СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ПЛАВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
FUSION INTRODUCTION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области электротермии и может применяться для управляемого, в том числе непрерывного, нагрева и плавления как легкоплавких, так и тугоплавких материалов в широком диапазоне - от металлов до неметаллических материалов, включая оксиды.
Известен способ ведения плавки, включающий опускание трех электродных узлов, имеющих наружные и внутренние электроды, в плавильную емкость, залив в нее жидкого расплава, пропускание между электродами электрического тока и управление режимом плавки с использованием трех источников электропитания.
Устройство для осуществления данного способа включает три источника электропитания, плавильную емкость и три электродных узла с наружным и внутренним электродами, наружный из которых выполнен полым и установлен с возможностью подачи газа в полость для создания избыточного давления, не меньшего давления над расплавом в плавильной емкости, а внутренний размещен в полости наружного, причем все электроды подсоединены к каждому из источников электропитания (патент Республики Казахстан №38363, М.кл. Н05В 6/46, Н05В 6/54).
Указанные способ и устройство не позволяют управлять режимом нагрева и плавки широкого диапазона материалов в любой точке рабочего пространства плавильной емкости, а также не обеспечивают непрерывность процесса плавки при замене израсходованных электродов.
Задачей изобретения является разработка способа ведения плавки и устройства для его осуществления, лишенных вышеперечисленных недостатков.
Для этого в способе ведения плавки, включающем размещение электродных узлов в плавильной емкости, загрузку переплавляемого материала, подачу на электроды напряжения, зажигание электрической дуги, установление электродов в рабочее положение, согласно изобретению перемещение электродов осуществляется независимо от положения расплавляемого материала и расплава в любую точку рабочего пространства плавильной емкости, включая подовую часть; расход газа, подаваемого в полость между наружным и внутренним электродом и в пространство между электродным узлом и корпусом плавильной емкости, регулируется независимо друг от друга в пределах от 0 до номинального, при этом изменением положения электродного узла, расхода газа и взаимным перемещением электродов задаются форма и направление дуги и плазменной струи между электродами и между электродным узлом и корпусом плавильной емкости.
Устройство для управляемого, в том числе непрерывного, ведения плавки, содержащее плавильную емкость, один или более электродных узлов с одним или более источниками электропитания каждого электрода, в котором каждый из узлов состоит из двух коаксиально расположенных электродов, наружный из которых выполнен полым с возможностью подачи газа в полость для создания избыточного давления, не меньшего давления над расплавом в плавильной емкости, согласно изобретению снабжено самостоятельными механизмами перемещения каждого электрода, с помощью которых они могут перемещаться независимо друг от друга и от положения расплавляемого материала и расплава в любую точку рабочего пространства плавильной емкости. Непрерывность процесса плавки достигается тем, что наружный и/или внутренний электрод неограниченно наращивается по мере необходимости.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема электродного узла, на фиг.2 - эскиз электродного узла, на фиг.3 - конструкция электродного узла с механизмами перемещения, на фиг.4 - положение электродного узла в рабочем пространстве плавильной емкости, на фиг.5 - взаимное расположение электродов, на фиг.6 - схема электроснабжения устройства.
Устройство для ведения плавки включает плавильную емкость (фиг.4), как минимум один электродный узел (фиг.1, 2), снабженный как минимум одним источником электропитания 20. Электродный узел состоит из наружного 1 и внутреннего 2 электродов, расположенных коаксиально, причем наружный электрод выполнен полым с возможностью подачи в полость между электродами газа через коллектор для подачи газа 3, а также снабжен коллектором 4 для подачи газа между наружным электродом и внутренней стенкой плавильной емкости, который может быть электрически изолирован от внутренней стенки плавильной емкости и от наружного электрода 1 с возможностью перемещения электрода 1 относительно коллектора 4. Ток к наружному 1 и внутреннему 2 электродам подводится токоподводами 5 и 6, которые могут быть выполнены гибкими, например в виде водоохлаждаемых гибких кабелей, либо жесткими, с возможностью перепуска электрода относительно токоподвода. Между электродами 1 и 2 установлен электроизолятор 7, предназначенный для центрирования электродов, предотвращения загрязнения межэлектродного пространства, проскока дуги, выравнивания потока газа, подаваемого в полость между электродами по газовому тракту 19, и одновременно пропускающий поток газа, подающегося между электродами. Между наружным электродом 1 и корпусом плавильной емкости 8 установлен электроизолятор 9. Наружный электрод 1 с помощью траверсы 10 закреплен на механизме 11, позволяющем перемещать весь электродный узел относительно расплава вдоль направляющей штанги 12. Внутренний электрод 2 с помощью траверсы 13 закреплен на аналогичном механизме 14, позволяющем перемещать его как на общем с наружным электродом основании (фиг.3, вариант Б), так и относительно наружного электрода (фиг.3, вариант А). Электрод 1 снабжен механизмом прижатия 15 и механизмом перепуска 17, а электрод 2 - механизмом прижатия 16 и механизмом перепуска 17. Схема электроснабжения устройства предусматривает две системы - систему постоянного и систему переменного тока (фиг.6) и позволяет управлять независимо каждой из схем. Это позволяет, при наличии аварийной ситуации в одной из систем, использовать другую с минимально возможными ограничениями.
Реализация способа и работа устройства осуществляется следующим образом. В плавильную емкость опускают как минимум один электродный узел на глубину, требуемую технологическим процессом. Заполняют плавильную емкость переплавляемым материалом (или начинают подавать в нее материал). Положение электродного узла при этом может задаваться любым (фиг.4): под расплавом, на расплаве (поз.А), у свода над шихтой (поз.В), у свода под шихтой (поз.С), на шлаке, под шлаком (поз.D), над шлаком (поз.Е). В полость между наружным 1 и внутренним 2 электродами и при необходимости в пространство между наружным электродом 1 и внутренней стенкой плавильной емкости подают через коллекторы 3 и 4 газ либо газовую смесь, подведенный из плавильной емкости либо от внешних источников, который может быть предварительно охлажден. Расход газа регулируют с помощью механизмов подачи газа 18 независимо друг от друга в пределах от 0 до номинального. Устанавливают взаимное расположение электродов, соответствующее режиму плавки (фиг.5). После этого известными способами, например осциллятором, зажигают электрическую дугу между наружным 1 и внутренним 2 электродами, которая приобретает форму, изображенную на фиг.5, где А и Б - формы, приобретаемые дугой в зависимости от совокупности факторов воздействия. Производят требуемый технологический процесс, условия которого обеспечивают корректировкой мощности, формы, длины электрической дуги с помощью изменения взаимного расположения электродов, положения электродных узлов в плавильной емкости, величины расхода газа по газовым трактам, величины подаваемого тока и напряжения. Одновременным перераспределением мощности по фазам и по электродам, изменением положения электродов управляют температурой расплава в любой точке плавильной емкости. По мере изнашивания расходуемой части внутреннего электрода 2 производят перепуск электрода в механизме перепуска 17 и наращивание внутреннего электрода, например, путем навинчивания. Наружный электрод 1 наращивают подобным образом. При этом не требуется остановка технологического процесса.