[发明专利]直流电弧炉及其控制方法

说明书

本发明涉及权利要求1的开头所述的一种直流电弧炉以及方法权利要求所述的控制这种电弧炉的方法。

为了在直流电弧炉中熔解金属材料，尤其是在大功率炉的情况下，需要很高的电流强度，并且会由此形成很强的磁场。就短接在电弧上的直流电路而言，这种直流电弧炉的特征在于：整流装置安排在炉体的侧旁，其中，在水平的底面上，一根或多根阳极电流引线从炉体底部通向炉体中心，从而使电流从整流装置开始经过底部阳极和炉膛内的熔融材料以及电弧流向阴极，此阴极位于炉体盖中央并且借助于其支撑臂支持使电路形成回路，使电流流回到整流电源中。

电流源及电流支路的这种排列形成了一个电流环路，它产生一个与之垂直的作用力，这虽然对以垂直可移位的方式伸在炉中的阴极不产生影响，但会使阴极和熔池之间的电弧产生相应的偏移。电弧的不对称直接导致炉体耐火层的损耗增加，这种情况下，偏移的电弧比所设想的通过其中心导路(guidance)的电弧更接近炉体壁。按照上面所说的电流路径(cur-rent conduction)，所说的炉体衬的增大损耗的危险区域面向或远离这样的一侧，即在这一侧供给和引出直流电弧炉的电流。

为了解决这个问题，例如在美国专利US4,821,284所公开的电弧炉中，一个三重(triple)导体环围着三个电弧电极，这三个电极以等腰三角形的形式集中排列在底部中心，在熔池表面上的所谓顶部(head-side)电极面向相同外形结构的底部电极。在炉区的上面和下面具有水平的供给和引出条。

另一种公知的直流电弧炉(DE4035233A1)只有一个单一的底部电极，它穿过底部的中心，直至溶料，所说的电极又面向垂直可移位的阴极，该阴极安装在炉体的中央。为了使电弧稳定在炉体的中间位置，在炉体的下面，从两个相对的侧面将四根导体引到中间的阳极上，从而使它们以面对面的方式连接或者以交错的面对面的方式连接。

最后，在其连接方面，可参考另一种公知的直流电弧炉(US787059)，其中，炉体的下部用来把电流引到直流电弧炉中心的阳极部分上。

基于这样的现有技术，本发明的目的在于：提供一种前面所述的那种类型的直流电弧炉，通过将电弧集中在炉膛的中央，从而即使在一侧供给和引出电流并将阳极电流引线侧引到炉中的情况下，甚至在大电流的情况下，也能保证炉衬的耐火损耗均匀。

根据本发明，上述发明目的可以通过权利要求的特征来实现。

这种解决方案的进一步的有益特征体现在从属权利要求。

方法权利要求给出了以有利的方式来控制这种直流电弧炉的步骤。

这里的基础不是一个连接到单个底部电极上的中心电流源，而是这样一个电流源，即它表面地分布在熔池的底面上，并且连接到电流引线上，这些引线从侧面引到炉壁上。为此，在炉体的下部有四个四分之一圆，在每个四分之一圆上都有一块连接板固定在下部炉体的钢壳侧面，这些四分之一圆之间通过炉体而实现相互电连接。这样，阳极侧的电流就通过下部炉体从外侧壁流到炉体底部，并从底部通过耐火衬中的阳极板流至熔料。采用这样的电流源，则具有令人吃惊的特殊优点，即，改变各个四分之一圆所对应的引线中的电流强度，就能够使下部炉体部分中这些分支电流所产生的磁场和由此而产生的力抵消电流环中由于供电和引出所产生的力。否则，尤其是在大电流的情况下，在远离整流电源的四分之一圆内，所产生的电弧偏移将会导致耐火衬过早地损耗。

由于所述的偏移的程度不仅是流过直流电路的电流强度的函数，而且基本上还根据电流环的几何结构来确定，因此，引向炉体的引线所在平面的高度位置，也就是说，与电弧炉中心的电弧高度有关的高度位置起着重要作用。来自炉底的中心电流源仅仅在非常有限的程度上屏蔽电流导体周围产生的磁场，而侧面的电源的屏蔽作用则大得多。理论上，使引线的位置高度正好为电弧的高度，就能将电弧引线的磁场所造成的影响降低到最低限度。

根据本发明，最好将电流源引到下部炉体的侧壁上，它们处在一个水平面内并且基本上在电弧的下面，也就是说，在炉底的上面避免有中心电流源，为此，在下部炉体的每个四分之一圆上最好分别具有通过相配合的连接板相连的一根引线，四分之一圆相互之间通过炉膛而实现电连接。

本发明的关键在于，有计划地改变各个引线中的电流强度，使这些分支电流在底部区域产生附加磁场，这相当于有计划地屏蔽引线周围由下部炉体侧钢壁的线圈效应所产生的磁场，从而能够对电弧偏移进行可控制地校正。

在某些情况下，最好还可以仅仅有两个电源和两个整流单元，或者把下部炉体分成四分以上的扇形区，相应地采用四个以上的电源。但必须保证，给导体供电的整流装置的设计总是与整体设备的不对称性相一致。