Дуговая печь постоянного тока

Полезная модель относится к конструкции печи постоянного тока (ДППТ), которая может быть использована для плавки катализаторов нефтехимической промышленности, отработанных автомобильных нейтрализаторов, промпродуктов аффинажа драгметаллов и т.п., с целью выделения из них металлической фазы.
Наиболее близкой к заявляемой является конструкция дуговой печи постоянного тока с подовым электродом, описанная в источнике (В.П. Григорьев, Ю.М. Нечкин, А.В. Егоров, Л.Е. Никольский Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства, М.: МИСИС, 1995 г., с. 146-149, 184-189) [1].
Печь содержит корпус с ванной, образованный футерованной металлической оболочкой, свод и один сводовый электрод, а также под с центральным подовым электродом, сливной желоб и рабочее окно. Согласно с. 188, 189 источника [1] на некоторых печах вместо огнеупорной кладки применяют водоохлаждаемые панели различной конструкции (кессоны). Это могут быть литые, сварные или трубчатые панели. Применяются, например, литые чугунные панели с залитыми в них змеевиками системы водяного охлаждения и вмонтированными в корпус блока огнеупорными кирпичами, или медные панели с большим числом ребер, пространство между которыми заполнено огнеупорным материалом. В случае изготовления панелей из толстого листа каналы системы охлаждения выполняют сверлением.
Стены с кессонами имеют высокую стойкость, позволяющую сократить простои оборудования и затраты на ремонт. Однако водоохлаждаемые стены повышают мощность тепловых потерь в систему водяного охлаждения. Из-за снижения температуры теплоизлучающих поверхностей свободного пространства они могут нарушать также условия направленного косвенного теплообмена, не исключают и соприкосновение жидкого металла с медными кессонами при барботаже ванны в окислительный период и при сливе металла из печи. Исходя из этих недостатков, кессоны устанавливают на некоторой высоте над откосами ванны, уступами поднимая их вблизи выпускного отверстия. Это уменьшает поверхность охлаждения до 65..75% от величины площади внутренней поверхности стен и снижает эффективность применения кессонов.
Неполное кессонирование стен ванны, применяемое в описанных в источнике [1] конструкциях печи, приводит к тому, что плавильный пояс выкладывается в несколько слоев огнеупорного кирпича, что увеличивает габарит и массу печи, а отсутствие охлаждения не позволяет образовываться гарнисажу, что приводит к быстрому износу футеровки печи.
Подовые электроды, приведенные в источнике [1], крепят к днищу печи съемным кольцом через электрическую изоляцию, а токоподвод к ним осуществляют гибкими кабелями (стр. 148-149), при этом все, приведенные в источнике [1] конструкции подовых электродов имеют сложную конструкцию, требуют дополнительного крепления к поду. Подовые электроды штырькового и стержневого типа непосредственно контактируют с расплавом, что приводит их быстрому износу и требуют частой замены, которая происходит при остановке печи. Пластинчатые подовые электроды имеют большой размер до 80% диаметра кожуха и при протекании дуги через такую пластину происходит значительная теплогенерация, что требует интенсивного охлаждения.
Задача заявленной полезной модели заключается в снижении габарита и массы печи при увеличении срока ее службы.
Для этого предложена дуговая печь постоянного тока, содержащая, как и прототип, футерованный корпус с ванной и подом, имеющий стены с кессонами, при этом печь содержит футерованный свод с электродами и подовый электрод, выполненный с возможностью присоединения к токоподводу. Печь отличается тем, что корпус печи имеет металлические стенки с n-м числом ребер внутри ванны, в пространство между которыми вмонтированы графитовые блоки, футерующие ванну с подом, снаружи на стенках ванны смонтированы кессоны, расположенные напротив промежутков между ребрами, при этом подовым электродом является корпус, под которого оснащен контактной пластиной, выполненной с возможностью прижатия к токоподводу.
