RU2361375C1

RU2361375C1 - Fusion introduction and device for its implementation

Info

Publication number: RU2361375C1
Application number: RU2007143723/09A
Authority: RU
Inventors: Иван Андреевич Безруков (RU); Иван Андреевич Безруков
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2009-07-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to electrothermics field. Management of heating and melting method is achieved by that in melt introduction, including location of electrode assemblies in melting tank, loading of feed material, feeding on electrodes of voltage, arc-through, installation of electrodes into working position, displacement of electrodes is implemented independently of molten material and melt location into any point of working space of melting tank, including bottom part; gas consumption, fed into cavity between external and internal electrode and into space between electrode assembly and melting tank case, it is regulated independently to each other in limits from 0 up to of nominal, herewith changing of gas consumption and reciprocal deflections of electrodes there are specified shape and direction of arc and plasma jet between electrodes and between electrode assembly and melting tank case. Device contains melting tank, one or more electrode assembly with one or more power supply of each electrode, in which each of units consists of two co-axial located electrodes, outfitted by self-contained electrode-drive assembly.

EFFECT: it can be used for manageable, including continuous, heating and melting as low-melt, as high-melting materials in a wide range - from metals up to nonmetallic materials, including oxides.

8 cl, 6 dwg

Description

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.The invention relates to the field of electrothermics and can be used for controlled, including continuous, heating and melting of both low-melting and refractory materials in a wide range from metals to non-metallic materials, including oxides.

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.A known method of conducting melting, comprising lowering three electrode assemblies having external and internal electrodes into a melting tank, pouring molten liquid into it, passing electric current between the electrodes and controlling the melting mode using three power sources.

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).A device for implementing this method includes three power sources, a melting capacitance and three electrode assemblies with external and internal electrodes, the outer of which is hollow and installed with the possibility of supplying gas to the cavity to create excess pressure not less than the pressure above the melt in the melting tank, and the inner one is located in the outer cavity, and all the electrodes are connected to each of the power sources (patent of the Republic of Kazakhstan No. 38363, M.cl. 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.The specified method and device do not allow controlling the heating and smelting of a wide range of materials at any point in the working space of the melting capacity, and also do not ensure the continuity of the melting process when replacing spent electrodes.

Задачей изобретения является разработка способа ведения плавки и устройства для его осуществления, лишенных вышеперечисленных недостатков.The objective of the invention is to develop a method of conducting melting and a device for its implementation, devoid of the above disadvantages.

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.To do this, in the method of conducting melting, including placing the electrode assemblies in the melting tank, loading the remelted material, applying voltage to the electrodes, igniting the electric arc, setting the electrodes to the working position, according to the invention, the electrodes are moved regardless of the position of the molten material and the melt to any point spaces of the melting tank, including the hearth; the flow rate of gas supplied to the cavity between the outer and inner electrode and the space between the electrode assembly and the body of the melting tank is independently controlled from 0 to the nominal, while changing the position of the electrode assembly, gas flow and the mutual movement of the electrodes sets the shape and the direction of the arc and the plasma jet between the electrodes and between the electrode assembly and the body of the melting tank.

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.A device for controlled, including continuous, melting, comprising a melting capacity, one or more electrode assemblies with one or more power sources for each electrode, in which each of the assemblies consists of two coaxially arranged electrodes, the outer of which is hollow with the possibility of supply gas in the cavity to create excess pressure, not less than the pressure above the melt in the melting tank, according to the invention is equipped with independent mechanisms for moving each electrode, with schyu which they can be moved independently of each other and the position of the melted material and the melt at any point of the working space of the melting vessel. The continuity of the melting process is achieved by the fact that the outer and / or inner electrode is unlimitedly expanded as necessary.

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.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a diagram of the electrode assembly, figure 2 is a sketch of the electrode assembly, figure 3 is the design of the electrode assembly with movement mechanisms, figure 4 is the position of the electrode assembly in the working space of the melting tank, figure 5 is a mutual the location of the electrodes, Fig.6 is a diagram of the power supply of the device.

