CN101006752A - 操作电弧炉的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操作一电弧炉的方法，所述电弧炉具有至少一个电极，与一出钢工序。通过在出钢工序开始时不停止对所述电弧炉(1)的至少一个电极(2)的电能供应，并且在出钢工序过程中仍然向所述的至少一个电极(2)供应电能，可以使出钢工序比用传统方法操作一电弧炉(1)时开始地更早。这可以节省时间，减少电极损耗和能耗，并提高电弧炉的生产率。通过对熔料(4)在出钢工序过程中的能含量变化进行预算，可确保原钢(8)具有期望的能含量，并且避免出现过热现象。

Description

操作电弧炉的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种操作一电弧炉的方法，所述电弧炉具有至少一个电极，与一出钢工序。此外，本发明还涉及一种相应的装置。

背景技术

电弧炉主要用于熔炼和/或处理含铁填料。在电弧炉内，电能优选用于加热、熔化、过热和/或清洁填料。电弧炉内的热量是通过电弧产生的，即通过在电极之间或者在一个或一个以上电极和炉元件之间流动的电流产生热量，电弧所释放的能量被传递到电弧炉内有待熔化的填料或熔料上。

Manfred Jellinghaus(曼弗雷德·耶林豪斯)所著的“Stahlerzeugung imLichtbogenofen”(《电弧炉炼钢》，杜塞尔多夫钢铁出版有限公司，1994年出版)一书对电弧炉炼钢进行了说明。上述著作特别在第100和101页中对电弧炉的工作方式作了详细阐述。为使电弧炉达到尽可能高的生产率，可采取下列措施，即以尽可能快的速度将填料进行熔化，在整个熔化期内提供尽可能最高的电能，并且尽可能缩短没有电能供给的关闭时间或不工作时间。举例而言，书中建议：为提高电弧炉的生产率，使用功率较大的炉用变压器，或者对电弧炉所有原料的输料流进行改进。

发明内容

本发明的目的是进一步提高电弧炉的生产率。这个目的通过一种开篇所述类型的方法而达成，其中，在出钢工序过程中的至少部分时间内仍然向电弧炉的至少一个电极供应电能。

与用已知方法操作一电弧炉不同，根据本发明，在出钢工序开始之前并不停止对至少一个电极的电能供给，而是在出钢工序过程中的至少部分时间内继续向电极提供电能。由此可使出钢工序比传统操作方法开始地更早，与传统操作电弧炉方法相比采用本发明方法可以节省大量时间。电弧炉的生产率因此而得以提高，而且由于工作时间缩短，电极损耗也有所减少。

在出钢工序过程中提高电弧炉内的熔料的能含量是有利的。由此可使电弧炉的生产率得到进一步提高，同时降低总能耗。

通过由操作人员输入的方式来控制电能供给是有利的。在此情况下，只需极少的前期投入费用就可实施本发明的方法。

借助一仪表来控制电能供给是有利的。通过这种方法便无需再由一操作人员来进行特别是与电弧炉操作相关的计算和分析。

借助一构建在一控制装置内的能量与质量平衡模型来控制电能供给是有利的。由此可为操作一电弧炉提供一种反应速度极快的自动控制方法。

本发明的目的还通过一种装置而达成，该装置可用多种不同的形式实施上述方法，所述装置具有一电弧炉、一与所述电弧炉耦接的控制装置，其中，所述控制装置具有一能量与质量平衡模型，并且所述控制装置被配置成使其甚至在出钢工序过程中仍然能够对所述电弧炉的至少一个电极的位置以及对所述电极的电能供应进行控制。本发明装置的优点可以从本发明方法的优点中类推出。

附图说明

下面借助附图所示的实施例对本发明的细节及其他优点作进一步说明，其中：

图1为一电弧炉的示例性图示；

图2为使用传统方法操作一电弧炉时的电能分配示例性图示；

图3为使用本发明的方法操作一电弧炉时的电能分配示例性图示。

具体实施方式

图1显示的是一电弧炉1的一示例，所述电弧炉具有一炉体(furnacevessel)11与一具有摇架(furnace scale)的炉体基座12。在所示的示例中，所述炉体的上部布置有一炉盖5。炉盖5在所示示例中构造为活动炉盖，优选的情况下可以打开，以便例如向炉体11内送入填料。

示例中显示有位于炉体11内的熔料4。“熔料”4既指电弧炉1中的填料，也指已经熔化了的材料。此外，由填料和熔化了的材料组成的混合物也称为“熔料”4。填料例如是废铁(即含铁废料)、生铁和/或海绵铁。熔料4中通常会添加如造渣剂、助熔剂、提炼剂、增碳剂、减渣剂这样的添加剂和/或如脱氧剂和合金添加剂这样的添加剂。

