию в поверхностных слоях электрода значительных тангенциальных напряжений растяжения (см. пунктир на фиг.10, очерчивающий область наибольших тангенциальных напряжений. Данные об уровне температур и тепловых напряжений в составном электроде на фиг.10 приведены для электрода диаметром 700 мм при прохождении по нему электрического тока 110 кА и взяты из работы W. Frohs "Optimization of graphite electrode columns for electric arc furnaces". MPT International, №2, апрель 1999).Note that the nature of the passage of electric current through the composite electrode 2 shown in Fig. 10 leads to the release of the main amount of heat inside the electrode, to the heating of its internal part and the formation of significant tangential tensile stresses in the surface layers of the electrode (see the dotted line in Fig. 10 plotting the region of greatest tangential stresses The data on the level of temperatures and thermal stresses in the composite electrode in Fig. 10 are given for an electrode with a diameter of 700 mm when an electric current passes through it current of 110 kA and taken from W. Frohs "Optimization of graphite electrode columns for electric arc furnaces". MPT International, No. 2, April 1999).
В случае применения электрода 2 согласно нашему предложению (фиг.2 или 3) электрический ток течет по электроду примерно так, как показано на фиг.9: электрический ток течет в основном по металлу 12, встречая на пути минимальное сопротивление. В результате в электроде 2 выделяется энергия, равнаяIn the case of using the electrode 2 according to our proposal (Fig. 2 or 3), the electric current flows through the electrode approximately as shown in Fig. 9: the electric current flows mainly through the
где ρ Е2 - удельное электросопротивление металла 12, размещенного в электроде;where ρ E2 is the electrical resistivity of the
F2 - площадь поперечного сечения металла 12, равнаяF 2 - the cross-sectional area of the
где d9 - внутренний диаметр центрального отверстия 9 в стержне;where d 9 is the inner diameter of the
d10 - наружный диаметр оси 10 составного электрода на фиг.2.d 10 - the outer diameter of the
Отношение
где n - число, отражающее, во сколько раз снизится выделение энергии в электроде 2 в предложенном способе охлаждения в сравнении с применением электрода известной конструкции.where n is a number reflecting how many times the energy release in the electrode 2 will decrease in the proposed cooling method in comparison with the use of an electrode of known design.
С использованием уравнения (3) можно получить следующую зависимость:Using equation (3), we can obtain the following dependence:
где γ - плотность материалов;where γ is the density of materials;
с - удельная теплоемкость материалов;C is the specific heat of materials;
Т16 - температура, до которой нагревается стержень 16 (и ниппель 17) в электроде известной конструкции;T 16 is the temperature to which the rod 16 (and nipple 17) is heated in an electrode of known design;
цифры 12 и 16 - соответственно металл 12 и материал стержня 16.the
Из уравнения (8) имеемFrom equation (8) we have
где К - число, отражающее, во сколько раз в сравнении с известным электродом применение предложенного способа охлаждения и электрода для его осуществления позволяет снизить температуру разогрева стержня электрода из-за прохождения по нему электрического тока (считаем, что температуры металла 12, стержней 16 и ниппелей 17 в предложенном электроде по мере работы печи выравниваются благодаря теплоотдаче между ними).where K is a number reflecting how many times in comparison with the known electrode the application of the proposed cooling method and the electrode for its implementation allows to reduce the heating temperature of the electrode rod due to the passage of electric current through it (we assume that the temperature of the
Из уравнения (8) следует, что при выбранном металле 12 в предложенном способе охлаждения электрода температура нагрева металла 12 (а следовательно, и стержня 16) в электроде 2 из-за прохождения по нему электрического тока может корректироваться путем назначения соотношения диаметров стержня электрода D16, внутреннего диаметра отверстия в нем d9 и наружного диаметра оси d10 [второй член уравнения (8)].From equation (8) it follows that with the selected
