CN101529191B - 熔炉，特别是电弧炉 - Google Patents

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Abstract

为了设计可变的熔炉腔体的容纳空间，使其能够适应不同填料(轻质碎屑、重质碎屑)的多种体积，来获得熔炉所需的出钢水重量，圆柱形的上部熔炉腔体部件(102)包括一个第一下部(105)和一个第二上部(106)圆柱形部分，其中一个重叠在另一个上，通过至少一个升降装置(21/1，21/2)构成可以相对另一部分伸缩移动的结构。

Description

熔炉,特别是电弧炉
本发明涉及一种熔炉，特别指一种电弧炉，其熔炉腔体由一个下部腔体部件和一个圆柱形的上部腔体部件组成，用来容纳熔炼填料，尤其是金属碎屑，其熔炉腔体盖由一个盖子支撑结构来支撑。
传统的熔炉需要两到三次填料操作来达到熔炉的出钢水重量，即熔炉出钢水时熔化液态金属的重量。这意味着熔炼过程至少会中断一次，必须再次打开熔炉腔体盖填入一料篮碎屑，从而导致了浪费，且延长了冶炼周期。
对于电弧炉，熔炉腔体的高度由伸入腔体内部的电极的允许长度来决定的。如果电极长度超过3到3.5米，作用在电极上的洛仑兹力会使电极经常损坏，使得熔炼过程中断。电极必须被浸没，尤其在精炼过程中，电弧在浴炉的上表面燃烧，如果要避免由电极损坏引起的中断的话，熔炉腔体的高度需要被通过盖子插入的电极的允许极限长度限制。
填料的体积由其密度决定。如果是熔化轻质碎屑(金属切屑)，和重质碎屑相比，需要更大的体积来获得熔化金属的出钢水重量。熔炉腔体的容纳空间需要适合于这些不同的体积来匹配熔炉的操作条件，以满足原料供给。
在文献TRENKLER H：“ENERGY-SAVING DC TWIN SHELL ARC FURNACE FORMELTING LOW-GRADE SCRAP”ABB REVIEW，ABB ASEA BROWN BOVERI；ZURICH，CH，No.9/10，Pages 18-27，XP000681512，ISSN：1013-3119中公开了权利要求1前序部分所述熔炉。介绍了一种节能直流熔炉，只需要一次填料操作就可以获得出钢水重量(一次料篮填料)。这是靠增大熔炉腔体的体积实现的。为了这个目的，通过加长圆柱形的上部熔炉部件，使熔炉与那些熔炼过程至少会中断一次来进行填料操作达到出钢水重量的熔炉相比，熔炉腔体高度增加了。在所述熔炉中，上部熔炉部件的高度和熔炉总体积的增加，使得密度只有约0.6吨/立方米的轻质碎屑也只需要进行一次料篮填料。所述直流熔炉中，增加圆柱形的上部熔炉部件的高度使得电极升起高度达到8.5米。为了避免过大的动量，电极支撑臂采用铝制成，并自行支撑。圆柱形上部熔炉部件的水冷板沿圆柱轴方向被分成两段。操作熔炉将具有更大的灵活性，例如当填料材料改变，不需要大体积熔炉时。
本发明的一个目的是设计可变的填料熔炉腔体容纳空间。容纳空间可以适合各种填料(轻质碎屑、重质碎屑、粒料)的熔炉出钢水重量所需的不同的体积。在电弧炉中，为了实现一次料篮填料，圆柱形上部熔炉部件的高度增加了，同时要保持电极长度，从而不需要担心由洛仑兹力造成的电极损坏。
这些目的通过具权利要求1中所述特征的熔炉实现。本发明的优选实施例见从属权利要求。
