CN102459655B - 用于将氧和其它材料注入电弧炉中的可移动装置 - Google Patents

Abstract

一种用于将氧和其它技术材料注入电弧炉中的可移动装置，包括：外壳(16)，所述外壳位于坩锅(11)的台阶(13)的一部分之上；并且配备有冷却盘管(15)、氧和其它技术材料的注入喷枪(20)、位于所述外壳(16)中的所容纳液体的熔池液位的最小和最大范围点之间的所述喷枪的支撑(23、26)和移动装置(21、22、24)、位于所述外壳中并且面对所述坩锅的内部的开口(27)，所述喷枪在所述开口中可移动地被引导；设在所述开口(27)和所述喷枪(20)之间的刮擦装置(28)。

Description

用于将氧和其它材料注入电弧炉中的可移动装置

技术领域

本发明涉及一种用于将氧和其它技术材料注入电弧炉中的可移动装置。

背景技术

为了生产液态金属，电弧熔炉(EAF)通常使用氧气与其它气体(例如甲烷或颗粒，例如石墨)的组合射流的注入以便用放热化学反应去除包含在液态金属熔池中的不需要元素。

由该反应生成的热“原位”产生因此被加入由电极供应的电源的能量。该组合作用的影响加速了生产周期，同时改善产品(液态金属)的品质。由该技术带来的好处基本上取决于液态金属可获得的气体或颗粒材料的有效量。这明显地通过尽可能地限制直接影响熔池中的反应动力学的热的分散而实现。在应用于EAF的喷枪中所采用的技术设想德拉瓦尔(DeLaval)喷嘴，该喷嘴专门地被设计用于允许氧气或其它材料的射流达到超音速，并且准直性足以穿透渣的外层并且能够使气体在液体熔池中起泡。

已开发出用于实现以上原理的两种类型的喷枪。从历史的角度来看，第一种是所谓的“炉门喷枪”。该喷枪有几米长并且通过在炉中的开口(例如渣门)进入炉。

由于并非炉的所有的点都能到达，因此可接近性受到限制，但是该类型的解决方案允许热问题集中于喷枪的尖端上；所有其它部件在相对安全并且容易接近的环境中留在炉的外部。

该解决方案明显地具有由对炉、尤其是氧的吹入点的可及性引起的各种局限；为了使熔池均匀，所以搅拌必须特别高效。

另一个局限在于对于吹入所必需的整个时间，必须保持喷枪的通道空间敞开，因此有害冷空气进入并且引入蒸气和热。

这明显地危害整个系统的消耗和环境影响。

最后应当指出的是这些可移动系统具有相当大的尺寸和与这些成比例的成本(不仅是投资成本而且操作成本；为了保证4米长的喷枪的冷却充分地考虑水消耗)。

另一个关键点在于在熔池中的塌缩或振动阶段中从外部进来的手臂可能被仍然堆叠的零碎料损伤，使得它在除了平熔池以外的条件下使用变得不适宜。

为了试图克服这些问题，已开发小尺寸并且相对便宜的喷枪，所述喷枪的例子在ValerySHVER的专利CA2449774中提供。这些喷枪的喷射器(例如同样由ValerySHVER在US6289035和US6614831中公开的)布置在炉内部的固定位置，从而将氧气并且也将其它技术物质吹入熔池中(例如参见HubertKNAPP和PeterHOFFMAN的US5332199的公开)。它们在平面图中的几何布置(和它们的倾斜)允许在熔池的最关键位置(在边缘上和最远离电极的区域中)的反应元素和热能被转移，具有的效果是使金属的提纯均匀、增加搅拌并且在最后分析中减小钢结构周期时间。

定位在炉内部意味着暴露于特别危险的环境。喷枪的最薄弱部分(例如具有气体管线和入口调节阀的连接区域)必须保持在保护和冷却区域中，远离直接暴露于热和来自熔池的渣的喷射。实际上所引用的所有参考文献公开了喷枪必须定位在冷却结构的内部，所述冷却结构锚固到炉的壁并且穿过支撑它们、约束它们并且允许它们的拆卸和维护的隔壁。该隔壁也具有绝缘功能，防止炉的气氛和热分散到周围环境中。