В предложенных конструкциях электрода (фиг.2 и 3 и разрезы к ним) полученные из уравнения (8) соотношения D16, d9 и d10 уточняются с учетом реальных площадей сквозных полостей в опорах оси 10 (т.е. 19 на фиг.2 и 21 на фиг.3), исходя из выражений:In the proposed electrode designs (FIGS. 2 and 3 and cuts to them), the ratios D 16 , d 9 and d 10 obtained from equation (8) are refined taking into account the real areas of the through cavities in the supports of the axis 10 (i.e., 19 in FIG. 2 and 21 in figure 3), based on the expressions:
В предложенном электроде (фиг.2 и 3) пробку 11 выполняют из материала, аналогичного материалу стержней 16 и ниппелей 17, так как в процессе работы электропечи пробка 11 оказывается в зоне действия дуги 4 и, следовательно, должна иметь те же свойства, что стержень 16 и ниппель 17 электрода.In the proposed electrode (FIGS. 2 and 3), the
Перед началом работы электропечи пробку 11 устанавливают несколько утопленной относительно концевой рабочей поверхности колонны электрода (величина h на фиг.1). Величину h определяют экспериментальным путем и ее необходимость обусловлена двумя целями:Before starting the operation of the electric furnace, the
- во-первых, уменьшить повышенный износ стержня электрода из-за наличия центрального отверстия (это явление известно из отмеченной работы W.E. Schwabe);- firstly, to reduce the increased wear of the electrode rod due to the presence of a central hole (this phenomenon is known from the noted work of W.E. Schwabe);
- во-вторых, максимально уменьшить износ самой пробки из-за отмеченной первой причины.- secondly, to minimize wear of the cork itself due to the noted first reason.
В процессе работы электропечи 1 (фиг.1) величину h утопления пробки 11 относительно концевой рабочей поверхности колонны электрода поддерживают примерно постоянной путем перемещения оси 10 вверх со скоростью Vo, равной скорости опускания вниз Vэ колонны электрода 2. Управление этим перемещением оси 10 осуществляют с помощью датчика 13 и системы 7, при этом учитывают отмеченный износ нижней поверхности пробки.During operation of the electric furnace 1 (Fig. 1), the value h of the sinking of the
Отмеченный износ пробки 11 и технология изготовления всех элементов электрода делают необходимым выполнение пробки 11 сменной. Поэтому пробку 11 соединяют с осью 10, например, по резьбе (фиг.8). При этом, чем меньше размер пробки по высоте, тем в лучшей степени реализуется предложенный способ охлаждения электрода. Однако реальные условия эксплуатации электропечи (снижение числа замен пробок) требуют увеличения высоты пробки 11, что снижает эффективность охлаждения нижней части электродной колонны. Предпочтительной высотой пробки 11 следует считать ее высоту, равную высоте ниппеля 17, т.к. в этом случае максимально устраняется характер течения электрического тока по ниппелю по типу, показанному на фиг.10, т.е. предотвращается чрезмерный разогрев ниппеля 17 из-за проходящего через него электрического тока, когда ниппель становится (приближается к) концевой частью колонны электрода и на его поверхности формируется дуга 4.The marked wear of the
В конечном итоге, высота пробки 11 устанавливается практикой реализации предложенного способа охлаждения электрода, так как зависит от всего комплекса мероприятий, реализуемых на электропечи в процессе ее эксплуатации.Ultimately, the height of the
В процессе работы электропечи 1 (фиг.1) и предложенного применения электрода (фиг.2 и 3) допускают возможность незначительного попадания металла 12 в ванну 5 печи. Однако возможность постоянного проникновения металла 12 в ванну 5 печи предотвращают тщательной подгонкой пробки 11 к центральному отверстию 9 колонны электрода.In the process of operation of the electric furnace 1 (figure 1) and the proposed use of the electrode (figure 2 and 3) allow the possibility of a slight hit of
В процессе работы электропечи и реализации настоящего способа допускают возможность аварийного попадания металла 12 в плавку печи. В основном такое попадание металла 12 в плавку 5 не опасно для плавки, так как вводит в ее состав порядка 0,05% металла 12. Для еще большей безопасности и сохранения плавки обеспечивают (если это возможно) применение металла 12, который присутствует в химическом составе плавки 5.In the process of operation of the electric furnace and the implementation of the present method, the possibility of an emergency hit of