В заявленной конструкции печи кессонирование стенок корпуса печи является полным, однако в отличие от печей с полным кессонированием стен корпусов печей, описанных в источнике [1], в предложенной дуговой печи стенки корпуса печи выполнены с оребрением внутри ванны, которое улучшает теплоотвод от графитовых блоков к находящимся снаружи кессонам, что позволяет быстро наращивать гарнисаж и этим значительно снижать износ футеровки корпуса печи с подом. Кроме того, такое полное кессонирование позволяет уменьшить толщину футеровки плавильного пояса, чем уменьшить габарит и вес печи.
Заявленная конструкция дуговой печи характеризуется отсутствием подового электрода, как такового, т.к. графитовые блоки, футерующие ванну с подом, являясь токопроводящим материалом, позволяют проводить ток через контактную пластину, которой оснащен под, и использовать корпус печи в качестве подового электрода, что значительно упрощает конструкцию печи, притом, что печь при этом позволяет поддерживать температуру пода печи на глубине 200 мм футеровки пода от кожуха не более 600°С.
Таким образом, новый технический результат, достигаемый заявленным решением, заключается в снижении износа футеровки, уменьшении толщины футеровки плавильного пояса и упрощении конструкции печи.
Полезная модель иллюстрируется рисунком, на котором схематично представлена заявленная дуговая печь.
Дуговая печь постоянного тока содержит основание 1, на котором размещены несущие боковые стойки 2 и корпус с ванной 3, выполненный из стали. Изнутри стенки корпуса печи выполнены с ребрами 4, в пространство между ребрами вмонтированы графитовые блоки 5, футерующие ванну с подом. Снаружи на стенках корпуса печи смонтированы кессоны 6 по всей высоте корпуса печи. Корпус печи снабжен сливным носиком 7 и шпуровым отверстием 8 для выпуска расплавленных продуктов. Под корпуса печи имеет контактную пластину 9, предназначенную для подвода тока к корпусу печи, кожух 10, предназначенный для нагнетания в него воздуха для охлаждения пода корпуса печи посредством отдельно стоящего вентилятора 11.
Печь имеет также механизм наклона корпуса печи 12, механизм зажима контактной пластины 13, съемный футерованный свод 14 с двумя сводовыми электродами 15, а также механизм их перемещения 16.
Футерованный свод 14 представляет собой полый внутри корпус, сваренный из стального листа. В полости свода стальными перегородками выполнены лабиринты водоохлаждения (не показаны). На нижней, обращенной к расплаву, поверхности свода, наварены ребра из металла, которые улучшают охлаждение футеровки свода (не показаны). В своде имеется водоохлаждаемая труботечка 17 для загрузки в печь переплавляемого материала, два посадочных места для огнеупорных вставок герметизации электродов 15 и газоотвод 18.
Перед началом плавки на под печи насыпается графитовый порошок или крошка, опускаются электроды и зажигается дуга. После того как зажглась дуга, в печь подается материал (шихта). Загрузка ведется до тех пор, пока ванна печи не наполнится расплавом. После того как печь наполнится расплавом, он прогревается и происходит слив продуктов плавки. Плавку можно вести как в электродном режиме, когда ток подается на сводовые электроды, так и подовом режиме, когда нагрузка подается на электроды и корпус печи. Шлак выпускается через шпуровое отверстие при работающей печи. В связи с тем, что выпуск шлака осуществляется через шпур, без наклона печи, то захват металла шлаком при сливе исключен, что позволяет получить более бедные шлаки. А выпуск при работающей печи позволяет поддерживать оптимальную температуру расплава и вязкость шлака, что также снижает содержание металлов в шлаке. Расплавленный металл сливается через сливной носик по мере накопления.
В процессе плавки на поверхности графитовых блоков корпуса печи и графитовых плит образуется гарнисаж, представляющий собой застывший шлаковый расплав на поверхности графитовой футеровки, который является огнеупорной и теплоизолирующим слоем. Применение графитовой футеровки позволяет быстро наращивать гарнисаж, так как графит обладает хорошей теплопроводностью. Применение кессонированния и графитовых блоков для футеровки позволяет достигать температуры до 2000°С.