该类型的布置明显地必然使维护的困难更大，原因是必须在停止时操作炉并且原因也在于喷枪由渣层覆盖，这是由吹入、搅拌和材料引入炉中所引起的喷射造成的。现代电弧炉使用部分冷却并且部分难熔的熔化材料的封闭坩锅。在最现代的炼钢技术中，该容器当磨损时可以由具有新的难熔涂层的另一个相同坩锅替换。套壳操作的该变化可以用起重机提升而实现，并且显然这进行地越快，生产的时间越多。明显地，渣壳越硬，在将喷枪重新安装到新坩锅上之前，翻修喷枪所必需的时间将越长。

已知装置的另一个问题在于该喷枪的不可移动性。一旦它们固定到支撑隔壁，它们离金属的距离仅仅取决于液态金属和覆盖渣所达到的液位。由于必须在炉停止时实现维护操作(所以在长时间后)并且由于当停用时(没有任何气体或其它材料的注入)，没有防止渣淀积在喷嘴上的防护，因此必须通过从熔池取出喷枪而尽可能地保护喷枪。实际上，即使流体动力系统用于延长射流相干性(例如覆盖作用)，也只能在平熔池精炼条件下(即，当几乎所有填装废料变为液体时)采用它们的使用。

显然这对周期时间造成严重限制，禁止了熔池精炼和废料溶解同时进行操作的可能性。

再次地，迄今为止现有技术试图通过作用于喷枪的原理的本质克服该形势。在(BIANCHIFERRI，MEMOLI，POZZI，MALFA的)EP1848927中，喷枪可以在废料溶解阶段期间用作燃烧器以与该阶段的具体必要性相关地连续调节它的喷射强度，而无机械运动。

显然该方法明显地加速溶解阶段，但是由于该原因不能预期精炼阶段的开始。

同样地还有在GrigoryGITMAN的US4752330和US4865297中描述的喷枪燃烧器。这实际上是定位在炉的壁上并且在熔池的方向上定向的组件。也能够在浸没中操作的普通氧气管支撑在喷枪燃烧器的主体中。在该结构中，穿过管的氧气与注入用作燃烧器的固定燃烧室(锚固到炉的壁)中的燃料组合(出气的低冲击能和至废料的高热传递值)，直到装料溶解。在精炼阶段中(无废料的妨碍)，氧气管延伸通过喷枪燃烧器的主体到达熔池，并且典型的氧气喷枪具有气体的极高冲击能值。所以系统从燃烧器构造变为喷枪构造而没有中间步骤的可能性。所提出的系统因此在废料存在的情况下不能实现金属精炼，并且使用的高效率和效能仅仅与具有熔池装料的钢结构周期的第一阶段关联。当在连续废料的连续装料条件下操作时(例如用)或当装料的塌陷从氧气管去除材料时，在燃烧器构造中的系统逐渐变得低效，甚至它由于漂浮废料存在于熔池中而不能用作喷枪。

最后，从喷枪的支撑系统的倾斜和喷枪的最大可能延伸可以推断即使在没有废料的情况下，该系统也决不能够在周期的开始时操作底部的液态金属的典型液位。另一个关键点与投资成本(实际上燃烧在组件的内部产生，使用于构造它的材料的要求特别重要)和维护(从专利中的推断来看，组件被组装在炉的壁上而没有任何保护，从这里延伸的喷枪管必须在它的整个延伸部上进行冷却，并且这需要消耗大量的水或其它冷却液态)关联。