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.A device for conducting melting includes a melting tank (figure 4), at least one electrode assembly (figures 1, 2), equipped with at least one power source 20. The electrode assembly consists of an outer 1 and an inner 2 electrodes arranged coaxially, with the outer the electrode is made hollow with the possibility of supplying gas into the cavity between the electrodes through the collector for supplying gas 3, and is also equipped with a collector 4 for supplying gas between the outer electrode and the inner wall of the melting tank, which can be electrically insulated ovan from the inner wall of the melting tank and from the outer electrode 1 with the possibility of moving the electrode 1 relative to the collector 4. The current to the outer 1 and inner 2 electrodes is supplied by current leads 5 and 6, which can be made flexible, for example in the form of water-cooled flexible cables, or rigid, with the possibility of bypassing the electrode relative to the current lead. An insulator 7 is installed between the electrodes 1 and 2, designed to center the electrodes, prevent contamination of the interelectrode space, arc penetration, equalize the gas flow supplied to the cavity between the electrodes through the gas path 19, and at the same time let through the gas flow supplied between the electrodes. An electrical insulator 9 is installed between the outer electrode 1 and the body of the melting tank 8. The outer electrode 1 is mounted on the mechanism 11 with the help of a traverse 10, which allows the entire electrode assembly to be moved relative to the melt along the guide rod 12. The inner electrode 2 is mounted on a similar mechanism 14 using the traverse 13, allowing you to move it both on a common base with the outer electrode (figure 3, option B), and relative to the outer electrode (figure 3, option A). The electrode 1 is equipped with a clamping mechanism 15 and a bypass mechanism 17, and the electrode 2 is equipped with a clamping mechanism 16 and a bypass mechanism 17. The power supply circuit of the device provides two systems - a constant system and an alternating current system (Fig.6) and allows you to control each of the circuits independently. This allows, in the event of an emergency in one of the systems, to use the other with the least possible restrictions.

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.The implementation of the method and the operation of the device is as follows. At least one electrode assembly is lowered into the melting tank to the depth required by the process. Fill the melting tank with remelted material (or begin to feed material into it). The position of the electrode assembly can be set in any way (Fig. 4): under the melt, on the melt (pos. A), at the arch above the charge (pos. B), at the arch under the charge (pos. C), on the slag, under the slag (pos. D), above the slag (pos. E). In the cavity between the outer 1 and inner 2 electrodes and, if necessary, in the space between the outer electrode 1 and the inner wall of the melting tank, gas or a gas mixture supplied from the melting tank or from external sources, which can be pre-cooled, is supplied through the collectors 3 and 4. The gas flow rate is regulated using the gas supply mechanisms 18 independently from each other in the range from 0 to the nominal. Set the relative position of the electrodes corresponding to the melting mode (figure 5). After this, by known methods, for example, an oscillator, an electric arc is ignited between the outer 1 and inner 2 electrodes, which takes the form shown in Fig. 5, where A and B are the forms acquired by the arc depending on the totality of the factors of influence. The required technological process is carried out, the conditions of which provide for adjusting the power, shape, length of the electric arc by changing the relative position of the electrodes, the position of the electrode assemblies in the melting tank, the gas flow rate through the gas paths, the supplied current and voltage. The simultaneous redistribution of power between phases and electrodes, a change in the position of the electrodes control the temperature of the melt at any point in the melting tank. As the sacrificial part of the internal electrode 2 wears out, the electrode is bypassed in the bypass mechanism 17 and the internal electrode builds up, for example, by screwing. The outer electrode 1 is expanded in a similar manner. It does not require a shutdown of the process.

Claims

1. A device for conducting melting, containing a melting capacity, one, two or more electrode assemblies with one, two or more power sources for each electrode, wherein each of the assemblies consists of two coaxially arranged electrodes - an outer and an inner one, the outer electrode being hollow with the possibility of supplying gas to the cavity to create excess pressure, not less than the pressure above the melt in the melting tank, characterized in that the outer and inner electrodes have independent mechanisms for moving In order to perform translational and reciprocal movements both on a common basis and independently of each other, the relative position of the electrodes relative to each other and relative to the melting capacity may be different, in addition, the outer electrode is equipped with a collector for supplying gas into the space between the outer electrode and the inner wall of the melting tank.

2. The device according to claim 1, characterized in that the mechanism for moving the outer electrode and the mechanism for moving the inner electrode are fixed on one guide rod.

3. The device according to claim 1, characterized in that the mechanism for moving the outer electrode and the mechanism for moving the inner electrode are mounted on separate guide rods.

4. The device according to claim 1, characterized in that the mechanism for moving the inner electrode is fixed to the mechanism for moving the outer electrode and the inner electrode moves relative to the outer electrode.

5. The device according to claim 1, characterized in that the outer and / or inner electrode is made with the possibility of unlimited growth during operation without stopping the melting process.

6. The device according to claim 1, characterized in that between the outer and inner electrodes made electrical insulation that does not interfere with the mutual movement of the electrodes.

7. A method of conducting melting, comprising placing at least one electrode assembly in a melting tank, loading remelted material, supplying gas, applying voltage to electrodes, igniting an electric arc, setting electrodes in a working position, characterized in that the gas is supplied into the cavity between the outer and internal electrodes along the electrodes, in addition, gas is supplied, if necessary, into the space between the external electrode and the inner wall of the melting tank, the movement of the electrodes is carried out independently t the position of the molten material and the melt at any point of the melting capacity, the flow rate of gas supplied to the cavity between the outer and inner electrode, and the flow rate of gas supplied to the space between the electrode assembly and the body of the melting capacity are independently controlled from 0 to the nominal while changing the gas flow rate and the relative position of the electrodes determine the shape and direction of the arc and the plasma jet between the electrodes and between the electrode assembly and the body of the melting tank.

8. The method according to claim 7, characterized in that they use pre-chilled gas supplied from the melting tank.