在所示示例中，电弧炉1具有多个电极2，所述电极穿过炉盖5上的开口。借助于电极2和供应的电能产生电弧3，熔料4所获得的能量是通过所述电弧以热能的形式供应的。

电弧炉1例如可构造为直流电弧炉或交流电弧炉。电弧炉1优选具有一附图中未作图示的控制装置。所述控制装置具有一电极控制装置，这样可以通过调节电极2以期望的方式对电弧炉1内的功率转换进行控制。实质上通过电极2的升降可以点燃电弧3、调整电弧长度和补偿烧损。特别的，当电弧炉1内的材料正在熔化时，通常以很快的速度对电极2进行调整以至于可以防止电弧3熄灭，并且可以通过迅速提起电极2在最短的时间内补偿例如因废料塌陷而有可能出现的短路。

电弧炉1优选的具有一炉门7，通过炉门7可将炉渣6排放到(例如)一炉渣罐10中。

熔炼过程(下文中也称为“操作循环”)的最后，将精炼过的熔料4(例如原钢8)排出电弧炉1。导出精炼过的熔料4，即从电弧炉1内取出原钢8的过程称为“出钢工序”。电弧炉1中的原钢8通过所谓的出钢口13被导入一罐9内，所述出钢口在所示示例中构造为虹吸式出钢口。炉体11在上述过程中优选的为倾斜的。借助罐9(也称为“浇包”)可以在出钢工序完成后将原钢8输送至一铸造装置，例如一连续铸造设备。

图2和图3为操作一电弧炉1时的电能分配示例性图。其中，图2涉及的是电弧炉1的传统操作方法，而图3为本发明的电弧炉1的操作方法。

图2、3描绘了有效功率P_W随时间t变化的示意图。图2和图3均显示电弧炉1的一个完整操作循环内的能量分配情况，并且只显示了在时间上随后的下一个循环开始部分。时间上在前的操作循环，即附图完整显示的循环在下文中称为第一操作循环；时间上在后的操作循环，即图2和图3只显示其开始部分的操作循环在下文中称为第二操作循环。对一电弧炉1的操作通常包括多个(经常也会是大量)连续的操作循环。两个操作循环之间有可能存在额外的停工、安装和/或维护时间间隔，在力求尽可能高的利用熔炉的同时，应尽可能缩短这些时间间隔。

在第一操作循环中，在T_A1、T_A2和T_A3或T′A₁、T′A₂和T′A₃时刻向电弧炉1内加入填料。填料通常是在炉盖5打开时借助一罐笼(basket)或者铲斗而送进炉体11内。

在电弧炉1内加入填料后，在通电时段t₁、t₂和t₃，或t′₁、t′₂和t′₃内向电极2提供电能。在通电时段t₁、t₂、t₃，或t′₁、t′₂、t′₃内，熔料4在炉体11中熔化和/或接受其他形式的处理。通电时段t₁、t₂、t₃，或t′₁、t′₂、t′₃之后是断电时段t₀₁、t₀₂、t₀₃，或t′₀₁、t′₀₂、t′₀₃，在此期间不提供电能。

在最后一个通电时段t₄或t′₄内，必须确保出钢时原钢8具有足够高的能含量，且其能含量已得到恰当调整，因而可接受进一步处理。

在断电时段t₀₁、t₀₂，或t′₀₁、t′₀₂内，例如可以如上文所述的那样加入填料。至少在断电时段t₀₃或t′₀₃，即在第一操作循环的最后一个通电时段t₄或t′₄之前的断电时段内，在时间点T_P或T′_P上从熔料4中取出至少一份试样。

从时间点T₀或T′₀，即第一操作循环的第一通电时段t₁或t′₁的开始到一操作循环的倒数第二个通电时段t₃或t′₃的结束，这段时间间隔被称为熔化时间t_e或t′_e。最后一个通电时段t₄或t′₄也称为精炼时间t_f、t′_f或t″_f。

在精炼时间t_f、t′_f或t″_f内对熔料4，或对原钢8的能含量作出恰当调整是很重要的一步。在精炼时间t_f、t′_f或t″_f内也可以对熔料4进行精炼和/或净化。

第一操作循环的最后一个通电时段t₄或t′₄，即第一操作循环的精炼时间t_f、t′_f或t″_f之后是最后一个断电时段t₀₄，t′₀₄或t″₀₄，这个时段一直持续到第二操作循环的第一通电时段开始的时间点T₁及T′₁为止。从时间点T₀及T′₀，即第一操作循环的第一通电时段t₁及t′₁的开始，到时间点T₁及T′₁，即第二操作循环的第一通电时段的开始，这段时间被称为循环时间t_x及t′_x。

