CN102362137B

CN102362137B - 电弧炉

Info

Publication number: CN102362137B
Application number: CN200980158314.1A
Authority: CN
Inventors: 斯特凡诺·米亚尼; 布鲁诺·鲁比奥
Original assignee: SMS Concast Italia SpA
Current assignee: SMS Concast Italia SpA
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: US9500410B2; RU2495941C2; WO2010113189A1; CN102362137A; RU2011139476A; US20120134384A1; EP2414760B1; BRPI0924645A2; BRPI0924645B1; ES2633466T3; EP2414760A1

Abstract

本发明涉及一种电弧炉(4)，该电弧炉(4)包括：适于容纳熔化的钢的室(8)；适于覆盖室(8)并容纳大量废钢的顶部(12)；适于熔化该大量废料的电极(16)；以及位于基部(24)上的支承装置(20)。后面的装置(20)用于支承室(8)并且容许室(8)绕水平的旋转轴线(X-X)摆动。顶部(12)和室(8)对应于相应的接合壁(30)而相配对地形成轮廓，以构建关于旋转轴线(X-X)的回转型联接。顶部(12)在室(8)的摆动期间相对于基部(24)保持固定并且相对于室(8)保持在关闭位置中。

Description

电弧炉

技术领域

本发明涉及一种优化用于连续进给运作的电弧炉。

背景技术

众所周知，如今通过三个基本过程来生产钢。

第一过程被称作综合周期或初级炼钢。此处，含铁矿物(通常为氧化铁，特别是Fe₂O₃)借助于鼓风炉转化为生铁，该含铁矿物在该鼓风炉中与焦炭和其他添加剂(主要为CaCO₃)接触。在鼓风炉下游，生铁被煅制以减小碳的百分比，并且因此将其转变成钢。

炼钢中的第二周期——称为二次炼钢——从废料开始以使其再生并获得新钢。该炼钢的中心为电弧炉(EAF)，废料在该电弧炉中被熔化。在电炉下游，后继的煅制加工导致半成品。

随后，存在中间过程，该中间过程在于使氧化铁直接还原为精炼铁而没有后者的熔化。这样获得所谓的海绵铁，也称为直接还原铁(DRI)。随后，该海绵铁能够被煅制以移除杂质(例如，惰性元素的夹杂物)并形成热压铁(HBI)，利用该热压铁来进给二次炼钢周期。

目前，全球的钢生产在初级炼钢和二次炼钢之间平均地分配，而利用原材料直接还原生产的钢的量明显少。

上述过程中的每一个均具有其优缺点。例如，初级炼钢因鼓风炉和用于原材料供应的必要基础设施的成本而要求相当大的初始投资。另一方面，鼓风炉具有相对低的管理成本和很大的生产能力，为大约一天几千吨生铁的量级。

此外，从初级炼钢获得的钢通常具有极好的品质并且优选地用于许多用途。例如，在像汽车产业之类的战略重要性的领域中，鼓风炉钢是明显优选的。实际上，在汽车制造中，相对薄的板金属的煅制和相当窄的曲面的构造必须给出美学合意的结果。这些特征通过使用鼓风炉钢而得以保证。

二次炼钢实际上基于比鼓风炉小的设备。由此单独的设备需要较少的初始投资，但具有较低的生产能力，通常为一天几百或几千吨钢的量级。

普通的EAF基本上包括收集熔化的钢的下室、由冷却板组成并产生待装载材料的上室、三个电极经其进入炉中的可伸缩顶部、以及排气吸气系统。

电弧炉相对于鼓风炉具有相当多的优点。首先，电弧炉主要以废料进行进给，由此在回收原材料方面发挥重要的作用，从而具有明显的环境优点。此外，EAF在过去的四十年中已经连续地发展成极其有效的系统。特别地，已经具有在能量效率方面的逐步提高和在管理成本和环境影响方面的持续降低。