然而应当指出的是，以上专利涉及氧气喷枪。

发明内容

考虑到所提出的已知解决方案，显然本发明的目的是增加炼钢厂生产周期的效率，减少时间以及操作和维护成本。

本发明的另一个目的是只要废料的妨碍条件允许就能够开始熔池的精炼阶段。

本发明的另一个目的是提供一种装置，所述装置使得能够防止系统中的有害空气损失或气体和热泄漏，能够减小所想到的各种装置的性能和/或损害。

本发明的又一个目的是提供一种装置，所述装置使得能够限制容器的拆卸、再组装、组装时间，也就是说，重新调整的时间。

另一个目的是提供一种装置，所述装置能够在存在废料的情况下实现金属精炼，并且在也具有熔池废料的炼钢厂生产周期的第一阶段具有使用的高效率和效能。

考虑到以上目的，根据本发明想到一种用于将氧气和其它技术材料注入电弧炉中的可移动装置，所述可移动装置具有在附带权利要求中叙述的特征。

本发明的结构和功能特征及其相对于现有技术的优点将从参考附图的以下描述变得更明显，附图显示了根据本发明的创新原理的用于将氧和其它技术材料注入电弧炉中的可移动装置。

附图说明

在图中：

图1显示了包含根据本发明的用于注入氧和其它技术材料的四个可移动装置的电炉的坩锅的俯视平面图；

图2是本发明的装置的截面图，其中喷枪处于延伸位置并且液态金属和渣处于低液位；

图3是与图2相同的视图，但是喷枪处于用于精炼阶段的操作状态，几乎完全缩回外壳中，液态金属和渣处于最大液位。

具体实施方式

首先参考图1，该图显示了示例性地包含根据本发明的用于注入氧气和其它技术材料的四个可移动装置12的电炉的坩锅11的俯视平面图。可移动装置12围绕熔池布置以便优化处理的均匀性。

应当注意的是在所示的布置中，在图2和3中更佳地示出的每个装置12尽可能地邻近于难熔材料所限定的台阶13定位，所述难熔材料覆盖金属容器14以允许处于其最大延伸的喷枪到达尽可能低的液位。

关于炉的类型，该系统可以被限制到台阶，也可以被限制到炉的壁(或两者)。与炉的上壁成一体的组件明显地是优选构造。在该情况下，实际上，在一个解决方案中，起重机足以拆除壁和与它成一体的所有装置。

也存在冷却水在其中连续循环的冷却盘管15，所述冷却盘管形成外壳16的外保护壁，免于受到存在于坩锅11中的液态金属的熔池17、渣18以及废料19的影响。

如先前所述，外壳16优选地组装在容器的上壁上并且包括金属结构，并且被冷却并且相对于坩锅11气密。在外壳16的下方且最接近台阶13和渣熔池18的区域也与淀积在其中的渣直接密封，当在也位于所述台阶13之上的盘管(15)上冷却时，渣变厚。在外壳11的内部，有氧和/或其它技术材料的注入喷枪20，还有位于外壳16中的喷枪20自身的支撑和移动装置。

在所示的示例性但非限定性实施例中，移动装置包括气缸2121，所述气缸借助于销22相对于形成外壳16的支撑片23组装。气缸21的杆24借助于销25连接到载有喷枪20的支撑滑快26。喷枪20的这些支撑和移动装置将它在包含在坩锅中的液体熔池的液位的最小和最大范围点之间移动。

喷枪20从位于外壳16的盘管15中且面对坩锅11的内部的开口27出来，喷枪20在所述开口内可移动地被引导。此外，对应于开口27，带有作用于喷枪的主体的刮擦装置28。在大部分暴露于渣的部分中，它们被布置成在开口27处在自身和喷枪20之间形成气密密封。

例如呈唇边的形式的刮擦装置28具有的功能是密封存在于炉的坩锅中的气体并且清洁保持在延伸位置之后积累在喷枪20的主体上的渣29的结壳。

无论什么类型(机动的、气动的、油气的动力系统等)的移动装置控制喷枪20的提升以跟随液体表面17的变化。在提升期间，刮擦装置28从喷枪20去除渣29的任何可能的结壳，使它预备用于随后的周期。

由于这些刮擦装置28的存在，喷枪20保持没有渣壳29，使得可以实现快速拆除。为此，只要在单一操作中断开冷却水和/或技术材料的进给管30就够了。由坩锅11、喷枪20和外壳16组成的整个组件例如可以用起重机运输。

外壳16的后部(朝着炉的外部)是自由的并且容易接近的，从而允许喷枪20的简单维护，密封由盘管15和刮擦装置28保证。

如先前所述，在外壳16的内部有借助于接触点31限制的相同喷枪20的支撑和移动装置，所述接触点可自由移动，从而允许容易地拆除整个组件。所述装置的活塞24具有的延伸足以允许喷枪20到达与炉的形式和所采用的生产程序相关的液体熔池的液位的最小和最大范围点。

在分批装料的常规炉中，在炉打开、存在熔融金属的最小余底(先前熔化的残余物)的情况下，一次性地实现废料的装料。在该阶段期间，喷枪20保持缩回处于非工作位置(图3)，并且由形成外壳16的外壁的盘管15防止落入废料。

