專利名稱：直流電弧爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熔化以廢鐵或生鐵為料塊的煉鐵原料的直流電弧爐。
背景技術(shù)：
以往，熔化廢鐵等原料時(shí)使用圖1所示的直流電弧爐。
如圖1所示的一例那樣，直流電弧爐由在其底部具有下部電極1(陽極)的爐體2、用于將該爐體2的上部封閉的爐蓋3、將該爐蓋3上下穿通并且可以升降的1根上部電極4、與上述下部電極1連接的向半徑方向延伸的下部導(dǎo)體5、與上述上部電極4連接的向半徑方向延伸的上部導(dǎo)體6、以及由設(shè)在上述下部導(dǎo)體5與上部導(dǎo)體6的延伸端之間的與交流電源7連接的變壓器8和整流器9組成的電源電路10構(gòu)成。
對(duì)廢鐵等原料11進(jìn)行熔化時(shí)，使上述爐蓋3上升并移動(dòng)到外邊，使?fàn)t體2的上部開放，利用提斗等將原料11裝在爐體2內(nèi)，然后，將上述爐蓋3蓋到爐體2上將其封閉，利用電源電路10在上下部電極1，4之間通以大電流，使在上下部電極1，4間發(fā)生電弧12，并使上部電極4逐漸地下降到指定位置，使原料11熔化。
但是，在上述圖1所示的先有的直流電弧爐中，存在上下部電極1，4間發(fā)生的電弧12發(fā)生在偏離的方向上的問題。
即，與上述下部電極1連接的下部導(dǎo)體5和與上部電極4連接的上部導(dǎo)體6相對(duì)于爐體2沿半徑方向設(shè)置，并且上部導(dǎo)體6還設(shè)在爐蓋3的上方，可以升降，相反由于在爐體2的下部不能占據(jù)較大的空間，所以，下部導(dǎo)體5設(shè)在靠近電弧12的發(fā)生部位，因此，由通過下部導(dǎo)體5的大電流產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)13便對(duì)上述電弧12產(chǎn)生作用。該磁場(chǎng)13如箭頭所示，是由從下部導(dǎo)體5向下部電極1流動(dòng)的大電流產(chǎn)生的根據(jù)右手螺旋法則，磁場(chǎng)方向向右旋轉(zhuǎn)。
由上述電弧12形成的如上部電極4上的箭頭所示向上流動(dòng)的電流橫切上述磁場(chǎng)13，根據(jù)該電流的方向(向上)和磁場(chǎng)13的方向(垂直圖1的紙面向里)，按照弗萊銘定則，上述電弧12受到與下部導(dǎo)體5所在的半徑方向相反(向左)指向爐壁14的力F的作用，因此，裝入爐體2的中心的原料11只有在電弧12偏離的方向上能充分地熔化，而在與偏離方向相反的一側(cè)，原料11則難于熔化、殘留剩塊或者出現(xiàn)過熱點(diǎn)，從而使?fàn)t內(nèi)溫度不均勻、使熔化效率顯著降低。
另外，由于電弧12發(fā)生偏離，電弧12指向爐壁14，從而容易損傷爐壁14，因此，若為了使電弧12不致?lián)p傷爐壁14而使上部電極4與爐壁14之間保持足夠大的間隔時(shí)，爐體2將變得很寵大。
本發(fā)明就是為了克服上述先有的問題而提出的，目的是提供一種直流電弧爐，通過設(shè)置2根上部電極使在與各自的電源電路連接的電極間發(fā)生的電弧指向爐體中心部位，可以提高原料的熔化效率、防止?fàn)t壁損壞及實(shí)現(xiàn)爐體的小型化，并且，還可以改變電弧的偏向量而促進(jìn)未熔化原料的集中熔化或者消除過熱點(diǎn)。
發(fā)明的公開在本發(fā)明中，使分別與2根上部電極連接的上部導(dǎo)體相互向遠(yuǎn)離另一方的上部電極的方向延伸，并且，用2根電極與下部電極連接，且分別向與上述各上部導(dǎo)體相同的方向延伸，在一側(cè)的上部導(dǎo)體與下部導(dǎo)體的延伸端之間和另一側(cè)的上部導(dǎo)體與下部導(dǎo)體的延伸端之間分別單獨(dú)設(shè)置電源電路，所以，在一側(cè)的上下部電極間發(fā)生的電弧和在另一側(cè)的上下部電極間發(fā)生的電弧由于通過各自的下部導(dǎo)體的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響，分別受到與下部導(dǎo)體延伸方向相反的力的作用，即各個(gè)電弧受到指向爐體的中心部位的力的作用。