但是，二次炼钢的这些不容置疑的优点受到某些负面方面的影响，其中首要的方面是由于在电弧炉中发生的正常熔化周期涉及到炉不运作的断电时间的事实。

目前，EAF的平均周期从一次出钢到另一次出钢为大约40分钟-60分钟。在单个周期中，炉平均熔化两个或三个进给料篮的容纳物。

对每个料篮的容纳物的进给需要断开并移除电极，并且提升炉的可伸缩顶部。这些操作涉及到为周期持续时间的大约10％至20％的总停电时间。

此外，每个料篮的体积几乎等于炉的体积。实际上，一定质量的废料占据的体积远大于其处于熔融钢状态时占据的体积(大约为十倍)。

这就是为什么众所周知类型的电炉在用于收集熔化的钢的盆的上方包括上室，该上室用于在每次装载时加入大体积的废料。尽管盆具有耐火内衬，但上室通常为合适冷却的金属板。应当指出，被引入到炉中的总能量的大约10％至15％呈用于冷却被冷却的部件的热的形式而移除和散失。

最后，在出钢时，众所周知类型的电炉向上倾斜以通过特定的孔倒出熔化物。在该操作中，顶部保持关闭以避免过多的热散失。在出钢期间，顶部保持关闭，并且电力供应被切断。

考虑到前述，在众所周知类型的炉中，顶部上的排气系统入口的位置被限定至仅一个位置。其必须放置成使得与炉的排气吸气管下游的套管的轴线一致。该构型防止管道在出钢期间维持其位置。

应当指出，排气系统带走从料篮装载到炉中的质量的大约2％。灰尘、很轻的碎屑以及很小的金属碎片可以与排出气体一起被容易地吸入。这意味着产钢的明显损失和用于吸入设备过滤器的极其繁重的工作条件。

存在用于装载炉的不利用料篮而利用诸如机械装载器、传送带之类的连续进给系统的众所周知的解决方案。炉装载点位于上室中，由此从炉的侧面或从上面通过顶部装载上室。

虽然凭借这些解决方案，不再需要打开顶部以用于装载，但是机械装载器或传送带——以及某些情况下的电极——在出钢的时刻必须被移除以避免干扰。

此外，除了前面描述的机械困难之外，如果炉进给口位于侧面，则因待熔化的材料的侧向位置(不对称)而导致明显的热不平衡。而且因为装载口接近熔化物的水平，所以其不但经受相当大的热载荷而且在炉内发生的不受控制的反应期间经受熔渣填充的风险。在通过顶部进行装载的情况下，存在其他问题，比如：装载位置靠近排气入口、废料落下的高度导致熔融材料的喷射、以及顶部的相当大的设备工程困难，我们还记得，该顶部在进行出钢和除渣操作期间必须与炉一起旋转或回转移动(roto-translate)。此外，装载口接近排气入口增大了被吸出的细粒材料的百分比。