可选地，能够将低压气体通入喷枪20中以便防止渣的喷射堵塞它的未显示喷嘴。一旦装料操作结束，并且炉闭合，通过进给电极(由32表示)并且加热废料的壁燃烧器(如果有的话)开始周期。如果设置为燃烧器(例如，例如在EP1848927中描述的喷枪)，可以启动外壳16中的喷枪20，尽管所述喷枪保持在它的缩回位置。只有在溶解多数材料之后或在接近平熔池状态的条件下，能够延伸喷枪20以用最大的可能效率启动技术材料的注入。应当考虑到该吹入作用于液体熔池，预期用于精炼阶段并且释放热，这通过加速而有助于仍然是固态的剩余废料的液化。

如果废料的连续装料系统是可用的，因此保持引入的材料的控制，固态金属的量决不会达到使得危害喷枪的功能性和它们的安全性的堆积水平。在该情况下，所以喷枪立即在它的最大延伸下抽出并且使得可操作。以该方式，精炼时间减少并且在化学上进入熔池的热加速所引入的废料的熔化过程，并且这从周期的第一阶段开始明显减少每个处理周期的时间。如先前所述，作用于喷枪的移动装置的控制系统(如果适用，在该情况下连接到容器的配重系统)按照最佳吹入点实现喷枪20的提升。

如果废料的条件允许，则喷枪20可以在处理的任何阶段延伸以便达到用于将氧或其它技术材料注入液体熔池中的最佳距离；并且这与熔融金属达到的液位无关。特别地，明显地用诸如上述的Consteel的连续进给系统获得系统的最大效率。在这些情况下，实际上，废料连续地被引入熔池中，固态材料的积累在任何情况下被限制并且快速地溶解，并且从废料的装料的第一阶段开始通常这些积累物不对喷枪的定位产生任何严重阻碍。

最后，应当指出的是系统以“内部”式喷枪操作，并且短且紧凑，并且也考虑外壳的冷却管路，与“炉门喷枪”相比，消耗水低得多，或者在任何情况下，可从炉的坩锅的壁延伸。

所以本发明有利地具有一系列不同特征，所述特征总结如下：

可移动注入点，其允许高初始效率，与液体熔池的位置无关；

与坩锅的一体连接，用于外壳的更快速更换；

可移动系统的气密密封，没有有害空气入口；

喷枪的清洁系统，去除在喷枪的移动期间淀积在喷枪上的渣；

极高紧凑性和冷却水的低消耗。

根据参考附图的以上描述，显然根据本发明的用于将氧和其它技术材料注入电弧炉中的可移动装置是特别有用和有利的。

在说明书的开头部分所述的目的因此被实现。

本发明的保护范围因此由附带权利要求限定。

Claims (5)

1.一种用于将氧和其它技术材料注入电弧炉中的可移动装置，其包括：外壳（16），所述外壳位于坩锅（11）的台阶（13）的一部分之上并且配备有冷却盘管（15）；氧和其它技术材料的注入喷枪（20）；在所容纳液体的熔池液位的最小和最大范围点之间的所述喷枪的支撑（23、26）和移动装置（21、22、24），其位于所述外壳（16）中；位于所述外壳中且面对所述坩锅内部的开口（27），所述喷枪在所述开口中被可移动地引导；设在所述开口（27）和所述喷枪（20）之间的刮擦装置（28），呈唇边的形式的所述刮擦装置（28）具有以下功能：既能密封存在所述电弧炉的所述坩锅（11）中的气体并且还能清洁积累在所述喷枪（20）的主体上的渣（29）的结壳。

2.根据权利要求1所述的可移动装置，其特征在于，所述喷枪（20）的所述支撑和移动装置包括至少一个致动器（21、24），所述致动器支撑在所述外壳（16）中并且连接到所述喷枪（20）的支撑滑块（26）。

3.根据权利要求1所述的可移动装置，其特征在于，所述冷却盘管（15）形成所述外壳（16）的外保护壁，并且用于所述喷枪（20）的所述开口（27）位于所述冷却盘管中。

4.根据权利要求1所述的可移动装置，其特征在于，所述喷枪（20）的所述支撑和移动装置借助于可自由移动接触点（31）成一体地布置在所述外壳（16）内部。

5.根据权利要求1所述的可移动装置，其特征在于，所述冷却盘管（15）也位于形成所述外壳（16）的基部的所述台阶（13）之上。