另外，由于從爐底電極通過爐上電極向上部導(dǎo)體沿垂直方向流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用，產(chǎn)生由上述弗萊銘左手定則說明的力，各個(gè)電弧也受到指向爐中心方向的力的作用。由于電弧在這兩個(gè)力的作用下指向爐體的中央，所以，供給到爐體中心的原料可以有效地熔化，并且，爐內(nèi)溫度對(duì)稱，從而可以提高原料的熔化效率。另外，由于電弧指向爐體的中心，所以，可以防止損傷爐壁，從而可以使?fàn)t壁與上部電極靠近，實(shí)現(xiàn)爐體的小型化。
另外，在本發(fā)明中，電源電路具有控制輸出電壓以使與整流器連接的交流電源的電流或整流后的直流電流與設(shè)定電流值一致的電弧電流控制裝置;控制上部電極升降以使上部導(dǎo)體與下部導(dǎo)體間的電壓與設(shè)定電壓值一致的電弧電壓控制裝置;以及向上述各電弧電流控制裝置及各電弧電壓控制裝置分別發(fā)出設(shè)定值指令的電弧偏向指令裝置，所以，在將一側(cè)的電源電路中的電壓和電流固定為指定的設(shè)定值的狀態(tài)下，通過改變上部電極的上下位置而改變另一側(cè)的電源電路中的電壓和電流的大小時(shí)，電弧長(zhǎng)度發(fā)生變化，電弧的偏向量發(fā)生變化，因此，可以促進(jìn)爐體內(nèi)的未熔化原料的集中地熔化，或者在這兩個(gè)電源電路中通過反復(fù)進(jìn)行上述操作，可以消除過熱點(diǎn)的發(fā)生，從而可以在更均勻的溫度下有效地熔化原料。
附圖的簡(jiǎn)單說明圖1是先有的直流電弧爐的一例的縱剖側(cè)視圖，圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的縱剖正視圖，圖3是沿圖2的Ⅲ-Ⅲ方向的俯視圖，圖4是用計(jì)算值表示的使兩個(gè)電源電路的電弧電壓和電弧電流一定時(shí)電弧的起弧點(diǎn)位置的曲線圖，圖5是用計(jì)算值表示的將一個(gè)電源電路的電弧電壓和電弧電流固定而改變另一個(gè)電源電路的電弧電壓和電弧電流時(shí)電弧的起弧點(diǎn)位置移動(dòng)的曲線圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施例下面，參照


本發(fā)明的實(shí)施例。
圖2和圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在其底部具有下部電極1并且平面形狀呈橢圓形的爐體2的上部設(shè)有用于封閉爐體2的爐蓋3，在該爐蓋3的大致中心位置形成原料投入口15，另外，在上述爐蓋3上沿上述橢圓的長(zhǎng)軸方向貫穿地設(shè)有2根上部電極16，17，將上述原料投入口15夾在中間，利用升降裝置18，19分別將上述上部電極16，17支持得可以單獨(dú)升降。
將上部導(dǎo)體20與上述圖中左側(cè)的上部電極16連接，并使該上部導(dǎo)體20向遠(yuǎn)離圖中右側(cè)的上部電極17的方向延伸，另外，將上部導(dǎo)體21與右側(cè)的上部電極17連接，并且使該上部導(dǎo)體21向遠(yuǎn)離上述左側(cè)的上部導(dǎo)體16的方向延伸，另外將2根下部導(dǎo)體22，23與下部電極1連接，同時(shí)使這兩根下部導(dǎo)體22，23分別向與上述上部導(dǎo)體20，21相同的方向延伸，在上述左側(cè)的上部導(dǎo)體20與下部導(dǎo)體22的延伸端之間設(shè)有電源電路24，在右側(cè)的上部導(dǎo)體21與下部導(dǎo)體23的延伸端之間設(shè)有電源電路25。
