نظام القطب الكهربائي لفرن القوس المغمور
يتكون نظام القطب الكهربائي من قطب كهربائي، وحامل قطب كهربائي، وآلية رفع وخفض القطب الكهربائي، وجهاز ضغط وإطلاق القطب الكهربائي.
تعتمد معظم الأقطاب الكهربائية عملية الخبز الذاتي المستمر، والتي تتكون من غلاف إلكترود ومعجون إلكترود مملوء في الغلاف.
يتكون حامل القطب من مشبك كهربائي موصل وأنبوب نحاسي موصل وحلقة ضغط. عادة، يتم تمديد الحامل إلى غطاء الفرن أو غطاء الدخان المنخفض ومختوم بسترة ماء توجيهية (كم كبير). تعمل جميع المكونات تحت درجة حرارة عالية وظروف مجال مغناطيسي قوي، ويجب تبريدها ومقاومتها للمغناطيسية.
يُستخدم حامل القطب الكهربائي من نوع رفع البراغي بشكل شائع في الأفران الصغيرة والمتوسطة الحجم. تتكون حلقة تثبيت القطب من حلقتين نصفيتين يتم تبريدهما بالماء. من أجل لعب دور العزل المغناطيسي، يمكن استخدام الفولاذ غير المغناطيسي كمواد شبه دائرية. تم تجهيز شبه الحلقة بمسامير لتشديد المشبك الكهربائي، وعدد البراغي هو نفس عدد المشابك الكهربائية. يحتوي الجزء الخلفي من مشبك القطب على أخدود مقعر مع مادة عازلة داخل الأخدود، وعندما يتم رفع البرغي، يتم عزل مشبك القطب وحلقة تثبيت القطب.
فرن كبير وفرن مغلق يستخدم حامل قطب كهربائي من النوع الدائري المخروطي بمحرك هيدروليكي، الجزء الخلفي من مشبك القطب مع وسادة حديدية مائلة، وهو معزول بين مشبك القطب. جهاز الضغط عبارة عن غلاف مدبب بدائرة داخلية، وزاوية المخروط هي نفس زاوية لوحة الحديد المائلة على مشبك الإلكترود. يتم تثبيت الأسطوانة الهيدروليكية التي تقود الحلقة المخروطية على حامل الإمساك. عندما يتم رفع الحلقة المخروطية لأعلى، يتم تعشيق الغلاف المخروطي والحديد المائل الموجود على مشبك الإلكترود بإحكام، وذلك من أجل تشديد مشبك الإلكترود. على العكس من ذلك، عندما تقوم الأسطوانة الهيدروليكية بدفع الحلقة المخروطية إلى الأسفل، يتم فك مشبك القطب الكهربائي.
تستخدم بعض الأفران الكبيرة والأفران المغلقة حامل قطب كهربائي مدمج، وخصائصه التقنية الرئيسية هي: هيكل بسيط، وحامل قطب كهربائي مبسط وآلية ضغط وإطلاق، موثوقة في الاستخدام؛ يمكن تطبيق جهاز الاتصال وجهاز الانزلاق والتحرير على مجموعة متنوعة من أقطار مختلفة من أقطاب الخبز الذاتي؛ قذيفة القطب لا تشوه. لن يخرج القطب عن نطاق السيطرة، مما يزيد من معدل انزلاق القطب الكهربائي الآمن لعملية الصهر ذات استهلاك الطاقة العالي. ومع انخفاض تبريد القطب، يزداد موضع تحميص القطب. يتم تقليل حادث كسر القطب.