В процессе работы электропечи имеют место потери металла 12, в том числе из-за частичного проникновения в зазоры между пробкой 9 и центральным отверстием 10, а также в момент прохождения нижней частью пробки 11 нижнего уровня стыка стержня 16 и ниппеля 17. Поэтому осуществляют добавление (14 на фиг.1) металла 12 внутрь электрода через верх центрального отверстия 10. Добавление осуществляют, в том числе, путем подачи металла 12 в жидком состоянии.During the operation of the electric furnace,
В начале работы электрической печи возможно, что уровень металла 12 в электродной колонне окажется ниже верхнего уровня ниппеля 17, соединяющего стержни 16 электрода в колонну и расположенного первым со стороны ванны печи 1. Это нежелательно, т.к. приводит к протеканию электрического тока на участке стыка ниппеля 17 и стержня 16 по характеру, показанному на фиг.10 с интенсивным выделением энергии. Чтобы избежать указанного негативного явления верхний уровень металла 12 внутри электрода поддерживают на уровне по меньшей мере выше верхнего уровня ниппеля 17, соединяющего стержни 16 в колонну и расположенного первым со стороны ванны печи. По большей мере верхний уровень металла 12 в колонне электрода может быть выше верхнего уровня ниппеля 17, первым расположенного со стороны клеммы 8 подвода электрического тока к электроду 2.At the beginning of the operation of the electric furnace, it is possible that the level of
В случае наращивания колонны электрода снизу, т.е. из ванны печи, перед остановкой печи для выполнения этой операции поднимают нижний уровень металла 12 внутри электродной колонны выше нижнего уровня ниппеля 17, на который наращивается стержень 16. Тем самым освобождают нижний уровень ниппеля 17 от затвердевшего металла, чем облегчают навинчивание очередного стержня 16.In the case of an extension of the electrode column from below, i.e. from the furnace bath, before stopping the furnace to perform this operation, raise the lower level of the
В случае наращивания электродной колонны сверху, чаще применяемого в практике работы электропечей, используют перехваты 15, применение которых позволяет устранить помехи, которые оказывает ось 10 отмеченному наращиванию. Естественно, перед началом такого наращивания электродной дуги ось 10 выдвигается из электрода на величину, превышающую длину нового наращиваемого стержня электрода.In the case of building up the electrode column from above, more often used in the practice of electric furnaces, intercepts 15 are used, the use of which eliminates the interference that the
Возвращаясь к решаемой в настоящем способе проблеме охлаждения электрода в процессе работы электропечи, рассмотрим другие особенности работы электродной колонны, которые необходимо учитывать:Returning to the problem of cooling the electrode solved in the present method during the operation of the electric furnace, we consider other features of the operation of the electrode column, which must be taken into account:
1. Наряду с теплом, выделяемым в электродной колонне из-за прохождения по ней электрического тока, в электрод постоянно поступает тепло из окружающей его внутренней полости ванны печи: излучением от стен и свода печи и от плавки 5 печи, а также конвекцией от окружающего пространства ванны печи (к указанному теплу может добавиться излучение от горящих факелов, в той или иной мере применяемых в современных электропечах).1. Along with the heat generated in the electrode column due to the passage of electric current through it, heat is constantly supplied to the electrode from the surrounding internal cavity of the furnace bath: by radiation from the walls and roof of the furnace and from melting 5 of the furnace, as well as by convection from the surrounding space furnace baths (to this heat may be added radiation from burning torches, to some extent used in modern electric furnaces).
В любом случае эти виды тепла поступают в электродную колонну снаружи, равномерно нагревая электрод. В целом это тепло не приводит к появлению в поверхностных слоях стержней электрода растягивающих тангенциальных напряжений и, таким образом, относительно безопасно для его работоспособности.In any case, these types of heat enter the electrode column from the outside, evenly heating the electrode. In general, this heat does not lead to the appearance of tensile tangential stresses in the surface layers of the electrode rods and, therefore, is relatively safe for its operability.