在本发明方案中，圆柱形的上部腔体部件包括一个圆柱形的第一下部分和一个圆柱形的第二上部分，其中一个重叠另一个上，构成了通过至少一个驱动装置可相对于另一部分伸缩移动的结构。根据圆柱形上部件的伸缩移动的距离，填料时熔炉腔体容纳空间的高度随之改变。这使得熔炉的容纳空间可以增大并适合各种填料，而且由于熔炉腔体的高度的可变性，对于电极通过盖子插入的电弧炉也有好处，当在熔炼过程中，填入的碎屑落到熔炼坑中，填料的高度降低时，电极支撑臂能够与盖子一起下降。电极在极限长度允许范围内，电极的顶端就可以向下移动到相对熔浴上表面所需的距离。
上部熔炉部件的上圆柱体部件能够相对于下圆柱体部件伸缩移动，且所述上圆柱体部件可设置于下圆柱体部件的内侧或外侧。作为优选方案，所述上圆柱体部件重叠设置于下圆柱体部件的外侧。
上圆柱体部件由沿熔炉腔体周围分布的升降装置支撑，使得其成为上部熔炉部件的一部分。然而，优选方案是，上部熔炉部件的上圆柱体部件连接于熔炉腔体盖的边缘部分，并可以通过升降装置相对于上部熔炉部件的下圆柱体部件做伸缩移动。
在最后所述例中，事实上，盖子升降装置需要承受更大的重量，并且盖子升降装置的行程要求大大增加，因为，所述盖子升降装置还必须具有伸缩移动能力和相对精确地垂直升降能力；然而，在具体描述中，所述包括盖子的三个限定轴承以及所述升降装置的盖子支撑结构就能实现该功能。
由于上部熔炉部件的上圆柱体部件的伸缩移动，考虑到可伸缩移动性，对于有一个单独电极升降装置的电弧炉，其电极升降装置也必须要有更大的移动行程。根据本发明的一个优选例，盖子支撑结构，特别是盖子的L型支撑部件的水平支撑足，支撑电极升降装置。可以调整合适的伸缩移动的行程，而不需要增加电极升降装置本身的行程。
考虑到电极在腔体中可能浸没一定深度，优选地，盖子是扁平结构而不是典型向上弯曲的。这时所需的稳定性可以通过盖子上的加强筋来增强。
以下将结合具体实施例和9个附图队本发明作进一步的说明。
图1是实施例1所述装置的部分剖开的透视图，其中上部熔炉部件的可伸缩移动的上圆柱体部件处于下降后状态；
图2是实施例1中所述装置沿图3中II-II剖切方向的侧视图；
图3是本具体例的俯视图；
图4是与图2对应的，当上部熔炉部件的可伸缩移动的上圆柱体部件处于升起后状态的视图
图5与图6分别是图2和图4中圆圈标记V和VI处的局部放大剖视图。
图7是本发明另外一个实施例所述装置沿图8中VII-VII剖切方向的部分剖视侧视图；
图8是图7实施例的俯视图，以及
图9是图7所示装置，当上部熔炉部件的上部件升起时的视图。
一种用来熔化像钢屑这类含铁材料的熔炉，包括一个顶部通过盖子2封闭的熔炉腔体1。为了熔炼和精炼工艺，一种电弧炉内的一个电极(直流电弧炉)或者三个电极3，4，5(三相交流电炉)可分别通过开口6，7和/或另外未表示出来的开口插入到熔炉腔体的内部。通常，盖子上有一个与排气管连通的排气口9。另外，底座上或者腔体上的凸台10上一个出钢水开口11，工作开口12则位于腔体相反一侧的壁面上。熔炉腔体1按照传统方式制成倾动式的。所述熔炉和/或电弧炉的特征由于是公知的，所以不再进一步的详细说明和/或不以一种详细的方式描述。
当将需要熔化的原料准备从上方填入腔体时，盖体和电弧炉中的电极必须先从腔体上移开才能进行填料操作。因此，本实施例中所述装置还设有一个盖体升降与旋转装置13以及一个电极升降装置14；在本实施例中，所述电极升降装置14是整合在盖体升降与旋转装置13中的。
用来升起、降低和旋转熔炉腔体1上的盖体2的盖体升降与旋转装置包括一个设置于熔炉腔体1一侧的旋转门架15；所述旋转门架15可以通过平行于熔炉腔体1的垂直中心线16设置的导向轴17上的旋转轴承18进行旋转，采用一个没有图示出来的驱动装置围绕导向轴17进行旋转。旋转门架(见图2)侧视是一个L型形式的，包括一个支撑旋转轴承18的水平支撑足15/1和一个支撑在滚轮19上的垂直支撑足15/2。