发明内容

由此，本发明的目的是产生一种电弧炉，该电弧炉克服就现有技术的情形所指出的问题。

通过根据权利要求1所述的电弧炉实现该目的和这些任务。

附图说明

通过下面参照附图对作为示例而非限制性的实施例的某些示例的描述，本发明的其他特征和优点将变得更加明显，附图中：

图1是根据本发明的一实施例的电弧炉的立体图；

图2是图1中的炉从图1的箭头II这侧看去时的立体图；

图3是图1中的炉的立体图，其中，某些方面已经被略去以突出炉的若干细节；

图4和图5是图1中的炉的若干细节的局部截面立体图；

图6和图7是图1中的炉的细节的立体图；

图8是图1中的炉处于正常运作的操作构型时的立体图；

图9是图8中的炉处于出钢的操作构型时的立体图；

图10是图8中的炉处于除渣的操作构型时的立体图；

图11是图1中的炉处于顶部打开和运动的构型时的立体图；

图12是根据实施本发明的另一形式的炉的分解立体图。

具体实施方式

参照附图：附图标记4表示用于熔化废钢的整个电弧炉(EAF)。

炉4包括用于熔化的钢的室8和顶部12，顶部12与室8接合并且覆盖室8，而且容纳大量的废钢。室8优选地内衬有耐火材料以用于容纳熔化的钢。

炉4还包括至少一个电极16以供给用于熔化大量废钢的热。根据一可能的实施例，炉4可以包括至少一个注射装置18。

优选地，炉包括多个电极16，例如，三个类似于三角形的顶点布置的电极16，这三个电极16截开室8的内部体积以供应用于熔化钢的热。

炉4包括位于基部24上的用于室8的支承装置20。支承装置20适于支承室8并且还允许室8绕旋转轴线X-X摆动。优选地，位于基部24上的支承装置20仅支撑室8并且适于允许室8摆动以用于出钢和除渣。换言之，支承装置20在旋转期间仅支承室8，而顶部与支承装置20机械地独立或与支承装置20分开。此外，顶部12在室8的摆动期间相对于基部24保持固定。有利地，在室8的摆动期间，室8的旋转轴线X-X相对于基部24保持固定。

有利地，顶部12和室8对应于相互的接合壁30联接，该相互的接合壁30产生对在室8中形成的熔化气体的气密密封。

有利地，如下面更好描述的，顶部12和室8对应于所述接合壁30而彼此相配对地形成轮廓，以构建关于室8的旋转轴线X-X的回转(rotoidal)型联接，使得在使顶部12相对于基部24保持固定的情况下能够实现室8绕旋转轴线X-X摆动以有利于出钢和/或除渣操作。

根据一可能的实施例，接合壁30遵循于球面或圆柱面，该球面或圆柱面的线平行于室8的所述旋转轴线(X-X)。

优选地，在室8和顶部12的接合壁30之间，存在分别适应热变形和机械变形的空腔或间隙32。优选地，为了将不可避免地形成在顶部上的熔渣硬壳移除，室的末端部或接合部形成为使得利用切割动作(刺穿)来移除熔渣。

在根据本发明的炉1中，顶部12形成为使得在室8静止以用于熔化周期时和在室8旋转以用于出钢和/或除渣时均保持距室8的接合壁的顶部的恒定距离。

顶部12与室8的壁之间的预定距离是使得保证用于在炉内形成的气体的充分密封、并且同时允许炉自身的运作周期中的通常的膨胀。

根据一可能的实施例，对应于所述接合壁30中的至少一个，存在锁定导向部以进一步限制从室8的气体的逸出和扩散。

根据按照本发明的炉4的某些实施例，炉4的平面轮廓和电极16的位置依据确保热在室8内正常加载的几何图形来限定。

例如，根据本发明的炉4的平面轮廓，特别是室8和顶部12的平面轮廓优选地具有圆形的、椭圆形的或拟椭圆形的形状。拟椭圆形状可以是例如借助于椭圆近似但包括不同半径的圆弧和/或相互连接的直线段的形状。

电极16对应于室8的取决于其几何形状的热重心设置。例如，在圆形状的情况下，电极16设置在室8的平面轮廓的中心附近(对于三相炉，电极设置在等边三角形的顶点处)，而在椭圆形状的情况下，电极16设置成例如靠近室8的椭圆形平面轮廓的焦点(对于三相炉，电极设置在等腰三角形的顶点处)。