В предлагаемых способе охлаждения и электроде для его осуществления предусмотрено два технических решения задачи отвода дополнительного тепла, поступающего в электродную колонну:In the proposed cooling method and the electrode for its implementation, there are two technical solutions to the problem of removing additional heat entering the electrode column:
Во-первых, уже отмеченным выбором соотношений диаметральных размеров электрода
Обеспечение температуры разогрева металла 12 на уровне температуры внутренней полости ванны печи максимально снижает поступление тепла из внутренней полости ванны печи в электрод. Некоторая невязка между температурой Т12 и температурой внутренней полости ванны печи компенсируется изменением температуры металла 12 вплоть до теплового равновесия между электродной колонной и внутренней полостью ванны печи.Providing the heating temperature of the
Во-вторых, в печи применяют электрод, изображенный на фиг.3, 6 и 7, т.е. с осью 10 и опорой 20, разделяющей пространство, образуемое центральным продольным отверстием 9, на две части 21, кроме участка в районе перехода оси 10 в пробку 11, где полости 21 соединены между собой (фиг.3, 6 и 7). При этом в одну из полостей 21 постоянно подают металл 12 (в твердом или жидком состояниях), а из другой полости 21 осуществляют отток металла 12 из электрода (см. стрелки 14 на фиг.1), т.е. обеспечивают циркуляцию металла 12 внутри электрода 2. При этом реализуют низкую скорость циркуляции металла 12 внутри электрода 2. В качестве критерия при назначении этой скорости принимают, например, обеспечение температуры металла 12 на выходе из электрода на уровне значений температур наружной его поверхности в рабочей зоне печи, т.е. на уровне температуры внутренней полости ванны печи.Secondly, the electrode shown in FIGS. 3, 6 and 7 is used in the furnace, i.e. with an
Естественно, сосуды, из которых металл 12 подают внутрь электрода 2 и осуществляют отток жидкого металла из электрода 2, электроизолированы.Naturally, the vessels from which the
2. Наряду с теплом, выделяемым в электродной колонне из-за прохождения по ней электрического тока, и теплом, поступающим в электрод из окружающей его внутренней полости ванны печи, в концевую часть электрода поступает тепло от дуги 4. Известно, что в процессе работы электропечи уровень температур, возникающих в районе дуги 4, достигает 3000° С. Этот уровень температур и теплопередача в теле концевой части электродной колонны приводят к разогреву этой части электрода до температур, сопоставимых с температурой кипения металла 12, расположенного внутри электрода 2. Поступающее в концевую часть электрода тепло от дуги 4 в предлагаемом способе охлаждения электрода отводят от его концевой части, во-первых, за счет тепла, необходимого на разогрев металла 12 вплоть до температуры его кипения и реализации кипения металла 12, во-вторых, за счет организации уже рассмотренной циркуляции металла 12 в электроде 2. К реализации кипения металла 12 прибегают в редких случаях, когда другие рассмотренные приемы отвода тепла от электрода оказываются недостаточными.2. Along with the heat generated in the electrode column due to the passage of electric current through it, and the heat supplied to the electrode from the surrounding internal cavity of the furnace bath, heat from the arc is supplied to the end of the electrode 4. It is known that during the operation of the electric furnace the temperature level arising in the region of arc 4 reaches 3000 ° С. This temperature level and heat transfer in the body of the end part of the electrode column lead to heating of this part of the electrode to temperatures comparable to the boiling point of the
Во всех случаях реализации предлагаемого способа охлаждения электрода не исключается, а предполагается использование известного положительного опыта по охлаждению водой части электрода вне ванны печи, особенно вблизи подвода электрического тока к электродной колонне, чтобы предотвратить чрезмерный нагрев клемм 8 (фиг.1).In all cases, the implementation of the proposed method of cooling the electrode is not excluded, but it is supposed to use well-known positive experience in cooling water of the electrode part outside the furnace bath, especially near the supply of electric current to the electrode column to prevent excessive heating of terminals 8 (Fig. 1).