在本例中，盖子升降与旋转装置13包括一个L型支撑部件20，这是一个由水平支撑足20/1和垂直支撑足20/2构成的盖子支撑结构。支撑部件20可以通过至少一个升降装置进行升降。图示的具体例中，有两个升降装置，即一个后升降装置21/1(见图2)和一个前升降装置21/2(见图1)。升降装置21/1和21/2分别水平间隔布置在旋转门架15和盖子支撑结构13之间。在这个特例中，它们分别布置在旋转门架15中垂直支撑足15/2的支架15/22和L型支撑部件20的水平支撑足20/1之间。在图2中，后升降装置21/1的支架在图示没有表示出来，结构类似于，并对称于图示中前升降装置21/2的支架15/22和20/13。
为了把旋转门架15的转动传递给L型的支撑部件20，支撑部件20的垂直支撑足20/2通过连接装置22与旋转门架15的垂直支撑足15/2相连，并随之进行旋转。在本例中，连接装置22由L型支撑部件20中垂直支撑足20/2上的一个垂直套23和属于旋转门架15垂直支撑足15/2上的一个连接台24构成，并在垂直套23处连接。盖子支撑部件20的垂直升降导向是通过支撑足20/2底部的一个轴承25进行；能旋转及沿轴向移动的轴承25实现了导向轴17与盖体支撑部件20的连接。
电极升降装置14包括三个升降柱26，27，28，其分别用来支撑电弧炉电极3，4，5的三个支撑臂29，30，31和盖体支撑结构13，特别是L型支撑部件20的水平支撑足20/1。电极升降装置14为已有结构形式，所以不再进一步解释。
在已有结构中，因为升降装置21/1，21/2不和盖子支撑结构的末端接触，而是与盖子支撑结构的水平支撑足20/1接触，而且与L型支撑部件20的轴承25也有间隙，并且与升降柱26，27，28的支撑点接近，从而在升起盖子支撑结构13时，盖子支撑结构13的弯曲应力比已有结构极大的降低。在本方案中，支撑部件20，即垂直支撑足20/2和支撑部件的轴承25在远离熔炉盖一侧的部分，形成了一个与熔炉盖或者支撑部件中电极支撑装置相反的载荷，如果有电极支撑装置的话。
在图示的具体例中，L型支撑部件20的水平支撑足20/1在俯视图上是U型的，两个支撑臂20/11和20/12(cf.图1与图2)通过底座部件20/10连接；支撑臂20/11，20/12分别相对于盖子2的第一直径轴32对称分布。
支撑部件20的支撑臂20/11和20/12仅部分越过盖子2，在本例中没有完全到达垂直于盖子第一直径轴32的第二直径轴33处，盖子悬挂装置34，35分别靠近支撑部件20支撑臂20/11和20/12的自由端，盖子悬挂装置34，35首选地是可分离结构的。在本例中，盖子上有螺孔，能够插入可以通过促动装置安装的螺栓，螺栓装在支撑部件20支撑臂20/11和20/12的自由端。由于盖子的悬挂不对称，在盖子的边缘区域必须有一个盖子固定装置；在本例中的盖子固定装置由一个属于支撑部件20水平支撑足20/1底座部件20/10底部的支撑凸台36构成；凸台36与盖子悬挂装置34和35一起形成了一个对盖子稳定的三点支撑，从而可以准确的垂直升起盖子。
更换盖子时，在盖子2靠在熔炉腔体边上时，松开盖子悬挂装置34和35的螺栓；支撑部件20通过升降装置20/1和20/2进行升降，然后通过旋转门架15转到一边。