另外，電源電路24、25由下述各部分構(gòu)成利用與三相交流電源26連接的整流器(半導(dǎo)體開關(guān)元件)27，28;檢測(cè)與該整流器27，28連接的交流電源26的電流的電流檢測(cè)裝置29，30或檢測(cè)整流后的直流電流的電流檢測(cè)裝置29′，30′;控制上述整流器27，28的輸出電壓以使該電流檢測(cè)裝置29，30或29′，30′的檢測(cè)電流與設(shè)定電流值一致的電弧電流控制裝置31，32;檢測(cè)上下部導(dǎo)體20，22之間及21，23之間的電壓的電壓檢測(cè)裝置33，34和控制上述升降裝置18，19的升降以使該電壓檢測(cè)裝置33，34的檢測(cè)電壓與設(shè)定電壓值一致的電弧電壓控制裝置35，36，并且還設(shè)有向上述各電流控制裝置31，32及各電弧電壓控制裝置35，36分別發(fā)出設(shè)定電流值37，38和設(shè)定電壓值39，40指令用的電弧偏向指令裝置41。
如上所述，由于使分別與2根上部電極16，17連接的上部導(dǎo)體20，21相互向遠(yuǎn)離對(duì)方的上部電極16，17的方向延伸，并且使2根下部導(dǎo)體22，23與下部電極1連接，向與上述各上部導(dǎo)體20，21相同的方向延伸，同時(shí)在左側(cè)上下部導(dǎo)體20，22的延伸端之間和右側(cè)上下部導(dǎo)體21，23的延伸端之間分別單獨(dú)設(shè)有電源電路24，25，所以，在左側(cè)上下部電極1，16之間發(fā)生的電弧12a和在右側(cè)上下部電極1，17之間發(fā)生的電弧12b由于分別受到流過下部導(dǎo)體22，23的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響，和圖1的情況一樣，分別受到方向與下部導(dǎo)體22，23的延伸方向相反的力F的作用，同時(shí)，受到從下部電極1通過上部電極16，17垂直向上流動(dòng)的電流的磁場(chǎng)產(chǎn)生的力的作用，于是，各電弧12a，12b都指向爐體2的中心。
因此，供給到爐體2的中心的原料11可以有效地熔化，并且爐內(nèi)溫度對(duì)稱，所以，可以提高原料11的熔化效率。另外，由于電弧12a，12b指向爐體2的中心，所以，可以防止損傷爐壁14，從而可以使?fàn)t壁14與上部電極16，17靠近，實(shí)現(xiàn)爐體2小型化。
另外，由于如上述那樣設(shè)有2根上部電極16，17時(shí)，可以在爐中心上部形成空間，所以，可在該空間設(shè)置原料投入口15，從而可以將廢鐵等原料11從該原料投入口15連續(xù)地向爐體2的中心投入，這時(shí)，由于在爐體2的中心成為未熔化原料的滯留區(qū)，所以，如果使上述電弧12a，12b偏向爐體2的中心，對(duì)提高熔化效率則更為有利。
另外，由于電源電路24，25具有控制整流器27，28的輸出電壓以使交流電源26的電流或整流后的直流電流成為設(shè)定電流值的電弧電流控制裝置31，32、控制上部電極16，17的升降以使上下部導(dǎo)體20，22之間及21，23之間的電壓與設(shè)定電壓值一致的電弧電壓控制裝置35，36和分別向上述各電弧電流控制裝置31，32及各電弧電壓控制裝置35，36發(fā)出設(shè)定值指令的電弧偏向指令裝置41，所以，通過改變電弧電流和電弧電壓，可以改變電弧12a，12b的偏向量。
利用電源電路24，25發(fā)生電弧12a，12b時(shí)的電弧電壓基本上與電弧長(zhǎng)度成正比(電弧長(zhǎng)度變短時(shí)，流過大電流，電壓下降)，所以，根據(jù)電流×電弧長(zhǎng)度＝一定值(電弧功率一定)的條件，利用下部導(dǎo)體22，23計(jì)算對(duì)電弧12a，12b作用的磁場(chǎng)13(圖1)的強(qiáng)度H，設(shè)電弧12a，12b的偏向量與上述磁場(chǎng)13的強(qiáng)度H成正比，取上部電極16，17間的距離為4m時(shí)從實(shí)驗(yàn)中得到的常數(shù)為比例系數(shù)，求電弧12a，12b的偏向量。
圖4是使2個(gè)電源電路24，25的功率投入條件相同時(shí)電弧12a，12b的偏向情況，這時(shí)，將電弧電流與電弧長(zhǎng)度的組合按A，B，C那樣變化時(shí)，電弧12a，12b的起弧點(diǎn)42a，42b不變化。