Пример 1. В 120-тонной электропечи 1 постоянного тока выплавляют сталь 15Х6СЮ, при этом используют графитизированный электрод 2 диаметром D16=700 мм. В процессе работы электропечи по нему пропускают электрический ток силой 110 кА. Электрод 2 представляет собой электродную колонну, полученную соединением стержней 16 с помощью ниппелей 17 с резьбой. При указанных условиях и применении электродной колонны известной конструкции при прохождении по ней указанного тока основная ее часть, находящаяся внутри печи, нагревалась бы до температуры Т16=2300... 2500° С.Example 1. In a 120-ton DC electric furnace 1, steel 15Kh6SYu is melted, using a graphitized electrode 2 with a diameter of D 16 = 700 mm. During the operation of an electric furnace, an electric current of 110 kA is passed through it. The electrode 2 is an electrode column obtained by connecting the
Применяют электрод, изображенный на фиг.2. При этом материал графитизированных стержней 16 и ниппеля 17 примерно одинаковый и имеет плотность γ 16=1,7 г/см 3, удельную теплоемкость
Учитываем, что при протекании электрического тока в электроде известной конструкции по схеме фиг.10 сопротивление протеканию тока в местах сочленения стержней с ниппелем многократно и неуправляемо возрастает. Последнее особенно проявляется при температурах 2300... 2500° С. Принимаем, что сопротивление возрастает в 3 раза.We take into account that when an electric current flows in an electrode of a known design according to the scheme of Fig. 10, the resistance to current flow at the points of junction of the rods with the nipple increases many times and uncontrollably. The latter is especially evident at temperatures of 2300 ... 2500 ° C. We assume that the resistance increases by 3 times.
Согласно уравнению (7) в процессе работы электропечи в электроде в сравнении с известным электродом выделится меньше энергии в следующее количество раз:According to equation (7), during the operation of an electric furnace, less energy is released in the electrode in comparison with the known electrode in the following number of times:
В результате вместо отмеченного разогрева основного тела электродной колонны из-за прохождения по ней электрического тока силой 110 кА до среднего уровня Т16=2400° С согласно уравнению (8) алюминий разогреется до температурыAs a result, instead of the noted heating of the main body of the electrode column due to the passage of an electric current of 110 kA through it to an average level of T 16 = 2400 ° C, according to equation (8), aluminum will be heated to a temperature
Ставим целью обеспечить температуру Т12, до которой разогревается алюминий из-за прохождения по нему электрического тока, близкой температуре внутренней полости ванны печи, т.е. до Т12=1700оС. Тогда для обеспечения этого условия соотношение диаметральных размеров электрода должно бытьWe set the goal to ensure the temperature T 12 , to which aluminum is heated due to the passage of electric current through it, close to the temperature of the internal cavity of the furnace bath, i.e. to T 12 = 1700 ° C. Then, to ensure this condition, the ratio of the diametrical dimensions of the electrode should be
При диаметре электрода D16=700 мм и диаметре оси d10=100 мм диаметр центрального отверстия в электродной колонне должен бытьWith an electrode diameter of D 16 = 700 mm and an axis diameter of d 10 = 100 mm, the diameter of the central hole in the electrode column should be
d9=250 мм.d 9 = 250 mm.
Полученное значение d9 при принятой величине диаметра оси d10=100 мм увеличиваем до выполнения условия формулы (10).The obtained value of d 9 with the accepted value of the diameter of the axis d 10 = 100 mm is increased until the conditions of the formula (10) are fulfilled.
