Результат интеллектуальной деятельности: ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ НАГРЕВАТЕЛЬ

Известны погружные электродуговые нагреватели, содержащие корпус, подвижный и неподвижный электроды и механизм автоматической подачи подвижного электрода. Такие нагреватели не позволяют стабилизировать электрическую дугу.

В предлагаемом нагревателе с целью стабилизации электрической дуги корпус выполнен замкнутым с газоотводящими трубками, вращающимся вокруг; своей оси с помощью привода, и снабжен дном, на котором укреплен неподвижный электрод.

На чертеже показан погружной электродуговой нагреватель.

Он включает металлический корпус 1, вращающийся вокруг своей оси и содержащий горловину 2, головку с шейкой 3 и дно 4. Неподвижный графитированный нижний электрод 5 зажат в гнезде дна 4 и обеспечивает электрический контакт. В нагреватель входят также подвижный верхний графитированный электрод 6, токонесущая металлическая штанга 7, в которой с помощью, например, цангового устройства 8 закрепляется электрод 6, сальник 9 и направляющая втулка 10 из аллунда, две газоотводные трубки 11 для отвода газов из головки нагревателя, электрод заземления 12 и регулируемое индуктивное сопротивление дросселя 13. Подвижный контакт 14 необходим только в том случае, если нагреваемая среда не является проводником тока. Электропривод 15 служит для подъема нагревателя, электропривод 16 - для вращения нагревателя. Кроме того, есть электропривод для регулирования; по высоте верхнего электрода 17, крышки 18, люка 19, футеровки 20.

С помощью электропривода 15 корпус нагревателя опускается в нагреваемую среду 21 на необходимую глубину. Благодаря электроприводу 17 электрод 6 сводится до соприкосновения с нижним электродом 5. Электрическая цепь оказывается замкнутой через дроссель 13 и расплав или проводящую нагреваемую среду. Для ограничения тока на период пуска включается максимум индуктивного сопротивления. От сети ~U потечет ток, и электроды на концах разогреются. Затем после разведения электродов на небольшую величину зажигается короткая электрическая дуга. Далее электроприводом 16 включают вращение корпуса нагревателя, после чего уменьшением индуктивного сопротивления дросселя 13 устанавливают в цепи нужную силу тока (контролируется по амперметру) электрической дуги и нужную ее длину, разводя электроды 5 и 6. Образованная таким путем электрическая дуга и является источником тепловой энергии нагревателя. Тепло дуги с помощью конвекции газов в головке корпуса, а также теплоизлучения и теплопроводности передается на корпус головки и далее нагреваемой среде.

Осевое вращение корпуса нагревателя (примерно 1000 об/мин) стабилизирует устойчивость горения дуги, улучшает условия теплопередачи от корпуса нагревателя к нагреваемой среде, а также способствует отделению углекислого газа CO₂ и сосредоточению его у стенок корпуса, что сокращает износ электродов.

При работе нагревателя невозможен приток в него воздуха из атмосферы благодаря избыточному давлению, в результате резко снижается износ электродов за счет их обгорания. Тем не менее, возможен износ электродов за счет реакции

Принято считать, что при температуре выше 1000°С реакция идет справа налево, при температуре ниже 1000°С - наоборот. В зоне электрической дуги вследствие взаимодействия кислорода, оставшегося в корпусе, с раскаленным электродом, будет образовываться газ СО. У стенок СО превращается в CO₂, так как температура у стенок с выпадением сажистого углерода ниже 1000°С. CO₂, попадая в зону дуги, распадается на СО и О. Кислород вновь взаимодействует с электродами, образуя СО и изнашивая электроды. Затем СО вновь у стенок превращается в CO₂ и т.д. Хотя свободного кислорода в нагревателе может и не быть, за счет реакции будет наблюдаться непрерывный износ электродов.

Вращение корпуса нагревателя способствует сепарации CO₂ на стенках с последующим удалением его из головки с помощью газоотводящих трубок 11. Для уменьшения притока воздуха из атмосферы выходные концы трубок заглубляются в нагреваемую среду. Уплотнение корпуса нагревателя, газоудаление совместно с вращением корпуса создают условия для длительной работы графитированных электродов.

Вращение корпуса нагревателя позволяет также минимум в два раза увеличить снимаемую мощность с единицы поверхности головки нагревателя по сравнению с неподвижными за счет улучшения условий теплопередачи. Поэтому в предлагаемых нагревателях поверхностная мощность может быть доведена до 80-100 вт/см². Размеры головки нагревателя обеспечивают передачу от нее расплаву большой мощности. При сохранении неизменной поверхностной мощности мощность всего нагревателя будет пропорциональна поверхности его головки, т.е. будет примерно пропорциональна квадрату геометрического размера (квадрату диаметра головки).

В верхнем электроде в токонесущей штанге предусмотрены осевые отверстия 22, заглушаемые болтом 23, для периодического измерения длины нижнего электрода с помощью металлического щупа (при отключении установки).

Для смены электродов нужно вынуть весь нагреватель и снять дно головки 4. Верхний электрод можно заменить, не разбирая нагревателя. Для этого он должен быть лишь поднят вверх через сальник 9. Электроды могут быть выполнены не только из графита, но и из вольфрама с присадкой легко ионизирующихся материалов.