المشبك الكهربائي هو المكون الرئيسي الذي يسلم الطاقة الكهربائية إلى القطب. البلاط النحاسي مصبوب بالنحاس الأحمر ويحتوي على أنبوب مياه تبريد بالداخل. تقع كثافة التيار المسموح بها لسطح التلامس بين مشبك الإلكترود والقطب ضمن نطاق {{{{10}}}}.9~2.5A/cm²، ويبلغ ارتفاع مشبك الإلكترود تقريبًا يساوي قطر القطب، ويمكن حساب عدد مشابك القطب وفقًا لتيار كل قطب كهربائي. في المعدات الفعلية، يبلغ عدد مشابك القطب الكهربائي في الفرن الصغير 4، والفرن المتوسط من 6 إلى 8، والفرن الكبير 8. والمسافة بين مشبكي القطب الكهربائي هي 25 إلى 30 مم. تبلغ قوة تثبيت مشبك القطب الكهربائي على القطب 0.05 ~ 0.15 ميجا باسكال، ويكون ضغط التلامس من حامل القطب الكهربائي. تساعد الأقطاب الكهربائية المزودة بحامل القطب الكهربائي المدمج في تحسين تلبيد القطب الكهربائي.
يعتبر حامل القطب الكهربائي مكونًا تحت ظروف درجات الحرارة العالية، لذلك يجب تبريده بالماء. يتم تبريد حلقة تثبيت القطب الكهربائي، مشبك القطب الكهربائي، حلقة التجميع، أنبوب النحاس الموصل، الحلقة المخروطية، وحلقة الحماية بالماء. يتكون المشبك الكهربائي عمومًا من قطعتين من الحلقة، في المنتصف مع وصلة أنبوب نحاسي على شكل جسر. يتم أيضًا استخدام هيكل العارضة الفولاذية لغطاء الفرن وغطاء الدخان وباب التشغيل للفرن شبه المغلق والفرن المغلق بالكامل لتبريد الماء. يتم التحكم في درجة حرارة الماء الخارج بشكل عام عند حوالي 45 درجة.
يتكون هيكل آلية رفع القطب من شكلين: الرافعة والأسطوانة الهيدروليكية. يتم استخدام الرافعة بشكل أكبر في الفرن الكهربائي الصغير والمتوسط. يتم تشغيل الفرن الكهربائي الكبير عمومًا بواسطة أسطوانة هيدروليكية. يمكن تصميم الأسطوانة الهيدروليكية إلى نوعين: أسطوانة التعليق المكبسية وأسطوانة المقعد من النوع المكبس. مطلوب رفع القطب الكهربائي للارتفاع بشكل أسرع والهبوط أبطأ؛ تختلف سرعة الرفع حسب قدرة فرن القوس المغمور وآلية الرفع. بشكل عام، سرعة الرفع لقطر القطب الأكبر من 1 متر هي 0.2 ~ 0.5m/min، وسرعة الرفع للقطر الأقل من 1m هي 0.4 ~ 0.8 م/دقيقة.
في عملية صهر السبائك الحديدية، يتم استهلاك القطب الكهربائي الذاتي الخبز باستمرار، لذلك يجب خفض القطب الكهربائي بانتظام لتلبية طول نهاية عمل القطب الكهربائي. يتم تجهيز الأفران الصغيرة في الغالب برأس قطب كهربائي أو شريط فولاذي على غلاف القطب العلوي لحامل القطب الكهربائي. يتم فك مشبك الإلكترود قليلاً عن طريق الضغط والإفراج عن حامل الإلكترود، ويمكن إكمال عملية الضغط والإفراج عن الإلكترود عن طريق رفع حامل الإلكترود بواسطة رافعة الإلكترود. هناك العديد من الأشكال الهيكلية لجهاز ضغط وإطلاق القطب الكهربائي، والأشكال الثلاثة المستخدمة بشكل شائع هي نوع الكتلة ونوع الحزام ونوع الوسادة الهوائية. يجب أن يكون لطريقة ضغط وإطلاق القطب الكهربائي وظيفتان: التحكم اليدوي والتحكم التلقائي في البرنامج. يتم استخدام فرامل نوع الكتلة ونوع الحزام في الغالب لسعة الفرن التي تزيد عن 20000 كيلو فولت أمبير في فرن القوس المغمور. يتم استخدام الفرامل من نوع الكيس الهوائي في الغالب في جهاز ضغط وتحرير القطب الكهربائي لفرن القوس المغمور بقدرة أقل من 20000kVA.