В конечном итоге благодаря уменьшению количества энергии, выделяющейся в электроде при прохождении электрического тока, снижают температуру разогрева электрода (т.е. охлаждают электрод) при прохождении по нему тока в к≅ 1,4 раза. Учитывая неопределенность возрастания сопротивления протеканию электрического тока в местах сочленения стержней с ниппелем, допускают возможность протекания части тока по графитовым стержням. В итоге, так как температура разогрева алюминия близка к температуре внутренней полости ванны печи, существенно уменьшают разогрев электрода снаружи от элементов ванны печи.Ultimately, due to a decrease in the amount of energy released in the electrode during the passage of electric current, the electrode heating temperature is reduced (i.e., the electrode is cooled) when the current flows through it by a factor of 1.4. Given the uncertainty of increasing resistance to the flow of electric current at the junction of the rods with the nipple, allow the possibility of the flow of part of the current through the graphite rods. As a result, since the temperature of the heating of aluminum is close to the temperature of the internal cavity of the furnace bath, the heating of the electrode outside the elements of the furnace bath is significantly reduced.
Пример 2. При параметрах печи согласно примеру 1 в печи выплавляют сталь 06Х23Н28M3Д3Т (ЭИ943), содержащую 2,5... 3,5% Сu. Используют графитизированный электрод 2 диаметром D16=750 мм, через который пропускают электрический ток силой 110 кА. Электрод 2 выполнен в виде колонны, полученной соединением стержней 16 с помощью ниппелей 17 с резьбой. При указанных условиях и применении известного электрода согласно фиг.10 при пропускании по нему тока основная его часть, находящаяся внутри печи, нагревалась бы до температуры T16=2100... 2300° С.Example 2. With the furnace parameters according to example 1, steel 06Kh23N28M3D3T (EI943) is smelted in the furnace, containing 2.5 ... 3.5% Cu. Use a graphitized electrode 2 with a diameter of D 16 = 750 mm, through which an electric current of 110 kA is passed. The electrode 2 is made in the form of a column obtained by connecting the
Применяют предложенный электрод с центральным отверстием и размещенной в нем осью с пробкой согласно фиг.3. Свойства материала электрода аналогичны изложенным в примере 1. Внутрь электрода введена медь (металл 12), имеющая плотность γ 12=8,9 г/см3, удельную теплоемкость
Согласно уравнению (7) в процессе работы электропечи в электроде в сравнении с известным электродом выделяется меньше энергии в следующее количество раз:According to equation (7), during the operation of an electric furnace, less energy is released in the electrode in comparison with the known electrode the following number of times:
В результате вместо отмеченного разогрева основного тела электродной колонны из-за прохождения по ней электрического тока силой 110 кА до среднего уровня 2200° С согласно уравнению (8) медь разогревается до температурыAs a result, instead of the noted heating of the main body of the electrode column due to the passage of an electric current of 110 kA through it to an average level of 2200 ° C, according to equation (8), the copper is heated to a temperature
Тогда для обеспечения этого условия соотношения диаметральных размеров электрода должно бытьThen, to ensure this condition, the ratio of the diametral dimensions of the electrode should be
При диаметре электрода D16=750 мм и диаметре d10=100 мм диаметр центрального отверстия в электродной колонне должен бытьWith an electrode diameter of D 16 = 750 mm and a diameter of d 10 = 100 mm, the diameter of the central hole in the electrode column should be
d9≅ 240 мм.d 9 ≅ 240 mm.
Полученное значение d9 при принятой величине диаметра оси d10=100 мм увеличиваем до выполнения условия формулы (10).The obtained value of d 9 with the accepted value of the diameter of the axis d 10 = 100 mm is increased until the conditions of the formula (10) are fulfilled.
В конечном итоге благодаря уменьшению количества энергии, выделяющейся в электроде при прохождении электрического тока, снижают температуру разогрева электрода (т.е. охлаждают электрод) из-за прохождения по нему тока в к≅ 1,3 раза.Ultimately, due to a decrease in the amount of energy released in the electrode during the passage of electric current, the electrode heating temperature is reduced (i.e., the electrode is cooled) due to the passage of current through it by a factor of 1.3.