支承装置20在室自身旋转期间确定用于室8的固定的旋转轴线X-X。

有利地，所述旋转轴线X-X位于炉4的基部24与室8的接合壁30之间。

例如，支承装置20包括周边框架36，该周边框架36围绕室8并使室8绕旋转轴线X-X被悬挂。

根据一个实施例，周边框架36包括安装在适当的支承件上的一对旋转销40。旋转销40限定了室8的旋转轴线X-X。

具体地，所述旋转轴线X-X设置在比所述接合壁30低的高度处，并且在周边框架36的下方。

炉4还包括适于使室8相对于支承装置20旋转的马达。

根据一个实施例，马达包括至少一个气缸-活塞单元44，该至少一个气缸-活塞单元44操作上连接至周边框架36以使室8绕所述旋转轴线X-X旋转。

由此，室8能够从对应于使熔化物出炉的出钢位置(图9)旋转到相对的除渣位置(图10)，所述两个位置关于室8的旋转轴线相对。

优选地，顶部12能够从用于关闭室8的降低的位置移动到用于将一篮待熔化的材料加入到室8中的提升的、平移的或旋转的位置。实际上，可能必须引入不能再分解的废料，比如，例如较大的单片件。此外，如果顶部12能够被打开，则其有助于对必需进入炉的内部例如用于维修等的场合。

为此，顶部12配备有提升装置48，该提升装置48适于使所述顶部12相对于室8提升和/或转移。优选地，提升装置48在炉4的整个运作期间利用相关的附件来支承顶部12。由此顶部由所述提升装置48而非由支承装置20支承，该支承装置20替代地支承室8。

因此，顶部12的提升装置与室8的支承装置20机械地和运动学地独立，由此室8与顶部12也机械地和运动学地独立。

还可能安装用于顶部12的支承框架49，在该支承框架49上，提升装置48安装在轨道上以通过外部致动器来引导转移。根据另一实施例，支承框架49可以旋转以允许对室8和篮的接近、或者用于维修工作。

根据一个实施例，提升装置48包括液压缸和活塞。

优选地，顶部12包括电极16和相关的支承件。

优选地，顶部12还包括排气吸气装置56。

优选地，顶部12包括用于向室8进给废料、DRI/HBI等的至少一个进给口60。

例如，进给口60对应于排气吸气装置56设置，以便将所述排出气体传送到待熔化的废料上，从而在所述废料进入室8中之前对其进行预加热。

根据某些实施例，炉4包括用于将废料连续地进给至炉的装置。取决于具体要求，这些连续进给的装置(未示出)可以例如包括传送带、振动运输装置或摆动板。

这些进给装置取代众所周知的装载篮并且确保将废料连续地供应至炉4。换言之，在熔化周期中待处理的大量废钢不是利用料篮在两个或三个不同时刻引入到炉4中，而是利用持续的流动逐渐带入。

在利用连续进给的根据本发明的炉4的一些实施例中，室8比利用常规和/或连续装载的类似尺寸的炉的室明显小。

每个料篮的常规装载意味着引入到炉中的体积基本上等于料篮的体积。

废料的连续装载意味着这需要被避免。由待熔化的废钢占据的较大体积被分配在连续的流动中而非在两个或三个不同阶段从料篮卸载。每次少许引入到炉中的体积随着废料熔化而逐渐减小。

废料从进给口60通过重力落到室8中。进给口60的位置优选地选取为使得废料落到炉的热重心附近，该热重心在AC炉的情况下与由电极16形成的三角形一致。因为该解决方案几乎完全避免了由堆集在室8的侧面区域中的大量废料所产生的不平衡，所以其是特别有利的。

如所述，本发明中的炉4的室8具有减小的高度以至于不需要大尺寸的传统冷却板：优选地，小尺寸的铜制的冷却块可以安装在耐火材料的上方。

实际上，根据本发明的室8——具有减小的体积——还具有较小的热交换表面并且由此可以不需要使用冷却板。由此相比于传统炉的上冷却室，较少的呈热形式的能量被散失。

优选地，室8制造成单片件。

根据本发明的另一实施例(图12)，为了使其适于利用废料篮而非连续进给来使用炉的任一情况，炉4包括插入到室8与顶部12之间的保持架64，该保持架64设计用于增大室8的装载体积，实际上实现传统上室的功能。所述保持架64的上部分66与顶部12的接合壁30相配对地形成轮廓，以构建与顶部自身沿旋转轴线X-X的旋转联接。在该情况下，整个顶部支承系统48，49和顶部12自身移动至比保持架64的高度高的水平。