本发明中的熔炉，由下部熔炉部件101和一个圆柱形的上部腔体部件102构成的熔炉腔体是可增大的，对于需要熔化的填料有多种容纳空间103。为了这个目的，圆柱形上部腔体部件102包括：一个安装在腔体底座部件101上，可用液体冷却的典型壁面部分104，除此之外，还有下圆柱形部分105和重叠在下圆柱形部分105上，可以相对于下圆柱形部分105进行伸缩移动的上圆柱形部分106。为了这个目的，上部腔体部件102的上圆柱体部分106连接于熔炉腔体盖子2的边缘部分，并可以通过与盖子支撑结构20接触的盖子升降装置，即通过升降装置21/1和21/2相对于上部腔体部件102的下圆柱体部分105进行伸缩移动。因此，盖子升降装置15/1和15/2必须有相应的大行程。其行程必须要足够大使上部腔体部件102的属于盖子边缘部分的上部分106能够上升到下部腔体部件105的上边缘以上，使得盖子可以转动来进行填料。关于向腔内填料，特别是盖子2是扁平结构时，最好是在当上部腔体盖102的上圆柱体部分106的下边缘上升到下圆柱体部分105的上边缘上方约0.3米到0.8米时。
图4表示熔炉的上圆柱体部分106升起的状态。图5和6是图2和4中剖面V和VI的放大剖视图，使这两个位置被表示得更清楚。明显的，在这里下部分105的上边缘有一个环形凸边107，作为伸缩移动的导向部件。在这个位置，或其他额外的位置也可以有导向块或类似的导向部件。
尽管上腔体部件102由三个圆柱体壁面部分104，105和106组成，在本例中，两个固定的壁面部分104和105可以合并成为一个固定的壁面部分，例如，在图7和图9中的两个具体例。
另外，上壁面部分106和下壁面部分105之间可伸缩移动的结构可以为，上壁面部分106不在下壁面部分105之外进行伸缩移动，即如图所示的具体例中，覆盖下壁面部分105，而是在下壁面部分105的内部，这种变化没有图示出来。
当填充增大容纳空间的熔炉腔体后，即根据图4中上部分106升起时，熔炼过程中的熔炼坑通过电极在填料材料中的燃烧形成；填料落入熔炼坑中，盖子可以降下来，因此，电极也可以降低下来。电极顶端和下部腔体部件内熔浴(未表示出)之间的垂直距离可以缩小到图2中所示的位置。
在图7和图9所示的具体例中，上部腔体部件106不属于盖子2的边缘部分，而是由四个分布在熔炉腔体1周围的升降装置108进行支撑。除此之外，结构与第一个具体例中的结构相同，可以参考这个具体例中的解释。

Claims (17)

1.一种熔炉，具有一个熔炉腔体(1)，该熔炉腔体(1)由一个下部腔体部件(101)和一个圆柱形的上部腔体部件(102)组成，以容纳需要熔炼的填料；熔炉腔体盖子(2)由一个盖子支撑结构(13，20)支撑，其特征是圆柱形上部腔体部件(102)包括一个第一下部圆筒形部分(105)和一个第二上部圆筒形部分(106)，一个重叠在另一个上，也即第二上部圆筒形部分(106)设置于第一下部圆筒形部分(105)的内侧或外侧，通过至少一个升降装置(21/1，21/2，108)构成了能相对伸缩移动的结构；所述上部腔体部件(102)的第二上部圆筒形部分(106)连接于熔炉腔体盖子(2)的边缘部分。
2.根据权利要求1的熔炉，其特征是上部腔体部件(102)的第二上部圆筒形部分(106)重叠在上部腔体部件(102)的第一下部圆筒形部分(105)上，也即第二上部圆筒形部分(106)重叠设置于第一下部圆筒形部分(105)的外侧。
3.根据权利要求1的熔炉，其特征是所述升降装置(21/1，21/2，108)为盖子升降装置(21/1，21/2)，所述第二上部圆筒形部分(106)通过作用于盖子支撑结构(20)的盖子升降装置(21/1，21/2)，相对上部腔体部件(102)的第一下部圆筒形部分(105)进行伸缩式移动。
4.根据权利要求3的熔炉，其特征是上部腔体部件(102)的第二上部圆筒形部分(106)的下边缘可以上升到第一下部圆筒形部分(105)的上边缘上方大约0.3米到0.8米。