Дополнительное охлаждение электрода осуществляют путем постоянной подачи меди внутрь электрода через полость 21 и оттока жидкой меди из электрода через полость 21 на фиг.3, т.е. за счет циркуляции меди внутри электрода. Тем самым корректируют возможную неопределенность изменения сопротивления протеканию электрического тока в местах сочленения стержней с ниппелем.Additional cooling of the electrode is carried out by the constant supply of copper into the electrode through the
Пример 3. При параметрах печи согласно примеру 1, наружному диаметру графитизированного электрода 2 согласно этому примеру и силе применяемого электрического тока 110 кА в печи выплавляют конструкционную сталь 08Ю, в химическом составе которой допускается содержание алюминия 0,02... 0,08%, т.е. при плавке 120 т не более 96 кг алюминия. Электрод 2 выполнен в виде колонны на фиг.2, полученной соединением стержней 16 с помощью ниппелей 17с резьбой. В процессе их соединения между дном ниппельного гнезда в стержне 16 и нижней стороной ниппеля 17 образуется зазор около 20 мм. Большой диаметр ниппеля равен 450 мм, конусность ниппеля 1:6, таким образом, между ниппелем и дном гнезда имеет место полость объемом примерно 2500 см3, которая в процессе работы электропечи заполняется металлом 12. В качестве металла 12 применяют алюминий с физическими свойствами, приведенными в примере 1.Example 3. With the furnace parameters according to example 1, the outer diameter of the graphitized electrode 2 according to this example and the strength of the applied electric current of 110 kA, structural steel 08Y is melted in the furnace, the chemical composition of which allows aluminum content of 0.02 ... 0.08%, those. when melting 120 tons, not more than 96 kg of aluminum. The electrode 2 is made in the form of a column in figure 2, obtained by connecting the
В конечном результате получают технический эффект в виде снижения температуры электрода из-за прохождения по нему тока, указанный в примере 1.The end result is a technical effect in the form of lowering the temperature of the electrode due to the passage of current through it, indicated in example 1.
Однако во время перемещения оси 9 с пробкой 11 вверх по электроду 2 указанная полость 2500 см3 может соединиться с ванной печи и заполнивший ее алюминий в количестве 6,75 кг может частично попасть в плавку 5 печи, т.к. на участке между электродом и ванной печи часть алюминия испарится. Указанное, во-первых, учитывают при формировании химического состава плавки, во-вторых, добавляют (14 на фиг.1) алюминий внутрь электрода.However, during the movement of the
В совокупности, реализацией предлагаемого способа охлаждения электрода в процессе работы электропечи и электрода для его осуществления многократно снижают сопротивление стержней электрода и ниппелей прохождению электрического тока, улучшают распределение температуры по поперечному сечению электрода, снижают температурный перепад на большей части электродной колонны. Совокупность указанных технических достижений устраняет основные причины низкой стойкости электродов из-за трещин, разрывов и поломок (см., например, с. 25 указанной ранее публикации "SGL Carbon′ s response to the DC furnace challeng").Together, the implementation of the proposed method of cooling the electrode during operation of the electric furnace and the electrode for its implementation many times reduce the resistance of the electrode rods and nipples to the passage of electric current, improve the temperature distribution over the cross section of the electrode, and reduce the temperature drop across most of the electrode column. The combination of these technical advances eliminates the main reasons for the low resistance of electrodes due to cracks, breaks and breakdowns (see, for example, p. 25 of the previous publication "SGL Carbon's response to the DC furnace challenged").
Таким образом, реализация предлагаемого способа охлаждения электрода в процессе работы электропечи и электрода для его осуществления позволяет существенно снизить расход электрода на тонну выплавляемой стали, повысить силу тока на тяжеловесных электрических печах.Thus, the implementation of the proposed method of cooling the electrode during operation of the electric furnace and the electrode for its implementation can significantly reduce the consumption of the electrode per ton of steel being smelted, increase the current strength on heavy electric furnaces.
