СПОСОБ ЭЛЕКТРОПЛАВКИ В ДУГОВОЙ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
METHOD OF SMELTING IN DC ARC FURNACE

Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано для плавки и переплава черных и цветных металлов, например меди, бронзы, алюминия, стали, чугуна и сплавов, для плавки шлаков и флюсов, а также для перемешивания их расплавов в плавильных печах, миксерах, печах-ковшах, агрегатах комплексной обработки сплавов и других.
Известен способ электроплавки, включающий загрузку печи, пропускание тока через образующийся расплав, по меньшей мере, по одной образующейся замкнутой электрической цепи с возбуждением в расплаве поля электромагнитных сил, изменение величины тока, перемешивание расплава полем электромагнитных сил, прекращение пропускание тока через расплав, слив расплава. В данном способе пропускание тока через расплав осуществляют по двум замкнутым электрическим цепям, изменение величины тока, протекающего через расплав, осуществляют переключением тока с одной замкнутой электрической цепи на другую и обратно, обусловленным тепловыми перегрузками в замкнутых электрических цепях, а перемешивание расплава полем электромагнитных сил осуществляют в соответствии с изменением тока (Закамаркин М.К., Липовецкий М.М. и Малиновский B.C. «Дуговая сталеплавильная печь постоянного тока емкостью 25 т на ПО «Ижсталь». М., Металлургия, 1991, с.31-34). Известное техническое решение не обеспечивает требуемые качество и эффективность электроплавки, что обуславливает значительный расход электроэнергии при его реализации.
В качестве прототипа принят способ электроплавки, включающий загрузку печи, пропускание тока через образующийся расплав, по меньшей мере, по одной замкнутой электрической цепи с возбуждением в расплаве поля электромагнитных сил, изменение величины тока, перемешивание расплава полем электромагнитных сил, причем изменение величины тока осуществляют периодически с одновременным изменением поля электромагнитных сил, после прекращения пропускания тока через расплав осуществляют слив расплава (RU 2048662, F27B 3/08. 20.11.95).
В известном способе электроплавки перемешивание расплава исходного материала носит не регулярный характер и зависит от длины дуги и плотности тока в графитированном электроде. При завышенной длине дуги и пониженной плотности тока в графитированном электроде дуга перемещается по поверхности расплава, что снижает качество его перемешивания и не обеспечивает эффективность передачи энергии дуги в расплав, что снижает эффективность плавки, приводит к увеличению расхода электроэнергии и снижению показателей работы печной установки.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа электроплавки, при котором дуга гарантированно фиксирует свое положение на поверхности расплава и эффективно передает ему свою энергию.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности и качества плавки и в снижении энергетических затрат на ее осуществление.
2
Технический результат изобретения достигается тем, что в способе электроплавки в дуговой печи постоянного тока, включающем загрузку печи, пропускание тока через графитированный электрод и образующийся под действием электрической дуги расплав, по меньшей мере, по одной замкнутой электрической цепи, с возбуждением в расплаве поля электромагнитных сил, изменение величины тока, перемешивание расплава полем электромагнитных сил, согласно изобретению в начале электроплавки устанавливают вблизи рабочего торца графитированного электрода плотность тока не менее 24 А/см, затем при установленном значении плотности тока увеличивают давление электрической дуги на расплав путем изменения ее длины, которое прекращают при появлении на поверхности расплава углубления с расходящейся от него волновой рябью, далее в установленном режиме осуществляют электроплавку, в процессе которой контролируют и поддерживают установленный ток через графитированный электрод.
Предлагаемый способ электроплавки в дуговой печи постоянного тока реализуют следующим образом.
2
В дуговую печь постоянного тока производят загрузку исходного материала. Затем включают источник электропитания, обеспечивая тем самым пропускание тока через графитированный электрод и образующийся под действием электрической дуги расплав. При этом после включения источника электропитания вначале устанавливают вблизи рабочего торца графитированного электрода плотность тока не менее 24 А/см.
2
2
Экспериментально установлено, что меньшая (ниже 24 А/см) плотность тока вблизи рабочего торца графитированного электрода обуславливает хаотическое перемещение дуги по поверхности электрода и поверхности расплава, что снижает качество его перемешивания. При плотности тока свыше 24 А/см дуга сворачивается в спираль, с образованием продольного электромагнитного поля, которое жестко фиксирует дугу на поверхности электрода и на поверхности расплава, что приводит к устранению радиального перемещения анодного пятна дуги по поверхности расплава, гарантируя наилучшее качество перемешивания.
2
Далее при установленном (выбранном) значении плотности тока увеличивают давление электрической дуги на расплав путем изменения ее длины. При работе на «длинных» дугах отсутствует эффективность теплопередачи, что приводит к неэффективной теплопередачи энергии от дугового столба в расплав. Сокращая длину дуги, можно определить положение, при котором на поверхности расплава формируется углубление от давления дуги на расплав. В результате усиления перемешивания на поверхности расплава формируется его волновое движение, наблюдаемое в виде ряби, расходящейся от углубления, и резко (скачком) возрастает теплопередача от дугового разряда в расплав. Формирование углубления зависит от тока дуги и ее длины. Для установленного значения тока (плотность тока свыше 24А/см) длина электрической дуги, при которой ее давление на расплав обеспечивает образование углубления, определяется экспериментально. При дальнейшем сокращении длины электрической дуги ее давление на расплав усиливается. Поэтому при реализации изобретения могут быть выбраны различные значения длины электрической дуги, при которых ее давление на расплав обеспечивает появлении на поверхности расплава углубления с расходящейся от него волновой рябью. Установив требуемый режим с соблюдением вышеуказанных условий, осуществляют электроплавку, в процессе которой контролируют и поддерживают установленный ток через графитированный электрод и длину электрической дуги, при которой реализуется требуемое давление на поверхность расплава.
2
При сравнении показателей прототипа и предлагаемого изобретения установлено, что при поддержании плотности тока в электроде свыше 24 А/смнаблюдается идеальная химическая температурная однородность расплава. В то время как не соблюдение этого условия приводит к практическому прекращению управляемого перемешивания расплава. Плавка металла без формирования углубления в расплаве и волнового движения, сопровождающего перемешивание расплава, снижает эффективность теплопередачи энергии из дуги непосредственно в расплав с 70-80% до 20-30%, что приводит к принципиальному изменению тепловой работы печи, усилению энергии от дуги на стены и свод, приводящих к их более быстрому разрушению, увеличению тепловых потерь при плавке, повышению расходу электроэнергии, понижению производительности печи и снижению качества материала.