保持架64可以包括冷却板。

此外，室8包括用于倒出熔化的金属的出钢孔68(图4)。

炉4还包括设置为与出钢孔68相对的除渣口76。

优选地，除渣口对应于炉4的顶部12设置。

根据一个实施例，除渣口76安装为使得基于室8的摆动而被打开；换言之，除渣口76在室倾斜用于进行除渣操作时自动地打开。

除渣口76还可以配备有独立于室8的倾斜的用于打开和/或关闭的受控制的致动装置。该机构意味着除渣口76将总是使除渣孔保持紧闭。

如从前面的描述中可见，根据本发明的炉克服了参照现有技术所引用的缺点。

实际上，根据本发明的炉的固定顶部因不再具有与顶部相关的运动而极大地简化了整个设备工程和关于排气系统及连续废料装载系统的机械接合。

排气入口随后能够例如基于吸气效率的考虑来设置而非如在现有技术的炉的情形下发生的基于顶部的运动的运动学考虑来设置。基本上，存在关于排气入口的安装位置的限制。也就是说，可以存在两种形式的实施例：在第一实施例中，废料进给口与排气入口一致；在第二实施例中，废料进给口和排气入口位于不同的位置。在任一情况下，在出钢或除渣期间，顶部和设备的排气管道保持正确地对准而不会有气体像常规炉那样选出。

从顶部连续装载炉——通过根据本发明的设备的特定构造而成为可能——容许减小通过冷却元件散失的能量。

此外，连续装载允许在炉中使用较稳定且规则的电弧，同时产生较稳定的熔化过程并且减少电力干线不稳定(闪烁)的现象。

顶部与室的回转联接确保了在相应接合表面之间的距离即使在室的旋转期间也是恒定的，由此限制了气体和材料从室散失。

根据本发明的室是特别紧凑的并且由此不必需要使用冷却板。

已经清楚描述了根据本发明的电炉的仅一些实施例：本领域的技术人员能够实现用于其适应特定应用所需的全部修改而仍未超出如由下面的权利要求所限定的本发明的保护范围。

Claims

1.一种电弧炉(4)，包括：

室(8)，所述室(8)适于容纳熔化的钢；顶部(12)，所述顶部(12)适于与所述室(8)接合、覆盖所述室(8)、并且适于容纳大量废钢；至少一个电极(16)，所述至少一个电极(16)用于供应用于熔化所述大量废钢的热；位于基部(24)上的所述室(8)的支承装置(20)，所述支承装置(20)适于支承所述室(8)并且允许所述室(8)绕旋转轴线(X-X)摆动；

所述顶部(12)与所述室(8)对应于相互的接合壁(30)而联接，所述接合壁(30)适于构建对在所述室(8)中形成的气体的气密密封；

其特征在于：

所述顶部(12)和所述室(8)对应于所述接合壁(30)而相配对地形成轮廓，以构建关于所述室(8)的所述旋转轴线(X-X)的回转型联接，使得在使所述顶部(12)相对于所述基部(24)保持固定的情况下能够实现所述室(8)绕所述旋转轴线(X-X)摆动，以允许在一直保持于关闭位置的情况下进行连续的废料装载、出钢和/或除渣操作。

2.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述接合壁(30)依据圆柱面形成，所述圆柱面的线平行于所述室(8)的所述旋转轴线(X-X)。

3.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述室(8)与所述顶部(12)的接合壁(30)通过空腔(32)或间隙分隔开以适应相应的热膨胀和/或机械变形。

4.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述室(8)的末端部或接合部(30)配备有用于从所述顶部(12)移除熔渣硬壳的切割系统。

5.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，对应于所述接合壁(30)中的至少一个，具有锁定导向部以限制气体的泄漏和扩散。

6.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述旋转轴线(X-X)设置在所述炉(4)的所述基部(24)与所述接合壁(30)之间。