Claims (11)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001102728/06A RU2230440C2 (en) | 2001-02-01 | 2001-02-01 | Electrode and method for its cooling in the course of electric furnace ope ration |
| PCT/RU2002/000022 WO2002062105A1 (en) | 2001-02-01 | 2002-01-30 | Method for cooling an electrode during an electric melting furnace operation and electrode |
| DE10295876T DE10295876T1 (en) | 2001-02-01 | 2002-01-30 | Electrode cooling process in the work of the electric furnace and the electrode for realizing the process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001102728/06A RU2230440C2 (en) | 2001-02-01 | 2001-02-01 | Electrode and method for its cooling in the course of electric furnace ope ration |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001102728A RU2001102728A (en) | 2003-01-20 |
| RU2230440C2 true RU2230440C2 (en) | 2004-06-10 |
Family
ID=20245411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001102728/06A RU2230440C2 (en) | 2001-02-01 | 2001-02-01 | Electrode and method for its cooling in the course of electric furnace ope ration |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10295876T1 (en) |
| RU (1) | RU2230440C2 (en) |
| WO (1) | WO2002062105A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488459C1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУВПО "КнАГТУ") | Method of making investment patterns for production of shell moulds by electrophoresis |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0053200B1 (en) * | 1980-12-02 | 1986-09-17 | Arc Technologies Systems, Ltd. | Arc furnaces electrode |
| CA1199358A (en) * | 1982-06-04 | 1986-01-14 | Robert W. Montgomery | Electric arc furnace electrodes |
| CH655128A5 (en) * | 1983-01-28 | 1986-03-27 | Von Roll Ag | ELECTRODE FOR METALLURGICAL FURNACES. |
| RU2020773C1 (en) * | 1992-05-19 | 1994-09-30 | Предприятие "Пионер" | Electrode of electric arc furnace |
-
2001
- 2001-02-01 RU RU2001102728/06A patent/RU2230440C2/en not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-01-30 DE DE10295876T patent/DE10295876T1/en not_active Ceased
- 2002-01-30 WO PCT/RU2002/000022 patent/WO2002062105A1/en not_active Application Discontinuation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Schwabe W.E. Experimental results with hollow electrodes in Electric Steel Furnaces. Iron and Steel Engineer. June, 1957, v.34, p.84-92. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488459C1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУВПО "КнАГТУ") | Method of making investment patterns for production of shell moulds by electrophoresis |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10295876T1 (en) | 2003-12-24 |
| WO2002062105A1 (en) | 2002-08-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS6128914B2 (en) | ||
| ES2036275T3 (en) | DEVICE FOR MELTING AND CONTINUOUS CASTING OF METALS, THEIR PROCEDURE FOR USE AND THEIR USE. | |
| US2283188A (en) | Electric furnace | |
| SE8605197L (en) | BOTTLE ELECTRODE FOR MELT OVEN | |
| US4145562A (en) | DC Arc furnace melt electrode | |
| RU2230440C2 (en) | Electrode and method for its cooling in the course of electric furnace ope ration | |
| JPS6124984A (en) | Electric connector for refining furnace | |
| EP0124490B1 (en) | Improved conductive bottom for direct current electric arc furnaces | |
| US3672428A (en) | Power partition control for consumable electrode furnaces | |
| CA1232933A (en) | Conductive bottom for direct current electric arc furnaces | |
| EP0115812A2 (en) | Current conducting electrode for metallurgical furnaces | |
| JPS5927185A (en) | Method of melting metal and arc furnace used for the method | |
| JP5203680B2 (en) | Metal electroslag remelting process and ingot mold used therefor | |
| US3354256A (en) | Apparatus for heating molten metals | |
| RU2567425C1 (en) | Method of steel making in arc-type steel-making furnace | |
| US3875990A (en) | Methods of producing large steel ingots | |
| JPH11219781A (en) | Cooling structure for furnace-bottom electrode of direct current arc furnace | |
| DE2718293C2 (en) | ||
| SU710529A3 (en) | Current conducting device of arc oven | |
| CN1108757A (en) | Direct current electric furnace for melting metal | |
| RU2092761C1 (en) | Induction furnace | |
| US6452956B1 (en) | Soderberg-type composite electrode for arc smelting furnace | |
| US1350714A (en) | Process of treating metals and alloys | |
| US3736359A (en) | Electric furnace | |
| RU2285356C2 (en) | Bottom electrode for electric furnace |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140202 |