圖5是將右側(cè)電源電路25的條件固定(電弧12b的長(zhǎng)度短、電弧電流大的狀態(tài))，利用升降裝置18調(diào)節(jié)上部電極16的上下位置以使左側(cè)電源電路24的電弧12a的長(zhǎng)度增長(zhǎng)時(shí)，如A，B，C，D所示的那樣，電弧12a的起弧點(diǎn)42a向爐中心方向變化。
因此，通過這樣使電弧長(zhǎng)度偏向，從而使起弧點(diǎn)42a在上部電極16，17之間沿橫向移動(dòng)，便可使電弧12a徑直地指向未熔化的原料11，從而可以進(jìn)一步防止原料11熔化不徹底，如果對(duì)左右2個(gè)電源電路24，25交替地進(jìn)行上述操作，在上部電極16，17的連線上，在所需要的范圍內(nèi)便可進(jìn)行均勻的功率投入，從而可以消除過熱，以更均勻的溫度進(jìn)行有效的熔化。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，爐體的形狀可以采用各種形狀，并且，在不超出本發(fā)明的技術(shù)的范圍內(nèi)，可以作種種變更。
工業(yè)上利用的可能性在熔化廢鐵等原料的直流電弧爐中，可以提高原料的熔化效率，防止?fàn)t壁損傷，可以使?fàn)t體實(shí)現(xiàn)小型化，并且可以促進(jìn)未熔化的原料集中熔化，或消除過熱點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種直流電弧爐，其特征在于具有爐體、爐蓋、2根上部電極、升降裝置、2根上部導(dǎo)體、2根下部導(dǎo)體、以及電源電路，爐體在其底部具有下部電極；爐蓋用以將該爐體的上部封閉；2根上部電極上下貫通上述爐蓋沿水平方向按指定的間隔設(shè)置；升降裝置用來支持上述各上部電極，且可使它們單獨(dú)升降；2根上部導(dǎo)體分別與上述上部電極連接，并且分別向遠(yuǎn)離對(duì)方的上部電極的方向延伸；2根下部導(dǎo)體與上述下部電極連接，并且向與上述各上部導(dǎo)體相同的方向延伸；電源電路分別單獨(dú)設(shè)置在上述一側(cè)的上下部導(dǎo)體的延伸端之間和另一側(cè)的上下部導(dǎo)體的延伸端之間。
2.按權(quán)利要求1所述的直流電弧爐，其特征在于電源電路具有整流器、檢測(cè)與該整流器連接的交流電源的電流的電流檢測(cè)裝置或檢測(cè)整流后的直流電流的電流檢測(cè)裝置、控制上述整流器的輸出電壓以使該電流檢測(cè)裝置的檢測(cè)電流值與設(shè)定電流值一致的電弧電流控制裝置、檢測(cè)上下部導(dǎo)體間的電壓的電壓檢測(cè)裝置、控制上述升降裝置的升降以使電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)電壓與設(shè)定電壓值一致的電弧電壓控制裝置，同時(shí)，還設(shè)有分別向各電弧電流控制裝置和各電弧電壓控制裝置發(fā)出設(shè)定值指令的電弧偏向指令裝置。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)有兩個(gè)在水平相互隔開并垂直延伸的上部電極(16)，(17)；分別與上部電極(16)，(17)連接并向其遠(yuǎn)離方向延伸的上部導(dǎo)體(20)，(21)；與下部電極(1)連接并與上述各上部導(dǎo)體(20)，(21)相同的方向延伸的兩根下部導(dǎo)體(22)，(23)；上下部導(dǎo)體(20)，(22)的延伸側(cè)之間和在上下部導(dǎo)體(21)，(23)延伸側(cè)之間分別單獨(dú)設(shè)有電源電路(24)，(25)，從而可使在上下部電極(16)，(1)和(17)，(1)之間發(fā)生的電弧(12a)，(12b)指向爐體(2)的中心。
文檔編號(hào)F27D99/00GK1104837SQ94190192
公開日1995年7月5日 申請(qǐng)日期1994年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月15日
發(fā)明者中島忍, 前坊勛治 申請(qǐng)人:石川島播磨重工業(yè)株式會(huì)社