7.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述支承装置(20)在所述室(8)自身的旋转期间确定用于所述室(8)的固定的旋转轴线(X-X)。

8.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述支承装置(20)包括周边框架(36)，所述周边框架(36)围绕所述室(8)并且使所述室(8)绕所述旋转轴线(X-X)被悬挂。

9.根据权利要求8所述的炉(4)，其中，所述周边框架(36)包括一对旋转销(40)，所述一对旋转销(40)安装在它们的支承件上。

10.根据权利要求8所述的炉(4)，其中，所述旋转轴线(X-X)设置在比所述接合壁(30)低的高度处，并且在所述周边框架(36)的下方。

11.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述支承装置(20)仅支承所述室(8)，而所述顶部(12)与所述支承装置(20)机械地独立。

12.根据权利要求8至10中的任一项所述的炉(4)，包括适于使所述室(8)相对于相关支承装置(20)旋转的马达。

13.根据权利要求12所述的炉(4)，其中，所述马达包括至少一个气缸-活塞单元(44)，所述至少一个气缸-活塞单元(44)操作上连接至所述周边框架(36)以使所述室(8)绕所述旋转轴线(X-X)转动。

14.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述室(8)能够从能实现熔化的金属的出炉的出钢位置旋转到相对的除渣位置，所述两个位置关于所述室(8)的所述旋转轴线(X-X)在相反方向上倾斜。

15.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述顶部(12)能够从用于关闭所述室(8)的降低的位置移动至允许将一篮待熔化的材料加入到所述室(8)中的转移的、提升的或旋转的位置。

16.根据权利要求15所述的炉(4)，其中，所述顶部(12)配备有适于使所述顶部(12)相对于所述室(8)提升和/或转移的提升装置(48)。

17.根据权利要求15所述的炉(4)，其中，所述顶部(12)设置在引导转移的轨道上、或者设置在提升和旋转系统上。

18.根据权利要求15所述的炉(4)，其中，所述提升装置(48)包括液压缸和活塞。

19.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述顶部(12)包括所述电极(16)和相关的支承件。

20.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述顶部(12)包括排气吸气装置(56)。

21.根据权利要求20所述的炉(4)，其中，所述顶部(12)包括用于进给废料的至少一个开口(60)。

22.根据权利要求21所述的炉(4)，其中，所述用于进给废料的开口(60)对应于所述排气吸气装置(56)设置为将排出气体传送到待熔化的废料上，由此预加热所述待熔化的废料。

23.根据权利要求21所述的炉(4)，其中，所述废料进给装置开口(60)和所述排气吸气装置(56)设置在不同的位置。

24.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述室(8)具有减小的高度以使得不需要使用冷却板。

25.根据权利要求24所述的炉(4)，其中，所述室(8)构建为单件式。

26.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述室(8)和所述顶部(12)的平面轮廓呈圆形的、椭圆形的或拟椭圆形的形状。

27.根据权利要求1所述的炉(4)，包括保持架(64)，所述保持架(64)与室(8)的平面轮廓相适应、被插入到所述室(8)与所述顶部(12)之间、适于增大所述室(8)的装载体积，并且所述保持架(64)的上部分(66)与所述顶部(12)的所述接合壁(30)相配对地形成轮廓，以构建与所述顶部(12)的联接。

28.根据权利要求27所述的炉(4)，其中，所述保持架(64)包括冷却板。

29.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述室(8)包括用于使熔化的金属出炉的孔(68)。

30.根据权利要求1所述的炉(4)，其中，所述炉(4)包括与所述室(8)的出钢孔(68)相对设置的除渣口(76)。

31.根据权利要求30所述的炉(4)，其中，所述除渣口(76)对应于所述炉(4)的所述顶部(12)设置。

32.根据权利要求30所述的炉(4)，其中，所述除渣口(76)被组装成基于所述室(8)的摆动来影响打开。

33.根据权利要求30所述的炉(4)，其中，所述除渣口(76)配备有用于致动其打开和/或关闭的装置。