用传统方法操作一电弧炉1时，在出钢工序过程中并不向电极2提供电能(参见图2)。在传统的操作方法中，出钢时段t_a，即出钢工序开始的时间点T_T0到出钢工序结束的时间点T_T1之间的这段时间，全部被包含在最后一个断电时段t₀₄内。精炼能级P_f一般都远低于熔化时段t_e内的通电时段t₁、t₂和t₃内的平均能级。

如图3所示，根据本发明，在出钢工序过程中，即在出钢时间t′_a内至少在部分时间内向电弧炉1的电极2提供电能。与用传统方法操作一电弧炉1相比，用本发明的方法操作一电弧炉时，出钢过程的开始时间早了很多，这使在操作电弧炉1时节省了时间。因此与使用传统操作方法的循环时间t_x相比，用本发明的方法操作一电弧炉1时的循环时间t′_x有所缩短。

根据本发明，甚至在出钢工序过程中，即在出钢时间t′_a内，也可选择性地提高电弧炉1内的熔料4的能含量。首先，在出钢工序开始时间点T′_T0之前设定熔料的能量状态，利用一熔化控制装置和/或用于能量与质量平衡的在线过程跟踪模型预先计算熔料4进一步的能含量变化，举例而言，所述熔化控制装置可以被设计为仪表。借助一熔化控制装置和/或一能量与质量平衡模型也可以预算出最佳时间点T′_T0——即出钢工序的开始时间，和最佳时间点T′_T1——即出钢工序结束时间。能量与质量平衡模型可以构建在一控制装置中。能量与质量平衡模型优选可以构建在含有电弧炉1的电极调节装置的控制装置内。作为可选方案，可设置一第一控制装置，所述第一控制装置具有一能量与质量平衡模型，并与一第二控制装置耦接，所述第二控制装置具有上述电极调节装置。作为可选或补充方案，可由一操作人员对电弧炉1的工作方式进行控制。

借助能量与质量平衡模型可对电极2的电能供应进行相应调整，从而避免炉体11和/或炉体基座12熔穿。优选的，可在出钢时段t′_a内稳定降低精炼时段t′_f或t″_f内的能级(参见精炼能级P″_f)。精炼能级P′_f或P″_f也可以例如逐步降低和/或在经历较长的恒定过程后降低。但图3没有详细显示这两个可选方案。精炼时段t′_f或t″_f内的能级在出钢时段t′_a内也可以大致保持恒定(参见精炼能级P′_f)。本发明在出钢时段t′_a内的能级变化过程的两个示例如图所示，图中描绘了在精炼时段t′_f和t″_f内的精炼能级P′_f和P″_f。

无论用本发明的方法还是用传统方法操作一电弧炉1时，一个操作循环的熔化时段t_e或t′_e内可以包括一个以上通电时段t₁、t₂、t₃，或t′₁、t′₂、t′₃。原则上也可以在一操作循环的精炼时段t_f或t′_f之前不设置熔化时段t_e及t′_e。在出钢时段t_a或t′_a之后，时间点T₁或T′₁之前的一个时间点T_B1或T′_B1上，再次向电弧炉1内加入填料。

本发明的主导思想基本可概括为：

本发明涉及一种操作一电弧炉的方法，所述电弧炉具有至少一个电极，与一出钢工序。通过在出钢工序开始时不停止对电弧炉1的至少一个电极2的电能供应，并且在出钢工序过程中仍然向所述的至少一个电极2供应电能，可以使出钢工序比用传统方法操作一电弧炉1时开始地更早。这可以节省时间，减少电极损耗和能耗，并提高电弧炉的生产率。通过对熔料4在出钢工序过程中的能含量变化进行预算，可确保原钢8具有期望的能含量，并且避免出现过热现象。

Claims (6)

1.一种操作一电弧炉(1)的方法，所述电弧炉具有至少一个电极(2)与一出钢工序，

其特征在于，

在所述出钢工序过程中的至少部分时间内仍然向所述的至少一个电极(2)供应电能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述出钢工序过程中选择性的提高一位于所述电弧炉(1)内熔料(4)的能含量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

通过由一操作人员输入的方式来控制电能供应。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

借助一仪表来控制电能供应。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

借助一构建在一控制装置内的能量与质量平衡模型来控制电能供应。

6.一种用于实施一根据权利要求5所述的方法的装置，所述装置具有一电弧炉(1)、一与所述电弧炉(1)耦接的控制装置，其中，所述控制装置包括一能量与质量平衡模型，并且所述控制装置被配置成使其即使在所述出钢工序过程中也对所述至少一个电极(2)的位置以及对所述电极的电能供应进行控制。

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