5.根据权利要求1至2之一的熔炉，其特征是在上部腔体部件(102)第一下部圆筒形部分(105)的上边缘至少有一个导向部件(107)，用来对上部腔体部件(102)的第二上部圆筒形部分(106)进行伸缩导向。
6.根据权利要求1至2之一的熔炉，其特征是腔体盖子(2)为带有加强筋(110)的扁平结构。
7.根据权利要求1至2之一的熔炉，其特征是支撑腔体盖子(2)的盖子支撑结构(13，20)可以沿导向轴(17)进行轴向移动，导向轴平行于熔炉腔体(1)的中心垂直轴线(16)，并布置在熔炉腔体(1)的一侧，盖子支撑结构(13，20)通过所述至少一个升降装置(21/1，21/2)进行升降。
8.根据权利要求7的熔炉，其特征为盖子支撑结构(13，20)的所述至少一个升降装置(21/1，21/2)支撑在旋转门架(15；15/1，15/2)上，旋转门架布置在熔炉腔体(1)的一侧，旋转门架向盖子支撑结构(13；20)的所述导向轴(17)施加转动载荷，通过一个驱动装置绕导向轴(17)旋转；支撑腔体盖子(2)的盖子支撑结构(13；20)通过一个连接装置(22；23，24)与旋转门架(15；15/1，15/2)相连，并随之绕所述的导向轴旋转。
9.根据权利要求7的熔炉，其特征是盖子支撑结构(13；20)上有一个可以绕所述导向轴(17)旋转的轴承(25)。
10.根据权利要求7的熔炉，其特征是盖子支撑结构(13)由一个L型支撑部件(20，20/1，20/2)构成，其中至少有一条水平支撑足(20/1)仅部分地越过腔体盖子(2)。
11.根据权利要求10的熔炉，其特征是在靠近L型支撑部件(20)水平支撑足(20/1)自由端上有盖子悬挂装置(34，35)，其分别布置在腔体盖子(2)的直径轴(32)的两侧，在腔体盖子(2)边缘上的区域有一个盖子固定装置(36)。
12.根据权利要求7的熔炉，其特征是盖子悬挂装置(34，35)由螺栓和螺孔连接组成，能够由促动装置来安装。
13.根据权利要求7的熔炉，其特征是盖子支撑结构(13，20)至少支撑一个电极升降装置(14)。
14.根据权利要求1或2的熔炉，其特征是熔炉为带有一个或三个穿过熔炉腔体盖子(2)的电弧电极(3，4，5)的电弧炉。
15.根据权利要求1或2所述的熔炉，其特征在于所说的需要熔炼的填料是金属碎屑。
16.一种熔炉，具有一个熔炉腔体(1)，该熔炉腔体(1)由一个下部腔体部件(101)和一个圆柱形的上部腔体部件(102)组成，以容纳需要熔炼的填料；熔炉腔体盖子(2)由一个盖子支撑结构(13，20)支撑，其特征是圆柱形上部腔体部件(102)包括一个第一下部圆筒形部分(105)和一个第二上部圆筒形部分(106)，一个重叠在另一个上，也即第二上部圆筒形部分(106)设置于第一下部圆筒形部分(105)的内侧或外侧，通过至少一个升降装置(21/1，21/2，108)构成了能相对伸缩移动的结构；所述升降装置(108)分布在熔炉腔体(1)的周围，用来升起和降低上部腔体部件(102)的第二上部圆筒形部分(106)，所述上部腔体部件(102)的第二上部圆筒形部分(106)不连接于熔炉腔体盖子(2)的边缘部分。
17.根据权利要求16的熔炉，其特征是，所述上部腔体部件(102)的第二上部圆筒形部分(106)重叠在上部腔体部件(102)的第一下部圆筒形部分(105)上，也即第二上部圆筒形部分(106)重叠设置于第一下部圆筒形部分(105)的外侧。
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